Brevet FR2933796A1 — publié le 20100115

APPAREIL DE TRAITEMENT D'IMAGE La présente invention concerne l'évaluation en temps réel de polynômes à une dimension ou plus et a une application particulière dans le traitement des images. Des techniques conventionnelles pour évaluer des polynômes utilisent un processus de multiplication qui est coûteux en temps de traitement et qui nécessite des ressources de calcul complexes. Selon un premier aspect de la présente invention, un appareil pour évaluer une fonction polynomiale pour un ensemble de points, dans lequel la fonction est représentée par les coefficients d'un polynôme d'ordre n, comporte un additionneur, chaque valeur pour la fonction polynomiale étant déterminée en additionnant cette valeur pour le point précédent à une valeur de décalage. Selon l'application, le polynôme peut être une variable aléatoire unique ou une variable aléatoire multiple. Les coefficients peuvent être déduits de n'importe quel processus 15 approprié, comme la méthode des moindres carrés, exécuté par exemple sur un ensemble de données mesurées. Contrairement à la technique conventionnelle qui utilise un processus de multiplication pour évaluer une fonction polynomiale, l'invention utilise un processus d'addition qui peut être effectué beaucoup plus rapidement par le 20 matériel de traitement approprié. Comme cela a été précédemment mentionné, l'appareil a une application particulière pour le traitement d'images et est spécialement utile pour palier un problème inhérent à des autodirecteurs infrarouges sur des missiles autoguidés. En général, un autodirecteur infrarouge (IR) monté dans la région du nez 25 d'un missile est protégé par un dôme transmissif aux infrarouges. On a observé que le mouvement du missile dans l'atmosphère provoque un échauffement local du dôme qui entraîne une distorsion de l'image thermique reçue par l'autodirecteur IR. Le dôme est habituellement le plus chaud à proximité de son centre 30 donnant lieu à un profil de température dans le champ de vision de l'autodirecteur IR. L'émissivité du dôme a tendance à être une fonction de la température, perturbant encore davantage l'image reçue. Ces effets contribuent à une polarisation additionnelle dans la sortie de l'autodirecteur qui est régie par le profil thermique du dôme. Cette polarisation est parfois appelée � ombrage basse fréquence � qui se manifeste par un profil d'intensité variant lentement. Le profil thermique temporel sur le dôme est mis en correspondance par l'optique associée de l'autodirecteur sur le réseau de sorte qu'il provoque une distorsion d'image. L'ombrage basse fréquence est aggravé en outre par les non-linéarités dans la fonction de transfert de l'optique de l'autodirecteur. Un ombrage haute fréquence peut également être apparent dans la sortie de l'autodirecteur et cela est habituellement provoqué par une autoémission et des réflexions internes de l'optique associée. Ce type d'ombrage donnant lieu à la génération d'une caractéristique aberrante dans la sortie de l'autodirecteur. Le problème de l'ombrage haute fréquence n'est pas concerné par cette invention, mais mentionné par souci d'être complet. Le procédé d'évaluation polynomiale décrit ci-dessus peut être utilisé afin de réduire à un niveau acceptable les effets des ombrages basse fréquence. Par conséquent, dans un deuxième aspect, la présente invention comprend un appareil de traitement d'image destiné à traiter des données de pixel délivrées en sortie d'un réseau balayé de formation d'image à deux dimensions dans lequel une fonction d'intensité de sortie I(xk,yi) du réseau comprend une surface irrégulière constituée de données de cible et d'arrière-plan surimposées sur une polarisation approchant une surface régulière représentée par une fonction d'intensité G(xk,yi), G(xk,yi) étant un polynôme d'ordre N. Cet appareil comporte : des moyens pour calculer les coefficients de la fonction d'intensité G(xk,yi) à partir de la fonction d'intensité