Brevet FR2911695A1 — publié le 20080725

Dispositif d'acquisition rapide d'images Domaine technique de l'invention L'invention se situe dans le domaine des caméras rapides. Plus particulièrement l'invention se rapporte au domaine des dispositifs d'acquisition rapide d'images à l'aide de capteurs CCD (de l'anglais charge-coupled device ) pour un enregistrement continu d'images et une diffusion de ralenti. Arrière-plan de l'invention Actuellement, il existe sur le marché des caméras rapides permettant à l'aide d'un capteur CMOS ou CCD (capteur photosensible convertissant la lumière en valeur numérique) d'obtenir des fréquences d'acquisitions supérieures à la fréquence vidéo standard de 25Hz (25 images/seconde) qui peuvent atteindre des fréquences de IOOHz, 200Hz, 1000Hz ou même plus. Cependant, ce genre de caméras comporte plusieurs inconvénients. En effet, la haute fréquence limite le temps d'exposition disponible pour chaque image ce qui nécessite soit un éclairage additionnel très maîtrisé et puissant soit le recours à des fonctions de gain électronique puissantes qui ont pour conséquence de fortement dégrader le rapport signal sur bruit rendant les images obtenues inexploitables dans un contexte de télédiffi_ision (broadr a en âligàs) outre. d'un 1-riaÇ hAl ,ii-ecçe séparation multivoies comportent en général un cône de miroirs (en monobloc) ou une pyramide miroirs (en multiblocs) qui réalise une séparation en un quart de pupille sur chaque voie d'acquisition. Ces moyens de séparation multivoies permettent d'augmenter le temps d'exposition disponible pour chaque image mais diminue la résolution de ces images. En effet, une déviation d'un quart de pupille engendre une disparité de dynamique d'une voie sur l'autre limitant la qualité visuelle lors d'une superposition des différentes voies d'acquisition pour la création d'une vidéo haute vitesse. De plus, la dissymétrie de la diffraction engendre une distribution de résolution non homogène entre les différentes voies d'acquisition. En outre, la division de la pupille par un cône de miroirs entraîne une difficulté de réglage du dispositif. De plus, dans le cas ou les moyens de séparation sont constitués par une pyramide de miroirs, les surfaces de jonction des miroirs entraînent une perte d'intensité plus importante. Un autre inconvénient concerne une diminution de la luminosité sur les bords des images ou vignetage optique dissymétrique, qui entraîne une disparité de luminosité droite/gauche et haut/bas de chacune des voies. Ceci est incompatible avec la reconstruction d'une scène haute vitesse en qualité de télédiffusion (broadcast, en anglais). Objet et résumé .:wention Ces buts sont atteints grâce à un dispositif d'acquisition d'images, comportant des moyens de séparation optique et un ensemble de capteurs d'images, les moyens de séparation optique comportant une pluralité de miroirs semi-transparents agencés de manière à répartir une pleine pupille d'un flux optique selon une pluralité de voies optiques pour distribuer un même champ optique sur chacun desdits capteurs d'images. La solution mise en ouvre, consiste à obtenir une séparation multivoies de la pleine pupille du flux optique contrairement à l'art antérieur qui réalise une séparation par déviation d'un quart de la pupille. Ainsi, selon la présente invention, les capteurs visent le même champ et observent donc strictement la même scène apportant alors une grande homogénéité géométrique. Avantageusement, les moyens de séparation optique comportent des moyens télécentriques pour projeter ledit flux optique de manière télécentrique sur lesdits miroirs semi-transparents. Le traitement télécentrique du flux optique permet de limiter au minimum les distorsions de champ optique ainsi que les vignetages au bord. De plus, l'effet télécentrique assure une netteté optimale sans réglage et permet de couvrir un angle de vue allant jusqu'à 55 ou même jusqu'à 600. Selon un aspect de la présente invention, le dispositif comporte des moyens de synchronisation pour décaler dans le temps les images saisies par chacun desdits capteurs d'images afin d'obtenir un recouvrement temporel des images 1 unes par rapport aux Rrii-re permet d ter iauenced'acduisit s Ainsi, on obtient une superposition géométrique quasi parfaite des images. Les moyens de traitement d'images comportent des moyens de correction géométrique d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence parmi lesdits capteurs d'images. Ceci permet de corriger les différences de gauchissement éventuelles entre les différentes prises de vues. En outre, les moyens de traitement d'images peuvent comporter des moyens de redimensionnement d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence parmi lesdits capteurs d'images. Ceci permet de corriger les différences de grandissement éventuelles entre les différentes prises de vues. De plus, les moyens de traitement d'images peuvent comporter des moyens de translation d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence parmi lesdits capteurs d'images. Ceci permet de corriger éventuellement le décalage X-Y (delta X/Y) ou la translation panoramique horizontal-vertical. Avantageusement, le dispositif comporte en outre des moyens de balance de blancs d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence parmi lesdits capteurs d'images. Ceci permet de corriger les disparités colorimétriques éventuelles entre les différentes prises de vues. Sel: ' un exemple particulier de la présente invention, les ens de s bon oi tent trois miroirs sem -transparents diffusion de ralenti en qualité de télédiffusion (broadcast). Il permet également d'effectuer des prises de vues en conditions extérieures sans apport additionnel d'éclairage. De plus, ce dispositif présente une meilleure homogénéité de la dynamique du flux lumineux sur la totalité de l'image permettant une meilleure mise en correspondance par superposition des images provenant de chacun des quatre capteurs lors de l'entrelacement temporel créant la vidéo haute vitesse. Brève description des dessins 10 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite, ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels : -la figure 1 illustre un exemple schématique d'un dispositif d'acquisition d'images comportant des moyens de séparation optique et 15 une pluralité de capteurs d'images, selon l'invention -la figure 2 illustre le dispositif selon la figure 1 comportant des moyens de gestion d'images, selon l'invention, et -la figure 3 illustre un mode de réalisation selon la figure 2. 20 Description détaillée de modes de réalisation Conformément à l'invention, la figure 1 illustre un exemple schématique d'un dispositif 1 d'acquisition d'images comportant des moyens de séparation optique 3 et un ensemble de capteurs d'images 5a à 5d qui peuvent être des cameras couleurs de type triCCD, 25 no\ s c ran. loue o t une nliin En effet, les miroirs semi-transparents comportent un premier miroir semi-transparent 7a recevant le flux optique 9 incident, un ensemble de derniers miroirs semi-transparents (par exemple, 7b, 7c) transmettant des flux optiques sortants vers la pluralité de capteurs d'images 5a à 5d et éventuellement (au cas où il y a plus que trois miroirs), un ensemble de miroirs semi-transparents intermédiaires disposés entre le premier miroir semi transparent 7a et l'ensemble de derniers miroirs semi-transparents. Les miroirs semi-transparents sont disposés de manière consécutive de sorte que le premier miroir semi- transparent et/ou tout miroir semitransparent intermédiaire soit suivi par deux miroirs semi-transparents sur deux chemins optiques différents. Ainsi, le premier miroir semi-transparent 7a sépare, par réflexion et transmission, le flux optique 9 incident en deux flux optiques ayant chacun la même pupille que celle du flux optique incident 9, selon deux chemins optiques différents. En outre, tout autre miroir semitransparent est disposé dans le chemin optique du flux optique transmis ou réfléchi par le miroir semi-transparent précédent pour répartir la pleine pupille du flux optique qu'il reçoit en deux nouveaux flux optiques ayant chacun la même pupille que cellle du flux optique reçu. Finalement, les derniers miroirs semi-transparents (c'est-à-dire ceux qui ne sont pas suivis par d'autres miroirs) projettent les flux optiques sortants vers l'ensemble de capteurs d'images. Ainsi, au final, chaque flux optique sortant possède la même pupille que celle du flux optique incident 9. En Jtre et avantageusement, haque miroir -ami transi; c cent d'interactions (réflexion ou transmission) avec les miroirs semitransparents. A titre d'exemple, les moyens de séparation optique 3 de la figure 1 comportent trois miroirs semi-transparents 7a, 7b et 7c. Ainsi, la pleine pupille du flux optique 9 incident est répartie par le miroir semitransparent 7a en deux flux