Brevet FR3031193A1 — publié le 20160701

Dispositif d'imagerie multi-senseurs La présente invention concerne un dispositif d'imagerie apte à être embarqué sur un porteur mobile. L'invention se situe dans le domaine de l'imagerie multi-senseurs, trouvant de nombreuses applications dans les domaines de l'aéronautique, du ferroviaire, et des transports terrestre et naval. En particulier, l'invention trouve des applications dans les domaines de la surveillance, de détection et d'évitement (en anglais « sense-and-avoid ») dans le domaine de l'aéronautique civile ou militaire, de désignation de zones d'intérêt, d'assistance automatique à l'atterrissage. Dans ces divers domaines, il est connu d'équiper un porteur mobile, par exemple un aéronef, de plusieurs systèmes de capture, à la fois d'un système radiofréquence apte à réaliser des fonctions de détection et de surveillance radar, et d'un système optronique apte à fournir des images numériques de scènes ou d'objets surveillés. De manière classique, le porteur mobile est équipé de deux ou plusieurs tels systèmes distincts, situés à des endroits distincts. Par exemple, le porteur mobile est équipé d'un système radiofréquence radar multimodes, incluant des modes d'acquisition d'images (SAR pour « synthetic aperture radar », ISAR pour »inverse synthetic aperture radar ») et des modes de détection de cible (GMTI pour « ground moving target indicator ») et d'un système optronique ayant des capacités dans le domaine du visible et/ou dans le domaine de l'infrarouge, fournissant des données élaborées de manière indépendante. En effet, les systèmes de capture des données étant distincts et indépendants, les portées et les angles de capture sont différents. La cadence des mesures effectuées par ces systèmes de capture ainsi que la complétude des mesures et la résolution angulaire diffèrent. Par conséquent, un recalage spatial et/ou temporel des données d'image est nécessaire pour fusionner les données d'image obtenues dans un référentiel commun. La demande de brevet EP 2 769 239 A2 décrit un procédé et un système de création de cartes de terrain par combinaison de données radar et des données d'image, les systèmes radiofréquence et optroniques respectifs étant positionnés côte-à-côte sur un véhicule en mouvement. Les données acquises sont alignées, de manière à recaler les champs de capture des deux systèmes, et combinées pour obtenir une cartographie des scènes capturées. Le recalage des données nécessite des moyens de calcul importants, et un recalage erroné ne permet pas une fusion correcte des données. Il existe un besoin de remédier aux inconvénients de l'état de la technique pour aboutir à une meilleure exploitation des données fournies par des senseurs multiples. 3031193 2 A cet effet, suivant un premier aspect, l'invention propose un dispositif d'imagerie apte à être embarqué sur un porteur mobile. Ce dispositif d'imagerie comporte un panneau de support multi-senseurs comportant une surface de rayonnement comportant une pluralité d'éléments rayonnants formant un réseau antennaire, lesdits éléments 5 rayonnants étant associés à un module radiofréquence permettant de réaliser une fonction radar, et une pluralité de senseurs optiques positionnés sur ledit panneau de support multi-senseurs et répartis entre les éléments rayonnants selon un mode de répartition prédéterminé, lesdits senseurs optiques étant aptes à fournir des images numériques. 10 Le dispositif d'imagerie selon l'invention permet avantageusement, grâce à l'intégration sur un même panneau multi-senseurs, de bénéficier des données fournies par plusieurs types de senseurs qui ont des champs de capture naturellement colocalisés, donc aucun recalage n'est requis. Dans des modes de réalisation, le dispositif d'imagerie suivant l'invention 15 comporte en outre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Les senseurs optiques sont des capteurs photographiques parmi un premier type de capteurs photographiques aptes à fonctionner dans le domaine des ondes électromagnétiques visibles ou un deuxième type de capteurs photographiques aptes à fonctionner dans le domaine des ondes électromagnétiques du domaine infrarouge. 20 Le panneau de support multi-senseurs est rectangulaire et les senseurs optiques sont positionnés sur au moins un des bords du panneau de support multi-senseurs. Les senseurs optiques sont positionnés selon une répartition pseudo-aléatoire. Deux senseurs optiques voisins de même type sont distants d'une distance supérieure à une distance minimale prédéterminée. 