de sortie I(xk,yi), des moyens pour évaluer la fonction d'intensité G(xk,yi) pour chaque valeur de pixel (xk,yi) étant donné lesdits coefficients, et des moyens pour soustraire G(xk,yi) de I(xk,yi) pour laisser des données de cible et d'arrière-plan non polarisées, dans lequel les moyens pour évaluer G(xk,yi) comportent un additionneur, moyennant quoi chaque valeur pour G(xk,yi) est déterminée en additionnant cette valeur pour le point précédent G(xk_,, y;_,) à une valeur de décalage. Ainsi, la présente invention fournit des moyens pour corriger la fonction d'intensité d'une surface déformée pour l'ombrage basse fréquence. La correction de surface est constituée de deux processus : le calcul, pour chaque pixel de la valeur de la surface d'ombrage à la position de ce pixel et la soustraction de la valeur d'ombrage de la valeur du pixel ombré, résultant en une valeur de pixel qui a la valeur d'ombrage supprimée. Le premier processus nécessite de calculer le polynôme d'estimation. Le second processus est une simple soustraction. Normalement, l'autodirecteur est monté sur une suspension par cardan. Si les processus d'évaluation de surface et de soustraction sont exécutés sur des images obtenues avec différentes positions de la suspension par cardan, les coordonnées des pixels (xk,yi) doivent être alors corrigées pour tenir compte du déplacement de la suspension par cardan entre les images. Par conséquent, l'invention comporte en option une entrée de position de la suspension par cardan et des moyens de transformation destinés à transformer les coordonnées des pixels, afin de tenir compte de tout mouvement relatif. La transformation requise peut être représentée par une matrice n x n. Les coefficients de la matrice doivent uniquement calculer une fois pour chaque paire d'images d'évaluation. Certains modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, uniquement à titre d'exemple, en faisant référence aux dessins sur lesquels : la figure 1 est un schéma de principe d'un appareil de traitement d'image selon l'invention ; la figure 2 est une représentation en 3 dimensions de la sortie d'un autodirecteur IR ; la figure 3 montre des courbes représentant la sortie illustrée sur la figure 3, avant et après le traitement ; les figures 4 et 5 sont des schémas de principe des circuits logiques mettant en oeuvre une partie de l'invention ; et la figure 6 est un schéma de principe d'une variante de l'appareil de traitement d'image selon l'invention. Sur la figure 1, un autodirecteur IR 1 ayant une matrice à 2 dimensions de 256 x 256 pixels est montée dans le nez d'un missile (non illustré). L'autodirecteur 1 est balayé par trames et sa sortie, qui est une sortie vidéo d'images successives, peut être représentée par la fonction d'intensité à deux dimensions I(xk,yi) où les valeurs Xk et yisont situées dans la plage de 1 à 256. Une fonction d'intensité typique est illustrée sur la figure 2. Sur celle-ci, on peut voir une image de la cible 2 au centre du fouillis d'échos d'arrière-plan. Selon l'explication donnée précédemment, cette fonction d'intensité est contaminée par une polarisation due à l'échauffement et d'autres effets dans la structure entourant l'autodirecteur 1. En référence de nouveau à la figure 1, la sortie de l'autodirecteur est traitée par la suite par une série de modules. Un module de sélection 3 sélectionne un certain nombre de valeurs I(xk,yi), par exemple une grille de 16 x 16 pixels dans le but de calculer les coefficients d'une fonction polynomiale en effectuant une méthode des moindres carrés sur la surface représentée par I(xk,y;). Un module LSF (méthode des moindres carrés) 4 calcule les coefficients d'un polynôme du 41ème ordre qui correspond au mieux aux valeurs I(xk,yi) choisies. Un module d'évaluation 5 utilise les coefficients calculés pour évaluer une nouvelle fonction d'intensité G(xk,yi) pour Xk et y1 situés dans la plage de 1 à 256, c'est-à-dire pour tous les 256 x 256 pixels. Un module de