Brevet FR3017965A1 — publié le 20150828

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne le domaine de l'imagerie, notamment dans des conditions de visibilité dégradée. Et l'invention concerne en particulier un système d'imagerie, tout temps, capable d'imager une scène dans des conditions de visibilité dégradée et trouve plus particulièrement application à bord d'un aéronef et tout particulièrement à bord d'un hélicoptère. ETAT DE LA TECHNIQUE Des conditions de de visibilité dégradée (en anglais, « Degraded Visual Environment », DVE), se réfèrent à toute situation de visibilité dégradée à cause de l'environnement 10 extérieur. Les hélicoptères sont particulièrement confrontés à ces situations en raison de leurs conditions de vols. En effet, la diversité de leurs champs d'intervention ainsi que leurs caractéristiques leur confèrent une grande vulnérabilité aux environnements en termes de perte de visibilité. 15 En outre, les hélicoptères ne disposent pas systématiquement d'aide au pilotage comme en sont équipés systématiquement les avions de ligne. On recense depuis déjà quelques années un nombre conséquent d'accidents dus aux mauvaises conditions de visibilité pour les hélicoptères. C'est même la première cause d'accidents (si l'on considère tous les types d'accidents), dans le monde depuis 1950. Même 20 si les pilotes sont préparés à ce type de vol, le caractère aléatoire et soudain de ces conditions peut lui couter la vie malgré un respect des règles. Un premier facteur évident de perte de visibilité est le climat. De mauvaises conditions météorologiques, par exemple la présence de brouillard ou de pluie, forcent les hélicoptères militaires à rester au sol ou bien provoquent des accidents si les pilotes sont 25 surpris par le mauvais temps. Les obscurants sont également responsables de nombreux accidents. Les obscurants sont des espèces telles que le sable, la fumée, la poussière, qui, soulevés en grande quantité et formant un nuage, peuvent couper la visibilité très rapidement et être tout aussi fatals que les conditions météorologiques évoquées ci-dessus. 30 Il existe à ce sujet deux cas très particuliers aux hélicoptères : les phénomènes de brown-out et de white-out selon leur terminologie anglo-saxonne. S'agissant du brown-out, ce phénomène intervient lorsque l'hélicoptère est très proche du sol (typiquement lors des phases de décollage et d'atterrissage, et aussi quand il se déplace à très basse altitude). Les mouvements du rotor de l'hélicoptère vont soulever des particules volatiles (sable ou poussières) et un nuage dense va se former autour de l'hélicoptère, provoquant une brusque perte de visibilité. S'agissant du white-out, ce phénomène intervient dans les mêmes conditions que le brown-out sauf que la matière soulevée par le rotor de l'hélicoptère est soit de la neige soit de la vapeur d'eau. Afin de pallier ces problèmes de perte de visibilité on a déjà proposé des systèmes d'imagerie destinés à être embarqués dans l'hélicoptère pour assister le pilote dans ces conditions de perte de visibilité. En particulier, des systèmes d'imagerie dans deux domaines de fréquences ont été 10 explorés. Des systèmes laser ont été réalisés : basés sur une longueur d'onde proche de l'infra-rouge (se propageant mieux dans l'atmosphère et les obscurants que les longueurs d'ondes visible). Toutefois, puisque les yeux du pilote ne voient pas à travers les obscurants, ces systèmes ne font pas de l'imagerie mais de la télémétrie : ils mesurent les distances de 15 l'hélicoptère aux obstacles. Ceci est déjà un inconvénient, car c'est moins intuitif que de l'imagerie simple. - Dans un tout autre domaine, des systèmes radar (fonctionnant aux ondes millimétriques) ont été réalisés. Ils proposent de l'imagerie faiblement résolue (la résolution de ceux qui fonctionnent à 94 GHz est d'environ 8mrad), les ondes radar se propageant 20 assez bien au travers d'obscurants. En revanche, en raison de la longueur d'onde utilisée, ils sont encombrants de par la taille de leur pupille, et la résolution obtenue restreint le champ des applications. Ces systèmes n'apportent donc pas de solution répondant aux objectifs en termes de coût, d'encombrement, de résolution et de portée de sorte que les systèmes actuels 25 d'imagerie dits « tout-temps » se heurtent à une impasse technologique : ces systèmes sont trop volumineux ou trop chers pour être pertinents pour des applications à large diffusion. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de pallier les inconvénients précités et propose, selon un premier aspect, 30 un système d'imagerie notamment d'un hélicoptère configuré pour imager une scène, comprenant : un système optique destiné à collecter des ondes électromagnétiques issues d'une scène à imager ; un détecteur optique configuré pour détecter des ondes électromagnétiques 35 collectées par le système optique dans le domaine du térahertz ; un système d'illumination configuré pour illuminer la scène à imager au moyen d'ondes électromagnétiques dans le domaine du térahertz. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible. - Le système d'illumination est constitué d'une pluralité de sources d'ondes électromagnétiques à émission continue. - Le système d'illumination est constitué d'une pluralité de sources d'ondes électromagnétiques à émission impulsionnelle. - Les sources d'ondes électromagnétiques à émission impulsionnelle sont des diodes Gunn ayant un angle d'émission compris entre 5 et 15°, typiquement 10° par diode. - Le détecteur optique comprend au moins un microbolomètre térahertz ou est à base de transistors à effet de champ. - Le détecteur optique est une matrice de 320 * 240 pixels. - Le détecteur optique détecte des ondes électromagnétiques dans une gamme de fréquence comprise entre 200 GHz et 900 GHz. Selon un autre aspect, l'invention concerne un aéronef, notamment un hélicoptère, comprenant un système d'imagerie selon l'invention. Les avantages de l'invention sont multiples. L'imagerie dans le domaine du térahertz apporte un réel intérêt dans le domaine de la navigation tout temps en particulier pour les hélicoptères. En effet, il existe au moins une bande de fréquence du domaine térahertz, située entre 200 GHz et 900GHz, particulière pour laquelle la capacité d'imagerie est pertinente dans des conditions de visibilité dégradées : la réduction de longueur d'onde permet de réduire les dimensions de la pupille du système d'imagerie -selon le besoin de résolution nécessaire à la fonction de pilotage (environ 3 mrad maximum). La bande choisie ne souffre pas des contraintes d'absorption rédhibitoire de la gamme Terahertz en général tout en étant peu diffusée par les obscurants précités. L'imagerie dans le sous-domaine considéré de la bande Terahertz offre donc le meilleurs compromis qualité d'image et compacité pour de l'aide au pilotage en conditions dégradées, de brown-out et de white-out. Le traitement sur les images du système d'imagerie permet de détecter automatiquement des obstacles (bâtiments, végétations, pylônes...) en conditions dégradées, de brown-out et de white-out. Ce qui contribue à améliorer la sécurité du vol. En mode actif, la chronométrie dans l'image permet de compléter la détection d'obstacle mais également d'évaluer précisément le contenu de l'espace sur la trajectoire de l'hélicoptère en réalisant une image en trois dimensions. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La figure 1 illustre un système d'imagerie conforme à un mode de réalisation selon l'invention ; La figure 2 illustre un arrangement d'un système optique d'un système d'imagerie conforme à un mode de réalisation selon l'invention ; Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On a illustré sur la figure 1, un système d'imagerie selon un mode de réalisation préféré de l'invention. Un tel système d'imagerie est destiné à imager une scène et comprend un système optique 1 destiné à collecter des ondes électromagnétiques issues de la scène à imager et un détecteur optique 2 configuré pour détecter des ondes électromagnétiques issues collectées par le système optique électromagnétiques dans le domaine du térahertz. Par domaine térahertz on entend ici une gamme de fréquence comprise entre 200 GHz et 900 GHz. Préférentiellement, il convient de choisir des bandes spectrales en fonctions de l'utilisation du système d'imagerie car les portées d'observation souhaitées sont définies à partir du temps de réaction du pilote et de la vitesse de la plateforme. Si le système d'imagerie est utilisé dans un hélicoptère, on cherche à imager des objets à 500m au minimum ; la fenêtre de transmission autour de 340 GHz est alors la plus pertinente puisqu'elle présente moins d'absorption moléculaire que les fenêtres de fréquences supérieures. En revanche, si le système d'imagerie est utilisé dans un véhicule terrestre, on cherche imager des objets à 100 mètres ; la fenêtre de transmission autour de 670 GHz (voir 850 GHz) est alors la plus pertinente puisqu'elle offre plus de compacité et est compatible de ces portées. En effet, imager une scène dans le domaine du térahertz permet d'imager la scène dans des conditions de perte de visibilité. En effet, à ces fréquences le système d'imagerie peut « voir » à travers des obscurants de type pluie, neige, sable, poussières ... en théorie jusqu'à 2km. Pour améliorer les performances du système optique, ce dernier comprend un système d'illumination 3 configuré pour illuminer la scène à imager au moyen d'ondes électromagnétiques dans le domaine du térahertz. Grâce au système d'illumination on augmente la visibilité de la scène à imager dans le domaine du térahertz, car dans ce cas, outre les ondes issues de la scène observée, des ondes réfléchies par la scène à imager issues du système dIllumination sont également détectées par le détecteur optique 2. Le contraste de la scène à imager en est de ce fait amélioré. En outre, le système d'imagerie comprend une unité de traitement 4 qui permet d'effectuer tous les traitements nécessaires sur les images acquises. Le système optique 1 est typiquement une lentille à courbure asphérique ou asphéro-diffractive constitué de matériaux présentant de forts indices dans ces bandes de fréquences (Polyéthylène, tsurupica, TPX...). L'ouverture (la pupille) du dispositif optique devra être élevé (supérieur ou égal à un) pour privilégier la sensibilité. De manière alternative, à la place d'une lentille une solution à miroir est également envisageable puisqu'elle offre peu de pertes du à l'absorption par la matière, néanmoins le champ optique doit rester suffisamment grand pour permettre une fonction d'imagerie d'aide au pilotage : typiquement au moins 50°. Le détecteur optique 2 est disposé à la distance focale de la lentille. De manière avantageuse, le système d'illumination 3 comprend plusieurs sources d'ondes électromagnétiques 31, 32 à émission continue. Une source d'ondes électromagnétiques à émission continue est par exemple un Laser. Pour fournir un rayonnement cohérent on choisira un laser moléculaire comme un laser à méthanol dont l'énergie entre ses niveaux correspond aux fréquences térahertz et fournit un rayonnement très puissant et monochromatique. Pour obtenir une plus grande pureté spectrale on choisira un laser à cascade quantique (en anglais, « Quantum Cascade Laser», QCL). Un tel laser présente toutefois l'inconvénient de fonctionner à des fréquences trop hautes. De manière alternative, le système d'illumination 3 comprend plusieurs sources d'ondes électromagnétiques 31, 32 à émission impulsionnelle. Une source d'ondes électromagnétiques à émission impulsionnelle est par exemple un dispositif capable d'émettre des impulsions de l'ordre de la picoseconde, il peut s'agir par exemple d'une diode type Gunn. Une diode Gunn présente par exemple un angle d'émission compris entre 5 et 15°, typiquement 10°. Le détecteur optique 2 peut être à base de transistors à effet de champ classiquement utilisé en électronique. Le détecteur optique 2 peut également être une matrice de microbolomètres (tels que ceux classiquement utilisé dans le domaine de linfra-rouge, mais adaptés au domaine térahertz) Le plan focal est constitué d'une matrice de détecteurs d'au moins 320 x 240 pixels, chaque pixel mesure environ la moitié de la longueur d'onde centrale de la bande spectrale utilisée : environ 400 µm de côté si l'on fonctionne autour de 340 GHz, environ 200pm de côté si l'on fonctionne à 670 GHz. La surface sensible d'un tel pixel est de 0,08 à 0,16 mm2. Ainsi, pour avoir un champ total de 40°, le champ d'un pixel est de 2 mrad. Cet angle définit la résolution du détecteur. En outre, la réponse en fréquence d'un tel détecteur est plate. La fréquence d'acquisition est de 25Hz et un filtrage temporel de 5 Hz est effectué sur les images acquises (cela revient à effectuer une moyenne glissante sur 5 images acquises par le système d'imagerie). Selon un mode de réalisation préféré, le champ total du système d'imagerie est de 40° avec une résolution de 2mrad de sorte que la distance focale du système optique 1 est égale au diamètre de la pupille. En outre, pour des raisons d'encombrement et de sensibilité au flux, le diamètre de la pupille est fixé entre 20cm et 30cm. L'entrée des ondes électromagnétique dans le système optique 1 est matérialisée par la pupille du dispositif optique. Comme illustré sur la figure 2, le système d'illumination comprend plusieurs sources d'ondes électromagnétiques 31, 32 à émission continue ou impulsionnelle disposées autour de la pupille. La superposition des zones éclairées par les sources recouvre le champ observée par le capteur. REVENDICATIONS1. Système d'imagerie notamment d'un hélicoptère configuré pour imager une scène, comprenant : un système optique (1) destiné à collecter des ondes électromagnétiques issues d'une scène à imager ; un détecteur optique (2) configuré pour détecter des ondes électromagnétiques collectées par le système optique dans le domaine du térahertz ; un système d'illumination (3) configuré pour illuminer la scène à imager au moyen d'ondes électromagnétiques dans le domaine du térahertz. 2. Système d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel le système d'illumination (3) est constitué d'une pluralité de sources d'ondes électromagnétiques (31, 32) à émission continue. 3. Système d'imagerie selon la revendication 1, dans lequel le système d'illumination (3) est constitué d'une pluralité de sources d'ondes électromagnétiques (31, 32) à émission impulsionnelle. 4. Système d'imagerie selon la revendication précédente, dans lequel les sources d'ondes électromagnétiques (121, 122) à émission impulsionnelle sont des diodes Gunn ayant un angle d'émission compris entre 5 et 15°, typiquement 10° par diode. 5. Système d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur optique est un microbolomètre térahertz ou à base de transistors à effet de champ. 6. Système d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur optique est une matrice de 320 * 240 pixels. 7. Système d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le détecteur optique (2) détecte des ondes électromagnétiques dans une gamme de fréquence comprise entre 200 GHz et 900 GHz. 8. Aéronef, notamment un hélicoptère, comprenant un système d'imagerie selon l'une des revendications précédentes.