25 La répartition des senseurs optiques respecte une lacunarité des éléments rayonnants non régulière et une valeur maximale de lacunarité, lesdits éléments rayonnants étant espacés d'une demi longueur d'onde. Les capteurs photographiques de premier type sont positionnés dans un premier plan de référence, et les capteurs photographiques de deuxième type sont positionnés 30 dans un deuxième plan de référence décalé par rapport au premier plan de référence. Au moins un senseur optique comprend une extrémité de fibre optique, reliée à un récepteur optique positionné à distance du panneau de support. Le dispositif d'imagerie comprend une pluralité de fibres optiques, dont les senseurs optiques sont répartis entre les éléments rayonnants selon un motif de 35 répartition régulier. 3031193 3 Le dispositif d'imagerie comprend un dispositif de calcul comprenant au moins un processeur, le dispositif de calcul comportant un module de traitement radar de signaux radiofréquence issus dudit module radiofréquence et un module de traitement d'image de signaux d'image numériques obtenus, lesdits modules de traitement radar et de 5 traitement d'image étant aptes à coopérer. Le module de traitement d'image est apte à former une image numérique sur-résolue par fusion des signaux d'image reçus. En outre, le module de traitement radar est apte à localiser au moins une cible et à transmettre des premières informations de contrôle au module de traitement d'image, et le 10 module de traitement d'image est apte à extraire au moins une sous-image localisée dans l'image numérique sur-résolue, en fonction des premières informations de contrôle. En outre, le module de traitement d'image est apte à réaliser une détection de zones d'intérêt sur l'image numérique sur-résolue et à transmettre des deuxièmes informations de contrôle au module de traitement radar, permettant au module de 15 traitement radar de guider le module radiofréquence. Des caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles : la figure 1 représente schématiquement un synoptique d'un dispositif 20 d'imagerie selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente schématiquement un panneau multi-senseurs selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente schématiquement, en vue de dessus, un premier mode de réalisation d'un panneau multi-senseurs selon l'invention ; 25 la figure 4 représente schématiquement, en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation d'un panneau multi-senseurs selon l'invention ; la figure 5 représente schématiquement, en vue de dessus, un troisième mode de réalisation d'un panneau multi-senseurs selon l'invention ; la figure 6 représente schématiquement un décalage de plans de référence 30 des capteurs ; la figure 7 représente schématiquement, en vue de dessus, un quatrième mode de réalisation d'un panneau multi-senseurs selon l'invention. La figure 1 représente dispositif d'imagerie 1 selon un mode de réalisation de 35 l'invention. 3031193 4 Le dispositif d'imagerie 1 comporte un dispositif multi-senseurs 2 comportant un panneau de support multi-senseurs 4 sur lequel sont intégrés d'une part des senseurs radiofréquence et des senseurs optiques, représentés dans divers modes de réalisation dans les figures suivantes 2 à 7. 5 Le panneau de support mufti-senseurs 4 est, dans un mode de réalisation, une antenne planaire, apte à fonctionner en émission et en réception dans une bande de fréquence donnée, par exemple la bande X, de 8 GHz à 12 GHz, modifiée pour intégrer des senseurs optiques. Selon l'invention, des senseurs optiques sont avantageusement intégrés dans une 10 telle antenne planaire afin de réaliser, de manière conjointe, un système radiofréquence permettant d'implémenter une fonction radar et un système optronique apte à fournir des images numériques. Dans un mode de réalisation, illustré schématiquement à la figure 2, un panneau de support mufti-senseurs 6 a une structure similaire à une antenne planaire et comporte 15 une surface de rayonnement 8, de préférence en résine époxy, comportant une pluralité d'éléments rayonnants 10 formant un réseau antennaire. La surface de rayonnement 8 est posée sur une couche d'espacement 12 en matériau diélectrique, elle-même posée sur un plan réflecteur 14, ou plan de masse, en matériau conducteur. Selon divers modes de réalisation de l'invention, outre les éléments rayonnants 10 20 d'une antenne planaire connue, des senseurs optiques 16 sont positionnés sur la surface de rayonnement 8, afin d'obtenir conjointement des données d'image numérique et des données radar. Plusieurs modes de réalisation de l'invention sont envisagés. Selon un premier mode de réalisation illustré à la figure 3, un panneau de support 25 multi-senseurs 6 a une forme rectangulaire, et comporte, sur la surface de rayonnement 8, un réseau d'éléments rayonnants 10 de forme carrée, disposés selon un motif périodique régulier, deux éléments rayonnants 10 étant espacés d'une distance d de X/2, où X est la longueur d'onde correspondant au rayonnement de l'antenne 6 formée par le réseau d'éléments rayonnants 10. 