CA2074488A1 - Dispositif d'augmentation de dynamique d'une camera - Google Patents

Abstract

2074488 9112690 PCTABS00105 La présente invention concerne un dispositif d'augmentation de dynamique d'une caméra comportant un objectif (2), formant une image (6) d'une scène (1) sur un capteur d'images électronique primaire (3) possédant une première dynamique, et une seconde source d'informations d'images (4) correspondant à une image de ladite scène (1) et un circuit électronique de traitement d'image (5) combinant les informations provenant du capteur d'images primaire (3) et les informations provenant de la seconde source d'informations d'images (4) et fournissant des informations d'images représentatives de la scène (1) perçue avec un rapport, des intensités lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles des zones de cette scène (1) représentées par ces informations d'images, supérieur à la dyanmique du capteur d'image primaire (3). Selon les modes de réalisation, la seconde source d'informations d'image (4) est soit un capteur d'images secondaire soit une mémoire conservant une image précédemment captée par le capteur d'images primaire (3). Préférentiellement, le dispositif comporte un moyen de commande (10) de la sensibilité du capteur d'image primaire (3) et un écran plat matriciel passif transmissif (11) placé optiquement devant le capteur d'images primaire (3) et atténuant les intensités lumineuses les plus fortes des rayons lumineux le traversant.

Description

WO91~126~ PCT/FR91/00127

2 0 7 4 4 8 8 "Dispositif d'augmentation de dynami~ue d'une caméra"
La présente invention concerne un dispositif d'augmenta-tion de dynamique d'une caméra, la rendant ainsi tolérante aux écarts importants de luminosité entre les points de la scène dont une image est perçue.
Ses applications sont principalement dans la prise de vues en éclairage non maîtris~, en extérieur, en endoscopie, en robotique de soudure, par exemple.
Les dispositifs connus à ce jours, de type caméras à
tubes où à dispositif de transfert de charges tolerent très 0mal les éblouissements et possèdent une dynamique, rapport des éclairements les plus forts sur les éclairements les plus faibles simultanément et correctement perçus, très raible, de l'ordre de cent.
De plus, leur sensibilité n'est pas suffisante pour le~
prises de vues nocturnes.
D'autres dispositifs possédant un capteur d'images et un ou des écrans passifs placés optiquement devant le capteur d'images et contrôlés par lui possèdent une dynamique plus élevée mais présentent une instabilité d'image importante.
2011S réalisent effectivement un asservissement optique matri-ciel en boucle rermée, ce qui entraîne soit une oscillation du signal sortant et de l'image transmises, soit un temps de réponse très supérieur à celui du capteur d'images.
La présente invention entend remédier à ces inconvé-25nients en restituant une image stable et une haute dynami-que, pouvant être supérieure à cent mille. De plus, I'ima~e restituée peut correspondre à une très grande sensibilité.
Pour ce faire, le dispositif objet de la présente inven-tion est un dispositi r d'augmentation de dynamique d'une 30caméra comportant un capteur d'images électronique primaire ~onctionnant dans une bande spectrale et fournissant des inrormations d'image pour un domaine de valeurs d'intensités lumineuses lui psr~enant Qelon une première dyllamique, ladlte dynsmique correspondant aux rapports des intensités 35lumineuses les plus ~ortes sur les intensités lumineuses les plus raibles de ce domaine, et un objectir ~ormant une image WO91/1~ ~ PCT/ ~ 1/00127 ~07~88 d'une scène sur ledit capteur d'images primaire, caractérisé
en ce qu'il comporte une seconde source d'informations d'images, lesdites informations d'images provenant d'au moins une image de ladite scène prise à travers ledit S objectif dans la même bande spectrale que celle du capteur d'images primaire et un circuit électronique de traitement d'image combinant les informations provenant du capteur d'images primaire et les informations provenant de la seconde source d'informations d'images et fournissant des informa-10 tions d'image représentatives de la scène perçue avec unrapport des intensités lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles des zonec de cette scène représentées par ces informations d'images restituées, ledit rapport étant supérieur à la dynamique du capteur 15 d~images pri~aire.
La seconde source d'informations d'image peut comporter un capteur d'images secondaire captant la même image que la capteur d'images primaire mais avec une sensibilité diffé-rente.
La seconde source d'informations d'images peut aussi comporter une mémoire d'image. Les in~ormations d'images mémorisées dans ladite mémoire d'image peuvent correspondre a une image prise précédemmenL pal le capteur d'image pri-maire, à une image provenant d'un traitement effectué sur 25 une image précédemment captée par le capteur d'images pri-maire, une image provenant de plusieurs prises de vues ef-fectuées précédemment par le capteur d'images primaire, combinées ou additionnées entre elles.
D'autres circuits électroniques et fonctions addition-30 nelles sont présentés. En particulier, difrérents systemesde traitement d'inrormations d'image sont adaptables a ces di~rérents motes de réalisation. Ils concernent notamment le contrôle de la sensibilité du capteur d'image primaire, sur toute sa surface ou par zones grace a un écran pla~ matriciel 35 placé optiquement devant le capteur d'images primaire.
D'autres systèmes additionnels concernent la restitution d'un signal représentatif d'une image possédant une réponse mono-WO91/126gO pCT/FR91/00127 `L!` 2074488 tone au sens mathématique du terme, en fonction des intensi-tés lumineuses des points de la scène perçue par le capteur d'images primaire.
La description qui va suivre, faite en regard des des-sins annexés dans un but explicatif et nullement limitati~permet de mieux comprendre les avantages, buts et caracté-ristiques de l'invention.
Il est rappelé que, pour une capteur d'images, la dyna-mique est définie comme étant, pour les rayons lumineux in-cidents sur ledit capteur d'images, le rapport des intensi-tés lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles qu'il perçoit simultanément et corre^~ement.
Entre ces deux valeurs, il restitue des informations image ~eprésentati~-s de l'intensité lumineuse. La ~aleur la plus raible est égale à la sensibilité. Au dessus de la Yaleur la plus forte " e capteur est saturé et les informations d'images sont constantes.
Dans un but explicatif, ne sont représentes dans cette description que des capteurs d'images de type à transfert de charges et des écrans plats à polariseurs. Tout autre type de capteurs d'images, à semi-conducteurs ou à tubes cathodi-ques par exemple, et d'écrans plats sont cependant conformes à l'esprit de l'in~ention.
Le capteur comporte une surface photo-sensible et des circuits de commande de ronctionnement de chaque point de cette surface photo-sensible. Pour la clarté de la descrip-tion les circuits de commande, connus en soi, ne sont pas représentés dans les figures ni détaillés dans la descrip-tion.
Dans toute la deqcription, le mot "image" désigne aussi les trames fournies par certains capteurs d'image, pour lesquels deux trames forment une image.
Dans un but de clarté, les horloges et alimentations néceQsaires au fonctionnement des di~férents modes de réali-sation du dispositir ne sont pas représentés dans cette description.

