Brevet FR2889639A1 — publié le 20070209

CAMÉRA RAPIDE INTELLIGENTE La présente invention se rapporte au domaine des équipements d'acquisition d'image. La présente invention se rapporte plus particulièrement à une caméra ultra-rapide. L'art antérieur connaît déjà des caméras rapides 10 permettant des fréquences d'acquisition par exemple de l'ordre de 2000 images par seconde. La demande EP 1 176 812 se propose d'augmenter encore la fréquence d'acquisition en divulguant une caméra rapide comprenant un moyen de séparation des rayons incidents vers quatre moyens d'acquisition. Les rayons obtenus sont alors intensifiés et imagés par quatre caméras CCD dont les temps d'acquisition sont décalés les uns par rapport aux autres. Un tel procédé est limité par la séparation des rayons incidents, ce qui complique le dispositif optique qui doit comporter un prisme pyramidal. De plus, un pilotage synchrone des caméras requiert une électronique très complexe développée spécifiquement pour les capteurs employés. L'exemple de caméra donné (C7300) nécessite autant de cartes d'acquisition que de caméras employées, d'où une limitation du nombre d'images possibles. L'art antérieur connaît également des caméras ultra-rapides du type de celles commercialisées par la société LaVision sous le nom commercial UltraSpeedStar. De telles caméras peuvent atteindre des performances de fréquence d'acquisition de l'ordre de 1Mhz pour une trame d'image. Une telle caméra comprend un capteur segmenté en différentes zones de CMOS, chaque zone de CMOS étant successivement activée. Une telle caméra possède l'inconvénient d'être très coûteuse du fait de la nécessité d'un capteur segmenté très spécifique. Un inconvénient supplémentaire d'un tel dispositif est que l'augmentation du nombre d'images enregistrées se fait au détriment de la résolution de ces images, le capteur utilisé ayant une résolution fixe. Il est donc nécessaire de fournir une caméra ultra-rapide, tout en réduisant le coût d'une telle caméra. En particulier, si l'on utilise une caméra standard, ayant un temps d'acquisition relativement long, il est nécessaire de pouvoir capter des images sur des temps courts. Un des objets de la présente invention est donc de pouvoir capter des trames d'images sur des temps relativement courts, et donc à haute fréquence, tout en permettant l'utilisation de caméras standard à temps d'acquisition long. Pour ce faire, la présente invention est du type décrit ci-dessus et elle est remarquable, dans son acception la plus large, en ce qu'elle concerne une caméra rapide comprenant au moins un objectif (1), et une pluralité de modules d'acquisition, chacun desdits modules comprenant un moyen de formation d'image (2a) au travers d'un moyen d'obturation (2), un moyen de numérisation d'image (3) et un moyen pour stocker une image numérisée (3a), ladite caméra rapide comprenant en outre des moyens de commande (4) de chacun desdits moyens d'obturation aptes à les ouvrir pendant un temps d'exposition prédéterminé, et un moyen de pilotage (5) des moyens de numérisation (3) synchronisé avec ledit moyen de commande de sorte à activer la numérisation lorsque le moyen d'obturation associé au moyen de numérisation au sein d'un module d'acquisition est ouvert. Aux fins de la présente demande, on entendra par 10 caméra rapide , la caméra formée par l'ensemble des modules d'acquisition selon l'invention. Les caméras éventuellement comprises dans les modules d'acquisition seront dénommées caméra standard . 15 On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées: -la figure 1 représente schématiquement un des module d'acquisition compris dans la caméra rapide selon l'invention; - la figure 2 représente schématiquement une caméra rapide selon l'invention comprenant une pluralité de modules 25 d'acquisition. la figure 3 représente les temps d'impulsion des intensificateurs et des caméras standards au sein de la caméra rapide selon l'invention; la figure 4 est un exemple de carte d'alimentation impulsionnelle 400V des intensificateurs la figure 5 est un exemple de carte de synchronisation basse tension utilisée pour l'invention; la figure 6 est un exemple de carte de pilotage des caméras standards selon l'invention; - la figure 7A représente une plaque support pour la fixation des caméras standard selon l'invention; - la figure 7B représente une plaque support pour la fixation des intensificateurs standard selon l'invention; la figure 7C représente une plaque support pour la fixation des objectifs selon l'invention. La caméra rapide selon l'invention se compose d'une pluralité de modules d'acquisition 10 tels qu'illustrés figure 1. Un tel module comprend un objectif 1, un intensificateur d'image 2, et une caméra standard intelligente 3 du type comprenant une mémoire 3a. En fonctionnement, l'objectif forme l'image sur la face avant 2b de l'intensificateur d'images 2, qui joue le rôle d'obturateur. En l'absence de tension d'alimentation, l'intensificateur bloque l'image sur sa face avant. Sous