Brevet FR3127298A1 — publié le 20230324

Procédé pour l’acquisition d’images multispectrales et d’imagettes panchromatiques par un capteur matriciel embarqué dans un porteur se déplaçant au-dessus d’une scène et recouvert d’un filtre comportant une bande de filtrage panchromatique suivie d’au moins deux bandes de filtrage spectral, les bande de filtrage panchromatique et spectral étant parallèles et s’étendant selon une direction sensiblement orthogonale au déplacement du porteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : dès que la scène est comprise dans l’une des bandes de filtrage du filtre, acquisition d’une image multispectrale au moins à travers les deux bandes de filtrage spectral ; transfert de l’image multispectrale ; acquisition d’une imagette panchromatique uniquement à travers la bande de filtrage panchromatique ; transfert de l’imagette panchromatique ; tant que la scène n’est pas comprise dans une autre des bandes de filtrages, recommencer les étapes c) et d) ; et recommencer les étapes a) à e) jusqu’à obtenir une image multispectrale de la scène à travers chaque bande de filtrage spectral. Dispositif d’acquisition et véhicule porteur mettant en œuvre ce procédé. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.1 Procédé pour l’acquisition d’images multispectrales et d’imagettes panchromatiques L’invention concerne le domaine de l’imagerie spatiale, et plus particulièrement un procédé pour l’acquisition d’images multispectrales et d’images panchromatiques destinées à l’observation de la Terre. ARRIERE PLAN DE L’INVENTION L'imagerie spatiale, aussi appelée imagerie satellitaire, désigne la prise d'images depuis l'espace par des capteurs matriciels placés sur des satellites. Il existe essentiellement trois techniques d’acquisition d’images spatiales respectivement dénommées : « push broom », « single shot » et « push frame ». La technique « push broom », aussi appelée « balayage », consiste à utiliser au moins un capteur linéaire de type barrette CCD (Charge Coupled Device) et le déplacement du satellite autour de la terre pour construire des bandeaux d’une image. Son principe de fonctionnement est identique à celui des scanners et photocopieurs qui comprennent une barre de lecture déplacée le long de la page à numériser. Cette technique est typiquement mise en œuvre sur les gros satellites d’observation de la Terre tels que les satellites dénommés SPOT et Pleiades. Le capteur linéaire peut être équipé d’un filtre permettant la réalisation d’images spectrales. La technique « single shot » consiste à utiliser un capteur matriciel pour construire une image 2D en une seule passe. Son principe de fonctionnement est identique à celui des appareils photo et est fréquemment employé sur les microsatellites et les nanosatellites. S’il est possible de construire des images en couleur en équipant par exemple le capteur matriciel d’un filtre de Bayer, cette technique d’acquisition permet difficilement la réalisation d’images multispectrales et présente un flux faible et un temps d’intégration élevé conduisant à produire du flou sur l’image. La technique « push frame » combine la technique du « push broom » avec celle du « frame ». Elle consiste à utiliser un capteur matriciel pour acquérir des images décalées dans le temps le long d’un axe vertical du capteur du fait du déplacement du satellite autour de la Terre. Cette technique permet la réalisation d’images multispectrales et panchromatiques en plaçant devant le capteur un filtre présentant plusieurs bandes horizontales hautes de quelques centaines de pixels et s’étendant sur toute une largeur du capteur, chaque bande couvrant un intervalle de longueur d’onde différent. Les acquisitions sont décalées dans le temps de façon à ce que le décalage spatial résultant soit légèrement inférieur à la hauteur des bandes du filtre, de sorte que pour chaque bande spectrale une image complète d’une scène puisse être reconstituée par concaténation. Il a été envisagé d’améliorer la résolution de l’image complète panchromatique en réalisant un grand nombre d’acquisitions très rapprochées dans le temps de façon à ce que ces acquisitions successives se recouvrent fortement d’un nombre non entier de pixels et permettent la mise en œuvre d’un procédé de traitement dit de « super-résolution ». Cependant, la réalisation d’un grand nombre d’acquisitions repose sur la possibilité de disposer à la fois d’un capteur ayant une vitesse d’acquisition élevée et d’une unité électronique d’acquisition particulièrement performante. Qui plus est, une telle acquisition génère une importante quantité de données qu’il est difficile de transmettre à une station de réception sur Terre et qui, dès lors, impose un traitement des acquisitions à bord du satellite. OBJET DE L’INVENTION L’invention a donc pour objet de proposer un procédé pour l’acquisition d’images multispectrales et d’images panchromatiques obviant au moins en partie aux problèmes précités. A cet effet, l’invention propose un procédé pour l’acquisition d’images multispectrales et d’imagettes panchromatiques par un capteur matriciel monochrome embarqué dans un porteur mobile selon une direction de déplacement au-dessus d’un espace comprenant une scène à observer. Le capteur matriciel a un champ couvrant une étendue de l’espace supérieure à la scène selon la direction de déplacement et est pourvu d’un filtre comportant une bande de filtrage panchromatique suivi d’au moins deux bandes de filtrage spectral couvrant chacune un intervalle de longueur d’onde différent. La bande de filtrage panchromatique et les bandes de filtrage spectral sont parallèles et s’étendent selon une direction sensiblement orthogonale à la direction de déplacement du porteur. Selon l’invention, le procédé comprend les étapes suivantes : lorsque la scène est comprise dans l’une des bandes de filtrage du filtre, acquisition d’une image multispectrale par le capteur au moins à travers les deux bandes de filtrage spectral ; transfert de l’image multispectrale à une unité électronique de traitement ; acquisition d’une imagette panchromatique par le capteur uniquement à travers la bande de filtrage panchromatique ; transfert de l’imagette panchromatique à l’unité électronique de traitement ; tant que la scène n’est pas comprise dans une autre des bandes de filtrages, recommencer les étapes c) et d) ; et recommencer les étapes a) à e) jusqu’à obtenir une image multispectrale de la scène à travers chaque bande de filtrage spectral. Ainsi, le temps nécessaire à la scène pour passer de l’une à l’autre des bandes de filtrage spectral est utilisé pour acquérir des imagettes panchromatiques se recouvrant partiellement et sur lesquelles peut être mis en œuvre un procédé de traitement dit de « super-résolution » permettant la génération d’une image panchromatique de haute résolution De manière particulière, l’acquisition de l’image multispectrale réalisée à l’étape a) se fait à travers la bande de filtrage panchromatique et les bandes de filtrage spectral, ce qui a pour effet d’augmenter le nombre d’acquisitions d’imagettes panchromatiques et donc la résolution de l’image panchromatique issue du procédé de traitement « super-résolution ». De manière particulière, l’acquisition de l’image multispectrale réalisée à l’étape a) se fait uniquement à travers les bandes de filtrage spectral. De manière particulière, l’acquisition de l’image multispectrale réalisée à l’étape a) se fait en mode « binning 2x2 ». De manière particulière, le procédé comprend les étapes de : corriger les défauts de toutes les imagettes d’une bande sur une durée donnée, aligner lesdites imagettes, fusionner les imagettes pour former une image reconstituée et détourer l’image reconstituée pour conserver un champ utile. L’invention concerne également un dispositif d’acquisition d’image agencé pour être monté sur un véhicule porteur. Le dispositif comprend un capteur d’image relié à une unité électronique de commande programmée pour mettre en œuvre un tel procédé. L’invention concerne aussi un véhicule porteur équipé d’un tel dispositif d’acquisition. L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles : la est une vue schématique du procédé selon un mode de réalisation particulier de l’invention ; la est une vue schématique du porteur équipé du capteur matriciel utilisé dans le procédé illustré à la ; la est une vue schématique du filtre équipant le capteur matriciel utilisé dans le procédé illustré à la ; la représente différentes acquisitions successives réalisées par le capteur selon le procédé illustré à la ; et la représente un chronogramme des différentes acquisitions réalisées par le capteur selon le procédé illustré à la . Procédé pour l’acquisition d’images multispectrales (IMS1, IMS2) et d’imagettes panchromatiques (IP1.1, IP1.2,IP1.3, IP2.1, IP2.2, IP2.3) par un capteur (C) matriciel monochrome embarqué dans un porteur (A) mobile selon une direction de déplacement au-dessus d’un espace comprenant une scène (Sc) à observer, le capteur matriciel ayant un champ couvrant une étendue de l’espace supérieure à la scène selon la direction de déplacement et le capteur matriciel étant pourvu d’ un filtre (F) comportant une bande de filtrage panchromatique (P) suivie d’au moins deux bandes de filtrage spectral (S1, S2, S3, … S6) couvrant chacune un intervalle de longueur d’onde différent, la bande de filtrage panchromatique et les bandes de filtrage spectral étant parallèles et s’étendant selon une direction sensiblement orthogonale à la direction de déplacement, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes : lorsque la scène est comprise dans l’une des bandes de filtrage du filtre, acquisition d’une image multispectrale (IMS1, IMS2) par le capteur au moins à travers les deux bandes de filtrage spectral ; transfert de l’image multispectrale à une unité électronique de traitement (U) ; acquisition d’une imagette panchromatique (IP1.1, IP1.2, IP1.3, IP2.1, IP2.2, IP2.3) par le capteur uniquement à travers la bande de filtrage panchromatique ; transfert de l’imagette panchromatique à l’unité électronique de traitement (U) ; tant que la scène n’est pas comprise dans une autre des bandes de filtrages, recommencer les étapes c) et d) ; et recommencer les étapes a) à e) jusqu’à obtenir une image multispectrale de la scène à travers chaque bande de filtrage spectral. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’acquisition de l’image multispectrale (IMS1, IMS2) réalisée à l’étape a) se fait à travers la bande de filtrage panchromatique (P) et les bandes de filtrage spectral (S1, S2, S3, … S6). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’acquisition de l’image multispectrale (IMS1, IMS2) réalisée à l’étape a) se fait uniquement à travers les bandes de filtrage spectral (S1, S2, S3, … S6). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’acquisition de l’image multispectrale (IMS1, IMS2) réalisée à l’étape a) se fait en mode « binning 2x2 ». Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes de : corriger les défauts de toutes les imagettes d’une bande sur une durée donnée, aligner lesdites imagettes, fusionner les imagettes pour former une image reconstituée et détourer l’image reconstituée pour conserver un champ utile. Dispositif d’acquisition d’image agencé pour être monté sur un véhicule porteur, comprenant un capteur d’image relié à une unité électronique de commande programmée pour mettre en œuvre le procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes. Véhicule porteur équipé d’un dispositif d’acquisition d’image selon la revendication 6.