Brevet FR3008208A1 — publié le 20150109

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la détection de tirs provenant d'armes légères, telles que les armes d'infanterie. Quoique non exclusivement, la présente invention est particulièrement appropriée à être mise en oeuvre à bord de véhicules terrestres, d'avions et d'hélicoptères militaires susceptibles d'être la cible de tirs d'armes légères terrestres. On connaît déjà des indicateurs de tirs d'armes légères basés sur la détection acoustique de ces tirs. Cependant, ces indicateurs acoustiques présentent un taux de fausses alarmes élevé et un délai de réaction trop long. De plus, leurs indications goniométriques sont particulièrement peu précises. En conséquence, il serait utile de pouvoir détecter de tels tirs à l'aide de photodétecteurs infrarouge, comme cela est le cas pour les missiles. Toutefois, la détection infrarouge des tirs d'armes légères soulève des difficultés, notamment à cause de la brièveté (quelques ms) et du faible niveau (quel- ques W par stéradian) de l'intensité apparente de la lueur de bouche de ces armes légères, ainsi que des balles qu'elles tirent. Pour contourner ces écueils, on pourrait songer : - soit à augmenter la fréquence d'acquisition et de déchargement des images fournies par le photodétecteur infrarouge, mais ceci représenterait alors un volume de données à transférer et à traiter qui pour une solution « full tv » se heurte à une limite technologique ; - soit à augmenter la fréquence d'acquisition des images par le photodétecteur infrarouge, en ne déchargeant ces images que pour un ensemble de plusieurs acquisitions consécutives, mais, dans ce cas, le signal utile serait noyé dans un important bruit de paysage. La présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et de permettre la détection efficace de la lueur de bouche d'armes légères et des balles qu'elles tirent au moyen de photodétecteurs infrarouge. À cette fin, selon l'invention, le procédé pour la détection de tirs provenant d'armes légères au moyen d'un photodétecteur matriciel infrarouge, est remarquable : - en ce qu'on met en oeuvre un photodétecteur matriciel infrarouge sensible dans la bande MWIR réagissant aux rayonnements infra- rouge dont les longueurs d'onde sont comprises entre 3 et 5 p m, et - en ce qu'on effectue la suite d'opérations suivantes dans le photo- détecteur infrarouge : - acquisition d'images successives du paysage dans lequel peuvent se trouver lesdites armes légères, - calcul des différences entre chacune desdites images et celle qui la précède, - seuillage desdites différences d'images au moyen d'un seuil au moins approximativement représentatif du bruit du paysage, et - extraction uniquement desdites différences des parties d'images supérieures audit seuil. En effet, la Demanderesse a observé que les lueurs de bouche des armes légères émettaient principalement dans des longueurs d'onde compri- ses entre 3 et 5 p m. Par suite, en ce qui concerne la détection de ces lueurs de bouche et de ces balles, le procédé de l'invention est particulièrement optimal. Par ailleurs, dans le procédé de l'invention, les lueurs de bouche et les balles tirées sont révélées par les seules différences des parties d'images consécutives qui dépassent le seuil, de sorte que les informations extraites sont particulièrement limitées et constituées uniquement de signal utile. De préférence, pour former lesdites images successives du paysage, on utilise une fréquence élevée, de l'ordre de 1000 Hz. Les différences des parties d'images consécutives qui dépassent le seuil peuvent être déchargées immédiatement après seuillage, par exemple à une fréquence de l'ordre de 1000 Hz, ou être stockées et accumulées dans une zone tampon, puis être déchargées ensuite de celle-ci à une fréquence inférieure à 1000 Hz. La présente invention concerne de plus un dispositif pour la détection de tirs provenant d'armes légères au moyen d'un photodétecteur infrarouge matriciel séquentiel comportant une pluralité de photosites dont chacun d'eux forme une partie de l'image du paysage observé par ledit photodétecteur, ce dispositif étant remarquable : en ce que ledit photodétecteur est sensible dans la bande MWIR ( Mid - Wave - InfraRed en langue anglaise) réagissant aux rayonnements infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 p m ; en ce que, à chacun desdits photosites, est associé un circuit de mesure comprenant : - des premiers moyens de stockage de la partie correspondante de l'image courante, - des deuxièmes moyens de stockage de la partie correspondante de l'image précédente, - des moyens aptes à effectuer la différence entre ladite partie de l'image courante et ladite partie de l'image précédente, - des troisièmes moyens de stockage de ladite différence d'images, et - des moyens de seuillage de ladite différence d'images au moyen d'un seuil au moins approximativement représentatif du bruit dudit paysage, et en ce que sont prévus des moyens pour décharger uniquement les différences de parties d'images supérieures audit seuil. Par exemple, lesdits premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de stockage comportent des condensateurs. Avantageusement, ledit