une impulsion haute tension, par exemple de l'ordre de 400 Volts, l'intensificateur transmet l'image intensifiée vers sa face arrière 2a. L'image se forme donc sur la face arrière 2a et est visible par la caméra 3 pendant la durée d'alimentation. Il est ainsi nécessaire d'assurer l'acquisition par la caméra pendant ce laps de temps. Pour ce faire, selon un mode de réalisation, la caméra standard 3 est en capture permanente, ce qui fait que l'image est enregistrée et stockée dans la mémoire 3a dès qu'elle est disponible. L'image capturée correspond donc à l'image visualisée figée dans le temps par l'obturateur. Il est entendu que la zone de capture d'image par la caméra du module d'acquisition 10 est adapté selon ce mode de réalisation, à la partie arrière de l'intensificateur et à sa résolution. Afin d'obtenir une série d'image, et comme illustré figure 2, on dispose une pluralité de modules d'acquisition 10 en décalant le temps d'ouverture des différents obturateurs tout en s'assurant que les caméras standard 3 des modules d'acquisitions sont en capture d'image pendant ce temps, comme illustré figure 3. On positionne autant de module d'acquisition que l'on 15 désire obtenir d'image. On note que l'utilisation d'un intensificateur en tant qu'obturateur est particulièrement avantageux en lien avec la présente invention pour fréquence rapide d'obturation. L'intensificateur connu sous le nom commercial SuperGen , développé par la société Photonis possède en effet une période d'obturation inférieure à 100 ns, et typiquement de l'ordre de 50 ns. L'intensificateur utilisé selon la présente invention a donc pour fonction à la fois l'obturation rapide, la formation de l'image à acquérir sur sa face arrière, et l'intensification des rayons lumineux. Les modules d'acquisition comprennent par exemple une caméra standard de type VCM. Ce type de caméra comprend de façon connue en soi un moyen de numérisation de l'image à partir des signaux lumineux reçus comme par exemple des capteurs CCD ou CMOS. Les caméras standards utilisées comprennent au moins une mémoire 3a permettant de stocker l'image reçue. Cette mémoire permet de conserver l'image captée afin de la restituer par la suite au niveau d'un poste de visualisation par exemple de type ordinateur. En effet, selon l'invention, chaque caméra standard reste en position d'intégration pendant une longue période alors que l'obturateur associé n'est pas ouvert. Aucune lumière n'est donc capturée (absence de lumière), sauf pendant le temps d'ouverture de l'obturateur. Après l'intégration, chaque caméra standard gère indépendamment le transfert de l'image vers une mémoire. En l'absence d'une telle mémoire 3a, l'homme du métier comprendra que l'image captée pendant le temps d'ouverture de l'obturateur serait perdue, et ne pourrait être visualisée par la suite. Selon l'invention, on récupère alors par un programme informatique, le contenu de la mémoire des caméras standard correspondant au temps d'ouverture de l'obturateur. L'ensemble des images récupérées depuis les différents modules d'acquisition permet alors la reconstruction d'une succession d'image à une fréquence élevée. On décrit maintenant les modules 4 et 5 de contrôle et de synchronisation des caméras standard et des intensificateurs. En synchronisant ces deux moyens, on assure qu'une caméra standard d'un module d'acquisition est apte à numériser l'image lorsque l'obturateur associé est ouvert. Comme illustré figure 3, l'ensemble des caméras standard sont donc en position de numérisation lorsque les obturateurs s'ouvrent et se ferment. Le module 4 comprend par exemple une horloge et une alimentation de 400V et un moyen de synchronisation avec le module 5. Ce dernier permet d'alimenter et de piloter les caméras depuis un ordinateur standard, par exemple de type PC. De façon générale, le signal d'horloge utilisé est défini de façon à ce que sa fréquence corresponde à la fréquence d'acquisition des images et que la durée de son niveau haut corresponde au temps d'obturation des intensificateurs. Pour une caméra comprenant 24 modules d'acquisition 10, on utilise par exemple 12 cartes d'alimentation impulsionnelle, une carte pilotant deux intensificateurs. Cette carte d'alimentation impulsionnelle telle qu'illustrée figure 4 alimente par exemple indépendamment 2 intensificateurs d'images. Cette carte est apte à transformer une impulsion d'une durée fixée et d'une tension variant de 0 à 5V, en une impulsion de même durée mais d'une tension variant de +20V (niveau bas) à -400V (niveau haut). De plus, les caractéristiques électriques des intensificateurs font que ces alimentations doivent être flottante. Un exemple de carte de synchronisation basse tension est par exemple illustré figure 5. C'est une carte de démultiplexage à une entrée vers 32 sorties. L'entrée est connectée à l'horloge, et les sorties sont reliées deux par deux à une carte d'alimentation impulsionnelle telle qu'illustrée figure 4. À chaque front montant de l'horloge, le