soustraction 6 soustrait chaque valeur de pixel G(xk,yi) de sa valeur de pixel équivalente I(xk,yi) pour donner une nouvelle fonction de surface bidimensionnelle T(xk,y;). En référence désormais à la figure 3, une courbe A est une coupe transversale à travers le tracé de la figure 2, montrant x en fonction de l'intensité G. La polarisation non voulue qui contamine la sortie de l'autodirecteur est représentée par la courbe B. Il s'agit d'une courbe régulière qui, dans 2 dimensions, est la surface représentée par G(xk,yi), c'est-à-dire la méthode des moindres carrés effectuée sur la fonction I(xk,y;). La courbe C montre les résultats obtenus en soustrayant la courbe B de la courbe A. C'est le processus effectué par le module de soustraction 6. Une représentation bidimensionnelle de la courbe C est la fonction T(xk,yi). Cette dernière fonction représente les données non polarisées de la cible et de l'arrière-plan. Le fonctionnement de chacun des modules susmentionnés sera expliqué ci-après de manière très détaillée en faisant référence aux figures 1, 4 et 5. Pour chaque image de données vidéo qui comprend la sortie de l'autodirecteur IR 1, une grille 16 x 16 est identifiée parmi les 256 x 256 pixels possibles par le module de sélection 3. Le choix des points et du nombre de points est arbitraire, le choix étant un compromis entre une représentation précise de toute la forme de la surface représentée par la fonction I(xk,y]) et le temps de traitement disponible. Ces points sélectionnés sont ensuite transmis au module LSF 4. C'est un dispositif conventionnel qui calcule les coefficients d'un polynôme d'ordre N qui décrit au mieux la surface représentée par les points sélectionnés. Dans cet exemple, on a choisi un polynôme du 41ème ordre pour représenter une fonction d'intensité G(x,y) ayant la forme : G(x,y) = Coo+Clox+Cosy+C2ox2+Co2y2 + C11 xy+C30x3+CO3y3+C21 x2y + C12y2X+C04y4+C13xy3+C22X2y2 + C31 X3y+Ci40X4 (1) Une fonction d'un ordre plus grand ou plus petit pourrait être utilisée en fonction de l'application. Dans cet exemple, les inventeurs ont trouvé qu'une fonction du 4ième ordre donne les meilleurs résultats. Le module LSF 4 calcule les valeurs des coefficients � C � par des méthodes conventionnelles et transmet ces valeurs au module d'évaluation 5. Etant donné les coefficients, le module d'évaluation 5 calcule la fonction G(xk,y]) pour xk et yy situés dans la plage de 1 à 256, c'est-à-dire le but de ce module est de générer une surface bidimensionnelle régulière qui correspond au mieux à la fonction I(xk,y]) en résolvant l'équation (1) pour 256 x 256 points. De manière conventionnelle, cela aurait été fait en effectuant les multiplications et additions nécessaires pour chaque G(xk,yi). Toutefois, des routines de multiplication sont coûteuses en termes de temps de traitement. L'invention pallie ce désavantage en résolvant l'équation (1) en effectuant uniquement des additions, ce qui prend beaucoup moins de temps de traitement. Pour comprendre comment cela est réalisé, on considérera le cas général suivant : Le produit Cx peut s'écrire : Cx = C(x-a) Ça (2) où x est une variable et C et a sont des constantes. On considérera désormais les termes en x pour la fonction d'intensité G(xk,y]) (équation 1) c'est-à-dire G1(x) = C1ox1 G2(x) = C10x2 (3) Gk(x) = C10xk 15 En comparant ces équations (3) à l'équation (2), on peut écrire, par exemple : G2(x) = C10 (x2-a)+C10a (4) 20 Il est possible d'appliquer la même analyse uniquement aux termes en y et d'écrire une expression similaire : G2(y) = Co1(y2-b)+C01b (5) 25 (où b est une constante) A cause de la nature du processus de balayage employé par l'autodirecteur IR, des valeurs successives de x et y s'incrémentent à chaque fois de quantités égales. 