Brevet FR3156899A1 — publié le 20250620

Ce procédé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser par un système d’alerte laser comprenant un dispositif d’alerte laser comprenant au moins un capteur à réponse logarithmique sous fort flux photonique comprend : une étape d’acquisition d’une image par ledit capteur en fonction d'une exposition; une étape de détection d’une tache à partir de l’image acquise; une étape de détermination d’une réponse du capteur au rayonnement laser par une analyse de la tache détectée ; une étape de calcul d’un diamètre de la tache détectée ; une étape de comparaison de la valeur calculée du diamètre de la tache et d’une valeur théorique maximale prédéterminée ;et une étape de caractérisation du rayonnement laser en fonction de la réponse du capteur, du résultat de la comparaison et d’au moins une cartographie reliant la réponse du capteur à des caractéristiques du rayonnement laser. Figure pour l’abrégé : Figure 9 Système d’alerte laser et procédé associé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser L’invention se rapporte au domaine des lasers de puissance et des contre-contre-mesures laser dirigées. Techniques antérieures Classiquement, la détection d’une agression laser est réalisée à l’aide de systèmes de détecteurs photosensibles permettant de détecter une tache laser. En plus de la détection de l’agression laser, de tels systèmes permettent d’estimer la direction du rayonnement laser incident, notamment les systèmes de photodiodes à technologie matricielle. Cependant, de tels systèmes ne permettent pas de caractériser finement le rayonnement laser agresseur et donc ne permettent pas d’adapter efficacement les contre-contre-mesures aux caractéristiques du rayonnement laser agresseur. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. L’invention propose un système d’alerte laser et un procédé associé permettant la mise en place de contre-contre-mesures adaptées aux caractéristiques d’un rayonnement laser agresseur. L’invention a pour objet un procédé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser par un système d’alerte laser comprenant un dispositif d’alerte laser comprenant au moins un capteur à réponse logarithmique sous fort flux photonique. Le procédé comprend : une étape d’acquisition d’une image par le capteur en fonction d’une exposition au rayonnement laser ; une étape de détection d’une tache à partir de l’image obtenue à l’étape d’acquisition, la tache détectée étant représentative de la présence d’une agression laser ; une étape de détermination d’une réponse du capteur au rayonnement laser par une analyse de la tache détectée ; une étape de calcul d’un diamètre de la tache détectée ; une étape de comparaison de la valeur calculée du diamètre de la tache détectée et d’une valeur théorique maximale prédéterminée du diamètre de la tache détectée ;et une étape de caractérisation du rayonnement laser à partir de la réponse du capteur au rayonnement laser, du résultat de la comparaison et d’au moins une cartographie reliant la réponse du capteur à des caractéristiques du rayonnement laser. Un tel procédé permet de déterminer les caractéristiques du rayonnement laser de manière rapide et efficiente. De préférence, le procédé comprend en outre une étape de mise en place de contre-contre-mesures et/ou une étape de correction de l’image, en fonction des caractéristiques du rayonnement laser obtenues à l’étape de caractérisation. Le procédé permet d’adapter les contre-contre-mesures aux caractéristiques du rayonnement laser. De plus, il permet une meilleure détection de la menace par la correction de l’image en fonction des caractéristiques du rayonnement laser, visant à atténuer fortement l’effet de la contre-mesure laser et à permettre au système hôte (par exemple autodirecteur, viseur ou caméra) de continuer à garder sa fonction principale de détection. Par exemple, l’étape de mise en place de contre-contre-mesures comprend une étape de réglage d’une tension de polarisation du capteur permettant d’agir sur une dépolarisation du capteur par le rayonnement laser. Avantageusement, le procédé comprend une étape de traitement d’image réalisée après l’étape d’acquisition et avant l’étape de détection d’une tache, ladite étape de traitement comprenant une étape de détection des pixels non atypiques saturés du capteur. Une telle étape de traitement d’image permet d’améliorer la détection d’une tache. Selon une caractéristique, on demande l’acquisition d’une nouvelle image avec une exposition plus réduite si des pixels non atypiques saturés sont détectés et que l’exposition courante est supérieure à une exposition minimale prédéterminée. Un tel procédé permet d’améliorer l’analyse d’une tache. Selon une autre caractéristique, on détermine la