démultiplexeur active une sortie différente, et y envoie une impulsion dont la durée du niveau haut est définie par la forme de l'horloge. Le pilotage peut également être réalisé par un processeur de type DSP intégré à la caméra standard intelligente et pilotant la numérisation. Ce DSP est synchronisé avec les moyens de commande de l'obturateur pour assurer que la numérisation est assurée lorsque l'obturateur est ouvert. Le système selon l'invention contient enfin une application informatique installée sur un ordinateur par exemple de type PC. Cette application réalise les fonctions d'acquisition et de transfert des images issues des différentes caméras. Chaque caméra dispose d'une liaison RS232, que l'on doit connecter à un ordinateur pour pouvoir dialoguer et échanger des programmes et des données. Un répartiteur tel qu'illustré figure 6 permet le dialogue d'un seul ordinateur avec 12 caméras. Pour cela, on envoie un mot de commande sur le port parallèle de l'ordinateur correspondant au numéro de la caméra avec laquelle on souhaite communiquer, et la carte de la figure 6 oriente le flux RS232 vers la caméra correspondante. Ici encore il s'agit d'une carte de multiplexage 1 vers 12. Afin d'assurer les positionnements des 24 caméras selon l'invention, on utilise par exemple une succession de plaques portant les éléments successifs de la caméra selon l'invention: une plaque de support de caméra, une plaque de support d'intensificateur, et une plaque de support d'objectifs. Ces plaques sont illustrées figures 7A, 7B et 7C. En particulier, la plaque support d'optiques est telle que chaque objectif peut se translater de façon indépendante. Ceci permet à chaque caméra de visualiser la même image alors que, de part leurs positions différentes, leurs points de vue sont différents. Ce procédé est par exemple connu sous le nom de lens shift (terme anglais pour décalage d'optique ). La description détaillée ci-dessus illustre donc un exemple de réalisation d'une caméra rapide comprenant au moins un objectif (1), et une pluralité de modules d'acquisition, chacun desdits modules comprenant un moyen de formation d'image (2a) au travers d'un moyen d'obturation (2), un moyen de numérisation d'image (3) et un moyen pour stocker une image numérisée (3a), ladite caméra comprenant en outre un moyen de commande (4) de chacun desdits moyens d'obturation aptes à les ouvrir pendant un temps d'exposition prédéterminé, et un moyen de pilotage (5) des moyens de numérisation (3) synchronisé avec ledit moyen de commande de sorte à activer la numérisation lorsque le moyen d'obturation associé au moyen de numérisation au sein d'un module d'acquisition est ouvert. Illustré figure 2 et sur le support d'optiques figure 7C, on a représenté une pluralité d'objectifs, par exemple un par module d'acquisition. Il est cependant entendu que l'objectif de la caméra rapide peut être unique si le champ de l'objectif correspond à l'ensemble des modules d'acquisition selon l'invention. En particulier, le champ de l'objectif utilisé est adapté au nombre de module d'acquisition de la caméra rapide selon l'invention. Par ailleurs, on a décrit dans le mode de réalisation ci-dessus l'utilisation d'un intensificateur dans les modules d'acquisition pour réaliser les fonctions d'obturation et de formation de l'image. Il est entendu que l'on peut également utiliser tout moyen d'obturation rapide de type connu, comme des cellules électro-optiques, des panneaux LCD ou des modulateurs acousto-optiques, ainsi que tout moyen de formation de l'image à la suite de l'obturation de sorte que la caméra standard puisse visualiser l'image comme une lame dépolie, un écran translucide. La caméra rapide selon l'invention, de par sa fréquence d'acquisition des images, est particulièrement adaptée à l'imagerie des phénomènes rapides tels que les propagations de fissures. REVENDICATIONS 1. Caméra rapide comprenant au moins un objectif (1) apte à former une image, et une pluralité de modules d'acquisition, chacun desdits modules comprenant un moyen d'obturation (2) et un moyen de formation d'une image (2a) issue dudit moyen d'obturation et, un moyen de numérisation d'image (3) et un moyen pour stocker une image numérisée (3a), ladite caméra rapide comprenant en outre des moyens de commande (4) de chacun desdits moyens d'obturation aptes à les ouvrir pendant un temps d'exposition prédéterminé, et un moyen de pilotage (5) des moyens de numérisations (3) synchronisé avec ledit moyen de commande de sorte à activer la numérisation lorsque le moyen d'obturation associé au moyen de numérisation au sein d'un module d'acquisition est ouvert. 2. Caméra rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen d'obturation est un intensificateur. 3. Caméra rapide selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit moyen de formation d'une image est la face arrière dudit intensificateur. 4. Caméra rapide selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen de numérisation est un capteur de caméra.