circuit de mesure associé à chaque photosite comporte de plus un registre de transfert, par exemple du type registre à décalage, commandant lesdits premiers et deuxièmes moyens de stockage pour faire passer, à chaque séquence de fonctionnement du photodétecteur, ladite partie de l'image courante de la séquence précédente depuis lesdits premiers moyens de stockage jusqu'auxdits deuxièmes moyens de stockage. Ainsi, ladite partie de l'image courante de la séquence précédente forme ladite partie de l'image précédente et lesdits premiers moyens de stockage peuvent emmagasiner ladite partie de l'image courante de la séquence en cours, en vue de la réalisation de ladite différence d'images. De préférence, ledit seuil est réglable afin de pouvoir adapter le dispositif de détection de l'invention à différents paysages. Par ailleurs, il est avantageux que, à chaque photosite, soit associée une prise de signal disposée en parallèle sur le circuit de mesure correspon- dant. Ainsi, le dispositif de détection conforme à la présente invention peut aisément être couplé, et même intégré, à un autre détecteur, par exemple à un détecteur de missiles hostiles. On remarquera que le dispositif de détection conforme à la présente invention, qui est apte à détecter les signaux infrarouge brefs et de faible in- tensité de lueurs de bouche ou de balles, peut a fortiori détecter des signaux infrarouge moins brefs et de plus grande intensité. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre le schéma synoptique d'un exemple de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. La figure 2 illustre schématiquement le fonctionnement du dispositif de la figure 1. Le dispositif conforme à la présente invention, représenté schémati- quement sur la figure 1 et apte à détecter la lueur de bouche d'armes légères d'infanterie, comporte un objectif hypergone 1, généralement appelé objectif fisheye, et un photodétecteur matriciel infrarouge 2, recevant le flux lumineux capté par l'objectif 1. Le photodétecteur infrarouge 2 réagit aux rayonnements infrarouge de la partie du spectre MWIR (Mid-Wave InfraRed, en langue anglaise) dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 3 et 5 p m. Le photodétecteur infra- rouge 2 comporte une pluralité de photosites 3, répartis en lignes et en colonnes pour former une matrice de détecteurs infrarouge. Par exemple, le photo-détecteur 2 peut être réalisé en tellurure de mercure-cadmium, comme ceux connus commercialement sous les noms URANUS MW et SCORPIO MW de la société SOFRADIR et comportant une matrice de 640x512 photosites. Comme cela est connu et représenté sur la figure 2, à des instants successifs ...t-2, t-1, t, t+1, t+2,...t+n,... l'ensemble des signaux électriques apparaissant sur les sorties 4 des photosites 3 du photodétecteur 2 forme séquentiellement des images successives ...1(t-2), 1(t-1), 1(t), 1(t+1), 1(t+2),...1(t+n),... du champ observé par l'objectif 1. La fréquence desdites images est par exemple de 1000 Hz. Comme on peut le voir sur la figure 1, la sortie 4 de chacun des photosites 3 est reliée à un circuit 5 comprenant : - un étage d'injection 6, - des premiers moyens de stockage de signaux électriques 7, comprenant par exemple au moins un condensateur (non représenté), - des deuxièmes moyens de stockage de signaux électriques 8, comprenant par exemple au moins un condensateur (non re- présenté), - un registre de transfert 9, par exemple du type à décalage, apte à chaque séquence du photodétecteur 3 à transférer le contenu des premiers moyens de stockage 7 dans lesdits moyens de stockage 8, de sorte que, à un instant donné, chacun desdits premiers moyens de stockage 7 contient une partie de l'image courante du paysage observé par l'objectif 1, alors que chacun desdits seconds moyens de stockage 8 contient une partie de l'image précédente dudit paysage, - un soustracteur 10, apte à effectuer la différence entre les contenus desdits premiers et seconds moyens de stockage 7 et 8, - des troisièmes moyens de stockage 11, comprenant au moins un condensateur apte à emmagasiner le signal de différence apparaissant à la sortie du soustracteur 10, et - des moyens de seuillage 12, aptes à ne laisser passer que les signaux de différence, emmagasinés dans les troisièmes moyens de stockage 11, qui sont supérieurs à un seuil S réglable, au moins approximativement représentatif du bruit du paysage en cours d'observation par l'objectif 1. Ainsi, comme l'illustre schématiquement la figure 2, l'ensemble 100 15 des soustracteurs 10 effectue successivement la différence entre les images 1(t-1) et 1(t-2), puis la différence entre les images 1(t) et 1(t-1), puis la différence entre les images 1(t+1) et 1(t), etc. L'ensemble 100 des soustracteurs 10 crée donc des images de différence D(t-1), D(t), D(t+1)... qui sont vides si les images successives 1(t-2), 20 1(t-1), 1(t),... sont identiques. En revanche, si un tir d'arme légère se produit pendant les images 1(t) et 1(t+1), il apparaît des taches lumineuses 14 sur celles-ci. Par l'action des soustracteurs 10, ces taches lumineuses 14 sont mises en évidence sous la forme de taches 15, sur les images de différence D(t) et