optiques identiques 91 et 92. Ensuite, la pleine pupille du flux optique 91 est répartie par le miroir semi-transparent 7b en deux flux optiques sortants identiques 91a et 91b qui sont captés par les capteurs d'images 5a et 5b respectivement pour former des images 51a et 51b respectivement. Simultanément, la pleine pupille du flux optique 92 est répartie par le miroir semi-transparent 7c en deux flux optiques sortants identiques 92a et 92b qui sont captés par les capteurs d'images 5c et 5d respectivement pour former des images 51c et 51d respectivement. Ainsi, la pleine pupille du flux optique 9 incident est répartie en quatre flux optiques sortants identiques 91a, 91b, 92a, 92b selon quatre voies optiques lia à 11d pour distribuer le même champ optique sur les capteurs d'images 5a à 5d respectivement. Bien entendu, les moyens de séparation optique 3 peuvent aussi comporter soit un seul miroir semi-transparent, soit plus de trois miroirs semi-transparents. Par exemple, ils peuvent comporter sept miroirs semi-transparents pour distribuer le même champ optique sur huit capteurs d'images, Avantageusement, afin d'assurer le meilleur rendu qualitatif, l'ensemble de la séparation s'appuie sur une gestion télécentrique du flux optique incident 9 à l' nténeu^ des moyens de sépa-arlon Optique 3, En 'ovenç dP itinn nnti ,m ivpnt rdmnnrter ripç n 3C optimale sans réglage et permet de couvrir un angle de vue allant jusqu'à 55 degrés, voir même 60 degrés ou plus. La figure 2 illustre de manière schématique que le dispositif 1 d'acquisition d'images peut comporter des moyens de gestion d'images 15. Ces moyens de gestion d'images 15 peuvent comporter des moyens de synchronisation 17, des moyens de multiplexage 19, des moyens de traitement d'images 21 et des moyens d'affichage 23. Les moyens de synchronisation 17 permettent de décaler légèrement dans le temps les images 51a à 51d saisies par chacun des capteurs d'images 5a à 5d afin d'obtenir un recouvrement temporel des images les unes par rapport aux autres. Ainsi, selon l'exemple de la figure 2, la prise de vue de chaque capteur d'images est décalée dans le temps d'un quart d'image par rapport à une base de synchronisation. Les moyens de multiplexage 19 permettent de multiplexer numériquement les différentes images 51a à 51d issues des différentes voies optiques lla à 11d pour obtenir une séquence qui peut être exploitée en rejeu (play-back, en anglais). Par exemple, en fonctionnement dans le mode de sortie NTSC à 60 trames/seconde, le décalage obtenu pour quatre caméras est ainsi de 4ms entre deux caméras consécutives. La séquence d'images de sortie est donc une vidéo de 240 trames/seconde. Les moyens de traitement d'images 21 embarqués par exemple dans un calculateur de type PC, comportent des logiciels comprenant des d _superposition géométrique des moyens de correction :riq 21b, en5 Imensionnen et de noyens Les moyens de correction géométrique 21b d'images (warping, en anglais) permettent de corriger, en particulier les différences de gauchissement des différentes prises de vues, par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (par exemple le capteur 5a) parmi les capteurs d'images 5a à 5d, Les moyens de redimensionnement 21c d'images (resizing, en anglais) permettent de corriger les différences de grandissement éventuelles entre les différentes prises de vues par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (par exemple le capteur 5a) parmi les capteurs d'images 5a à 5d. Les moyens de translation 21d d'images permettent de corriger le décalage X-Y (delta X-Y) ou la translation panoramique horizontal-vertical par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (par exemple le capteur 5a) parmi les capteurs d'images 5a à 5d. Ainsi, une superposition fine de chacune des voies optiques lla à 11d peut être assurée par un traitement d'images logiciel, lors de la reconstruction de la séquence vidéo par l'application d'une calibration propre à chacune de ces voies optiques lla à lld et l'utilisation des méthodes précités de translation, redimensionnement et correction géométrique des images permettant de les faire coïncider. Avantageusement, le dispositif 1 d'acquisition d'images peut comporter des moyens de balance de blancs (white balance, en anglais) d'images nomr corriger les disparités colol ImétpqLies éventuelles entre les P faiçip nar rerii vises c iar ri-arme figes 3C )arpni- 27d, et éventuellement