position d’un barycentre de la tache détectée. Un tel procédé permet de déterminer la position angulaire du rayonnement laser. Par exemple, on estime la fluence du rayonnement laser à partir de l’aire de la tache détectée si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est supérieure à la valeur théorique maximale prédéterminée. Par exemple, on estime des paramètres du rayonnement laser, à partir du niveau énergétique maximal d’un pic, du niveau énergétique moyen d’un plateau et de la largeur d’un élargissement des flancs de la tache détectée si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est supérieure à la valeur théorique maximale prédéterminée. Selon une autre caractéristique, les paramètres estimés du rayonnement laser comprennent une puissance crête et/ou une largeur d’impulsion et/ou un rapport cyclique d’émission. De tels paramètres permettent de caractériser complètement un rayonnement laser impulsionnel. Avantageusement, au moins une cartographie dépend de l’exposition au rayonnement laser et/ou fournit la réponse du capteur par rapport à la tache détectée. Une telle cartographie permet d’augmenter la précision de la caractérisation du rayonnement laser. Selon un autre aspect, l’invention a pour objet un système d’alerte laser comprenant un dispositif d’alerte laser comprenant au moins un capteur à réponse logarithmique sous fort flux photonique. Le système d’alerte laser est adapté pour la mise en œuvre d’un procédé tel que décrit ci-dessus. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : FIG. 1 illustre un champ de détection d’un dispositif d’alerte laser selon un exemple de réalisation de l’invention ; FIG. 2 illustre schématiquement l’architecture d’un système d’alerte laser comprenant le dispositif d’alerte laser de la FIG. 1 ; FIG. 3 et FIG. 4 illustrent la réponse d’un capteur du dispositif d’alerte laser de la FIG. 1 respectivement au centre et en bord d’une tache laser formée par un rayonnement laser incident ; FIG. 5 et FIG. 6 illustrent respectivement une image acquise par le capteur de la FIG. 1 d’un rayonnement laser 5 de type continu ou pseudo-continu et une variation en coupe de l’énergie captée associée ; FIG. 7 et FIG. 8 illustrent respectivement une image acquise par le capteur de la FIG. 1 d’un rayonnement laser de type impulsionnel et une variation en coupe de l’énergie captée associée ; et FIG. 9 est un organigramme d’un procédé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser selon un mode de mise en œuvre de l’invention. Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation Sur la FIG. 1 on a représenté un champ de détection 1 d’un dispositif 2 d’alerte laser selon un mode de réalisation de l’invention. Le dispositif 2 d’alerte laser comprend une optique de collimation 3 et au moins un capteur 4 à réponse logarithmique sous fort flux photonique. Un fort flux photonique est par exemple un flux qui est apte à dépolariser le capteur 4. Le capteur 4 est adapté pour capter une image d’un rayonnement laser 5 incident représentatif d’une agression laser. Ici, le capteur 4 est une matrice à plan focal dite FPA ou « Focal Plane Array » en anglais. L’optique de collimation 3 permet de renvoyer tout rayonnement laser 5 qui pénètre dans le champ de détection 1 vers le capteur 4 et concentre le rayonnement laser en un point du capteur 4. Le champ de détection 1 est centré autour d’un axe X de ligne de visée du dispositif 2 d’alerte. L’architecture du dispositif 2 d’alerte laser est donnée à titre d’exemple et ne limite pas l’invention à la seule configuration de l’architecture présentée. Selon la précision et la sensibilité recherchées, le capteur 4 peut comprendre une matrice de photodiodes, une structure photosensible à quatre quadrants ou une structure photosensible à n-quadrants. En variante, l’optique de collimation 3 peut être remplacée par un système de masque de manière à assurer un codage de l’angle d’arrivée du rayonnement laser 5 par rapport à l’axe X de ligne de visée du dispositif 2 d’alerte. L’optique de collimation 3 est ici distincte du capteur 4. En variante, l’optique de collimation 3 et le capteur 4 pourraient former un seul module de détection. De préférence, le dispositif 2 d’alerte laser est associé au sein d’un système d’alerte laser 6 à une supervision imageur 7 et à un module de traitement d’images de bas niveau 8 ( FIG. 2 ). De préférence, le capteur 4 est piloté par la supervision imageur 7. De préférence, le capteur 4 est adapté pour transmettre les images capturées au module de traitement de bas niveau 8 qui est adapté pour analyser la réponse du capteur 4. Dans l’exemple illustré sur la FIG. 2 , le système d’alerte laser 6 comprend en outre un module d’analyse d’images de haut niveau 9 adapté pour analyser les images