Brevet FR2909777A1 — publié le 20080613

SYSTEME OPTRONIQUE DE VEILLE PASSIVE Le domaine de l'invention est celui des systèmes de veille grand champ longue distance pour applications notamment de type IRST (InfraRed Search and Track system) pour avion d'arme ou pour assurer des opérations de veilles terrestres. Ce type de système utilise des détecteurs matriciels infra-rouge devant satisfaire : un grand champ couvert par un détecteur matriciel et être opérationnel à longue distance. On peut distinguer cieux types de systèmes : les systèmes à balayage : le capteur couvre un secteur de l'espace par rotation. Dans ce cas, une direction de l'espace n'est pas observée de façon permanente, mais avec une période plus ou moins courte selon la vitesse de rotation du capteur. Un dispositif de contre-balayage permet : d'une part, d'assurer la stabilité de la ligne de visée pendant le temps d'intégration. D'autre part, d'observer le même secteur de l'espace (de dimension égale au champ instantané du capteur) tant que la rotation du capteur ne nécessite pas le passage au secteur suivant. Selon la fréquence d'acquisition des images et la vitesse de rotation du capteur, un certain nombre d'images du même secteur est donc 20 obtenu (avec la même direction de visée) ; - les systèmes statiques composés d'un ou plusieurs capteurs fixes. Chaque capteur est dédié à la surveillance d'un secteur de dimensions égales à son champ. 25 Le problème rencontré avec ces types de système est la présence de pixels morts (détecteur élémentaire de la matrice ayant une réponse faible ou nulle), qui peuvent empêcher la détection d'objets d'intérêt et notamment de cibles situées dans les directions correspondant à ces détecteurs. En effet, pour les systèmes de veille grand champ (aéroporté ou 30 terrestre) utilisant des matrices de détecteurs, la cible, dont l'image est plus petite que la taille d'un pixel, peut être projetée sur le même pixel pendant une longue période (vitesse tangentielle nulle, ou déplacement de faible amplitude par rapport à la résolution du capteur). Dans ce cas, la détection de cette cible ne peut avoir lieu si la cible est projetée sur un détecteur mort, 2909777 2 ce qui diminue la performance globale du système et peut rendre celle-ci inacceptable dans le cas de systèmes type veille (Aéroportées, navals ou terrestres). Pour résoudre ce type de problème, la présente invention 5 propose d'utiliser différents pixels d'une matrice pour surveiller le même secteur élémentaire de l'espace, pour ne plus avoir de non détection liée à un pixel mort ou à une zone de pixels morts. Ceci est rendu possible en introduisant un micro-balayage sur deux axes décalant entre elles de un ou de quelques pixels, les images successives réalisées dans un même 10 secteur angulaire et ce de manière suffisante pour couvrir une région plus large qu'une surface de détection tolérée pour un détecteur matriciel donné. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif optronique de veille passive grand champ comprenant des moyens de formation de l'image d'une scène, des moyens de détection de ladite image comportant un 15 détecteur matriciel présentant un ensemble de pixels dans un plan défini selon une première direction et selon une seconde direction perpendiculaire à ladite première direction, avec une définition d'un sous-ensemble de pixels appelé agrégat défini par un premier nombre NI de pixels selon la première direction multiplié par un second nombre N2 de pixels selon la deuxième direction correspondant à une tolérance maximum de taille d'un ensemble de pixels défectueux, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de micro-balayage de manière à former au moins une figure de microbalayage optimisée comportant un nombre de positions NI, selon la première direction supérieur au premier nombre NI et un nombre de positions N2' selon la seconde direction supérieure au second nombre N2. Selon une variante de l'invention, le dispositif optronique de veille passive comprend des moyens de sommation et de traitement de sous-ensembles de figures de micro-balayage permettant d'analyser régulièrement la scène. Selon une variante de l'invention, le dispositif optronique comprend des moyens à balayage de manière à couvrir périodiquement différents secteurs de l'espace. Selon une variante de l'invention, le dispositif optronique comprend en outre des moyens de contre-balayage permettant de 2909777 3 compenser les mouvements de l'image pendant une phase d'acquisition des figures de balayage dans un secteur donné. Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend : - des moyens de balayages successifs de l'ensemble des 5 secteurs pour réaliser un ensemble de sous-ensembles de figures différentes de micro-balayage dans chaque secteur ; - des moyens de sommation des sous-ensembles de figures dans un secteur donné, permettant de réaliser la figure de micro-balayage optimisée. 10 Selon une variante de l'invention, les moyens de micro-balayage comprennent des moyens de balayage selon les deux directions du détecteur matriciel. Selon une variante de l'invention, les moyens de micro-balayage selon au moins une direction comprennent un miroir de renvoi mobile autour 15 d'un axe. Selon une variante de l'invention, les moyens de micro-balayage selon au moins une direction comprennent une lame transparente mobile autour d'un axe. Selon une variante de l'invention, les moyens de balayage 20 comprennent les moyens de micro-balayage et des moyens de commande spécifique. Avantageusement, les moyens de balayage ont une vitesse de déplacement permettant de réaliser des images pendant environ un dixième de seconde dans un secteur donné. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre un premier exemple de dispositif de veille 30 optronique selon l'invention ; - la figure 2 schématise une portion de détecteur matriciel utilisé dans un dispositif de veille selon l'invention, correspondant à un agrégat de pixels défectueux ; 2909777 4 -la figure 3 illustre un exemple d'enchaînement de figures de micro-balayage pour couvrir un détecteur matriciel dont la tolérance en nombre de pixels défectueux est de 16 ; - la figure 4 illustre un second exemple de dispositif de veille 5 optronique selon l'invention comportant un système de balayage en combinaison avec un système de micro-balayage ; la figure 5 illustre un enchaînement de figures de micro-balayage effectuées dans différents secteurs de l'espace avec un dispositif analogue à celui illustré en figure 3. 10 Selon l'invention, une cible à identifier peut être détectée successivement par un ensemble de détecteurs élémentaires ou pixels appartenant au détecteur matriciel au lieu d'un unique détecteur élémentaire sans ce principe de micro-balayage. Cela permet d'avoir une sensibilité 15 homogène sur tout l'espace adressé par le détecteur matriciel en limitant l'impact des pixels morts et défectueux. . Pour cela, le dispositif de veille optronique selon l'invention comprend un détecteur matriciel présentant une tolérance de défauts représentée par un nombre de pixels prédéfinis et des moyens de micro- 20 balayage permettant d'effectuer une succession de figures de micro-balayage selon deux axes orthogonaux correspondant à une succession d'images d'une scène comportant par exemple une cible à identifier, formées sur différents pixels du détecteur matriciel, le nombre de figures de micro-balayage multiplié par le nombre de pixels d'une figure de micro-balayage 25 étant supérieur au nombre de pixels pouvant être défaillants. La figure 1 illustre un premier exemple de dispositif de veille optronique selon l'invention et dit statique car ne comportant pas de moyens intégrés permettant de balayer l'espace, Selon cet exemple, le dispositif comprend des lames LI et L2 de déviation permettant respectivement une 30 rotation suivant une direction X et une rotation suivant une direction orthogonale Y, lesdites lames étant positionnées entre deux ensembles de lentilles FI et F2 permettant de former une image sur un détecteur matriciel D. La figure 2 schématise une portion de détecteur matriciel utilisé 35 dans un dispositif de veille selon l'invention, dans lequel est grisé un agrégat 2909777 5 correspondant à une zone défectueuse ZD du détecteur comportant 4x4 pixels. En superposition est représentée une figure de micro-balayage comportant le balayage de 5 pixels avec un déplacement selon la direction en X, puis successivement 3 déplacements selon la direction en Y, et un 5 déplacement selon la direction en X. La figure 3 illustre un enchaînement possible de figures de micro-balayage compatible avec le détecteur dont la tolérance est de 4*4 pixels morts. II convient donc systématiquement de faire un nombre de figures au moins égal à 5 pour être assuré de réaliser nécessairement l'image d'une 10 cible sur un pixel non défectueux en se déplaçant selon les deux axes X et Y. Selon cet exemple il est proposé 5 figures de micro-balayage ayant chacune 5 positions. Ces 5 positions d'image permettent de post-intégrer 5 images après recalage du déplacement. 5 figures de micro-balayage sont utilisées successivement afin de couvrir une surface totale de 5 par 5 pixels et ainsi 15 permettre une détection malgré des agrégats de pixels morts de taille allant jusqu'à 4 par 4. II peut être ainsi particulièrement intéressant d'effectuer 1 ou 2 figures de micro-balayage, de les sommer puis de traiter la sommation pour identifier si une cible est présente. Dans le cas négatif, on poursuit à 20 nouveau la sommation d'autres figures de micro-balayage qui sont également sommées et analysées pour détecter la présence d'une cible ou non et ainsi de proche en proche, on cherche à détecter au plus vite la présence d'une cible éventuelle et alerter sur une menace éventuelle, lors de la prise au maximum des 25 images sur 25 pixels. 25 La figure 4 illustre un second exemple de dispositif de veille selon l'invention, comportant des moyens de balayage permettant d'analyser différents secteurs de l'espace. Ce dispositif comprend une optique frontale 1 de champ instantané et des moyens de balayage 2 permettant 30 l'observation d'une scène avec un champ total donné. Les moyens de balayage sont contrôlés par une unité de traitement, permettant le balayage de la scène. Le dispositif de veille comprend en outre des moyens de formation de l'image 3 sur un pixel du détecteur matriciel 41 compris dans des moyens de détection 4. Le dispositif peut comprendre aussi des moyens de contre-balayage 6 permettant de compenser les mouvements de l'image 2909777 6 dus au balayage de la scène pendant l'acquisition des images. Par exemple l'unité de traitement 5 peut synchroniser l'acquisition des images avec le mouvement des moyens de contre-balayage. Selon cette variante de l'invention, les moyens de micro-balayage 5 peuvent