Brevet FR3136067A1 — publié le 20231201

CSHR, Capteur de Synthèse à Haute Résolution Le présent brevet d’invention concerne un dispositif de Capteur de Synthèse d’images Haute Résolution. L’innovation consiste en la maitrise des déplacements du capteur d’images dans un volume focal d’un objectif avec la possibilité de constituer une focale variable par variation de la distance capteur/objectif et un capteur de synthèse haute résolution par déplacement d’un capteur dans un plan parallèle à la lentille de sortie de l’objectif. La FIG.1 montre la composition des déplacements. Avec de telles caractéristiques, le CSHR, objet du présent brevet permet d’obtenir un capteur haute résolution par synthèse d’images issues d’acquisitions coplanaires. En outre, l’accès à la troisième dimension permet le ZOOM à résolution constante. Figure pour l’abrégé FIG.2 CSHR, Capteur de Synthèse à Haute Résolution Le présent brevet d’invention concerne un dispositif de déplacement d’un capteur matriciel d’images dans le volume utile de focalisation d’un objectif piloté. Le dispositif de déplacement selon deux axes, d’un capteur dans le plan focal permet, par déplacement dans le plan (0,X,Y), de disposer d’un capteur de synthèse à très haute résolution (CSHR), le troisième axe (O,Z) du repère (O,X,Y,Z) permet de faire varier artificiellement la focale de l’optique par déplacement du capteur suivant un axe perpendiculaire au plan de la lentille de sortie de l’objectif . Cette manière de procéder, objet de la présente invention, présente de nombreux avantages tant sur les aspects techniques que financiers. Le dispositif fonctionne avec un débit limité de transmission puisque le flux d’information est limité à une fraction du capteur CSHR. En outre, la consommation énergétique du CSHR est largement inférieure à celle d’un capteur de taille et de résolution globales équivalentes. Entre autres avantages, le système CSHR, objet de la présente invention, présente un intérêt technico-financier puisque le cout unitaire d’un CSHR est faible en comparaison d’un capteur d’image de taille et de résolution équivalentes. Il permet d’atteindre des niveaux de performances actuellement accessibles uniquement par des appareillages d’empreinte logistique largement supérieure. Le domaine de la vision digitale et des capteurs est en perpétuelle évolution et la résolution des capteurs ne cesse de s’accroître. Cette course au nombre de pixels est néanmoins freinée par le prix des technologies, la consommation énergétique, la complexité du traitement et du transfert d’images très résolues. L’approche CSHR, objet de la présente invention, permet la constitution d’un dispositif de vision à longue distance et de très haute résolution sur des zones d’intérêts, sans l’utilisation d’un capteur de très haute résolution. L’approche CSHR, objet de la présente invention, est à faible cout, évolutive et peut intégrer des traitements de signaux avancés sans nécessiter des ressources calculatoires déportées. Doté de telles caractéristiques polyvalentes optiques, mécaniques et électroniques le CSHR peut être utilisé comme un capteur déposé, autonome et télé-opérable. Le dispositif CSHR dispose d’une enceinte spécifique dans laquelle est disposé le capteur d’images sur une platine motorisée selon trois axes (OX, OY, OZ). Cette enceinte pourra répondre à des critères d’étanchéité spécifiques et intégrer une connectique adaptée sans pour autant modifier la présente invention. Le CSHR intègre également son électronique de contrôle-commande, de dialogue et de transfert d’information à l’utilisateur. Cette enceinte dispose d’une bague permettant l’adaptation d’un objectif piloté ou non. Cette fonctionnalité permet d’utiliser des optiques robustes et de faible cout. Selon le cas, l’intégration d’optiques/objectifs spécifiques pourra nécessiter une bague d’adaptation sans pour autant modifier la présente invention. Le CSHR peut également intégrer sa propre source d’énergie (batteries, piles, panneau solaire …) ainsi que tout autre module électronique accessoire complémentaire : pointage, détection jour/nuit, unité de calcul, géolocalisation GPS, GSM, WiFi, capteur de vibration, module de positionnement de type PAN & Tilt … (liste non-exhaustive), sans pour autant modifier la présente invention. Le dispositif se distingue de l’état de l’art par l’utilisation de déplacements au niveau du capteur non pas dans un but de stabilisation d’images (capteurs PENTAX et assimilables) mais pour constituer un capteur de synthèse haute résolution. Outre l’innovation technique, la simplicité de mise en œuvre et le moindre coût de production et d’utilisation rendent cette approche économiquement très intéressante pour toutes les applications de vision longue distance. Le dispositif objet du présent brevet permet de réalisation de la compression sélective d’image par déplacement mécanique du capteur. Contrairement aux algorithmes de compression qui nécessitent le traitement d’un flux complet, le dispositif objet du présent brevet permettra la transmission de flux vidéo de préférence pour certaines positions du capteur correspondant à des zones d’intérêts marquées par l’utilisateur. Contrairement aux dispositifs actuels de vision à haute résolution, le dispositif objet du présent brevet n’a pas pour vocation de constituer une image haute résolution en une seule acquisition comme le ferait un capteur plein format type « global