capturées par le capteur 4 en fonction d’informations issues du module de traitement de bas niveau 8. En variante, il reste possible d’intégrer le module d’analyse d’images de haut niveau 9 et le module de traitement de bas niveau 8 au sein d’un module de traitement d’images général. Le module d’analyse d’images de haut niveau 9 est doté d’une mémoire comprenant au moins une cartographie prédéterminée reliant la réponse du capteur 4 aux caractéristiques du rayonnement laser 5. De préférence, une telle cartographie dépend de l’exposition du capteur 4 et/ou fournit la réponse du capteur 4 par rapport à une tache lumineuse formée sur le capteur 4 en réponse à un rayonnement laser 5. Il est à noter que la tache lumineuse peut se former à n’importe quel endroit du capteur 4. Par exemple, les figures 3 et 4 illustrent la réponse d’un capteur 4 respectivement au centre et en bord d’une tache laser formée par un rayonnement laser 5 incident dans le cas d’un laser de type impulsionnel. Cette réponse dépend de la puissance du rayonnement laser 5 ainsi que du temps d’exposition du capteur 4. Par exemple, de telles cartographies sont obtenues par une calibration en laboratoire et permettent d’accéder aux caractéristiques morphologiques de la tache lumineuse formée sur le capteur 4 selon les caractéristiques ou paramètres du rayonnement laser 5. En effet, la réponse du capteur 4 dépend des caractéristiques du rayonnement laser 5. De manière générale, un rayonnement laser 5 peut être de type continu ou de type impulsionnel. La FIG. 5 et 6 illustrent respectivement une image acquise par le capteur 4 d’un rayonnement laser 5 de type continu ou pseudo-continu et la variation spatiale de l’énergie captée par le capteur 4 selon une coupe orientée selon la direction Y. Les figures 5 et 6 mettent en évidence une grande surface saturée qui est typique d’un rayonnement laser 5 de type continu ou pseudo-continu. Un rayonnement laser continu est un faisceau laser ayant un flux d’énergie constant et ininterrompu. Un rayonnement laser pseudo-continu est un faisceau laser ayant des impulsions si rapprochées dans le temps les unes des autres qu’elles constituent pratiquement un faisceau laser continu. Autrement dit, un rayonnement laser continu ou pseudo-continu est caractérisé par un rapport cyclique d’émission très élevé. L’image acquise par le capteur 4 est représentative de la réponse du capteur 4 au rayonnement laser 5 et comprend généralement une tache 10 ayant un barycentre 10a. On remarque que la partie centrale de la tache est saturée ce qui correspond à l’atteinte d’un seuil de saturation 11 prédéterminé. Comme cela sera décrit plus en détail par la suite, une analyse de la réponse du capteur 4 au rayonnement laser 5 permet de déterminer la direction du rayonnement 5 et ses caractéristiques. Par exemple, la position angulaire du rayonnement laser 5 est déterminée à partir de la position du barycentre 10a de la tache 10 dans un repère local YZ du capteur 4 centré sur l’axe X de visée. Par exemple, la fluence du rayonnement laser 5 est estimée à partir de l’aire de la tache 10. Les figures 7 et 8 illustrent respectivement une image acquise par le capteur 4 d’un rayonnement laser 5 de type impulsionnel et la variation d’énergie selon une coupe orientée selon la direction Y. Un rayonnement laser impulsionnel est un faisceau laser dont la puissance varie de manière cyclique au cours du temps. La réponse du capteur 4 à un rayonnement 5 de type impulsionnel est caractérisée par des valeurs d’énergie correspondant à un niveau énergétique maximal d’un pic 12 et à un niveau énergétique moyen d’un plateau 13 sensiblement horizontal, ainsi que par la largeur L d’un élargissement des flancs de la tache s’étendant entre deux extrémités 14 adjacentes du plateau 13. Autrement dit, l’élargissement correspond à l’étalement maximum de la courbe 15 en dehors du plateau 13. Il est à noter que lorsque la puissance crête ou la puissance maximale dans le temps du rayonnement laser 5 devient importante, la valeur d’énergie du pic 12 n’est plus proportionnelle à la fluence du rayonnement laser 5, à cause de la réponse logarithmique sous fort flux photonique du capteur 4. On va maintenant décrire en référence à la FIG. 9 un procédé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser 5 par un système 6 d’alerte laser selon l’invention. Le procédé commence par une étape 20 préalable d’initialisation, dans laquelle on réalise une capture d’image à l’obscurité et on détermine un niveau de bruit de fond en l’absence de toute perturbation. Lors de l’étape 21 d’acquisition suivante, le capteur 4 acquiert une image représentative d’une scène optronique présente dans le champ de détection 1 du dispositif 2 d’alerte laser. L’acquisition de l’image est réalisée