, W091/~26~ PCT/FR91/00127 207g488 La figure 1 est une représentation schématique du dispo-Sitir ob jet de la présente invention.
La figure 2 est une représentation schématique d'un pre-mier mode de réalisation, préférentiel, du dispositif selon I'invention comportant un unique capteur d'images.
La figure 3 est une représentation schématique d'un se-cond mode de réalisation du dispositif selon l'invention comportant deux capteurs d'images de sensibilités différen-tes.
La figure 4 est une représentation de potentiels de com-- mande de grilles d'un capteur d'images à transfert de charges incorporé aux deux modes de réalisation du disposi-tif objet de l'invention, tels que représentés dans les ri-gures 2 et 3.
Dans la figur~ 1 sont représeDtés une scène I et, sur un axe optique A et dans un boîtier de caméra B partiellement représenté, un écran plat obturateur 13, un objectif 2 for-mant une image 6 de la scène 1 sur un capteur d'images électronique primaire 3 et un écran plat matriciel 11 placé
optiquement devant le capteur d'images primaire 3. Le cap-teur d'images primaire 3 comporte un obturateur électronique 47. En dehors de cet axe optique et dans le boîtier de camé-ra B, sont représentés une seconde source d'informations d'image 4, un circuit électronique de traitement d'image 5 possédant une liaison électrique 7 avec le capteur d'images primaire 3, une liaison électrique 8 avec la seconde source d'informations d'image 4, et une liaison électrique de sortie 9 reliée à une table de conversion 12 possédant une connexion électrique de sortie 14. Un circult de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3 est relié
par une connexion électrique 16 au circuit de traitement d'image 5, par une connexion électrique 17 au capteur d'ima-ges primaire 3, par une connexion électrique 18 à l'écran plat obturateur 13 et par une connexion électrique 15 à
l'écran plat matriciel 11.
Les connexions électriques peuvent comporter une ou plu-W091/126~ PCT/FRg1/~127 -- ~ 5 ~ 207~4~8 sieurs liaisons électriques de manière à transmettre des informations en serie ou en parallèle.
L'objectif 2 est de type connu, notament dans la réali-sation de caméras vidéo, et est soit interchangeable soit j définitivement lié avec le boîtier de caméra B.
Le capteur d'images primaire 3 est de type connu, notam-ment dans la réalisation de caméras éleotroniques et vidéos.
Il capte correctement et simultanément des intensités lumi-neuses lui parvenant dans une bande spectrale donnée, dans un domaine de valeur d'intensités lumineuses limité. Sa sensibilité définit la valeur la plus faible de ce domaine et dépend de la transparence des composants optiques qui le separent de la scène 1, valeur aussi appelée ouverture. Sa dynamique est définie comme étantt pour les rayons lumineux incidents sur ce capteur d'images primaire 3, le rapport des intensités lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles qu'il perçoit simultanément et correctement. Entre ces deux valeurs extrèmes, il restitue des in~ormations d'image représentatives de l'intensité lu-Z0 mineuse. La valeur la plus faible est égale à la sensibili-té. Au dessus de la valeur la plus forte, le capteur est saturé et les informations d'images sont constantes. dans l~
suite nous appelons "domaine de réponse" le domaine des valeurs d'intensités lumineuses des zones de la scène 1 pour lesquels les valeurs des intensités lumineuses incidentes sur la capteur d'images primaire 3 sont entre ces deux va-leurs extrèmes.
Ce capteur d'images primaire 3 comporte une surface photo-sensible et un circuit de commande de fonctionnement de chaque point de cette surrace photo-sensible.
Sur la liaison électrique 7, le capteur d'images pri-maire 3 fournit des :n~ormations représentatives de l'inten-sité lumineuse reçu~ par chaque point de sa surface photo-sensible, intensité lumineuse provenant d'une zone de la scène 1 et formant une imaee 6 sur cette surrace photo-sen-sible. Ces in~ormations d'image sont ~ournies de manière ~ WO91/12690 PCT/FR91/00127 séquentielle, c'est à dire représentant l'intensité lumineu-se incidente arrivant successivement sur chacun des points du capteur d'images primaire 3.
La seconde source d'informations d'image 4 fournit sur la S liaison électrique 8, et de manière simultanée avec le cap-teur d'images primaire 3, des informations d'image correspon-dant à la scène 1 prise à travers l'objectif 1. C'est à dire que pour chaque point de la scène i pour lequel l'objectif 2 forme une image sur un point du capteur d'images primaire 3 les informations concernant ce point de la scène 1 sont transmises simultanément par le capteur d'image primaire 3 et de la seconde source d'informations d'images 4.
La seconde source d'informations d'images 4 est consti-tuées soit d'un capteur d'images secondaire captant la même image que la capteur d'images primaire 3 mais avec une sensi-bilité différente (figure 3) soit d'une mémoire d'image dans laquelle sont mémorisées des informations d'images provenant du capteur d'images primaire 3 (figure 2).
Dans ce dernier cas, les informations d'images sortant de ladite mémoire d'image sur la liaison électrique 8 peuvent correspondre à une image prise précédemment par le capteur d'images primaire 3 avec une sensibilité différente de celle correspondant à l'image ~ortant simultanément de ce capLeur d'images primaire 3, à une image provenant d'un traitement effectué sur une ima6e précédemment captée par le capteur d'images primaire, une image provenant de plusieurs prises de vues effectuées précédemment par le capteur d'images primaire

3, combinées ou additionnées entre elles.
En général, les informations provenant du capteur d'ima-ges primaire 3 et de la seconde source d'informations d'image

4 correspondent à des images de la scène 1 vue a~ec des sen-sibilités différentes, correspondant donc aussi à des domai-nes d'intensités lumineuses des points de la scène 1 différ-rentes.
Le circuit de trait.ement d'images 5 combine les informa-tions provenant du capteur d'images primaire 3, sur la liai-. WO91/126~ PCT/FR9l/~127 . .