30 c'est-à-dire soit x1= x2-a (6) et y1= y2-b (7) Par conséquent, ces équations (4) et (5) peuvent s'écrire respectivement : G2(x) = G1 (x)+C10a et 5 G2(y) = G1(y)+C01b et en général : 10 G(xk,yi) = G(xk-a,yi)+C1oa S'il n'y a pas de mouvement de rotation relatif entre des images, alors �a� et � b � sont deux égaux à 1. S'il y a un mouvement de rotation relatif, alors � a� et � b� sont quelque 15 peu inférieurs à � 1 �, leur valeur étant déterminée par le processus de matrice de transformation précédemment mentionné. D'après l'équation (8), on peut voir que la fonction d'intensité pour un point donné est égale à la valeur de la fonction d'intensité du point calculé précédemment plus un décalage. 20 Le principe peut être étendu aux termes d'ordre supérieur de l'équation 1 et un autre exemple sera donné ci-après. Ainsi, la fonction d'intensité G(xk,y]) peut être déterminée uniquement par des processus d'addition au lieu de processus de multiplication dès que les valeurs initiales ont été établies. 25 La figure 4 montre comment l'équation 8 peut être implémentée par des composants matériels. La figure 4 montre un bloc formé de deux unités : un additionneur 7 et un circuit à verrouillage 8. Une première entrée de l'additionneur 7 comprend la valeur initiale C10.a. La sortie de l'additionneur est connectée à l'entrée du circuit à verrouillage 8 qui 30 reçoit également une valeur initiale C10x1. La sortie du circuit à verrouillage 8 est réintroduite dans une deuxième entrée de l'additionneur 7. Initialement, le premier terme en x, C1ox1, est calculé et transféré à la sortie du circuit à verrouillage et à la première entrée de l'additionneur 7. Lors de 7 (4A) (5A) (8) l'impulsion d'horloge suivante du circuit à verrouillage, C10x1 est additionné à C10.a et est transféré à la sortie du circuit à verrouillage. Cette valeur est ainsi C10x2. Après cela, des valeurs suivantes pour C,ox sont calculées en additionnant la valeur précédente Cloxk_a à C,oa. Cette structure de la figure 4 peut également être utilisée pour évaluer les termes correspondants en y. Le calcul de chaque valeur G(xk,y]) prend juste un cycle d'horloge du circuit à verrouillage. Comme cela a déjà été mentionné, la technique illustrée sur la figure 4 peut être étendue pour déterminer des termes d'ordre plus élevé. On considérera 10 désormais le terme en x2. Le produit Cx2 peut s'écrire : Cx2 = C(x-a)2+2Cax-Ca2 (9) 15 ou Cx2 = C(x-a)2+2Ca(x-a)+Ca2 (10) D'après l'équation 6, on peut écrire, Cx22 = Cx,2+2Cax,+Ca2 (11) Ainsi, les termes en x2 (ou y2) pour l'expression de G(xk,y]) dans l'équation 20 (1) peuvent être évalués en utilisant les composants matériels de la figure 5. Celle-ci montre deux paires d'additionneur et de circuit à verrouillage. Un premier additionneur 9 reçoit une entrée 2C20a2. Sa sortie est connectée à un premier circuit à verrouillage 10 qui reçoit également une valeur d'entrée initiale 2C20ax, +2C20a2. La sortie de ce circuit à verrouillage est réintroduite sur une deuxième 25 entrée de l'additionneur 9. La sortie du circuit à verrouillage 10 est également reliée à un deuxième additionneur 11 dont la sortie est à son tour reliée à un deuxième circuit à verrouillage 12. Le deuxième circuit à verrouillage reçoit une valeur d'entrée initiale C20x12 et sa sortie est réintroduite sur une deuxième entrée du deuxième additionneur 11. 30 Les sorties en D et E, c'est-à-dire respectivement les sorties des premier et deuxième circuits à verrouillage, sont illustrées dans le tableau suivant pour les trois premières impulsions d'horloge des circuits à verrouillage. N °d'impulsion Sortie en D Sortie en E d'horloge 1 2C20ax1 + C20a2 C20x12 2 2C20ax1+C20a2+2C20a2 C20x12+2C20ax1+C20a2 [c'est-à-dire 2C20ax2+C20a2 [c'est-à-dire C20xz d'après d'après les équations 3 et 4A] l'équation Il] 3 2C20ax2+C20a2+2C20a2 C20x2 +2C20ax2+C20a2 [c'est-à-dire 2C20ax3+C20a2] [c'est-à-dire C20x3 ] On peut voir que les termes d'ordre supérieur restants dans l'équation (1) peuvent être déterminés d'une manière similaire en utilisant le bloc formé d'un circuit à verrouillage et d'un additionneur. Les termes x3 et j? et x2y, par exemple, nécessitent trois paires circuit à verrouillage-additionneur, les termes