CA2354569C - Procede et systeme d'aide a la visee pour arme legere - Google Patents
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- CA2354569C CA2354569C CA002354569A CA2354569A CA2354569C CA 2354569 C CA2354569 C CA 2354569C CA 002354569 A CA002354569 A CA 002354569A CA 2354569 A CA2354569 A CA 2354569A CA 2354569 C CA2354569 C CA 2354569C
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F41—WEAPONS
- F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
- F41G3/00—Aiming or laying means
- F41G3/14—Indirect aiming means
- F41G3/16—Sighting devices adapted for indirect laying of fire
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- Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un système (1) d'aide à la visée pour une arme légère (2) tenue à la main par un tireur. Le système (1) comprend un premier capteur à imagerie (C1), dit petit champ, fixé sur l e canon (2) de l'arme (20) et dont l'axe optique (.DELTA.C1)est harmonisé par la construction avec l'axe de visée (.DELTA.20) et un second capteur à imagerie (C1), dit grand champ, solidaire de la tête (Te) du tireur. Chacun des capteurs (C1, C2) est associé à des dispositifs (5, 6) de mesure de l'assiette et du cap, de manière à effectuer une première estimation grossière de l'écart entre les axes optiques (.DELTA.C1, .DELTA.C2) par le calcul d'une matrice de rotation et l'écart estimée entre les capteurs (C1, C2). Connaissant cette matrice et les champs, un dispositi f de traitement d'images (3) effectue la corrélation entre les images, de manière à afficher un réticule dans un organe de visualisation du type visuel de casque (4) pour matérialiser l'axe de visée.
Description
PROCEDE ET SYSTEME D'AIDE A LA VISEE POUR ARME LEGERE
La présente invention concerne un procédé d'aide à
la visée pour arme légère, de façon plus précise un procédé
d'aide à la visée pour un tireur portant une telle arme à la main.
L'invention concerne également un système d'aide à
la visée pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Il est bien connu, pour obtenir un tir très précis avec une arme légère, c'est-à-dire dans le contexte de l'invention une arme portable, de la munir d'une lunette de visée. Cett'e lunette peut également être couplée à un intensificateur de lumière, ce qui autorise le tir de nuit.
Cependant, cette disposition nécessite un épaulement de l'arme, voire nécessite de disposer d'un appui stable. Le tir peut alors être précis, mais la visée nécessite dans ce cas un temps non négligeable.
Or, dans de nombreuses situations, le tireur doit pouvoir être en mesure de réagir très rapidement et, donc, doit pouvoir utiliser son arme sans l'épauler, ce tout en assurant un tir précis.
Pour ce faire, on a proposé, par exemple, de munir l'arme d'un pointeur laser, c'est-à-dire d'un générateur de faisceau collimaté se propageant parallèlement à l'axe de tir de l'arme ou ligne de mire. L'impact sur la cible se traduit par une tache de lumière de faible diamètre. La longueur d'onde utilisée peut être aussi dans le domaine du non visible, par exemple dans l'infrarouge. Le tireur n'est donc plus obligé d'épauler son arme. Il suffit qu'il repère la position de la tache, soit directement (domaine du visible), soit à l'aide de lunettes spéciales (infrarouge), pour obtenir une bonne visée.
La présente invention concerne un procédé d'aide à
la visée pour arme légère, de façon plus précise un procédé
d'aide à la visée pour un tireur portant une telle arme à la main.
L'invention concerne également un système d'aide à
la visée pour la mise en oeuvre d'un tel procédé.
Il est bien connu, pour obtenir un tir très précis avec une arme légère, c'est-à-dire dans le contexte de l'invention une arme portable, de la munir d'une lunette de visée. Cett'e lunette peut également être couplée à un intensificateur de lumière, ce qui autorise le tir de nuit.
Cependant, cette disposition nécessite un épaulement de l'arme, voire nécessite de disposer d'un appui stable. Le tir peut alors être précis, mais la visée nécessite dans ce cas un temps non négligeable.
Or, dans de nombreuses situations, le tireur doit pouvoir être en mesure de réagir très rapidement et, donc, doit pouvoir utiliser son arme sans l'épauler, ce tout en assurant un tir précis.
Pour ce faire, on a proposé, par exemple, de munir l'arme d'un pointeur laser, c'est-à-dire d'un générateur de faisceau collimaté se propageant parallèlement à l'axe de tir de l'arme ou ligne de mire. L'impact sur la cible se traduit par une tache de lumière de faible diamètre. La longueur d'onde utilisée peut être aussi dans le domaine du non visible, par exemple dans l'infrarouge. Le tireur n'est donc plus obligé d'épauler son arme. Il suffit qu'il repère la position de la tache, soit directement (domaine du visible), soit à l'aide de lunettes spéciales (infrarouge), pour obtenir une bonne visée.