son électrique 7, aux informations provenant de la seconde source d'informations d'image 4, sur la liaison électrique 8 de telle manière que des informations représentatives de la scène 1 sortant du circuit de traitement d'images sur la liaison électrique 9 possède un rapport des intensités lumi-neuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus ~aibles des points de cette scène 1 représentées par ces informations d'image, supérieur à la dynamique du cap-teur d'images primaire.
En effet, la combinaison d'informations d'image erfec-tuée par le circuit de traitement d'image 5 est effectuée sur des domaines de ~aleurs d'intensités lumineuses de la scène 1 différentes et les utilise chacun intégralement.
Cette combinaison peut etre une simple addition. D'au-tres modes de fonctionnement du circuit de traitement d'ima-ges 5 sont présentés plus loin en regard des figures 1 et ~.
Le dispositif selon l'invention permet donc l'augmenta-tion de dynamique d'une caméra dont le boitier B comporte le capteur d'images primaire 3 et l'objectif 2 fdrmant l'image 20 6 de la scène 1 sur le capteur d'images primaire 3 Pour cela, il comporte une seconde source d'informations d'images ~ pro-venant d'au moins une image de ladite scène 1 et un circuit électronique de traitement d'image 5 combinant les informa-tions pl~venan~ du capteur d'images primaire 3 et les infor-25 mations provenant de la seconde source d'informations d'ima-ges 4 et fournissant des inrormations d'image représentati-ves de la scène 1 avec un rapport des intensités lumineuses les plus rortes sur les intensités lumineuses les plus fai-bles des zones de cette scène 1 représentées par ces infor-30 mations d'images, supérieur à la dgnamique du capteur d'ima-ges primaire 3.
La table de conversion 12 e~fectue une app~icatjon, au sens mathématique du terme entre deux ensembles de valeurs de signaux, l'un lui provenant sur la connexion ~, l'autre 3v sortant sur la connexion 14. Pour cela, la table de conver-sion comporte, par exemple, une mémoire sur laquelle le bus ~ WO91/~26~ PCT~FR91/00127 ," ",~. .
~2074488 d'adresse est relié à la connexion 9 et le bus de donnée est relié à la connexion 14. Cette mémoire est chargée préalable-ment par un dispositif non représenté. Elle peut être une mé-moire vive, dynamique ou statique ou une mémoire morte, éven-tuellement programmable. Cette table de conversion a pouravantage de mettre en forme les informations d'images sor-tant du dispositif de manière à ce que leur visualisation sur un moniteur soit plus facile.
L'écran plat obturateur 13, qui est commandé par le cir-cuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'imagesprimaire 3 par l'intermédiaire de la connexion électrique 18 possède une transmittance commandée électriquement sur une seule zone de fonctionnement optique. Pour ~ia, I'écran plat obturateur 13 peut notament comporter un écran plat à
cristaux liquides, par exemple nématique ou férroélectrique et deux polariseurs entre lesquels se trouve le cristal liquide.
L'écran plat obturateur 13 fait, en fonction de sa transmittance, varier la sensibilité du capteur d'images primaire 3.
L'écran plat matriciel 11 posséde un réseau de points pour lesquels la transmittance est commandée indépendament de manière électrique. Pour cela, l'écran plat matriciel peut, par exemple, comporter un écran à cristaux liquides utilisé dans certains téléviseurs de poches. Un signal elec-trique de commande de transmittance de chacun des points de l'écran plat matriciel 11 est envoyé, à travers la connexion électrique lS, par le circuit de commande 10 de la sensibi-lité du capteur d'images primaire 3. La transmittance dc chaque point de l'écran plat matriciel 11 commande la sensi-bilité des points du capteur d'images primaire 3 qui se trouve optiquement derrière lui.
En fonction des informations qui lui sont transmises, sur la connexion électrique 16, par le circuit de traitement d'image S, le circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'ima6es primaire 3, commande une transparence de WO91/126~ PCT/FR91/00127 - 9- 2~74488 chaque point de l'écran plat matriciel 11 selon une fonction décroissante de l'intensité lumineuse re~ue par les points du capteur d'images primaire 3 qui sont optiquement placés derrière ledit point de l'écran plaL matl-icieJ 11.
De cette manière, la sensibilité des points du capteur d'images primaire 3 est une fonction décroissante de l'in-tensité lumineuse des rayons lumineux qui l'atteignent.
Enfin, le fonctionnement opto-électronique de chaque point du capteur d'images primaire 3 est commandé par le circuit de commande 10.
D'une part le circuit de commande 10 contrôle la durée de ce fonctionnement opto-électronique par commande de l'obturateur électronique 47 du capteur d'images primaire 3.
Pour cela, il envoie, grâce à ia connexion électrique 17 15soit une impuslsion d'une durée égale à celle de ce fonc-tionnement opto-électronique soit un code qui correspond à
cette durée, selon le type de capteur d'image primaire 3 utilisé. La variation de la durée de fonctionnement opto-électronique du capteur d'images primaire 3 commandée par 201'obturateur électronique 47 correspond à une ~ariation de sensibilité du capteur d'images primaire 3.
D'autre part, il commande la tension de commande de chacun des points du capteur d'images primaire ,. Enfi~
commande indépendament la durée de fonctionnement opto-25électronique de chacun des points du capteur d'images pri-maire 3. Pour ces deux dernières fonctions, le capteur d'images primaire 3 doit être adapté et des liaisons matri-cielles avec chacun des points de ce capteur d'images pri-maire 3 doivent être électriquement accessibles par le cir-30cuit de commande 10.
11 est à noter que, selon l'invention, lcs ~ones de po-tentiel ou grilles de chaque point du capteur d' images pri-~aire 3 peuvent être commandées individuellement de manière a ce que la création de charges électriques en chaque point 35photo-sensible par e~fet opto-électronique soit une fonction décroissante de l'intensité lumineuse des rayons atteignant WO91~126~ PCT/FR91/00127 - lO- 2074~88 ce point. La commande des potentiels de ces grilles étant effectuée par le moyen de commande de sensibilité 10 de la même manière que la commande de l'écran plat matriciel 11, par asservissement matriciel.
Selon un premier mode de fonctionnement, le capteur d'images primaire 3 prend des images avec une sensibilité
alternativement haute et basse commandée par le circuit de commande de sa sensibilité 10. La seconde source d'informa-tions d'image 4 comporte une mémoire d'image qui mémoris~
des inrormations d'images et les restitue comme indiqué ci-dessus et le circuit électronique de traitement d'images 5 combine les informations sortant de la mémoire et du capteur d'images primaire 3.
Selon un second mode de fonctionnement, le capteur d'images primaire 3 prend des images avec une sensibilité
constante, la seconde source d'informations d'image 4 com-porte une mémoire dans laquelle sont mémorisées les infor-mations sortant du circuit de traitement d'image 5, le cir-cuit de traitement d'image 5 effectuant une moyenne pondérée des informations d'images provenant du capteur d'images pri-maire 3 et de la mémoire, avec Ull coef~icient de pondération variant en fonction des intensités lumineuses auxquelles correspondent les inrormations d'image et restituart une image à la même fréquence que le capteur d'images primaire 3, Selon ce second mode de fonctionnement, les informationc mémorisées dans la mémoire correspondent à une sensibilité
et ~ une dynamique plus grandes que les informations prove-nant du capteur d'images primaire 3.
Selon un troisième mode de fonctionnement, le capteur d'image primaire 3 fonctionne avec une fréquence élevée, 1~
seconde source d'inrormations d'image 4 comporte une mémoire dans laquelle sont mémorisées des informations sortant du circuit de traitement d'image 5 à la meme fréquence élevée, le circuit de traitement d'image combinant dans la mémoire les inrormations provenant successivement du capteur d'ima-ges primaire 3 et celles mémoricées dans la mémoire et li-~ . WO91~1~90 PCT/FR91/00127 sant la mémoire à une fréquence plus faible que la fréquen-ce de fonctionnement du capteur d'images primaire et resti-tuant ainsi des informations d'images à cette fréquence plus faible.
Selon un quatrième mode de ~onctionnement, la seconde source d'information d'image 4 comporte une réseau de memoi-res placées sur le composant capteur d'images primaire 3, à
côté de chaque point de sa surface photo-sensible et le cil-cuit de traitement d'images 5 contrôle le coe~ricient de transfert des informations d'image de chaque point de la sur;ace photo-sensible vers la mémoire juxtaposée en fonc-tion de l'intensité lumineuse incidente sur ledit point et lit ensuite cette mémoire et restitue ainsi des informations d'image de la scène. Un exemple de ce quatrième mode de 15 fonctionnement est présenté en regard de la figure 4.
Selon un cinquième mode de fonctionnement, la seconde source d'informations d'images comporte une mémoire dans la-quelle sont mémorisées des informations d'état de l'écran plat 1~ et/ou des informations d'influence de chaque point 20 de l'écran plat matriciel 11 et le circuit de traitement d'image calcule pour chaque point du capteur d'images pri-maire 3, la transparence du système optique qui le précédt et les intensités lumineuses de la zone de la scene 1 dont la lumière atteint ledit point du capteur d'images primaire 25 3.
Ces cinq modes de fonctionnement sont présentés en re-gard de la figure 2 concernant un mode de réalisation préft.,,~ntiel.
Selon un autre mode de réalisation, présenté en regard 30 de la figure 3, deux capteurs d'images captant simultanément la même image avec des sensjbilités difrérentes fournissen~
des inrormations d'image au circuit de traitement d'images qui combine ces informations.
Dirrérents systèmes de traitement optique ou électroni-35 que d'informations d'imsge sont adaptables a ces d~ux modesde réalisation. Ils concernent notamment le contrôle de la ~ WO91/12690 PCT/FR9ltO0127 sensibilité du capteur d'image primaire 3, sur toute sa sur-fac~ ou par zones grâce à l'écran plat matriciel 11, la transformation d'une caméra monochrome en caméra couleur de haute résolution.
Dans la figure 2 sont représentés une soène 1 et, sur un axe optique A et dans un boîtier de caméra B partiellement représenté, un écran plat trichrome 25, un écran plat obturateur 13, un objectif 2 formant une image 6 de la scène 1 sur un capteur d'images primaire 3 électronique et comportant un diaphragme commandé électriquement 46 et un écran plat matriciel 11 placé optiquement devant le capteur d'images primaire 3.
Le capteur d'images primaire comporte un obturateur électronique 47.
En dehors de cet axe optique et dans le boîtier de came-ra B, sont représentés une seconde source d'informations d'image 4 comportant une mémoire d'image 19, une mémoire d'état 26 de l'écran plat matriciel 11, une mémoire de don-nées géomètriques 27, un circuit électronique de lraitemenL
d'image 5 possédant deux liaisons électrique 7A et 7E a~ec le capteur d'images primaire 3, huit liaisons électriques8A, 8B, 8C, 8D, 8E, 8F, 8G et 8H avec la seconde source d'informations d'image ~,, les connexions électriques 8~ el 8B et 8G étant reliées à la mémoire d'image 19, les connexions électriques gC, 8D, et 8E étant reliées a la mé-moire d'état 26 de l'écran plat matriciel 11, les connexion électriques 8F et 8G étant reliées à la mémoire de données géomètriques 27, et une liaison électrique de sortie 28 du circui. de traitement d'image 5, reliée indirectement à une table de conversion 12 possédant une connexion électrique de sortie 14 Un circuit de commande 10 de la sensibilité du capt.eur d'image8 primaire 3 est relié en ses entrées par une connexion ~lectrique 16 au circuit de traitement d'image 5 et par une connexion électrique 32 a la mémoire d'état 2~, et, e.n ses sortics, par une connexion électrique 17 au cap-teur ~'images primaire 3, par une connexion électrique 18 a ` WO91/12690 PCT/FR91/00127 - 13 - 207~488 l'écran plat obturateur 13, par une connexion électrique 15 à l'écran plat matriciel 11 et au diaphragme électrjque 4G.
Des sorties de la mémoire d'état 26 sont reliées respective-ment à une entrée de la mémoire de données géomètriques 27 et à une entrée du circuit de commande 10.
La table de conversion 12 possède une connexion d'entrée de données 9 et est reliée.électriquement en sa sortie à un convertisseur numérique analogique 29 possédaDt une connexion de sortie 30.
D'une part, le circuit de traitement d'image 5 comporte un détecteur de début d'ima~e 31 relié à la sortie du cap-teur d'images primaire 3 et un séquenceur 33 de commande de potentiel de grilles lui même relié en son entrée au détec-teur de début d'image 3~ et, en sa sortie, à la connexion électrique 7B du capteur d'image primaire 3. D'autre part, le circuit de traitement d'image 5 comporte un circuit de fonction analogique 34, un convertisseur analogique numéri-que 35, un multiplieur 36, un additionneur 37 reliés entre eux successivement. L'additionneur 37 est relié en sa sortie à la connexion 8B et à une entrée d'un commutateur 40 dont la deuxième entrée est reliée à la connexion 8A et dont l'unique sortie est reliée à la connexion 9 de la table de conversion 12. Un commutateur 39 relie l'une de ses deux entrées, liées à une table de conversion 38 et à la connexion 8A, à l'additioneur 37. La table de conversion 38 est reliée en son entrée à la sortie du commutateur 40. Un moyen de mesure de contraste 41 est relié en entrée à la connexion 14 et en sortie à la table de conversion 12 et au circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3. Un détecteur de halo d'éblou-issement 48 est relié aux connexions 8A et 8B en ses entrées et au circuit de commande 10 en sa sortie. Un circuit ~ seuil variable 42 est relié en entrée à la sortie du capteur d'images primaire 3 et à la mémoire d'état 26 de l'écran plat matriciel 11 et en sortie à latite mémoi-re d'état 26. Un cal-culateur 43 est relié en ses entréos à la mémoire d'état 26 et ~ la mémoire ~ ~ WO91~1~ ~ PCT/FR91/~127 , . . .
j ~ - 14 - 2074488 de données géomètriques 27 et, à sa sortie, au multiplieur 36. Un diviseur par deux 44 est relié en son entrée à la cor.~l~xion 7A de sortie du capteur d'images primaire 3 et en sa sortie au circuit de commande 10, à des commandes de po-sition des commutateurs 39 et 40 et à un di~iseur par trois45 lui-meme relié à l'écran plat trichrome 25.
Les connexions électriques peuvent comporter une ou plu-sieurs liaisons électriques de manière à transmettre des informations en série ou en parallèle.
Un ensemble de circuit D comporte le commutateur 40, la table de conversion 12 et le convertisseur numérique analo-gique 29. Un ensemble de circuit C comporte les circuits de l'ensemble de circuit D auxquels s'ajoutent le circuit de ronction analogique 34 " e convertisseur analogique numéri-15 que 35, le multiplieur 36, l'additionneur 37, le commutateu:
39 et la table de conversion 38.
Le capteur d'images primaire 3 electronique est de type connu, notament dans la réalisation de caméras vidéos. Il capte correctement et simultanément des intensités lumineu-20 ses lui parvenant dans une bande spectrale donnee, dan!~ undomaine de valeur d'intensités lumineuses limité. Sa sensi-bilité définit la valeur la plus faible de ce domaine et dépend de la transparence des composants opliques qui l~ s--parent de la scene 1, valeur aussi appelée ouverture. Sa dy-25 namique est définie comme étant le rapport des intensitéslumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses le~
plus faibles qu'il percoit simultanément et correctement.
Entre ces deux valeurs extrèmes, il restitue des informa-tions d'image représentatives de l'intensité lumineuse. La 30 valeur la plus faibl_ est égale à la sensibilité. Au dessus de la valeur la plus rorte, le capteur est saturé et les informations d'image sont constantes. dans la suite nous ap-pelons "domaine de réponse" le domaine des valeurs d'inten-sités lumineuses des zones de la scene 1 pour lesquels les 35 valeurs des intensités lumineuses incidentes sur la capteur d'images primaire 3 sont entre ces deux valeurs extremes.