en fonction d’une exposition choisie avant de réaliser l’acquisition proprement dite. Par exemple, pour éviter une trop grande exposition, le temps d’intégration peut être diminué afin de réduire le risque de saturation de l’image ou le nombre de pixels saturés de l’image. Le procédé se poursuit par une étape 22 de traitement de l’image acquise à l’étape 21. L’étape 22 est réalisée par le module de traitement d’images 8 et comprend classiquement une étape de détection de points contrastés, une étape de détection de pixels non atypiques saturés et une étape de calcul des niveaux minimum et maximum d’un histogramme de l’image. Il est à noter que l’étape de détection de pixels non atypiques saturés concerne uniquement la détection de pixels dont la saturation est due à un flux photonique externe, c’est-à-dire un flux en provenance de la scène imagée, et non la détection de pixels intrinsèquement saturés. Lorsque des pixels non atypiques saturés sont détectés et que l’exposition courante est supérieure à une exposition minimale prédéterminée, il est possible de demander l’acquisition d’une nouvelle image avec une exposition plus réduite. Dans ce cas, on réexécute l’étape 21 en réduisant l’exposition. Après l’étape 22, le procédé se poursuit par une étape 23 de détection d’une tache à partir de l’image acquise à l’étape 21, la tache détectée étant représentative de la présence d’une agression laser. L’étape 23 est réalisée par le module d’analyse d’images 9. Si aucune tache n’est détectée à l’étape 23, la menace laser est déterminée comme étant faible à nulle et le procédé s’arrête. Alternativement, au lieu de s’arrêter après l’étape 23, le procédé peut reprendre à l’étape 21 si la supervision imageur 7 demande une nouvelle acquisition d’image. Si une tache lumineuse est détectée à l’étape 23, on considère que l’agression laser est détectée et le procédé se poursuit par une étape 24 de détermination de la réponse du capteur 4 au rayonnement laser 5 par une analyse de la tache détectée réalisée par le module d’analyse d’images 9. L’analyse comprend une estimation classique de la position du barycentre de la tache détectée, représentative d’une position angulaire du rayonnement laser 5. En fonction des résultats de l’étape de détection de pixels non atypiques saturés réalisée à l’étape de traitement 22, l’analyse est complétée par des calculs supplémentaires. En variante, il reste possible d’effectuer une nouvelle détection de pixels non atypiques saturés. Par exemple, si l’on détecte des pixels non atypiques saturés, l’analyse est complétée par un calcul de l’aire de la tache. Par exemple, si l’on ne détecte pas de pixels non atypiques saturés, l’analyse est complétée par un calcul du niveau d’énergie du pic 12 et un calcul du niveau d’énergie moyen correspondant au plateau 13. Après l’étape 24, le procédé se poursuit par une étape 25 de calcul d’un diamètre de la tache détectée. L’étape 25 est réalisée par le module d’analyse d’images 9. Lors de l’étape 26 de comparaison suivante, le module d’analyse d’images 9 compare la valeur calculée du diamètre de la tache détectée et une valeur théorique maximale du diamètre de la tache détectée, prédéterminée et contenue dans sa mémoire. Par exemple, la valeur théorique maximale du diamètre de la tache détectée (calcul connu du diamètre de la tache d’Airy) est déterminée en fonction des caractéristiques de l’optique de collimation 3, du capteur 4 et du rayonnement laser 5. Le procédé se poursuit par une étape de caractérisation du rayonnement laser 5 réalisée par le module d’analyse d’images 9. La caractérisation est réalisée en fonction de la réponse du capteur 4 au rayonnement laser 5, du résultat de la comparaison et d’au moins une cartographie disponible dans une mémoire du module 9. Par exemple, si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est supérieure à la valeur théorique maximale prédéterminée et disponible dans une mémoire du module d’analyse, on considère que l’on est en présence d’un rayonnement laser 5 continu ou pseudo-continu. Dans ce cas, on estime la fluence du rayonnement laser 5 à partir de cartographies spécifiques aux rayonnements laser continus ou pseudo-continus en fonction de l’aire de la tache détectée. Par exemple, si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est inférieure ou égale à la valeur théorique maximale prédéterminée et disponible dans une mémoire du module d’analyse, on considère que l’on est en présence d’un rayonnement laser 5 impulsionnel et on calcule la largeur L d’un élargissement des flancs de la tache détectée. Dans ce cas, on estime les paramètres du rayonnement laser 5 à partir des cartographies spécifiques aux rayonnements laser impulsionnels en fonction du niveau énergétique maximal du pic 12, du