Brevet FR2892588A1 — publié le 20070427

CAMERA DE SURVEILLANCE GENERIQUE ANTIEBLOUISSEMENT La Caméra de Surveillance à usage multiple, dite générique, (ci-après CSG pour les initiales de Caméra de Surveillance Générique ) est un équipement anti-éblouissement comportant un filtre actif du type écran à cristaux liquides (ou LCD pour les initiales anglosaxonnes de Liquid Crystal Device), placé dans le plan focal d'un objectif d'entrée, et présentant une image de filtrage commandée par un calculateur relié à une caméra placée dans le voisinage du filtre actif et pointant vers une même direction, ladite image présentant des zones de masquage occultant les zones d'éblouissement. 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 où : la figure 1 représente un schéma de principe de la présente invention ; les figures 2 et 3 illustrent la correction de la parallaxe selon la présente invention ; la figure 4 représente un mode de réalisation du bloc d'écran à cristaux liquides LCD la figure 5 représente la direction des axes de polarisation des polariseurs de l'invention ; les figures 6,7, 8 illustrent le système afocal à symétrie télécentrique pour le filtrage sélectif selon l'invention ; et les figures 9 et 10 illustrent un mode de réalisation de la présente invention. La parallaxe existant entre le système optique du filtre actif et le système optique de la caméra, implique un décalage de l'image vue par ces systèmes, pour un objet placé à une distance d (voir figure 1). Ce décalage est corrigé par le calculateur. Le calculateur réalise les fonctions suivantes : décalage en X et en Y de l'image reçue par la caméra, afin qu'elle soit virtuellement parfaitement superposée à l'image vue par le système optique du filtre actif. A une distance d suffisante (> 10 m), ce réglage n'est pas nécessaire. grandissement ou rétrécissement de l'image vue par la caméra, dans le cas où le système optique du filtre actif et la caméra ne présentent pas un champ de vision identique. calcul de l'image de filtrage Gi (pour chaque pixel i de LCD) en fonction de la luminance Yi des pixels i lus par la caméra ; ce calcul peut être d'un des types suivants : • Gi=f(Yi) • LUT (table de correspondance) ; • seuillage : si Yi> Seuil 1, alors Gi = 1 (bloquant) ; si Yi Description de l'électronique L'électronique de la CSG peut être composée des éléments suivants : - 1 Carte Alimentation, fournissant les tensions nécessaires à la carte process (-5V, 1.5V, 1.8V, 3.3V, 5V, 15V), à partir d'une alimentation externe pouvant varier de 9V à 24V. Elle vient se brancher à la carte process par un connecteur 12pts. 25 - 1 Carte Process, qui réalise les fonctions suivantes : - acquisition des images de la caméra (via connecteur 32pts), - mémorisation de ces images en mémoire vive ou RAM, 3o (initiales anglosaxonne de Random Access Memory) - calcul de l'image de masquage pour la LCD, et génération des signaux nécessaires à son fonctionnement (via connecteur 24pts),20 - 'circuit réchauffeur + capteur pour régulation de température de la LCD (via connecteur 4pts), -mémorisation des paramètres définis par l'utilisateur, - entrée vidéo composite (BNC pour les initiales des inventeurs Bayonnet, Neill-Concelman) pour acquisition image par caméra externe, - sortie vidéo composite (BNC) pour restitution à moniteur externe, interfaçage avec système électronique externe (via connecteur 80pts), gestion du système par interface RS232 (via connecteur 4pts) programmation du réseau de portes programmables par l'utilisateur ou FPGA (pour les initiales anglosaxonnes de Field Programmable Gate Array.) par interface spécifique externe (via connecteur 10pts). - 1 Caméra qui intègre un capteur à couplage de charge (CCD pour les initiales anglosaxonnes de Charge Coupled Device) ou à semi conducteur dit CMOS (initiales anglosaxonnes pour Complementary Metal Oxide Semi-Conductor). et qui est branchée sur un connecteur 32pts de la carte process. Description particulière des fonctions logicielles du FPGA de la carte process Fonctions de base La fonctionnalité de base est de générer une image sur la LCD, en appliquant des pixels noirs aux endroits de sources lumineuses de forte intensité (sources éblouissantes). Pour ce faire, le FPGA doit séquentiellement: 1) Acquérir l'image provenant de la caméra, celle-ci étant placée dans un axe optique proche de celui de la LCD (cette 35 image comprend 640 pixels horizontaux sur 480 lignes).30 2) Mémoriser cette image en SDRAM, (initiales anglosaxonnes pour Synchronous Dynamic Random Access Memory, (Mémoire Vive Syndrome Dynamique) afin de s'affranchir de tout problème d'asynchronisme entre la caméra (synchro verticale à 20ms) et la LCD (synchro verticale à 12ms). 