WO91~126~ PCT/FR9l/W12~
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Ce capteur comporte une surface photo-sensible et un circuit de commande de fonctionnement de chaque point de cette surface photo-sensible.
Sur la liaison électrique 7A, le capteur d'images pri-maire 3 fournit des informati~ns représen~atives de l'inten-sité lumineuse reçue par chaque point de sa surface photo-sensible, intensité lu~ineuse provenant d'une zone de la scène 1 et formant une image 6 sur cette surface photo-sensible. Ces informations d'image sont fournies de maniere séquentielle, c'est à dire représentant l'intensité lumi-neuse incidente arrivant successivement sur chacun des points du capteur d'images primaire 3.
La mélDoire d'image 19, incorporée à la seconde source d'informations d'image 4 fournit sur la liaison électrique 8A, et de manière simultanée avec le capteur d'images pri-maire 3, des informations d'image correspondant à la sc~ne 1 prise à travers l'objectif 1. C'est à dire que pour chaque point de la scène 1 pour lequel l'objectir ~ forme une image sur un point du capteur d'images primaire 3, les informa-tions concernant ce point de la scè-~ I sor.. transmises simultanément par le capteur d'image primaire 3 el de la seconde source d'informations d'images 4.
Dans la mémoire d'image 19 sont mémorisées les inform~-tions d'images provenant, par l'intermédiaire de la connexion 8B, du capteur d'images primaire 3 après traite-ment par le circuit de traitement d'images 5. Le circuit de ronction analogique 34 a pour fonction d'amplifier les signaux les plus faibles qui sortent du capteur d'images primaire 3 sans amplifjer les signaux les plus forts. Le circuit de fonction analo-gique 34 réalise, par exemple une fonction ~ogarithmique conservant les valeurs extrèmes des informations d'image sortant du capteur d'images primaile 3.
Le convertisseur analogique-numérique 35 convertit en don-nées numériques parallèles le signal sortant du circuit de ronction analo6ique 3~. Le multiplieur 3G multiplie les V&-leurs numériques sortant du convertisseur analogique numéri-. WO91~126~ PCT/FR91/00127 - 16 - 2~7a488 que 35 p~r les valeurs numériques sortant du calculateur 43.
Il est décrit plus loin comment le calculateur 43 fournit des ~aleurs numériques correspondant à la transparence de l'écran plat matriciel 11, pour chaque point du capteur d'images primaire 3. L'additionneur 37 additionne les va-leurs numériques sortant du multiplieur 36 par les valeurs numériques sortant du commutateur 39.
Le diviseur par deux 44 indique au circuit de commande ~0 1~ parité du numéro de l'image transmise par le capteur d'images primaire 3 e~ commute parallèlement les co~muta-teurs 39 et 40.
Dans un buL de clarté, les modes de fonctionnement pré-sentés ci-après permettent de comprendre la fonctior, de chacun des composants présentés en regard de la figure 2.
Selon un premier mode de fonctionnement, le circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3 fait alterner la sensibilité moyenne du capteur d'images primaire 3 entre deux valeurs qui lui sont fournies par le moyen de mesure de contraste 41, en commandant I'ecran plat obturateur 13, le diaphragme électrique 46 et l'obturateur électroDiquc ~7 d~
capteur d'images primaire 3.
Pendant que le circuit de commande 10 com~ande la ~ei~
bilité la plus haute du capteur d'images primaire 3, le cou--mutateur 39 connecte la sortie 8A de la mémoire d'images 1a l'entrée de l'additionneur 37 et le commutateur 40 connec-te I'additionneur 37 à la table de conversion 12. Les commu-tateurs 39 et 40 sont dans les positions inverses pendant que Ic circuit de commande commande la sensibilite ]a plus basse du capteur d'images primaire 3. De cette maniere, les inrormations sortant sur les sorties 14 et 30 du dispositi~
correspondent à la somme des informations pro~enant de deux domaines de réponse du capteur d'images primaire 3 diff~-rents. La dynamique de la caméra est alors le produit de la dynamique du capteur d'image primaire par le ratio de la sensibilité la plus faible, ex~rimee en lux, sur la sensibi-- ~ WO91/126~ PCT/FKgl/~127 , ~;;, - 17 - 2~74~8 lité la plus forte.
Le circuit de commande 1`0 contrôle la durée de fonction-nement opto-électronique par commande de l'obturateur élec-tronique 47 du capteur d'images primaire 3. Pour cel~, il envoie, grâce à la connexion électrique 17 soit une impul-sion d'une durée égale à celle de ce ronctionnement opto-électronique soit un code qui correspond à cette durée, selon le type de capteur d'images primaire 3 utilisé.
Il est à noter que le nombre de sensibilités différentes commandécs par le circuit de co~mande 10 peut être supérieu à deux, auquel cas les commutateurs 39 et 40 possèdent ce nombre de positions et le diviseur 44 divise p r c~ nombre.
Selon un second mode de fonctionnement, le circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3 ne fait pas alterner la sensibilité du dit capteur. Les com-mutateurs 39 et 40 sont bloqués de telle manière que la ta-ble de conversion 38 est connectée à l'additionneur 37, la position du commutateur 40 étant indifférente. La table de conversion 38 erfectue une fonction croissante puis décrois-sante en fonction des valeurs numériques "x" arrivant erl so~entrée. Par exemple, cette fonction est de la rorme ((racine enieme de x) moins x) divisé par x maximuDi.
Il se produit donc une accumulation dans la mémoire ;' imag lg d'autant plus forte que la valeur x est faibl~.
De cette manière, la sensibilité de la caméra est augmentee ainsi que sa dynamique et les erfctS de rémanences sont limités aux valeurs x les plus faibles pour lesquels ef-fets sont moins perceptibles. L'augmentation de d~naml4u~
provient de l'augmentation du rapport si~nal sur bruit du a I'accumulaLion forte pour les valeurs faibles de x pour le~-quels le bruit est le plus important. Pour les formes de fonction citées plus haut, la réponse de la caméra es; de la rorme racine eniame de x.
Selon un troisième mode de fonctionnement, le dispositi r fonctionne comme selon le second mode de fonctionnement mai~
le commutateur 40 est dans une position rixe telle q~le la WO91~126~ PCT/FR91/0012~
- 18 - 207~88 table de conversion 12 est constament reliee à la mémoire d'image 19. Le capteur d'image fonctionne à une fréquence élevée et la table de conversion 12 lit la mémoire d'image 19 avec une fréquence faible. De cette manière, l'augmenta-tion de d~namique de la caméra est similaire à celle qui estprésentée dans le second mode de fonctionnement mais la ré-manence est atténuée.
Selon un quatrième mode de fonctionnement, le dispositif fonctionne comme selon le troisième mode de fonctionnement 10 mais le commutateur 39 change de position et ne connecte aucune de ses deux entrée à sa sortie pendant une durée de restitution d'une image par le capteur ~ images primaire 3 après chaque durée de lecture de la mémoire d'image 19 par la table de conversion 1~ De cette manière, la rémanence 15 n'existe plus à la sortie du dispositif puisque les informa-tions présentes dans la mémoire d'image 19 sont renouvelées à chaque lecture.
Les cinquième et sixième modes de fonctionnement u~
sent la commande de l'écran plat matriciel 11 pour faire 20 varier la sensibilité du capteur d'images primaire 3 de ma-niere matricielle.
L'écran plat matriciel 11 posséde un réseau de points pour lesquels la transmittance est commandée indi~iduelle-ment de manière électrique. Pour cela, l'écran plat matri-25 ciel 11 peut, par exemple, comporter un écran à cristauxliquides utilisé dans certains téléviseurs de poches. Un signal électrique de commande de transmittance de chacun des points de l'écran plat matriciel 11 est en~oyé, à tra-vers la connexion électrique 15, par le circuit de commande 30 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3. Ce si-gnal d'état est fourni au circuit de commande 10 par la me-moire d'état comme indique ci-après. La transmittance de chaque point de l'écran plat matriciel 11 commande la sensi-bilité des points du capteur d'images primaire 3 qui se trouve optiquement derrière lui.
~n ~onction des inrormations qui lui sont transmises, W091/~26~ PCT~FK91/00127 - 19- 207~488 sur la connexion électrique 16, par le circuit de traitement ~'image 5, le circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3, commande une transparence de chaque point de l'écran plat matriciel 11 selon une fonction - ~ décroissante de l'intensite lumineuse recue par les points du capteur d'images primaire 3 qui sont optiquement placés derriere ledit point de l'écran plat matriciel 11.
De cette manière, la sensibilité des points du capteur d'images primaire 3 est une fonction décroissante de l'in-tensité lumineuse des rayons lumineux qui l'atteignent.
~ memoire de données géomètriques 27 conserve, pour unpoint quelconque de l'écran plat matriciel 11, les facteurs d'inrluence sur chacun des points du capteur d'images pri-maire 3 qui sont optiquement derrière lui. Ces facteurs dé-pendent de la distance entre l'écran plat matriciel 11 et lecapteur d'images primaire 3, de la position et de l'ouver-ture du diaphragme électrique 46, de l'état d'obscurcissement des points de l'écran plat matriciel 11 entourant ledit point quelconque. Cette influence optique est un effet de la pro-jection, par les rayons lumineux provenant de la scène 1 àtravers le diaphragme électrique 46, des points de l'écran plat matriciel l1 sur la surface photo-sensible du capteur d'images primaire 3. Le diaphragme électrique 46 étant relié
à une entrée de la mémoire de données géomètriques 27, ainsi que la mémoire d'état 26 de l'écran plat matriciel 11, la mé-moire de données géomètriques ~7 peut fournir les facteurs d'influence optique au calculateur 43. Celui-ci calcule l'in-verse du facteur d'atténuation optique des rayons lumineu~
parvenant a chaque point du capteur d'images primair~ 3. Cet inverse étant multiplié par la valeur d'intensité lumineuse pergue par ledit point, par le multiplieur 36, les valeurs sort8nt du multiplieur correspondent à une sensibilité
constante sur l'ensemble de la surrace photo-sensible du capteur d'imaees primaire 3. L'asservissement de l'écran 3S plat matriciel 11 dépendant de la scène réelle 1, il est stable. Ceci correspond au cinquième mode de fonctionnement.