être avantageusement intégrés aux moyens de balayage en appliquant une loi de commande forçant le déplacement suivant l'axe de balayage du nombre de pixels voulu, en dehors du temps d'intégration de la matrice. De manière classique, les moyens de balayage permettent de 10 scruter différents secteurs de l'espace et ce de manière périodique. En réalisant des images à 10 Hz, on peut typiquement effectuer une dizaine d'images dans un secteur donné en reprenant l'exemple précédemment cité correspondant à 5 figures de microbalayage. Avantageusement seul un certain nombre de figures de micro-balayage peuvent être réalisées dans 15 chacun des secteurs lors d'un premier balayage, les autres étant réalisées lors de passages ultérieurs. La figure 4 met en évidence pour différents secteurs S1, 52,..., Sp des exemples de figures de micro-balayage différentes. On peut ainsi, si nécessaire, .reconstituer la figure optimisée de micro-balayage en plusieurs passages. 20 Comme illustré en figure 5 et ce de manière très simplifiée, puisque seule une figure de micro-balayage est schématisée par secteur on procède par exemple : dans le secteur Si aux enchaînements de micro-balayage sur 25 les pixels : S11,S12,S13,S14 et S15 ; dans le secteur S2 aux enchaînements de micro-balayage sur les pixels : S21,S22,S23,S24 et S25 ; - dans le secteur S3 aux enchaînements de micro-balayage sur les pixels : S31,S32,S33,S34 et S35 ; 30 - dans le secteur S4 aux enchaînements de micro-balayage sur les pixels : S41,S42,S43,S44 et S45 ; dans le secteur S5 aux enchaînements de micro-balayage sur les pixels : S51,S52,S53, 5554 et S55 Lorsqu'un certain nombre de figures de micro-balayage ont été 35 effectuées par secteur, elles peuvent être sommées et analysées après 2909777 7 chaque fin de passage dans un secteur donné pour identifier au plus vite une cible et déclencher une alerte le cas échéant. Le micro-balayage réalisé selon les deux directions X et Y peut 5 être réalisé : Pour le balayage en X : o Soit par un miroir de renvoi mobile suivant un axe (déplacement en deux fois l'angle du miroir) o Soit par une lame transparente mobile suivant un axe 10 (déplacement fonction de l'épaisseur de la lame) o Soit en utilisant un miroir de contre-balayage associé a une commande spécifique. Pour le balayage en Y : o Soit par un miroir de renvoi mobile suivant un axe 15 (déplacement en deux fois l'angle du miroir) o Soit par une lame transparente mobile suivant un axe (déplacement fonction de l'épaisseur de la lame) 20 20 25 30 REVENDICATIONS 1. Dispositif optronique de veille passive grand champ comprenant des moyens de formation de l'image d'une scène, des moyens de détection de ladite image comportant un détecteur matriciel présentant un ensemble de pixels dans un plan défini selon une première direction (X) et selon une seconde direction (Y) perpendiculaire à ladite première direction, avec une définition d'un sous-ensemble de pixels appelé agrégat (ZD) défini par un premier nombre (NI) de pixels selon la première direction multiplié par un second nombre (N2) de pixels selon la deuxième direction correspondant à une tolérance maximum de taille d'un ensemble de pixels défectueux, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de micro-balayage de manière à former au moins une figure de micro-balayage optimisée comportant un nombre de positions (NO selon la première direction supérieure au premier nombre (NI) et un nombre de positions (N2') selon la seconde direction supérieure au second nombre (N2). 2. Dispositif optronique de veille passive selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens à balayage de manière à couvrir périodiquement différents secteurs de l'espace. 3. Dispositif optronique de veille passive selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de contre- balayage permettant de compenser les mouvements de l'image pendant une phase d'acquisition des figures de balayage dans un secteur donné. 4. Dispositif optronique de veille passive selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens de balayages successifs de l'ensemble des secteurs pour réaliser un ensemble de sous-ensembles de figures différentes de micro-balayage dans chaque secteur ; - des moyens de sommation des sous-ensembles de figures dans un secteur donné, permettant cle réaliser la figure de micro-balayage optimisée. 2909777 9 5. Dispositif optronique de veille passive selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de micro-balayage comprennent des moyens de balayage selon les deux directions du 5 détecteur matriciel. 6. Dispositif optronique de veille passive selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de microbalayage selon au moins une direction comprennent un miroir de renvoi mobile autour d'un axe. 7. Dispositif optronique de veille passive selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de micro-balayage selon au moins une direction comprennent une lame transparente mobile autour d'un axe 15 8. Dispositif optronique de veille passive selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les moyens de balayage comprennent les moyens de micro-balayage et des moyens de commande spécifiques. 9. Dispositif optronique de veille passive selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que les moyens de balayage ont une vitesse de déplacement permettant de réaliser des images pendant environ un dixième de seconde dans un secteur donné. 10