Brevet FR2979022A1 — publié le 20130215

La présente invention concerne un dispositif de visée et plus particulièrement un dispositif de visée terrestre tel qu'une paire de jumelles, une lunette, un smart phone... pourvu d'un compas magnétique et d'un moyen de recalage de ce compas. L'invention a également pour objet un procédé de recalage du compas magnétique d'un dispositif de visée. Il est connu des dispositifs de visée comprenant une unité de commande reliée à un capteur d'image et à un écran de visualisation pour afficher sur l'écran de visualisation les images capturées par le capteur. L'unité de commande comporte une mémoire contenant au moins un programme de commande du dispositif permettant notamment de traiter les signaux provenant du capteur en vue de l'affichage des images sur l'écran de visualisation. L'unité de commande comprend à cet effet un processeur pour exécuter ledit programme. Certains dispositifs de visée, par exemple destinés à la désignation de cible, l'unité de commande est reliée en outre à une unité de géolocalisation, par exemple de type GPS, un compas magnétique, un télémètre et un inclinomètre qui fournissent des données que l'unité de commande traite afin de permettre leur affichage sur l'écran de visualisation dans des fenêtres dédiées et / ou en surimpression de l'image affichée. Ainsi, lorsqu'un opérateur pointe son dispositif de visée sur une cible, l'unité de commande affiche sur l'écran de visualisation des données relatives à la position du dispositif et des données relatives à la cible telles que le cap, la distance et l'inclinaison de la cible par rapport au dispositif de visée. Ces informations permettent de calculer la position de la cible et peuvent être communiquées oralement par l'opérateur à une autre personne ou être codées et envoyées directement via un émetteur radio relié à l'unité de commande. La précision des informations fournies dépend en grande partie de celle du compas magnétique ou (DMC de l'anglais « Digital Magnetic Compass ») qui peut être perturbé en cas d'anomalie locale du champ magnétique terrestre résultant par exemple de la présence d'une mas-se ferreuse (véhicule, sol riche en minerai de fer) à proximité du dispositif. La précision des informations dépend en outre directement de la précision de la valeur de déclinaison magnétique terrestre utilisée pour déduire le cap géographique à partir du cap magnétique fourni par le compas. Il en résulte que le cap fourni par le compas est considéré dans les applications critiques comme entaché d'une erreur maximale de 5°, ce qui représente quasi-ment 200 mètres à 2 kilomètres et est rédhibitoire dans des applications militaires. Un but de l'invention est de fournir un moyen permettant d'améliorer la précision des compas magnétiques embarqués sur des dispositifs de visée. A cet effet, on prévoit un dispositif de visée comprenant une unité de commande reliée à un capteur d'image, un écran de visualisation, une unité de géolocalisation, un compas magnétique, un inclinomètre et un élément de mesure de temps, l'unité de commande comportant une mémoire contenant au moins un programme de corn- mande du dispositif et un processeur pour exécuter ledit programme. La mémoire contient un catalogue de repérage de corps célestes et le programme de commande comprend un module de calcul d'éphémérides et un module de recalage du compas par identification d'au moins un corps céleste contenu dans au moins une image fournie par le capteur, le module étant agencé pour réaliser l'identification au moyen de l'éphéméride à partir des données fournies par l'unité de géolocalisation, l'inclinomètre, le compas magnétique et l'élément de mesure de temps et pour recaler le compas magnétique à partir de la position du corps cé- leste identifié. Ainsi, l'unité de commande permet de recaler le compas à partir de la position du corps céleste. Par recalage, on entend soit un paramétrage du compas pour qu'il intègre le recalage dès la fourniture des données ou un traitement venant a posteriori corriger ou remplacer les données fournies par le compas. La précision du compas magnétique n'est pas suffisante pour être utilisée sans recalage mais est néanmoins suffisante pour partici- per à l'identification du corps céleste. Par corps céleste, on entend une étoile, une lune, une planète... dont la position dans le ciel est prédictible en fonction de la position de l'observateur sur la terre et de la date et de l'heure. Le soleil et la lune sont ainsi des corps célestes qui pourront être utilisés de jour lorsque les étoiles ne sont pas visibles. De préférence, le module est agencé pour identifier le corps céleste à partir de plusieurs images capturées au cours d'un déplacement relatif du capteur et du corps céleste. La multiplication d'images permet la fourniture de données supplémentaires susceptible d'augmenter la fiabilité de l'identification. Ceci permet par exemple de pouvoir capturer l'image d'autres corps célestes voisins qui pourront en groupe être plus facilement