~ WO91/126~ PCT/FR91/00127 .. .: . . i .
- 20 - 2~7~488 Selon le sixième mode de fonctionnement du dispositif objet de la présente invention, la mémoire d'état 26 de l'écran plat matriciel 11 permet d'éviter les oscillations de l'image dues à l'asservissement en boucle fermée. Pour cela, le circuit à seuil variable ~2 compare pour chaque point photo-sensible du capteur d'images primaire 3, la valeur d'intensité lumineuse incidente sur ce point, ~aleur qui est fournie par la connexion 7A du dit capteur d'images primaire 3, avec un seuil dépendant de l'état de transparen-ce du point de l'écran plat matriciel 11 qui se trouve opti-quement devant ce point du capteur, l'information d'état étant fournie par la mémoire d'état 26. En fonction de cet état de transparence, un seuil est fixé. Si le seuil est dé-passé pOUI- au moins un point de du capteur d'images primaire 3 se trouvant derrière ledit point de l'écran plat matriciel 11, le circuit à seuil variable 42 commande l'obscurcisse-ment maximal de ce point correspondant de l'écran plat ma-triciel 11, en envoyant une info.mation à la mémoire d'état Z6. Si le seuil n'est pas dépassé, pour aucun des points du capteur d'images primaire 3 se trouvant optiquement derrière ledit point de l'écran plat matriciel 11, le circuit a seuil variable commande la transmittance maximale de ce point COI-respondant de l'écran plat matriciel 11, en envoyant une autre information à la mémoire d'état 26. De cette manière, pour une scène 1 fixe, les commandes d'état de l'écran plat matriciel 11 sont constantes, la variation de seuil maximale correspondant au contraste maximum de l'écran plat matriciel 11. Aucune oscillation de l'état des points de l'écran plat matriciel 11 ni des informations d'image sortant du capteur d'images primaire 3 n'est possible.
Il est à noter que, pour chaque point de l'écran plat matriciel, le ratio de l'atténuation optique e~fectuée par ledit point sur les points du capteur d'images primaire 3 placés opt;quement derrière lui, sur l'atténuation optique minimale est toujours inférieur au ratio du seuil utilisé
8ur le seuil minimal. C'est cet erfet d'optique géomètrique WO91~126~ PCT/FR91/00127 i 2~74~88 correspondant à la projection, par les rayons lumineux tra-versant le diaphragme électrique 46, des points de l'écran plat matriciel 1l sur le capteur d'images primaire 3 qui rend l'asservissement stable.
Il est aussi à noter que ce mode de fonctionnement est décrit pour un écran plat ne possédant que deux états, l'un transparent, I'autre opaque, pour chacun de ses points. Une adaptation à un écran plat possédant des niveaux de transpa-rence intermédiaire est aisée pour l'homme de l'art, des 10 seuils correspondant à ces niveaux de transparence étant alors utilisés selon la règle de stabilité d'asservissement explicitée plus haut.
Pour les cinquième et sixie~me modes de fonctionnemen1, il est à noter que les informations conservées dans la m~-15 moire d'état 26 correspondent à au moins une image de lascène l, prise à travers l'objectif 2. Le circuit de trai-tement d'image S effectue la combinaison de ces informa-tions avec celles provenant du capteur d'images primaire 3 et restituant des informations d'images de la scènc I cor-20 respondant à une dynamique supérieure à celle du capteur d'images primaire 3.
Le septième mode de fonctionnement utilise le delec~eu.
de début d'image 31 et le séquenceur de commande de poten-tiel de grille 33.
Le détecteur de début d'image 31 indique au séquenceur 33 de commande de potentiel de grille le début d'image sor-tant du capteur d'images primaire 3 sous forme d'informa-tions d'image.
Le séquenceur 33 envoie alors des signaux de potentiel 30 à des grilles du capteur d'images primaire 3 de telle ma-ni~re qu'un transfert partiel des charges électrjques crees ~ sa surface est transrérée à sa sortie 7A comme expliqué
ci-aprbs, sur un exemple de structure de capteur d'image primaire à transrert te charges. Dans cet exemple, pour ur.
35 capteur d'images pri~ai;_ 3 comportant quatre zones de po-tentiel cate ~ côte pour chaque point de la zone photo-sen-WO91/1~0 PCT/FR91/00127 207~488 sible, les dites zones de potentiel possédant un potentiel commandé par le séquenceur 33, quatre grilles définissant chacune un potentiel pour toutes les zones identiques de ces points sont accessibles par le séquenceur 33. Ainsi tous les points photo-sensibles du capteur d'images primaire 3 posse-dent simultanément la même configuration électrique de po-tentiel sur leur quatre zones de potentiel. Dans un but explicatif, nous décrirons le fonctionnement d'un capteur d'images primaire 3, commandé par le séquenceur 33, ledit 10 capteur d'images 3 possédant quatre grilles dont la première correspond aux zones photo-sensibles de chaque point photo-sensibles, les deux suivantes correspondent aux zones de transfert de charges et la dernière à une barrière de poten-tiel, ou d'un drain, c~pcchan. la connexion électrique entre 15 les zones de deux points voisins. Les trois dernières gril-les correspondent donc à des zones des points du capteur d'images primaire 3 non photo-sensibles et ne possèdant pas de fonctionnement opto-électronique.
Pendant tout le fonctionnement décrit ci-après, la qua-20 trième grille, i.e. la barrière de potentiel ou le drain, reste telle que les électrons ne peuvent pas le franchir.
Le sequenceur 33 commande d'abord un fonctionnemen~
opto-électronique de longue durée sur les zones photo-s~n-sibles, i.e. la première grille. A cet instant, les deux-25 ième et troisième grille ne retiennent aucune charge elec-trique. Dans un deuxième temps, le séquenceur commande la mise au meme potentiel des trois premières grilles. De cet-te manière, les charges électriques se trou~ant initialement dans la première zone sont partiellement transférées dan~
30 les deuxième et troisième zones. Dans un troisième temps, le potentjel de la deuxième grille est modirié de telle manièrc que le~ charges électriques ne puissent plus passer de la première ~ la troisième zone. Dans un quatrieme temps, le potentiel de la premiere grille est modirié de telle manière 35 que les charges retenues par la première zone sont éliminées, ou transrérées à un substrat ou un drain. A cet instant ~q WO91/1~ ~ PCT/FR91/00127 . . ~
i' i~''' - 23 - 2~7~88 seule la troisième zone retient des charges électriques, la somme de ces charges électriques étant une fraction de la somme des charges électriques créées dans le premier temps dans la première zone. Aucune saturation de la troisième zone n'est donc possible. Dans un cinquième temps, le poten-tiel de la première grille est adapté à relancer un fonc-tionnement opto-électronique de la première zone pendant une durée plus courte que la durée du premier temps. Dans un sixième temps, les charges électriques présentes dans la pre-mière zone sont intégralement transférées dans la troisiemezone, par l'intermédiaire de la seconde zone de manière habi-tuelle. Enfin, dans un septièmc temps, les charges de la troisième zone s~nt transférées vers une sortie des informa-tions d'image du capteur d'images primaire 3 de manière habituelle. De cette manière, ces charges correspondent à une partie des charges pro~enant du premier temps de fonctionne-ment opto-électronique et des charges provenant du cinquieme temps, temps de fonctionnement opto-électronique.
Ce septième mode de ronctionnement du dispositif permet de réaliser, dans une mémoire placée dans le capteur d'image.i primaire 3, ladite mémoire étant constituée des troisièmes zones des points photo-sensibles du dit capteur d'ima~cs pri-maire 3, les mêmes opérations que dans le premier mode de fonctionnement, c'est à dire que les informations d'image sortant de ladite memoire placée sur le capteur d'images pri-maire 3 comporte des informations correspondant à deux prises de vues efrectuées selon des sensibilités différentes du cap-teur d'images primaire 3. Ces informations correspondent à
une dynamique supérieure à celle du capteur d'images primai-re 3.
Il est à noter que les deuxieme et troisième temps dé-crits plus haut peuvent être remplaces respectivement par les huitième et neuvième temps décrits ci-après. Le huitième temps est identique au deuxième temps sauf que la troisieme grille possede un potentiel ne permettant pas le transfer: de charges électriques en son intérieur. Le neuvième temps est ~WO91/1~ ~ PCT/FR91/00127 --`.

