Brevet FR3123776A1 — publié le 20221209

L’invention concerne un procédé de calibrage in situ d’une matrice de pixels d’un capteur infrarouge, ledit capteur infrarouge comprenant un système optique (2), une matrice de pixels (3) disposée dans le plan focal (4) du système optique (2), le système optique (2) permettant de focaliser un rayonnement sur la matrice de pixels (3), le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité de traitement (7) connectée au capteur infrarouge, la matrice de pixels étant caractérisée par une table de gain des pixels: - acquisition (E2) par la matrice de pixels d’une première séquence d’images du rayonnement d’un écran noir (CN) correspondant à une scène à une première température ; - acquisition (E4) par la matrice de pixels d’une deuxième séquence d’images du rayonnement de la matrice de pixels réfléchi partiellement correspondant à une scène à une deuxième température ; - traitement (E5, E6, E7, E8, E9) des première et deuxième séquences d’images de manière à mettre à jour la table de gain en calculant une correction représentative du vieillissement et de la réponse des pixels de la matrice de pixels. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Calibrage embarqué d’une matrice de pixels d’un capteur infrarouge DOMAINE TECHNIQUE GENERAL Le domaine de l'invention est celui de la maintenance préventive de capteurs matriciels utilisés dans des dispositifs d’imagerie infrarouge. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un dispositif permettant de mettre à jour un calibrage d'une telle matrice intégrée dans un dispositif d'imagerie infrarouge et plus particulièrement, permettant une correction de disparités entre les pixels de la matrice, sans démontage de la matrice ni du système optronique intégrant la matrice. ETAT DE LA TECHNIQUE Les capteurs matriciels utilisés en imagerie infrarouge (IR) comprennent une matrice de pixels sensibles au rayonnement infrarouge, qui est disposée au plan focal d’un système optique. Une telle matrice est aussi connue sous le nom de matrice plan focal (en anglais, « Focal Plane Array »). De manière connue, les pixels de la matrice soumis à un flux infrarouge uniforme et au même temps d'intégration ne vont pas avoir la même réponse. Il y a des disparités d'offset (décalage de l’ordonnée à l’origine, proportionnel au bruit d’obscurité) et de gain d'un pixel à l'autre, et ces disparités ou non-uniformités spatiales doivent être corrigées pour améliorer la qualité d'image. En outre, ces disparités spatiales varient avec le temps. On sait corriger cette dispersion des réponses individuelles des pixels dans le but d’améliorer la qualité finale de l’image. On établit pour cela des matrices ou tables de gain et d'offset pour le capteur d'image considéré, qui fournissent pour chaque pixel, la correction d'offset et de gain à appliquer à chaque valeur de pixel d’une image acquise par la matrice de pixels. On s'intéresse plus particulièrement dans la présente à l'établissement de la table de gain, qui nécessite de pouvoir imager une scène à deux températures différentes. En effet, l'offset étant dépendant du temps d'intégration, on ne peut pas utiliser le temps d'intégration comme variable pour calculer le gain. Une table de de gain est obtenue au cours d’une phase de calibration en usine en prenant deux images infrarouges à deux températures différentes. On utilise pour cela des sources émettrices de flux uniformes connues sous le nom de corps noir, contrôlées électroniquement pour émettre à des températures différentes. Un problème est qu’au cours de la vie d’un capteur d’image infrarouge les non-uniformités spatiales peuvent varier dans le temps pour plusieurs raisons : mécaniques (vieillissement de pièces), stabilité du matériau sensible au rayonnement IR, stabilité de la machine à froid associé au capteur, etc. Dès lors, la table de gain obtenue en usine ne permet plus de corriger correctement les non-uniformités, les performances du capteur se dégradent alors avec le temps. Pour pallier ce problème, il est connu dans les systèmes optiques à miroirs de balayage d'intégrer un ou plusieurs corps noirs hors du champ de l'imageur, avec une électronique dédiée pour obtenir des flux d'émission uniformes à des températures différentes. Et lorsque l'on doit recalculer la table de gain, on utilise le mécanisme de balayage selon une direction pour permettre l'observation du ou des corps noirs par l'imageur. On calcule alors la table de gain de la même façon qu'en usine à partir de l'image de flux uniformes à des températures différentes. Toutefois, ces systèmes à balayage tendent à disparaitre car trop coûteux et complexes. L'intégration du ou des corps noirs et d'une électronique associée pour contrôler leur température d'émission est encombrante et induit une consommation