niveau énergétique moyen du plateau 13 et de la largeur L de l’élargissement des flancs de la tache détectée. Par exemple, les paramètres estimés du rayonnement laser 5 comprennent une puissance crête et/ou une largeur d’impulsion et/ou un rapport cyclique d’émission. Après l’étape 27 de caractérisation du rayonnement laser 5, le procédé se poursuit par une étape 28 de mise en place de contre-contre-mesures et/ou une étape 29 de correction de l’image acquise à l’étape 21, en fonction des caractéristiques du rayonnement laser 5 déterminées à l’étape 27 de caractérisation. Ainsi, il devient possible d’adapter efficacement les contre-contre-mesures aux caractéristiques du rayonnement laser agresseur. Par exemple, on peut procéder à une diminution de l’exposition du détecteur si elle n’est déjà pas à son minimum. Par exemple, si la tension de polarisation du capteur est utilisée pour la détection, on peut procéder à un réglage de cette tension permettant d’agir sur la dépolarisation du capteur par le rayonnement laser. Par exemple, on peut procéder à un retrait d’un offset et/ou d’une basse fréquence de l’image acquise par un traitement d’image de haut niveau. Procédé de détection et de caractérisation d’un rayonnement laser (5) par un système (6) d’alerte laser comprenant un dispositif (2) d’alerte laser comprenant au moins un capteur (4) à réponse logarithmique sous fort flux photonique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend : une étape d’acquisition d’une image par ledit capteur (4) en fonction d’une exposition audit rayonnement laser (5); une étape de détection d’une tache à partir de l’image obtenue à l’étape d’acquisition, la tache détectée étant représentative de la présence d’une agression laser ; une étape de détermination d’une réponse du capteur (4) au rayonnement laser par une analyse de la tache détectée; une étape de calcul d’un diamètre de la tache détectée ; une étape de comparaison de la valeur calculée du diamètre de la tache détectée et d’une valeur théorique maximale prédéterminée du diamètre de la tache détectée; et une étape de caractérisation du rayonnement laser à partir de la réponse du capteur (4) au rayonnement laser, du résultat de la comparaison et d’au moins une cartographie reliant la réponse du capteur (4) à des caractéristiques du rayonnement laser. Procédé selon la revendication 1 comprenant en outre une étape de mise en place de contre-contre-mesures et/ou une étape de correction de l’image, en fonction des caractéristiques du rayonnement laser obtenues à l’étape de caractérisation. Procédé selon la revendication 2, dans lequel l’étape de mise en place de contre-contre-mesures comprend une étape de réglage d’une tension de polarisation du capteur (4) permettant d’agir sur une dépolarisation du capteur (4) par le rayonnement laser (5). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 comprenant en outre une étape de traitement d’image réalisée après l’étape d’acquisition et avant l’étape de détection d’une tache, ladite étape de traitement comprenant une étape de détection des pixels non atypiques saturés du capteur (4). Procédé selon la revendication 4, dans lequel on demande l’acquisition d’une nouvelle image avec une exposition plus réduite si des pixels non atypiques saturés sont détectés et que l’exposition courante est supérieure à une exposition minimale prédéterminée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on détermine la position d’un barycentre de la tache détectée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on estime la fluence du rayonnement laser à partir de l’aire de la tache détectée si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est supérieure à la valeur théorique maximale prédéterminée. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel on estime des paramètres du rayonnement laser, à partir du niveau énergétique maximal d’un pic (12), du niveau énergétique moyen d’un plateau (13) et de la largeur (L) d’un élargissement des flancs de la tache détectée si la valeur calculée du diamètre de la tache détectée est supérieure à la valeur théorique maximale prédéterminée. Procédé selon la revendication 8, dans lequel les paramètres estimés du rayonnement laser (5) comprennent une puissance crête et/ou une largeur d’impulsion et/ou un rapport cyclique d’émission. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins une cartographie dépend de l’exposition au rayonnement laser (5) et/ou fournit la réponse du capteur (4) par rapport à la tache détectée. Système (6) d’alerte laser comprenant un dispositif (2) d’alerte laser comprenant au moins un capteur (4) à réponse logarithmique sous fort flux photonique, ledit système étant adapté pour la mise en œuvre d’un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.