identique au troisième temps, les potentiels des deuxième et troisième zones étant progressivement interchangés. Le ré-sultat sur les positions des charges électriques au qua.rieme temps est le même que précédemment.
D'autres séquence de commande des grilles ou des poten-tiels envoyés au capteur d'images primaire sont conformcs ~
l'esprit de l'invention, en particulier si le nombre de zones par point du capteur d'images primaire ou le nombre de gril-les utilisé est difrérent de celui utilisé ci-dessus. Un au-0 tre exemp]e de séquence de commande de potentiel de grille erfectuée par le séquenceur 33 est donné en regard de la fi-gure ~. Pour une meilleure compréhension de ce septième mode de fonctionnement, on peut se référer aux ou~rages concernant la physique des composants actifs à semiconducteur et notam-ment à celui portant ce titre de P. Leturcq et G. Rey paru en francais aux éditions Dunod, Paris, e~ particulièrement à ces pages 145 à 150, incorporées à la présente description.
En plus des sept modes de fonctionnement décrits plus haut et qui sont combin~ ~our additionner leur effets d'augmentation dc dynamique, l'invention propose différents s~stèmes d'amélioration de qualité d'informations d'image, notamment dans les cas d'éblouissement.
Une diminution de l'effet de trainée d'éblouisement, plus connù sous son appelation de langue anglaise de "smea-ring", dans les images provenant du capteur d'images pri-maire 3 est obtenue par l'obscurcissement de l'écran plal obturateur 13 quand le capteur d'images primaire 3 n'est pas sensible, c'est à dire n'a pas de fonctionnemen~ op~o-é]ec-tronique demandé, ou quand l'obturateur électronique est rermé. Dans le dispositif objet de la présente invention tel que présenté en figure 2, le circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3 commande ce. obs-curcissement de l'écran plat obturateur 13 grâce a une hor-lo6e non rcprésentée.
Le moyen de mesure de contraste 41 effectue la mesure des variations des ~aleurs numériques sortant du dispositi'.

, ~, "~ "; , . . . .

WO91~126~ PCT/FRgl/~127 .
~ : - 25 - 207~488 Pour cela, il peut efrectuer une mesure quadratique des différences avec la valeur numérique moyenne. Il peut aussi détecter les valeurs numériques extrèmes. Cette mesure de contraste est fournie d'une part au circuit de commande de sensibilité 10 et d'autre part à la table de conversion 12.
Le circuit de commande de sensibilité 10 utilise cette don-née pour commander les variations de sensibilité du capteur d'images primaire 3 en conséquence. La table de conversion comporte plusieurs fonctions de transfert adaptées à des va-leurs de contraste différentes pour optimiser la visualisa-tion des informations d'image sortant du dispositi~.
Le détecteur de halo d'éblouissement 48 compare les va-leurs entrant et sortant de la mémoire d'image 19. Ces images correspondent à des sensibilités différentes. Pour éviter qu'un halo d'éblouissement, plus connu sous l'appe-lation anglaise de "blooming", n'apparaisse sur l'image la plus sensible, le détecteur de halo d'éblouissement ~8 véri-fie qu'à une valeur de saturation des informations provenant d'une image prise avec la sensibilité la plus grandes, cor-respond une valeur non nulle des informations provenantd'une image prise avec la sensibilité la plus raibl~. Les informations correspondant à ces deux images sont presentes sur les connexions 8A et 8B selon le premier mode de fonc-tionnement du dispositif. La détection d'un halo d'ébloui-:-sement est transmise au circuit de commande de sensibilite 10. Ce]ui-ci commande alors une plus faible différence de sensibilité entre les images successsives1 par l'interme-diaire de ]'ecran plat obtùrateur 13, du diaphragme é]ectri-que 46 et de l'obturateur électronique 47.
La tab]e de conversion 12 permet d'augmenter ]a lisibi-lité de l'image sortant du dispositir. En particulier, des ronctions de conversion croissantes puis décroissantes, cré-ant un efret de solarisation augmentent la perception de cette image.
~vec un capteur d'images primaire 3 ronctionnant d0 ma-nière monochromatique, trois ensembles ~e circuits D doivent ~ ~091/~2690 PCT/FR91/~127 être incorporés au dispositif, chacun de ses ensembles D
correspondant à une des couleurs fondamentales. La connexion électrique 8H reliant le diviseur par trois 45 et la mémoire d'image 19 permet de sélectionner le plan mémoire de la mé-moire d'image 19 correspondant à la couleur transmise parl'écran plat trichrome 25 co~me décrit ci-après. L'écran plat trichrome 25, qui est commandé par le circuit de com-mande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3, possede une transmittance commandée électriquement sur une 10 seule zone de fonctionnement optique pour chacune des cou-leurs fondamentales. Pour cela, l'écran plat trichrome 25 peut notament comporter trois écrans plats à cristaux liqui-des, par exemple nématique ou férroélectrique et trois pol~-riseurs dichroïques entre lesquels sont intercalés les écrans plats à cristaux liquides et un polariseur classique.
Les polariseurs dichroïques ont la faculté de filtrer une couleur selon un axe de polarisation et d'être transparents selon un axe de polarisation perpendiculaire au premier. Le polariseur classique est transparent selon un axe de polari-sation et opaque selon l'axe de polarisation perpendiculair~au premier. L'alternance, dans le sens du chemin optique d'un polariseur dichroïque rouge-transparent, d'un écran ~
cristaux liquides, d'un polariseur dichroïque vert-transp~-rent, d'un écran a cristaux liquides, d'un polariseur di-chroïq~c ~leu~transparent, d'un écran à cristau~ liquides e;d'un polariseur classique permet de sélectionner la couleur transmise par l'écran plat obturateur 13.
L'écran plat trichrome 25 fait, en fonction de sa trans-mit~ance, varier la sensibilité du capteur d'images primaire 3 et ceci pour chacune des couleurs fondamentales.
Avec un capteur d'images primaire 3 fonctionnant en cou-leur, trois ensembles de circuits C doivent être incorporej dans le dispositif, chacun de ses ensembles C correspondant a une des couleurs fondamentales. Un commutateur non repré-senté placé en entrée de chacun de ses ensembles C permet desélectionner les informations correspondant à chaque co~leul.