30 Dans le mode de réalisation illustré, des éléments rayonnants 10 situés aux coins de la surface de rayonnement rectangulaire sont remplacés par des senseurs optiques 16, selon un premier mode de répartition desdits senseurs optiques. Dans ce mode de réalisation, les senseurs optiques 16 sont des capteurs photographiques, de type CCD (pour « charge coupled device ») ou CMOS (pour 35 « Complementary Metal Oxide Semiconductor ») par exemple, aptes à fonctionner soit dans le domaine des rayonnements visibles, soit dans le domaine infrarouge. 3031193 5 Chaque tel capteur photographique est apte à faire l'acquisition d'une image numérique d'environ 10 mégapixels. Les senseurs optiques 16 sont positionnés de manière à ne pas perturber le diagramme de rayonnement de l'antenne. 5 Dans un deuxième mode de réalisation, illustré à la figure 4, deux types de capteurs photographiques, des capteurs photographiques 16a aptes à fonctionner dans le domaine du visible et des capteurs photographiques 16b aptes à fonctionner dans le domaine infrarouge sont positionnés sur les bords de la surface de rayonnement 8, selon un deuxième mode de répartition des senseurs optiques. 10 Le positionnement est lacunaire, la distance minimale D entre deux capteurs photographiques étant bien supérieure à la distance d entre deux éléments rayonnants 10, de manière à préserver le diagramme d'antenne de l'antenne formée par les éléments rayonnants 10. Si moins de 10% des éléments rayonnants sont manquants, les manques ou trous 15 étant non régulièrement répartis, l'antenne est lacunaire, et comporte des dégradations minimales. Selon un troisième mode de réalisation illustré à la figure 5, les capteurs photographiques sont positionnés à divers endroits de la surface de rayonnement 8, la répartition des capteurs 16a, 16b étant effectuée de manière pseudo-aléatoire, selon un 20 troisième mode de répartition des senseurs optiques. De préférence, les capteurs de type 16a et les capteurs de type 16b sont décalés par rapport à la surface de rayonnement 8, comme illustré schématiquement à la figure 6. Les capteurs 16a sont positionnés dans un premier plan de référence P1, et les capteurs 16b sont positionnés dans un deuxième plan de référence P2, les deux plans de 25 référence P1 et P2 étant en décalage. En variante, le décalage de plan de référence est appliqué pour divers capteurs choisis, indépendamment de leur type, certains des capteurs 16a, 16b étant situé dans le premier plan de référence P1, d'autres capteurs 16a, 16b étant situés dans le deuxième plan de référence P2. 30 Avantageusement, les données d'images collectées permettront, grâce au décalage entre le premier plan de référence et le deuxième plan de référence, de reconstruire une image à trois dimensions, ou image 3D, de la scène captée. Selon un quatrième mode de réalisation, un panneau de support multi-senseurs 18 comporte des senseurs optiques 20 sont réalisés en utilisant des fibres optiques 35 permettant de transporter le rayonnement optique capté vers des récepteurs optiques 3031193 6 déportés par rapport à la surface de rayonnement 8. Un tel fonctionnement est analogue au fonctionnement des caméras utilisées en endoscopie. Dans ce mode de réalisation, les senseurs optiques 20 sont positionnés sur la surface de rayonnement 8 selon un motif de répartition régulier, entrelacés avec les 5 éléments rayonnants 22, selon un quatrième mode de répartition. Avantageusement dans ce mode de réalisation, il n'y a pas d'élément métallique conducteur positionné sur la surface de rayonnement 8, et donc pas de perturbation du diagramme d'antenne du réseau antennaire formé par les éléments rayonnants 22. Dans le mode de réalisation illustré à la figure 7, les éléments rayonnants sont de 10 forme carrée, positionnés en quinconce. Il est bien entendu que d'autres modes de réalisation sont envisageables, en ce qui concerne la forme des éléments rayonnants, leur positionnement et le motif de répétition sur la surface de rayonnement. Par exemple, dans un mode de réalisation, qui peut être combiné avec les modes 15 de réalisation précédemment décrits, la répartition des senseurs optiques respecte une lacunarité des éléments rayonnants non régulière et une valeur maximale de lacunarité, lesdits éléments rayonnants étant espacés d'une demi longueur d'onde. De retour à la figure 1, le