électrique. Une autre solution est de recalibrer épisodiquement le capteur sur un banc dédié. Or, ceci n’est pas toujours possible et nécessite de démonter le capteur. PRESENTATION DE L’INVENTION L’invention propose de pallier au moins un de ces inconvénients. A cet effet, l’invention propose, selon un premier aspect, un procédé de calibrage in situ d’une matrice de pixels d’un capteur infrarouge, ledit capteur infrarouge comprenant un système optique, une matrice de pixels disposée dans le plan focal du système optique, le système optique permettant de focaliser un rayonnement sur la matrice de pixels, le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité de traitement connectée au capteur infrarouge, la matrice de pixels étant caractérisée par une table de gain des pixels: - acquisition par la matrice de pixels d’une première séquence d’images du rayonnement d’un écran noir correspondant à une scène à une première température ; - acquisition par la matrice de pixels d’une deuxième séquence d’images du rayonnement de la matrice de pixels réfléchi partiellement correspondant à une scène à une deuxième température ; - traitement des première et deuxième séquences d’images de manière à mettre à jour la table de gain en calculant une correction représentative du vieillissement et de la réponse des pixels de la matrice de pixels. L’invention, selon le premier aspect, est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le procédé comprend une étape de configuration du système optique du capteur infrarouge de manière acquérir la première séquence d’images ou la deuxième séquence d’images ; - le procédé comprend une étape de rotation du système optique autour de son axe optique au cours de l’acquisition de la deuxième séquence d’images ; - l’étape de traitement comprend : la détermination d’une table de gain intermédiaire définie par TdG(i,j)=mean(mean(Sens I ))./Sens I (i,j) avec SensI= (moy2-moy1) moy1 et moy2 étant les moyennes des images de chacune des première et deuxième séquences d’images ; et i et j les index de position du pixel correspondant dans la matrice de pixels ; la détermination de la table de gain courante, dite TdGc de la manière suivante TdGc = TdG u _BF + TdG u _HF / TdG init _HF * TdG k _HF avec : TdG u _BF les composantes basses fréquences de la table de gain usine, TdG u _HF les composantes hautes fréquences de la table de gain usine ; TdG init HF une table de gain déterminée à la première mise en service du capteur infrarouge. L’invention propose, selon un deuxième aspect, un capteur infrarouge comprenant un système optique, une matrice de pixels disposée dans le plan focal du système optique, le système optique permettant de focaliser un rayonnement sur la matrice de pixels, ledit système comprenant des moyens de commutation du système optique dans un mode d’acquisition nominal selon lequel un rayonnement d’une scène observée est imagé ou dans un mode de calibration selon lequel le système optique est configuré pour imager le rayonnement d’un corps noir ou le rayonnement de la matrice de pixels réfléchi partiellement, ledit capteur comprenant une unité de traitement configurée pour mettre en œuvre un procédé selon le premier aspect de l’invention. L’invention, selon le deuxième aspect, est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : - le système optique comprend un dispositif réfléchissant d’un rayonnement incident, le système optique étant configuré pour qu’en mode de calibration ledit dispositif réfléchissant image partiellement le rayonnement de la matrice de pixels ; - le système optique comprend un dispositif à quatre miroirs, ledit dispositif pouvant commuter du mode d'acquisition nominal au mode de calibration de sorte à ce que en mode nominal le premier miroir comprend une face réfléchissante parallèle à la face réfléchissante d’un deuxième miroir qui est perpendiculaire à la face réfléchissante d’un troisième miroir qui est parallèle à la face réfléchissante d’un quatrième miroir, en mode de calibration, selon une première position du système optique, le premier miroir est agencé pour réfléchir vers le deuxième miroir le rayonnement d’un corps noir issu d’une plaque peinte en noir disposée entre le premier miroir et le quatrième miroir ou selon une deuxième position du système optique réfléchir le rayonnement issu du dispositif réfléchissant disposé entre le quatrième miroir et le premier miroir ; - le dispositif réfléchissant est une matrice à coins de cube disposée sur une plaque ; L’invention propose, selon un troisième aspect, un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour mettre en œuvre un procédé selon le premier aspect de l’invention, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur. 