~ WO9~/12690 PCT/FR91/00127 L'écran plat trichrome 25 et le diviseur par trois 45 sont alors inutiles.
Enfin, le fonctionnement opto-électronique de chaque point du capteur d'images primaire 3 est commandé par le circuit de commande 10.
Ce circuit de commande 10 commande la tension de fonc-tionnement de chacun des points du capteur d'images primaire 3. De plus, il commande indépendament la durée de ronction-nement opto-électronique de chacun des points du capteur d'images pri~aire 3. Pour ces deux fonctions, le capteur d'images primaire 3 doit être adapté et des liaisons matri-cielles avec chacun des points de ce capteur d'images pri-maire 3 doivent être électriquement accessibles par le cir-cuit de commande lO.
Il est clair que le dispositif o.,jet de la présente in-vention peut comporter moins de fonctions que toutes celles présentées en regard des figures l ou 2 tout en réalisant une augmentation de la dynamique du capteur d'images primai-re conforme à l'invention.
Selon chacun de ses modes de ronctionnement, les in rm-mations d'images conservées par la seconde source d'infc ma-tions d'images correspondent à une image représentant ur-domaine de variation d'intensités lumineuse differente de celle du capteur d'images primaire 3, pour laquelle ce do-maine de variation est appelé dynamique.
Dans la figure 3 sont représentés une scène 1 et, sur un axe optique A et dans un boîtier de caméra B partiellement représenté, un écran plat obturateur 13, un objectir 2 for-mant une image 6 de la scene l sur un capteur d'images pri-3~ maire 3 un moyen séparateur de lumière 21 et un écran platmatriciel 1I placés optiquement devant le capteur d'images primaire 3, En dehors de cet axe optique et dans le boitier de camera B, sont représentés une seconde source d'informa-tions d'image 4 comportant un capteur d'images secondaire 2 35 sur lequel est formée par l'objectif 2 une image 24 de la scene 1 similaire à l'image 6, un c.ircuit électronique de ~WO91~126~ PCT~FR91/00127 - 28 - 20 7~88 traitement d'image 5 possédant une liaison électrique 7 avec le capteur d'images primaire 3, une liaison électrique 8 avec la seconde source d'informations d'image 4, et une liaison électrique de sortie 9 reliée à une table de conversion 12 possédant une connexion électrique de sortie ~2. Un circuit de commande 10 de la sensibilité du capteur d'images primaire 3 est relié par une connexion électrique 16 au circuit de traitement d'image 5, par une connexion électrique 17 au capteur d'images primaire 3, par une connexion électrique 18 à l'écran plat obturateur 13 et par une connexion électrique 15 à l'écran plat matriciel 11.
Les composants et fonctions de ce second mode de réali-sation du dispositif sont identiques à ceux présentés en regard des figures 1 et 2, à l'exception de la seconde source d'informations d'images 4 et du moyen séparateu; de lumiere 21.
Le moyen séparateur de lumière 21 a pour fonction de sé-parer les rayons lumineux qui lui sont incident en deux rayons lumineux se propageant d'une part vers le capteur d'images primaire 3 et d'autre part vers le capleur d'image secondaire 23. Pour cela, i] peul être constituer de miiuir~
partiellement réfléchissant, de lames transparente possedanl ou non un traitement de surface, de prismes optiques els que ceux utilisés dans les caméras à trois capteurs d'iulages captant chacun une couleur, ou encore d'objectif de reprise d'image.
La seconde source d'informations d'image 4 comporte une mémoire identique à celle présentée en regard de la figure 2. Elle comporte aussi le capteur d'images secondaire 23 qui capte une image 24 similaire à l'image 6 avec une sensibili-té dirrérente de celle du capteur d'images primaire 3. P~.u.
cela, la transparence ou l'ouverture du système optique se trouvant devant le capteur d'image secondaire 23 est dirfe-rente de ceLle du s~stbme optique se trou~ant devant le cap-teur d'images primaire 3.
Les domaines de valeurs d'intensités lumineuses des . W~91/~26~ PCT/FR91/00127 2~74488 points de la scène 1 pour lesquels les capteurs d'images 3 et 23 fournissent des informations représentatives sont donc différents. Le circuit de traitement d'image 5 combine ces informations de manière à fournir, sur sa connexion électri-que de sortie 9 des informations correspondant à l'ensemblede ces deux domaines de ~aleurs d'intensités lumineuses des points de la scène 1.
Dans la figure 4 sont représentées, en haut, des grilles de dispositifs à transfert de charges d'un capteur d'image électronique et, plus bas, des états de potentiels des gril-les, à la verticale de celles-ci, à des instants successifs, potentiels imposés par le séquenceur de potentiel de grille présenté en figure 2.
En haut sont représentées des grilles G1, G2, G3, G4 su~
un substrat 50, des grilles GS, G6, G7 sur un substrat 51, G8 et G9 sur un substrat 52. Les susbrats S0, 51 et 52 cor-respondent respectivement à des capteurs d'images possèdant quatre, trois et deux grilles par point photo-sensible de la surface photo-sensible.
Des masques 53 masquent de la lumière les grilles G2, G3, G4, G6, G7 et G9 qui sont destinées aux trans.~ d. charges créées par efret opto-électronique sur les grilles Gl, G5 el G8.
La première ligne courbe L1 représente les niveaux de potentiel au cours de la prise de vues, i.e. pendant que des charges sont rormées sur les grilles Gl, G5 et G8. Les lignes suivantes indiquent, pour des instants successifs, de haut en bas, les transferts de charges effectués entre les grilles.
Les points de ces lignes courbes placés au dessus des axes correspondent à des potentiels positifs, et, en dessous des axes, à des potentiels négatifs. Les points de potentiel po-sitifs forment une barrière pour les trous qui sont les chal-ges transférées dans les dispositifs à transfert de charges.
Les points de potentiel négatif correspondent a des puits dc potentiel ou sont conser~ées les charges des trous. Les po-sitions des charges sont représentées par des signes "+".

~ WO91/12S90 PCT/FR91/00127 ` f - 207~488 En ligne L1, les grilles G1, G5 et G8 ont un potentie]
négatif alors que les autres grilles ont un potentiel nul.
A cet instant, les charges électriques positives sont crées et conser~ées par les grilles G1, G5 et G8. En ligne L2, les grilles G1, G2, G3, GS, G6 ont un potentiel négatif, les autres grilles ayant un potentiel nul à l'exception de la grille G8 qui a un potentiel négatif très fai~le. A cet ins-tant, les charges des grilles G1 et GS sP répartissent res-pectivement sous les grilles G2 et G3 d'une part et G~ et G7 d'autre par.. Les charges crées sous la grille G8 disparais-sent partiellement dans la grille G8. En ligne L3, Les gril-les, G1, G3, GS, G7 et G9 ont des potentiels negatifs, les autres grilles ayant un potentiel nul. A cet instant, seule-ment une partie des charges crées initialement sous les lS grilles G1, G5 et G8 sont conservées sous les grilles G3, G
et G9. En ligne L4, les grilles G3, G7 et G9 ont des poten-tiels négatifs, les autres grilles ayant un potentiel nul à
l'exception de la grille G8 qui possède un potentiel négatir intermédiaire. Les charges présentent sous les grilles G1 e;
G5 sont absorbées par les grilles G1 et GS. De nouvelles charges se créent sous la grille G8, correspondant à une se-cond prise de vue. En ligne L5, les grilles G1, G3, GS, C7 et G9 ont des potentiels négatifs, les autres grilles ayal-l un potentiel nul. A cet instant, de nouvelles charges ont étt créées s~us les grilles Gl et G5, correspondant à une deux-ième prise de ~ue. Les charges créées au cours de la seconde prise de ~ue (ligne L4) sous la grille G8 sont transférées sous la grille G9. Après la ligne LS, le cycle de fonctionne-ment des grilles G8 et G9 est achevé et l'état de potentiel de ces grilles n'est pas représenté. En ligne L6, les grilles Gl, G2, G3, G4, GS et G6 ont un potentiel négatif, la grille G4 ayant un potentiel nul. En ligne L7, les grilles G2, G3, G6 et G7 ont des potentiels négatifs, les grilles Gl, G~ e1 GS ayant des potentiels nuls. En ligne L8, les grilles G3 et G7 ont des potentiels négatiSs, les grilles Gl, G2, G4, G5 et G6 ayan: des potentiels nuls. Les trois dernières lignes cor-~ WO91/~2690 PCT/FR9l/~127 respondent au transfert des charges créées au cours de la se-conde prise de vue (ligne LS) sous les grilles G1 et G5 sous les grilles G3 et G7.
A la fin de cette séquence, les grilles G3, G7 et G9 cconservent des charges dont la nombre est la somme des char-ges créées au cours de la seconde prise de vue avec une par-tie des charges créées au cours de la première prise de vue (ligne L1).
Préférentiellement, la seconde prise de vue est d'une du-rée plus courte ou avec une sensibilité plus faible que lapremière. De cette manière, aucune saturation des informa-tions ne peut appara;tre.
Les grilles G3, G7 et G9 forment un réseau de mémoires placées dans le capteur d'image primaire, ce réseau de mémoi-re étant une seconde source d'informations d'images selon lâprésente invention.
D'autres séquences, notamment adaptées à d'autres types de capteurs d'images à transfert de charges, peuvent etre utilisées par l'homme de l'art conformément à l'esprit de l'invention. Il est à noter que, selon l'invention, les zones de potentiel ou grilles de chaque point du capteur d'images primaire peu~ent être commandées indi~iduellement de m~nière a ce que la création de charges électriques en chaque point photo-sensible par effet opto-électronique soit une fonction décroissante de l'inteDsité lumineuse des rayons atteignant ce point. La commande des potentiels de ces O~lles etant ef-rectué par le m;~-n de co~mande de sensibilité 10 de la méme manière qùe lâ commande de l'écran plat matriciel 11, par asservissement matriciel.
Le dispositir objet de la présente invention peut etre réaljsé de maniere à s'ajouter à une caméra électronique pré-existante quelconque ou incorporé dans le boîtier d'une came-ra.
Partant d'une caméra monochrome quelconque, il permet d'en augmenter la dynamique, la sensibilité et de la trans-rormer en caméra couleur de haute dé~inition.