dispositif multi-senseurs 4 comporte également un récepteur radiofréquence 24, connecté en sortie du support multi-senseurs 4, pour la mise 20 en forme des signaux radiofréquence reçus par le réseau antennaire. Le récepteur radiofréquence 24 réalise une amplification, un filtrage et une multiplication au moyen d'un mélangeur pour obtenir en sortie des signaux en fréquence intermédiaire ou en bande de base. Dans le quatrième mode de réalisation de la figure 7, le dispositif multi-senseurs 4 25 comporte également un ensemble 26 de récepteurs optiques de type CCD ou CMOS, aptes à transformer le rayonnement électromagnétique capté par les senseurs 20 en signal électrique appelé signal d'image. Dans les modes de réalisation dans lesquels des capteurs photographiques sont directement positionnés sur la surface de rayonnement 8, l'ensemble 22 de récepteurs 30 n'est pas présent. Finalement en sortie du dispositif multi-senseurs 4 on obtient des signaux radiofréquence et des signaux d'image qui sont transmis à un dispositif de calcul 30, comprenant un ou plusieurs processeurs et des unités de mémoire pour le stockage de données. 35 Le dispositif de calcul 30 comprend un module 32 de traitement radar et un module 34 de traitement d'images. 3031193 7 Le dispositif de calcul 30 comprend également une interface opérateur 36, permettant à un opérateur de commander des traitements à effectuer, de visualiser des images d'intérêt, de focaliser sur divers plans des données d'images obtenues. Le module 32 reçoit des signaux en fréquence intermédiaire ou en bande de base 5 du module de réception radiofréquence 24, et envoie des commandes de contrôle à ce module de réception radiofréquence 24, et réalise des fonctions de traitement radar, par exemple l'extraction de la distance et de la vitesse d'une cible détectée. Dans le cas où plusieurs cibles sont détectées, l'extraction de la vitesse et de la distance est effectuée pour chaque cible. 10 Le module de traitement radar 32 transmet des premières informations de contrôle, relatives à la ou aux cibles détectées, au module de traitement d'image 34, et est également apte à recevoir des deuxièmes informations de contrôle en provenance du module de traitement d'image 34. En outre, le module de traitement radar 32 est apte, dans un mode de réalisation, 15 à réaliser des images numériques de types SAR, et à les transmettre au module de traitement d'image 34 pour comparaison. Le module de traitement d'image 34 est apte à fusionner les signaux d'images issus des différents capteurs optiques pour générer une image numérique super-résolue. Grâce aux informations relatives à la ou aux cibles détectées le module de 20 traitement d'image 34 est apte à extraire au moins une sous-image localisée dans l'image numérique sur-résolue, en fonction des premières informations de contrôle fournies par le module de traitement radar. Ainsi, le module de traitement d'image 34 réalise une fonction de zoom sur zones multiples, guidée par un des modes radar tels que la détection des cibles mobiles ou 25 fixes. Les images numériques obtenues par les senseurs optiques sont avantageusement stabilisées image à image, en utilisant les premières informations de contrôle radar. En outre, le module de traitement d'images 34 effectue également des contrôles 30 permettant de transmettre des deuxièmes informations de contrôle au module de traitement radar 32. Par exemple, les données d'image contenues dans les images numériques captées sont utilisées pour réaliser des identifications de zones d'intérêt par traitement d'image, selon des méthodes connues dans le domaine du traitement d'images. Ensuite, 35 les zones d'intérêt identifiées sont transformées en deuxièmes informations de contrôle permettant de focaliser de manière améliorée la détection de cible par radar. 3031193 8 Lorsque les capteurs optiques sont positionnés de manière décalée entre un premier plan de référence P1 et un deuxième plan de référence P2 comme expliqué ci-dessus, il est possible de reconstruire des images 3D par traitement d'images, qui peuvent ensuite être utilisées pour lever des ambiguïtés dans les modes de surveillance 5 du radar. Ainsi, l'utilisation coopérative du module de traitement radar 32 et du module de traitement d'image 34 permet de réduire de manière importante les flux de données d'une image d'intérêt I, fournie en sortie du dispositif d'imagerie 1, à la requête d'un opérateur via l'interface opérateur 36 ou à la requête d'une application cliente externe. 