identifiés. Lorsque le capteur est associé à une matrice multicolore, par exemple de type BAYER, s'étendant parallèlement au capteur de manière à former des groupes de photosites sensibles pour chaque groupe à une couleur, la lumière émanant du corps céleste peut ne frapper qu'un photosite de sorte qu'il sera plus ou moins visible selon sa propre couleur et la couleur du photosite. L'utilisation de plu-sieurs images permet la prise en compte d'un déplacement relatif du dispositif et du corps céleste dont la lumière frappera d'autres photosites permettant ainsi plus faci- lement sa détection et son identification. Si les photo-sites de trois couleurs différentes sont frappés par la lumière du corps céleste, il est possible de déterminer sa couleur et d'utiliser celle-ci pour l'identification si le catalogue comprend les couleurs des corps céleste. Selon différentes alternatives : - le dispositif est monté sur un support via une motorisation reliée à l'unité de commande et le programme de commande est agencé pour commander un déplacement du dispositif et une acquisition simultanée des images ; - le programme de commande est agencé pour afficher sur l'écran de visualisation des messages pour gui-der un déplacement du dispositif par un opérateur ; - le programme de commande est agencé pour corn- mander un déplacement d'un élément optique par rapport au capteur et une acquisition simultanée d'images. Avantageusement, une centrale inertielle et le programme de commande sont agencés pour maintenir le recalage du compas à partir de données fournies par la cen- traie inertielle. L'invention a également pour objet un procédé de recalage d'un compas magnétique d'un dispositif de visée. Le procédé de recalage d'un compas magnétique d'un dispositif de visée, comprend les étapes de : - capturer au moins une image d'une portion de ciel contenant un corps céleste au moyen d'un capteur d'images du dispositif de visée, - relever des coordonnées géographiques d'un dis-positif de visée et une élévation d'une ligne de visée entre le dispositif de visée et le corps céleste, - identifier le corps céleste à partir des coordonnées géographiques, de l'élévation, de la date, de l'heure et d'un cap fourni par le compas, - recaler le compas à partir de la position du corps céleste identifié. Ainsi, un objet céleste isolé peut être identifié avec un capteur de champ réduit (pas de nécessité d'avoir plusieurs objets célestes dans le champ du capteur) et de relativement faibles performances. De préférence, le procédé de recalage d'un compas magnétique utilise également au moins une caractéristique colorimétrique du corps céleste. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limita- tifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est simplifiée en perspective d'un dispositif de visée conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique d'un dispo- sitif de visée conforme à l'invention. En référence aux figures, le dispositif de visée conforme à l'invention est ici un dispositif de visée terrestre et plus particulièrement une paire de jumelles généralement désignée en 1. La paire de jumelles comprend un boîtier 2 contenant une unité de commande 3 reliée à un capteur d'image 4 et à un écran de visualisation 5. L'unité de commande 3 comprend, de façon connue en elle-même, un processeur 6 agencé pour exécuter des programmes, et notamment un pro-gramme de commande, contenus dans une mémoire 7 reliée au processeur 6. Le capteur d'image 4 est par exemple un capteur de type CCD ou CMOS comportant une pluralité de photosites (couramment appelés pixels et formant des zones individuelles de détection du capteur) associés à une matrice colorée de type BAYER de manière à former trois groupes de photosites sensibles pour chaque groupe à une seule couleur et répartis sur toute la surface du cap- teur. Le capteur est associé à des moyens de stabilisa- tion et est disposé derrière un groupe optique 8 comportant une ou plusieurs lentilles pour optimiser la détection des faisceaux lumineux par le capteur d'image 4. Ce groupe optique 8 est motorisé de façon connue en elle- même pour assurer d'une part une focalisation des faisceaux lumineux sur le capteur d'images 4 et d'autre part un réglage de rapprochement ou grossissement. L'écran de visualisation 5 est par exemple un écran à cristaux liquides de type LCD ou OLED. Une unité de géolocalisation 9, un compas magné-tique 10, un inclinomètre 11, un élément de mesure de temps 12 (fournissant la date et l'heure), une centrale inertielle 13 et un télémètre 14 sont en outre contenus dans le boîtier 2 et reliés à l'unité de commande 3. Le boîtier 2 est monté sur un support, ici un trépied 15, via un ensemble de motorisation 16 relié par un connecteur à l'unité de commande 3. Le programme de commande est agencé pour traiter les signaux provenant du capteur d'image 4 en vue de l'affichage des images sur l'écran de visualisation. L'unité de géolocalisation 9, le compas magnétique 10, l'inclinomètre 11, l'élément de mesure de temps 12, la centrale