D(t+2) concernées, puisqu'elles sont seules à apparaître, à cause des diffé- 25 rences d'images effectuées. Ces taches 15, ainsi extraites, sont localisables par leurs coordonnées X et Y sur le photodétecteur 2 et leur intensité est seuillable par l'ensemble 120 des moyens de seuillage 12. Ainsi, ne sont extraits à l'ensemble 160 des sorties 16 des moyens de 30 seuillage 12 que les signaux électriques correspondant à des taches 15 dont l'intensité est supérieure au seuil S. Ces signaux électriques seuillés peuvent être déchargés par un dispositif de déchargement 17, immédiatement après seuillage, par exemple à une fréquence de 1000 Hz. Toutefois, comme illustré par la figure 1, lesdits signaux électriques seuillés, ainsi extraits, peuvent être stockés et accumulés dans une zone tampon 18, de laquelle ils peuvent être déchargés à une fréquence inférieure à 1000 Hz. Quel que soit le mode de déchargement, les parties de différences d'images ayant dépassé le seuil et caractérisées par leur coordonnées X et Y sur le photodétecteur et leur intensité sont transférées à l'utilisateur. Par ailleurs, comme on peut le voir sur la figure 1, à chaque photosite 3 du photodétecteur 2, est associée une prise de signal 19 reliée à la sortie 4 dudit photosite et disposée en parallèle sur le circuit de mesure 5 correspondant. Ainsi, le dispositif de détection selon l'invention peut aisément être couplé ou intégré à un autre détecteur. 25 REVENDICATIONS1. Procédé pour la détection de tirs provenant d'armes légères au moyen d'un photodétecteur matriciel infrarouge séquentiel, caractérisé : en ce qu'on met en oeuvre un photodétecteur matriciel infrarouge (2) sensible dans la bande MWIR réagissant aux rayonnements infrarouge dont les longueurs d'onde sont comprises entre 3 et 5 pm, et en ce qu'on effectue la suite d'opérations suivantes dans le photo- détecteur infrarouge : - acquisition d'images successives du paysage dans lequel peuvent se trouver lesdites armes légères, - calcul des différences entre chacune desdites images et celle qui la précède, - seuillage desdites différences d'images au moyen d'un seuil au moins approximativement représentatif du bruit dudit paysage, et - extraction uniquement desdites différences des parties d'images supérieures audit seuil (S). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence d'acquisition des images successives du paysage est de l'ordre de 1000 Hz. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les différences des parties d'images supérieu- res audit seuil sont déchargées immédiatement après seuillage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la fréquence de déchargement immédiate desdites différences d'images est de l'ordre de 1000 Hz. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2,caractérisé en ce que, après seuillage, les différences des partiesd'images supérieures audit seuil sont stockées et accumulées dans une zone tampon (18). 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la fréquence de déchargement desdites diffé- rences d'images hors de la zone tampon est inférieure à 1000 Hz. 7. Dispositif pour la détection de tirs provenant d'armes légères au moyen d'un photodétecteur infrarouge matriciel séquentiel comportant une pluralité de photosites dont chacun d'eux forme une partie de l'image du io paysage observé par ledit photodétecteur, caractérisé : en ce que ledit photodétecteur (2) est sensible dans la bande MWIR réagissant aux rayonnements infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 p m ; 15 en ce que, à chacun des photosites (3) dudit photodétecteur (2), est associé un circuit de mesure (5) comprenant : - des premiers moyens (7) de stockage de la partie correspondante de l'image courante, - des deuxièmes moyens (8) de stockage de la partie correspon- 20 dante de l'image précédente, - des moyens (10) aptes à effectuer la différence entre ladite partie de l'image courante et ladite partie de l'image précédente, - des troisièmes moyens (11) de stockage de ladite différence d'images, et 25 - des moyens (12) de seuillage de ladite différence d'images au moyen d'un seuil au moins approximativement représentatif du bruit dudit paysage, et en ce que sont prévus des moyens (17) pour décharger uniquement les différences des parties d'images supérieures audit seuil. 30 8. Dispositif selon la revendication 7,caractérisé en ce que lesdits premiers, deuxièmes et troisièmes moyens de stockage (7, 8, 11) comportent des condensateurs. 9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que lesdits premiers et deuxièmes moyens de stoc- kage (7, 8) sont commandés par un registre de transfert (9) permettant, à chaque séquence du fonctionnement dudit photodétecteur, de faire passer ladite partie de l'image courante de la séquence précédente depuis lesdits premiers moyens de stockage jusqu'auxdits deuxièmes moyens de stockage. 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, o caractérisé en ce que ledit seuil (S) est réglable pour pouvoir être adapté à différents paysages. 11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que, à chaque photosite (3), est associée une prise de signal (19) disposée en parallèle sur ledit circuit de mesure (5). 15