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 , la et la illustrent un capteur infrarouge selon l’invention ; - la illustre un procédé d’obtention d’une table de gain usine ; - la illustre un procédé de mise à jour d’une table de gain au cours de la vie du produit selon l’invention. Sur l’ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques. Procédé de calibrage in situ d’une matrice de pixels d’un capteur infrarouge, ledit capteur infrarouge comprenant un système optique (2), une matrice de pixels (3) disposée dans le plan focal (4) du système optique (2), le système optique (2) permettant de focaliser un rayonnement sur la matrice de pixels (3), le procédé comprenant les étapes suivantes mises en œuvre dans une unité de traitement (7) connectée au capteur infrarouge, la matrice de pixels étant caractérisée par une table de gain des pixels : - acquisition (E2) par la matrice de pixels d’une première séquence d’images du rayonnement d’un écran noir (CN) correspondant à une scène à une première température ; - acquisition (E4) par la matrice de pixels d’une deuxième séquence d’images du rayonnement de la matrice de pixels réfléchi partiellement correspondant à une scène à une deuxième température ; - traitement (E5, E6, E7, E8, E9) des première et deuxième séquences d’images de manière à mettre à jour la table de gain en calculant une correction représentative du vieillissement et de la réponse des pixels de la matrice de pixels. Procédé selon la revendication 1, comprenant une étape de configuration du système optique du capteur infrarouge de manière acquérir la première séquence d’images ou la deuxième séquence d’images. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de rotation du système optique autour de son axe optique (Z) au cours de l’acquisition de la deuxième séquence d’images. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’étape de traitement comprend - la détermination (E7) d’une table de gain intermédiaire définie par TdG(i,j)=mean(mean(Sens I ))./Sens I (i,j) avec SensI= (moy2-moy1) moy1 et moy2 étant les moyennes des images de chacune des première et deuxième séquences d’images ; et i et j les index de position du pixel correspondant dans la matrice de pixels - la détermination (E9) de la table de gain courante, dite TdGc de la manière suivante TdGc = TdG u _BF + TdG u _HF / TdG init _HF * TdG k _HF Avec - TdG u _BF les composantes basses fréquences de la table de gain usine, - TdG u _HF les composantes hautes fréquences de la table de gain usine ; - TdG init HF une table de gain déterminée à la première mise en service du capteur infrarouge. Capteur infrarouge (1) comprenant un système optique (2), une matrice de pixels (3) disposée dans le plan focal (4) du système optique (2), le système optique (2) permettant de focaliser un rayonnement sur la matrice de pixels (3), ledit système comprenant des moyens (5) de commutation du système optique (2) dans un mode d’acquisition nominal selon lequel un rayonnement d’une scène observée est imagé ou dans un mode de calibration selon lequel le système optique (2) est configuré pour imager le rayonnement d’un corps noir ou le rayonnement de la matrice de pixels réfléchi partiellement, ledit capteur comprenant une unité de traitement (6) configurée pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4. Capteur selon la revendication 5, dans lequel le système optique (2) comprend un dispositif réfléchissant (MCC) d’un rayonnement incident, le système optique (2) étant configuré pour qu’en mode de calibration ledit dispositif réfléchissant (MCC) image partiellement le rayonnement de la matrice de pixels. Capteur selon l’une des revendications 5 à 6, dans lequel le système optique comprend un dispositif à quatre miroirs, ledit dispositif pouvant commuter du mode d'acquisition nominal au mode de calibration de sorte à ce que en mode nominal le premier miroir (M1) comprend une face réfléchissante parallèle à la face réfléchissante d’un deuxième miroir qui est perpendiculaire à la face réfléchissante d’un troisième miroir (M3) qui est parallèle à la face réfléchissante d’un quatrième miroir (M4), en mode de calibration, selon une première position du système optique (2), le premier miroir (M1) est agencé pour réfléchir vers le deuxième miroir (M2) le rayonnement d’un corps noir issu d’une plaque peinte en noir disposée entre le premier miroir (M1) et le quatrième miroir (M4) ou selon une deuxième position du système optique (2) réfléchir le rayonnement issu du dispositif réfléchissant (MCC) disposé entre le quatrième miroir (M4) et le premier miroir (M1). Capteur selon l’une des revendications 6 à 7, dans lequel dispositif réfléchissant est une matrice à coins de cube disposée sur une plaque. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de code pour mettre en œuvre un procédé selon l’une des revendications 1 à 4, lorsque celui-ci est exécuté par un ordinateur.