3) Appliquer une fonction de filtrage Gi, pour chaque pixel de la LCD, fonction de chaque pixel Yi reçu, soit Gi = f (Yi). Gi et Yi sont codées sur 8 bits (256 niveaux). Cette fonction de filtrage répond à toutes les situations d'éblouissement, en bloquant les sources avec un niveau noir sur la LCD, et en appliquant des niveaux gris autour de la source, afin d'obtenir une image progressivement atténuée. De même les reflets seront atténués par la LCD. 4) Agrandir ou rétrécir l'image de la caméra afin que les tailles des 2 images sur la LCD (image du système optique du filtre actif et image provenant de la caméra) soient identiques. 5) Décaler horizontalement et/ou verticalement l'image de la caméra afin que les 2 images sur la LCD soient superposées. 6) Envoyer cette image finale au driver de la LCD, et générer également les signaux de synchronisation nécessaires à la LCD et à son driver. L'image de sortie de la LCD comprend 800 pixels horizontaux sur 600 lignes. Tous, ces traitements seront faits en temps réel, hormis le déphasage créé par l'asynchronisme entre la caméra et la LCD. Fonctions complémentaires En complément de ces fonctions, le FPGA assure : 1) Une gestion des paramètres via RS232 : paramètres caméra (via bus I2C): commande I en écriture (Ixxyy, avec xx numéro de registre, yy la donnée), commande J en lecture (Jxx, avec xx numéro de registre), 2) facteur d'agrandissement/rétrécissement : commande Hxxx pour modifier la hauteur d'image, Lxxx pour modifier la largeur d'image, commande S qui renvoie les dimensions de l'image 3) Positionnement : commande Xxxx pour modifier la position en x, Yxxx pour modifier la position en y, commande Q qui renvoie la position de l'image 4) Upload courbe de filtrage : commande FI, 5) Activation d'une grille sur la LCD : commande G, activation de la caméra : commande C (par défaut à la mise sous tension). 6) Affichage de la LCD Blanche : commande B, Noire : commande N, 7) Renvoi de la version du code FPGA : commande V 8) Une mémorisation des paramètres précédents (sauf G, B, N) dans une mémoire morte effaçable par voie électronique ou EEPROM, (initiales anglosaxonnes de Electronically erasable read-only memory) via le bus I2C (initiales anglosaxonnes pour Inter Intergrated Circuit). Ces paramètres sont lus à chaque mise sous tension, et affectés à chaque variable correspondante, et à la caméra pour les paramètres caméra. Fonctions optionnelles 3 fonctions optionnelles sont implémentées sur la carte 1) Asservissement de la température de la LCD (en mode PWM). 2) Entrée vidéo composite pour utiliser une caméra analogique externe. 3) Sortie vidéo composite pour piloter un moniteur analogique externe. Bloc LCD Le Bloc LCD est composé de 4 verres Neoceram, 2 polariseurs (1 avec polarisation verticale et 1 avec polarisation horizontale) et l'écran à cristaux liquides, comme illustré par la figure 4. Tous les élements peuvent être collés entre eux ou simplement assemblés par simple pression. Pour permettre l'assemblage des verres Neoceram et polariseurs, ces éléments doiventêtre rodés. Si ces élements sont en coupe brute, il faut les couper avec des dimensions supérieures de l mm par rapport à celles souhaitées, pour pouvoir ensuite les roder jusqu'aux bonnes dimensions. 2 verres en Neoceram (marque) N-O sont traités antireflet, 1 face. II faut ensuite assembler l'ensemble de ces composants de la manière illustrée par la figure 4. Les polariseurs doivent être assemblés croisés de telle sorte que l'ensemble une fois assemblé soit 'passant'. Les axes des 2 polariseurs (parallèle à un des cotés du polariseur) doivent être positionnés à 90 +1- 0.2 l'un de l'autre. L'axe du polariseur du côté objectif d'entréedoit être parallèle à la largeur (c'est-à-dire vertical). L'axe du second polariseur du côté objectif de sortie doit être parallèle à la longueur (c'est-à-dire horizontal). Idéalement, l'épaisseur totale de l'ensemble assemblé ne dépasse pas 4.0mm. L'ensemble réalisé est ensuite positionné dans le support de la LCD. L'ensemble doit être placé dans le support de telle sorte que les connecteurs de la nappe puissent être connectés aux cartes 3o électroniques. Système afocal télécentrique et objectifs d'entrée et de sortie Les figures 7 à 9 décrivent un schéma optique original pour filtrage sélectif. Vue d'ensemble du système optique du filtre actif: L'optique se décompose en un système optique afocal contenant le plan de filtrage sélectif et un objectif qui permet 10 d'imager la scène sur la rétine. La pupille de sortie de l'afocal coïncide avec la pupille d'entrée de l'objectif (figure 7). L'afocal se décompose en un premier objectif imageant la scène sur le plan de filtrage sélectif, et un objectif relais 15 renvoyant l'image à l'infini et permettant la conjugaison pupillaire (figure 8). Afocal à symétrie télécentrique : 20 La