x4 et y4, quatre paires et ainsi de suite. En général, un terme du Nième ordre nécessite N paires circuit à verrouillage-additionneur pour sa mise en oeuvre. En référence de nouveau à la figure 1, le module d'évaluation 5 est donc composé d'un nombre approprié de paires circuit à verrouillage-additionneur. Dans cet exemple, les valeurs � a� et � b� sont égales à 1, c'est-à-dire il n'y a pas de mouvement de rotation entre des images vidéo. Le module d'évaluation 5 reçoit les coefficients � C � en provenance du module LSF 4. Lorsque chaque valeur pour G(xk,yi) pour chaque pixel a été évaluée, elle est transmise au module de soustraction 6 dans lequel elle est soustraite de sa valeur équivalente I(xk,yi). Ainsi lorsqu'une image vidéo complète a été traitée, les données en sortie du module de soustraction 6 comprennent la surface modifiée de la courbe C de la figure 3, c'est-à-dire la fonction T(xk,y;). La variante du mode de réalisation sur la figure 6 a les mêmes modules que ceux de la figure 1 avec les fonctions caractéristiques supplémentaires d'un moniteur de position de la suspension par cardan 13 et d'un module de transformation 14. Pour corriger les coordonnées des pixels (xk,yi) pour un mouvement de rotation de la suspension par cardan entre des images, le module de transformation 14 reçoit une entrée du moniteur de position de la suspension par cardan 13 et détermine des valeurs pour � a � et � b � qu'il utilise pour ajuster les valeurs initiales chargées dans les circuits à verrouillage compris dans le module d'évaluation. Le module de transformation 14 fonctionne au moyen d'une technique conventionnelle employant une multiplication de matrice n x n. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Appareil de traitement d'image destiné à traiter des données de pixel délivrées en sortie d'un réseau balayé de formation d'image à deux dimensions, caractérisé en ce qu'une fonction d'intensité de sortie I(xk,yj) du réseau comprend une surface irrégulière constituée de données de cible et d'arrière-plan superposées à une polarisation approchant une surface régulière représentée par une fonction d'intensité G(xk, yJ), la fonction G(xk, yJ) étant un polynôme d'ordre N, la fonction G(xk, yJ) étant représentée par des coefficients, l'appareil comportant : des moyens (4) pour calculer les coefficients de la fonction d'intensité G(xk,y]) à partir de la fonction d'intensité de sortie I(xk, y), des moyens (5) pour évaluer la fonction d'intensité G(xk, yJ), lesdits moyens comportant un additionneur 7 apte à déterminer la fonction d'intensité pour un point donné en additionnant la valeur de la fonction d'intensité pour le point précédemment calculé à une valeur de décalage, et des moyens pour soustraire G(xk, yJ) de I(xk, }fi) afin de laisser des données de cible et d'arrière-plan non polarisées. 2. Appareil de traitement d'image selon la revendication 1, dans lequel les moyens (5) pour évaluer la fonction d'intensité G(xk, yJ) sont propres à évaluer ladite fonction d'intensité pour chaque valeur de pixel (xk,AJ) étant donné lesdits coefficients. 3. Appareil de traitement d'image selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les 25 moyens pour calculer les coefficients sont adaptés pour effectuer une méthode des moindres carrés à la fonction d'intensité reçue I(xk,yj). 4. Appareil de traitement d'image selon l'une quelconque des revendications précédentes et comportant en outre des moyens pour compenser un mouvement 30 du réseau de formation d'image. 5. Appareil de traitement d'image selon la revendication 4, dans lequel les moyens pour compenser le mouvement du réseau de formation d'image emploient un processus de multiplication de matrice. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les termes individuels constituant le polynôme sont calculés par N paires de modules, chaque module étant composé d'un additionneur 7 et d'un circuit à verrouillage, N étant l'ordre du terme individuel devant être calculé.