inertielle 13 et le télémètre 14 fournissent des données que le programme de commande traite afin de per- mettre leur affichage sur l'écran de visualisation dans des fenêtres dédiées et / ou en surimpression de l'image affichée. La mémoire 7 contient en outre un catalogue de repérage de corps célestes (contenant notamment les coor- données de corps céleste à une date donnée) à partir du-quel le programme calcule les éphémérides correspondantes pour le lieu, la date et l'heure. Le programme de commande comprend un module de recalage du compas par identification d'au moins un corps céleste contenu dans au moins une image fournie par le capteur d'image 4. Le mo- dule est agencé pour réaliser l'identification au moyen des éphémérides à partir des données fournies par l'unité de géolocalisation 9, du compas magnétique 10, de l'inclinomètre 11 et l'élément de mesure de temps 12 et pour recaler le compas magnétique 10 à partir de la posi- tion du corps céleste identifié. Dans un mode de réalisation, l'identification est facilitée au moyen de caractéristiques colorimétriques du corps céleste. Le catalogue de repérage de corps célestes met en relation des identifiants d'objets célestes et des propriétés de ceux-ci dont : - la position (azimut et élévation) de l'objet céleste dans le ciel visible en fonction de la date, de l'heure et de la position de l'observateur ; - des caractéristiques colorimétriques de l'objet céleste comme la couleur et la magnitude ; - l'appartenance à un groupe d'objets céleste or- ganisés selon un motif particulier. Le module est ici agencé pour identifier le corps céleste à partir de plusieurs images capturées au cours d'un déplacement relatif du capteur d'image 4 et du corps céleste. Le programme de commande est à cette fin agencé pour commander un déplacement du dispositif et une acquisition simultanée des images. Ceci permet de détecter des objets célestes de petite taille, ramenée sur le capteur, et en particulier de taille égale à un photosite. En effet, comme chaque photosite est plus sensible à une ion- gueur d'onde particulière, il convient de faire en sorte que la partie de faisceau lumineux frappant le capteur et provenant de l'objet céleste soit amenée vers plusieurs photosites ayant des sensibilités à des longueurs d'ondes différentes. Ceci permet en outre de déterminer les ca- ractéristiques colorimétriques (par exemple RGB) de l'objet céleste et d'en déduire la couleur et la magnitude. Dans le mode de mise en oeuvre ici décrit, la paire de jumelles est dans un premier temps mise en service sur son trépied et pointée sur une zone du ciel par l'opérateur. Si un objet céleste est détectable sur les images capturées par le capteur, l'unité de commande 3 poursuit le procédé de recalage. Dans le cas contraire, l'unité de commande 3 commande l'ensemble de motorisation pour pointer la paire de jumelles sur une zone du ciel où doit se trouver au moins un objet céleste d'après les informations tirées des éphémérides. Si un objet céleste est détecté à partir d'une ou plusieurs images comme expliqué ci-dessus, l'unité de commande réalise l'identification au moyen des éphémérides sur la base des données fournies par l'unité de géolocalisation 9, le compas magnétique 10, l'inclinomètre 11 et l'élément de mesure de temps 12 et sur la base de la couleur et de la magnitude déterminées par l'unité de commande 3. Comme le compas magnétique 10 n'a pas encore été recalé, une tolérance d'erreur est prise en compte lors de l'utilisation du cap de l'objet céleste tel que fourni par le compas magnétique 10. Après comparaison avec les données des éphémérides, l'objet céleste est identifié et son cap réel par rapport à la position de la paire de jumelles est calculé. Le compas magnétique 10 est alors calé sur ce cap. Le programme de commande est agencé pour mainte- nir, lors de déplacement de la paire de jumelles, le recalage du compas à partir de données fournies par la centrale inertielle ou bien par le trépied lorsque celui-ci possède un système d'indexation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, l'identification du corps céleste peut être réalisée à partir de, en combinaison ou non : sa couleur, sa magnitude, sa position dans un groupe céleste au sein d'un groupe de corps célestes présents sur une ou plusieurs images... Les caractéristiques colorimétriques du corps céleste peuvent être déterminées à partir d'une seule image en utilisant par exemple un capteur dans lequel la séparation des longueurs d'ondes du faisceau lumineux est réalisée pour chaque photosite dans l'épaisseur du capteur. Les capteurs FOVEON sont par exemple de ce type. Les caractéristiques colorimétriques du corps cé- leste peuvent être déterminées à partir de plusieurs images sans déplacement relatif du capteur et du corps céleste en utilisant par exemple des filtres amovibles mon-tés en avant du capteur. Le capteur d'image peut être déplacé par rapport au corps céleste par exemple en utilisant des moyens de déplacement du capteur d'image par rapport