solution proposée pour l'afocal est un type original de système télécentrique, en référence à la figure 9. La pupille d'entrée coïncide avec le plan focal objet de l'objectif imageur. La pupille est donc rejetée à l'infini dans 25 l'espace intermédiaire. Et la pupille de sortie se trouve donc dans le plan du foyer image de l'objectif relais. Les objectifs relais et imageur (dénommé EPI sur la figure 10) sont identiques. Le grandissement est de -1 ou de 1. Pour réaliser un grandissement de 1, l'image doit être retournée à l'extérieur où à l'intérieur de l'afocal, de façon non exhaustive, à l'aide de 30 lentilles, de prismes ou de cubes séparateurs de polarisation. Pour avoir une symétrie parfaite, il faut travailler à grandissement un. Mais une légère dissymétrie est possible pour travailler à d'autres grandissements. Pour les objectifs imageur et relais, le chromatisme longitudinal, l'aberration sphérique, l'astigmatisme et la courbure de champ sont particulièrement bien corrigés, quitte à avoir une moins bonne correction des autres aberrations. En effet, la qualité de l'image finale est préférée à la qualité de l'image dans le plan de filtrage sélectif. Les systèmes télécentriques existants couramment sont les systèmes télécentriques objet (où l'agrandissement est insensible à la position de l'objet), les systèmes télécentriques image (où l'agrandissement est insensible à la position de l'image), et les systèmes télécentriques objet-image. Ils sont principalement utilisés pour des applications de mesure (dans la vision industrielle par exemple). Ici la télécentricité est utile pour trois raisons principales : l'absence de lentille de champ au niveau du plan de filtrage sélectif, l'utilisation d'une symétrie atypique du système optique pour la correction des aberrations, et la meilleure performance des modulateurs (LCD, DMD...) (DMD étant les initiales anglosaxonnes de Digital Micro-Mirror Device c'est à dire un Dispositif à micro miroirs numériques) grâce à la faible incidence des rayons. Le principe de symétrie est une règle de conception optique qui nous rappelle que lorsqu'un système est symétrique par rapport à une pupille ou un diaphragme, alors ce système optique n'a pas de coma, ni de distorsion, ni même de chromatisme latéral. Ceci provient du fait que les aberrations produites par un des deux côtés sont compensées parfaitement par l'autre. De très nombreux systèmes optiques sont basés sur ce fonctionnement, comme la famille des double Gauss. Dans le cas de l'afocal à symétrie télécentrique , le plan de la symétrie n'est ni un diaphragme, ni une pupille ; la symétrie se fait par rapport au plan de filtrage sélectif. Mais la symétrie est tout aussi valable que dans le cas d'une symétrie classique ; et ceci, grâce à la télécentricité des objectifs. Pour s'en convaincre, il suffit de regarder la trajectoire et les angles d'incidence des rayons principaux (pour différents champs). Performance L'afocal à symétrie télécentrique permet d'obtenir un champ élevé sur la rétine et un faible nombre d'ouverture du système optique avec une bonne qualité d'image. De plus, il est économique car les objectifs imageurs et relais sont identiques. On peut noter l'utilisation de l'afocal à symétrie télécentrique pour : -un modulateur à écran à cristaux liquides. On remarque alors un tirage de la pupille de sortie assez important ; ceci est utile pour l'utilisation de zoom comme objectif associé à la rétine. - Un modulateur à réseau de micro-miroirs. On remarque alors un tirage important de l'objectif imageur (et relais) ; ceci est utile pour le pliage du faisceau. Autres particularités Il est également possible d'inclure dans le dispositif décrit :30 a) l'utilisation d'un filtre tilté devant objectif d'entrée pour limiter les reflets, b) le positionnement du filtre en sortie du système et non pas en entrée (toujours pour diminuer les reflets). Dans ce mode de réalisation, il est également prévu l'utilisation d'un capteur d'images à lecture non destructive car une telle utilisation d'un capteur d'images à lecture non destructive permet d'augmenter la vitesse de calcul de la fonction de filtrage. En effet, ce type de capteur permet de connaître l'ensemble des Yi au cours de l'acquisition de l'image, dès qu'une petite fraction de cette acquisition a été réalisée. REVENDICATIONS 1. Dispositif anti-éblouissement caractérisé en ce qu'il comporte un filtre actif de type LCD placé dans le plan focal d'un objectif d'entrée et présentant une image de filtrage, ladite image de filtrage étant commandée par un calculateur relié à une caméra placée dans le voisinage du filtre actif et pointant sensiblement vers une même direction, ladite image de filtrage présentant des zones de masquage occultant les zones d'éblouissement.