shutter ». Au contraire, l’acquisition plein champ se fera par déplacements successifs d’un capteur et recalage des sous-images entre elles pour synthétiser une acquisition haute résolution (principe du CSHR). Le dispositif se distingue notamment des solutions d’imagerie satellitaire type « push broom » (peigne de détection) dans le sens que le capteur de l’invention est déplacé selon deux axes et est de type matriciel et non en barrettes. L’une des innovations du CSHR est ainsi d’utiliser la pleine résolution du capteur d’images principalement sur les seules zones d’intérêts identifiées par l’utilisateur. Les dessins annexés illustrent l’invention : CSHR, Principe des déplacements, représentation planaire Principe des déplacements, représentation en perspective CSHR, Principe des déplacements, représentation planaire avec barillet multispectral Schéma de principe du barillet multispectral La légende des figures est la suivante : 1 Volume Focal 2 Objectif/lentille 3 Capteur d’images 4 Plan des déplacements 2D du capteur, à distance fixe de (2) 5 Barillet multispectral 6 Axe de coupe du barillet multispectral pour la représentation de la 7 Filtre spectral 8 Axe de rotation du barillet multispectral Le CSHR est un dispositif hautement intégré disposant de quatre degrés de liberté. Trois degrés de liberté permettent de déplacer le capteur d’images dans le volume focal défini par l’objectif. Le quatrième degré de liberté permet d’agir directement sur l’objectif par exemple sur sa fonction manuelle de ZOOM, d’un diaphragme …. Les objectifs retenus sont préférentiellement non-asservis électroniquement, mais tout objectif pilotable (NIKON®, NIKKOR®, CANON®, PENTAX®, SIGMA®…) peut être envisagé sans pour autant modifier la présente invention. Ainsi, selon l’optique retenue pour équiper le CSHR, il peut ou non y avoir un ou plusieurs axes de pilotage ou bien une ou plusieurs voies de commande d’un objectif motorisé nativement. Un degré de liberté supplémentaire est envisagé dans une version multispectrale du CSHR pour intégrer à la demande des filtres optiques montés sur un barillet motorisé et lui-même placé sur le trajet optique de la lumière entre l’objectif et le capteur du CSHR. Un CSHR ainsi équipé de filtres dotés de bandes/fenêtres spectrales définies réalise une acquisition multispectrale pilotée selon les mêmes modalités que celles précédemment décrites supra. Le dispositif CSHR n’est pas limité au seul spectre visible. Une optique infra-rouge et un capteur infra-rouge ou tout autres bandes de fréquences peuvent équiper le CSHR sans pour autant modifier la présente invention. Le CSHR tel que décrit peut-être intégré dans un boitier sans que cela n’impacte le caractère innovant ou les revendications du présent. Dans une telle configuration, le boitier peut lui-même être piloté en orientation tel que site et gisement sans que cela ne remette en cause le caractère innovant du présent. Avec ses trois degrés de liberté au niveau du capteur par rapport à son optique, le CHSR est un outil polyvalent d’observation à haute définition, à focale ajustable pouvant être intégré dans toute chaine d’information y compris les applications de sécurité critiques. Télé-opérable, le CSHR permet d’effectuer des opérations d’information, de renseignement et de poursuite de cible en mode supervisé ou, dans une version ultérieure, en mode semi-automatisé (par exemple par une intelligence artificielle embarquée). Enfin, le CSHR peut également constituer un dispositif embarqué pour des applications nécessitant une surveillance grand champ et grande capacité mais avec un débit ou une énergie limitée. En effet, le CSHR réalise une compression mécanique de l’information et présente une consommation énergétique nettement inférieure à un capteur plein format à la résolution/champ homologue. En mode acquisition d’images sur des zones définies, le nombre de pixels à transmettre est plus faible qu’avec un capteur plein champ, donc plus rapide, moins consommateur d’énergie et également plus discret. Simple à mettre en œuvre, le CSHR peut-être réglé à distance, en mode déporté et en toute sécurité. Dispositif de déplacement en trois dimensions d’un capteur matriciel d’images (3) dans un volume focal d’un objectif (2), comportant une platine motorisée selon trois axes (OX, OY,OZ), caractérisé en ce que la platine motorisée réalise des déplacements dans le volume focal de l’objectif, les axes de déplacements motorisés permettant la variation pilotée de la position du plan capteur par rapport à l’objectif mais aussi la variation de la position du capteur en XY pour une position de plan focal fixée (axe Z). Dispositif d’imagerie à haute résolution utilisant un dispositif de déplacement en trois dimensions d’un capteur matriciel d’images (3) selon la revendication 1 caractérisé en ce que le capteur procède à une acquisition plein champ par déplacements successifs d’un capteur et recalage des sous-images entre elles pour synthétiser une acquisition haute résolution. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce qu’un barillet rotatif (5) contenant des filtres optiques (7) est ajouté entre l’objectif (2) et le capteur (3), permettant de réaliser de l’imagerie multispectrale et de la synthèse haute résolution d’imagerie multispectrale pilotée. Dispositif d’imagerie selon la revendication 2 réalisant de la compression d’images ou de flux vidéo par action mécanique.