10 Avantageusement, la quantité de données d'image pour le stockage et la transmission sur des réseaux de communication est réduite. La coopération entre les modules de traitement radar 32 et de traitement d'image 34 permet également d'autres fonctionnalités, grâce à l'harmonisation entre données radar et données d'image fournies par les senseurs optiques. 15 De plus, grâce à la co-localisation spatiale sur un même panneau de support multi-senseurs des senseurs radiofréquence et des senseurs optiques, aucun recalage n'est nécessaire pour l'exploitation des données captées. REVENDICATIONS1.- Dispositif d'imagerie (1) apte à être embarqué sur un porteur mobile, caractérisé en ce qu'il comporte un panneau de support multi-senseurs (4, 6, 18) comportant une surface de rayonnement (8) comportant une pluralité d'éléments rayonnants (10, 22) formant un réseau antennaire, lesdits éléments rayonnants étant associés à un module radiofréquence (24) permettant de réaliser une fonction radar, et une pluralité de senseurs optiques (16, 16a, 16b, 20) positionnés sur ledit panneau de support multi-senseurs (4, 6, 18) et répartis entre les éléments rayonnants (10, 22) selon un mode de répartition prédéterminé, lesdits senseurs optiques (16, 16a, 16b, 20) étant aptes à fournir des images numériques. 2.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits senseurs optiques (16a, 16b) sont des capteurs photographiques parmi un premier type de capteurs photographiques aptes à fonctionner dans le domaine des ondes électromagnétiques visibles ou un deuxième type de capteurs photographiques aptes à fonctionner dans le domaine des ondes électromagnétiques du domaine infrarouge. 3.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 2, caractérisé en ce que le panneau de support multi-senseurs (4, 6, 18) est rectangulaire et en ce que les senseurs optiques (16, 16a, 16b) sont positionnés sur au moins un des bords du panneau de support multisenseurs. 4.- Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les senseurs optiques (16a, 16b) sont positionnés selon une répartition pseudo- aléatoire. 5.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 4, caractérisé en ce que deux senseurs optiques voisins de même type sont distants d'une distance supérieure à une distance minimale prédéterminée. 6.- Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la répartition des senseurs optiques respecte une lacunarité des éléments rayonnants non régulière et une valeur maximale de lacunarité, lesdits éléments rayonnants étant espacés d'une demi longueur d'onde. 3031193 10 7.- Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que lesdits capteurs photographiques (16a) de premier type sont positionnés dans un premier plan de référence, et en ce que lesdits capteurs photographiques (16b) de deuxième type sont positionnés dans un deuxième plan de référence décalé par rapport 5 au premier plan de référence. 8.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins un senseur optique (16, 20) comprend une extrémité de fibre optique, reliée à un récepteur optique positionné à distance du panneau de support multi-senseurs (18). 10 9.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une pluralité de fibres optiques, dont les senseurs optiques sont répartis entre les éléments rayonnants selon un motif de répartition régulier. 15 10.- Dispositif d'imagerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de calcul (30) comprenant au moins un processeur, le dispositif de calcul (30) comportant un module de traitement radar (32) de signaux radiofréquence issus dudit module radiofréquence et un module de traitement d'image (34) de signaux d'image numériques obtenus, lesdits modules de traitement 20 radar (32) et de traitement d'image (34) étant aptes à coopérer. 11.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 10, caractérisé en ce que le module de traitement d'image (34) est apte à former une image numérique sur-résolue par fusion des signaux d'image reçus. 25 12.- Dispositif d'imagerie selon la revendication 11, caractérisé en ce que : - le module de traitement radar (32) est apte à localiser au moins une cible et à transmettre des premières informations de contrôle au module de traitement d'image (34), - le module de traitement d'image (34) est apte à extraire au moins une sous- 30 image localisée dans l'image numérique sur-résolue, en fonction des premières informations de contrôle. 13.- Dispositif d'imagerie selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce que le module de traitement d'image (34) est apte à réaliser une détection de zones 35 d'intérêt sur l'image numérique sur-résolue et à transmettre des deuxièmes informations 3031193 11 de contrôle au module de traitement radar (32), permettant au module de traitement radar (32) de guider le module radiofréquence (24).