WO91~126~ PCT/FR91/00127 - 32 - 207~488 Les applications du dispositif objet de la présente invention sont principalement dans la prise de vues en éclai-ra~e non maîtrise, en extérieur, en endoscopie, en robotique de soudure, par exemple.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1) Dispositif d'augmentation de dynamique d'une caméra comportant un capteur d'images électronique primaire (3) fonctionnant dans une bande spectrale et fournissant des informations d'image pour un domaine de valeurs d'intensités lumineuses lui parvenant selon une première dynamique, la-dite dynamique correspondant aux rapports des intensités lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles de ce domaine, et un objectif (2) formant une image (6) d'une scène (1) sur ledit capteur d'images primai-re (3) caractérisé en ce qu'il comporte une deuxième source d'informations d'images (4,19,23), lesdites informations d'images provenant d'au moins une image 16,24) de ladite scène (l) prise à travers ledit objectif (2) dans la même bande spectrale que celle du capteur d'image primaire (3) et un circuit électronique de traitement d'image (5) combinant les informations provenant du capteur d'images primaire (3) et les informations provenant de la seconde source d'infor-mations d'images (4,19,23) et fournissant des informations d'image représentatives de la scène perçue avec un rapport des intensités lumineuses les plus fortes sur les intensités lumineuses les plus faibles des zones de cette scène (l) représentées par lesdites informations d'image restituées, ledit rapport étant supérieur à la dynamique du capteur d'images primaire.

2) Dispositif selon la revendication l caractérisé en ce que la seconde source d'informations d'image comporte un capteur d'images secondaire (23) adapté à capter la même image que le capteur d'images primaire (3) de manière simultanée avec celui-ci et avec une sensibilité différente de celui-ci et à
fournir des informations d'images de manière synchronisée avec le capteur d'image primaire (3) de telle manière que les domaines de valeurs d'intensités lumineuses correspon-dant aux signaux issus des capteurs d'images primaire (3) et secondaire (23) sont différentes.

3) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la seconde source d'informations d'images comporte une mémoire d'images (19) adaptée à rece-voir des informations provenant du capteur d'images primaire (3) et à les restituer de manière synchronisée avec les informations provenant du capteur d'images primaire (3) avec un retard égal à la durée de transmission d'informations d'une image complète par le capteur d'images primaire (3).

4) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que la seconde source d'informations d'images comporte une mémoire d'images (19) adaptée à rece-voir des informations provenant d'une table de conversion (38) incorporée au circuit de traitement d'images (5) et à
les restituer de manière synchronisée avec les informations provenant du capteur d'images primaire (3), ladite table de conversion possédant une fonction de transfert non linéaire de telle manière qu'une accumulation des informations d'images sortant successivement du capteur d'images primaire (3) est réalisée dans la mémoire d'images (19).

5) Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4 caractérisé en ce que le capteur d'image primaire (3) fonc-tionne avec une fréquence élevée et en ce que le circuit de traitement d'image (5) possède un moyen de lecture de la me-moire (19) d'image fonctionnant à une fréquence plus faible que le capteur d'images primaire (3).

6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que la mémoire (19) est incorporée dans le capteur d'images primaire (3).

7) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de commande (20) de la sensibilité du capteur d'images primaire, en ce que ce moyen de commande fait alterner les prises de vues du capteur d'images primaire avec des sensibilités différentes, de telle manière que les informations d'image représentatives de la scène sortant du circuit de traitement d'images (5) provient d'une combinaison d'informations sur deux domaines de valeurs d'intensités lumineuses différentes.

8) Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le moyen de commande (20) de la sensibilité du capteur d'images primaire (3) commande un obturateur électronique (25) et fait varier la durée de prise de vue du capteur d'images primaire (3).

9) Dispositif selon la revendication 7 ou la revendication 8 caractérisé en ce que l? moyen de commande (20) de la sensi-bilité du capteur d'images primaire (3) commande la transmit-tance d'un écran plat passif (13) possédant une seule zone à
transmittance commandée électriquement.

10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 7 à
9 caractérisé en ce que le moyen de commande (20) de la sen-sibilité du capteur d'images primaire fonctionne matriciel-lement et fait varier indépendament la sensibilité des points du capteur d'images primaire (3).

11) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que le moyen de commande (20) de la sensibilité du capteur d'images primaire (3) commande indépendament la durée de fonctionnement opto-électronique de chaque point du capteur d'images primaire (3).

12) Dispositif selon la revendication 10 ou la revendication 11 caractérisé en ce que le moyen de commande (20) de la sensibilité du capteur d'images primaire (3) commande indépendament le rapport de transformation des photons en électrons de chaque point du capteur d'images primaire (3).

13) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12 caractérisé en ce qu'il comporte un écran plat passif matriciel (11) dont la transparence en chaque point est com-mandé par un signal électrique, cet écran plat matriciel (11) étant placé devant le capteur d'image primaire, en ce que le moyen de commande (20) de la sensibilité du capteur d'images primaire (3) commande indépendament la transmit-tance de chaque point de l'écran plat passif matriciel (11) de telle manière que la transparence d? chaque point de l'écran plat est une fonction décroissante de l'intensité

lumineuse représentée par les informations d'image sortant du circuit de traitement d'image (5) concernant les points du capteur d'image primaire (3) placés optiquement derrière ledit point de l'écran plat matriciel (11).

14) Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la seconde source d'informations d'image comporte une mémoire d'image (26) contenant des informations de transpa-rence de chaque point de l'écran plat matriciel (11).

15) Dispositif selon la revendication 13 caractérisé en ce que la seconde source d'informations d'image (4) comporte une mémoire de données géomètriques (27) contenant, pour chaque point du capteur d'images primaire (3) au moins une information de sensibilité de ce point.

16) Dispositif selon la revendication 14 ou la revendica-tion 15 caractérisé en ce que le circuit de traitement d'images (5) comporte un circuit à seuil variable (42), ledit seuil étant une fonction des informations provenant de la seconde source d'informations d'image (4).

17) Dispositif selon la revendication 14 ou la revendication 15 caractérisé en ce que le circuit de traitement d'image (5) calcule, pour chaque point du capteur d'images primaire (3), l'intensité lumineuse de la zone de la scène (1) avec laquelle il est conjugué optiquement par l'objectif (2), en fonction des informations contenues dans la seconde source d'informations d'image (4) et des informations provenant du capteur d'image primaire (3).

18) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte une écran plat obturateur (13) dont la transparence est contrôlée par le moyen de commande de sensibilité (10).

19) Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que le moyen de commande de sensibilité (10) commande la transparence minimale de l'écran plat obturateur (13) entre les instants de captures d'images par le capteur d'images primaire (3).

20) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un écran plat trichrome (25) adapté à filtrer alternativement les couleurs de manière à ne laisser passer alternativement que les couleurs fondamentales, ledit écran plat trichrome (25) étant placé sur le chemin optique précédent le capteur d'images primaire (3) et un diviseur par trois (45) comman-dant, pour chaque prise de vue un changement de couleur de l'écran plat trichrome (25)

21) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un comparateur (48) d'informations d'images sortant du capteur d'images primaire (3) et de la seconde source d informations d images (4) adapté à détecter les halos d'éblouissement et à trans-mettre l'information de détection au circuit de commande de sensibilité (10), celui-ci faisant alors diminuer la diffé-rence de sensibilité des dites informations d'images.

22) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le capteur d'images primaire est un capteur à transfert de charges contrôlé par des grilles et en ce qu'il comporte un séquenceur (33) de potentiel de grilles faisant varier le potentiel des dites grilles de telle manière que deux prises de vues soient effectuées successivement et que les charges créées au cours de la première prise de vue soient partiellement transmise et additionnées aux charges créées au cours de la seconde prise de vue.