au boîtier et par exemple des moyens de stabilisation du capteur pour faire en sorte que la partie du faisceau lumineux correspondant à l'objet céleste puisse être détectée par plu- sieurs photosites. Le programme de commande peut être agencé pour commander un déplacement d'un élément optique par rapport au capteur et une acquisition simultanée d'images. En jouant sur le rapprochement ou sur la focalisation du faisceau lumineux, il est possible de faire en sorte que la partie du faisceau lumineux correspondant à l'objet céleste puisse être détectée par plusieurs photosites. En variante, le programme de commande est agencé pour afficher sur l'écran de visualisation des messages pour guider un déplacement du dispositif par un opérateur de manière à diriger l'appareil vers une zone du ciel contenant un objet céleste présent dans le catalogue. Les images capturées par le capteur lors du dé-placement de celui-ci par rapport à l'objet céleste peu- vent être capturées alors que le capteur est en mouvement ou alors qu'il est temporairement immobilisé au cours de son déplacement. Sans utiliser de caractéristique colorimétrique, le procédé de recalage d'un compas magnétique d'un dispo- sitif de visée, comprenant les étapes de : - capturer au moins une image d'une portion de ciel contenant un corps céleste au moyen d'un capteur d'images du dispositif de visée, - relever des coordonnées géographiques d'un dis- positif de visée et une élévation d'une ligne de visée entre le dispositif de visée et le corps céleste, - identifier le corps céleste à partir des coordonnées géographiques, de l'élévation, de la date, de l'heure et d'un cap fourni par le compas, - recaler le compas à partir de la position du corps céleste identifié. REVENDICATIONS1. Dispositif de visée comprenant une unité de commande reliée à un capteur d'image, un écran de visua- lisation, une unité de géolocalisation, un compas magné-tique, un inclinomètre et un élément de mesure de temps, l'unité de commande comportant une mémoire contenant au moins un programme de commande du dispositif et un processeur pour exécuter ledit programme, caractérisé en ce que la mémoire contient un catalogue de corps célestes et le programme de commande comprend un module de calcul d'éphéméride et un module de recalage du compas par identification d'au moins un corps céleste contenu dans au moins une image fournie par le capteur, le module étant agencé pour réaliser l'identification au moyen de l'éphéméride à partir des données fournies par l'unité de géolocalisation, le compas magnétique, l'inclinomètre et l'élément de mesure de temps et pour recaler le compas magnétique à partir de la position du corps céleste iden- tifié. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans le-quel le module est agencé pour identifier le corps céleste à partir de plusieurs images capturées au cours d'un déplacement relatif du capteur et du corps céleste. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans le-quel le dispositif est monté sur un support via une motorisation reliée à l'unité de commande et le programme de commande est agencé pour commander un déplacement du dis-positif et une acquisition simultanée des images. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans le-quel le programme de commande est agencé pour afficher sur l'écran de visualisation des messages pour guider un déplacement du dispositif par un opérateur. 5. Dispositif selon la revendication 2, dans le- quel le programme de commande est agencé pour commanderun déplacement d'un élément optique par rapport au capteur et une acquisition simultanée d'images. 6. Dispositif selon la revendication 1, comprenant une centrale inertielle et le programme de commande étant agencé pour maintenir le recalage du compas à par- tir de données fournies par la centrale inertielle. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans le-quel le catalogue de corps célestes comprend des magnitudes et des couleurs d'objets célestes. 8. Procédé de recalage d'un compas magnétique d'un dispositif de visée, comprenant les étapes de : - capturer au moins une image d'une portion de ciel contenant un corps céleste au moyen d'un capteur d'images du dispositif de visée, - relever des coordonnées géographiques d'un dis-positif de visée et une élévation d'une ligne de visée entre le dispositif de visée et le corps céleste, - identifier le corps céleste à partir des coordonnées géographiques, de l'élévation, de la date, de l'heure et d'un cap fourni par le compas, - recaler le compas à partir de la position du corps céleste identifié. 9. Procédé selon la revendication 8, comprenant l'étape de déterminer au moins une caractéristique colo- rimétrique du corps céleste, l'identification faisant in- tervenir également la caractéristique colorimétrique. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel la caractéristique colorimétrique est déterminée à partir de plusieurs images du corps céleste capturées pendant un déplacement relatif du dispositif de visée et du corps céleste.