deux iris 29b et 29c. En outre, le dispositif 1 d'acquisition d'images comporte un objectif principal 25 standard (par exemple, une optique FujinonTM de qualité studio cinéma) en entrée et quatre capteurs d'images 5a à 5d (par exemple, des caméras SonyTM de qualité Broadcast ) en sortie. Les trois miroirs semi-transparents 7a, 7b, 7c sont agencés de manière à répartir la pleine pupille du flux optique incident selon quatre voies optiques pour distribuer le même champ optique sur chacun des quatre capteurs d'images 5a à 5d. Le premier miroir semi-transparent 7a répartie la pleine pupille du flux optique incident en des premier et deuxième flux optiques identiques selon des premier et deuxième chemins optiques cl et c2 sensiblement perpendiculaires. Les deuxième et troisième (derniers) miroirs semi-transparents 7b et 7c sont disposés dans les premier et deuxième chemins optiques cl et c2 respectivement. Ainsi, le deuxième miroir semi-transparent 7b répartie la pleine pupille du premier flux optique en des troisième et quatrième flux optiques identiques selon des troisième et quatrième chemins optiques c3 et c4 sensiblement perpendiculaires menant vers les caméras ou capteurs d'images 5a et 5b respectivement. De même, le troisièpme miroir semi-transparent 7c sépare la pleine pupille du deuxième flux optique en des cinquième et sixième flux optiques identiques selon des cinquième et sixième chemins optiques c5 et c6 sensiblement perpendiculaires menant vers les caméras ou caPteurs d'images 5c et 5d respectivement. lent a l'invention la fi-inartition ,1a r ImE jénéité a d' permet d'améliorer la mise en correspondance par la superposition des images provenant de chacune des quatre voies d'acquisition lors de l'entrelacement temporel créant la vidéo haute vitesse. De la même manière, la distribution de résolution (FTM) est homogène et radiale pour l'ensemble des quatre images produites. Par ailleurs, la gestion télécentrique du flux optique permet d'accroître la profondeur de champ. 10 15 20 25 30 REVENDICATIONS 1.Dispositif d'acquisition d'images, comportant des moyens de séparation optique (3) et un ensemble de capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d), caractérisé en ce que les moyens de séparation optique (3) comportent une pluralité de miroirs semi-transparents (7a, 7b, 7c) agencés de manière à répartir une pleine pupille d'un flux optique (9) selon une pluralité de voies optiques (lia, 1lb, lic, lld) pour distribuer un même champ optique sur chacun desdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de séparation optique (3) comportent des moyens télécentriques (13) pour projeter ledit flux optique (9) de manière télécentrique sur lesdits miroirs semi-transparents (7a, 7b, 7c). 15 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de synchronisation (17) pour décaler dans le temps des images (51a, 51b, 51c, 51d) saisies par chacun desdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d) afin d'obtenir un recouvrement temporel des images les 20 unes par rapport aux autres. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de traitement d'images (21) pour assurer une superposition géomdtrique air pi,.el près des images sa, 51b, 51c, ,s par las s c, eurs d'imag (5a, 5c, 5d,. 10par un capteur de référence (5a) parmi lesdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d). 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'images (21) comportent des moyens de redimensionnement (21b) d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (5a) parmi lesdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d). 1Q 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement d'images (21) comportent des moyens de translation (21c) d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (5a) parmi lesdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d). 15 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comportent en outre des moyens de balance de blancs d'images par rapport à une image de référence saisie par un capteur de référence (5a) parmi lesdits capteurs d'images (5a, 5b, 5c, 5d). 9.Dispositif selon l'une quelconque des revendication 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de séparation optique (3) comportent trois miroirs-semi transparents (7a, 7b, 7c) associés à un jeu de lentilles (27a, 27b, 27c), racés de manière à répartir la pleine pupille du flux optique (9) seloN 20 25 voies oPtidues 1 .ld e même 3 p