2 Cependant, dans tous les cas, le défaut majeur de ce procédé est le manque de discrétion. En effet, la cible peut détecter le rayonnement, soit directement (à la vue, pour les longueurs d'onde dans le visible), soit à l'aide d'un détecteur approprié à la longueur d'onde utilisée. D'autre part, la précision est limitée par la discrimination visuelle de la tache, la dispersion du faisceau et la limite de perception visuelle du tireur.
L'invention vise à pallier les défauts des procédés et dispositifs de l'art connu, dont certains viennent d'être rappelés. Elle permet d'obtenir un tir rapide, ne nécessitant pas d'épauler l'arme, et cependant précis, ce qui apparaît antinomique a priori. Elle assure également un processus de visée non détectable par l'adversaire. En d'autres termes, le système reste entièrement passif, c'est-à-dire ne génère pas d'énergie rayonnée.
Compte tenu des distances d'utilisation du système selon l'invention (typiquement dans un intervalle de distances supérieures à 25 m et inférieures à 100 m), et de la dimension typique des cibles (1,5 m selon la dimension verticale et 0,5 m selon la dimension horizontale), il est nécessaire d'offrir au tireur une précision meilleure que 2,5 mrad sur la direction du canon de son arme, et ceci par un dispositif de mesure assurant une discrétion complète, comme il vient d'être rappelé.
Pour ce faire, le procédé selon l'invention comprend la détermination de la position de la ligne de visée de l'arme par corrélation d'images et la restitution d'un symbole de visée (par exemple un réticule matérialisant la ligne de visée) sur un organe de visualisation, avantageusement du type casque type visuel de casque. Le symbole peut être affiché sous forme collimatée à l'infini.
Il peut être superposé à la scène observée par le tireur, en vision directe ou par l'intermédiaire d'une caméra. Pour la détermination de la position de la ligne de visée, on
L'invention vise à pallier les défauts des procédés et dispositifs de l'art connu, dont certains viennent d'être rappelés. Elle permet d'obtenir un tir rapide, ne nécessitant pas d'épauler l'arme, et cependant précis, ce qui apparaît antinomique a priori. Elle assure également un processus de visée non détectable par l'adversaire. En d'autres termes, le système reste entièrement passif, c'est-à-dire ne génère pas d'énergie rayonnée.
Compte tenu des distances d'utilisation du système selon l'invention (typiquement dans un intervalle de distances supérieures à 25 m et inférieures à 100 m), et de la dimension typique des cibles (1,5 m selon la dimension verticale et 0,5 m selon la dimension horizontale), il est nécessaire d'offrir au tireur une précision meilleure que 2,5 mrad sur la direction du canon de son arme, et ceci par un dispositif de mesure assurant une discrétion complète, comme il vient d'être rappelé.
Pour ce faire, le procédé selon l'invention comprend la détermination de la position de la ligne de visée de l'arme par corrélation d'images et la restitution d'un symbole de visée (par exemple un réticule matérialisant la ligne de visée) sur un organe de visualisation, avantageusement du type casque type visuel de casque. Le symbole peut être affiché sous forme collimatée à l'infini.
Il peut être superposé à la scène observée par le tireur, en vision directe ou par l'intermédiaire d'une caméra. Pour la détermination de la position de la ligne de visée, on
3 corréle une image obtenue à partir d'un capteur porté par l'arme et une image obtenue à partir d'un capteur porté par la tête du tireur. Les données d'orientation dans l'espace des deux capteurs sont repérées l'une par rapport à l'autre par des moyens auxiliaires et servent à estimer les écarts d'orientation entre les deux images afin de faciliter la corrélation des images. La corrélation des images permet de déterminer dans la deuxième image la position de la première image. On peut déterminer alors la position dans la deuxième image d'un réticule représentant la ligne de visée de l'arme qui porte le premier capteur. Le réticule ainsi déterminé
par calcul est affiché sur un afficheur solidaire de la tête du tireur donc du capteur de la deuxième image. Il est affiché à une position qui correspond à sa place dans la deuxième image, et il est affiché en superposition avec la scène observée par le tireur. Le tireur peut alors pointer son arme sur une cible en alignant le réticule sur cette cible sans avoir à épauler l'arme.
Le premier capteur est de préférence à champ plus réduit que le deuxième capteur.
Le système pour la mise en oeuvre du procédé
comprend essentiellement un premier capteur d'image fixé sur l'arme, un second capteur d'image fixé sur la tête du tireur, des circuits électroniques de traitement d'images permettant de calculer la position du champ du premier capteur dans l'image du second capteur, et un dispositif de visualisation collimaté à l'infini permettant d'incruster dans le champ de vision du tireur un réticule ou un symbole similaire matérialisant la ligne de visée de l'arme.
L'ensemble est complété par des capteurs d'orientation, indépendants des capteurs d'image, fixés respectivement sur l'arme et sur la tête du tireur, permettant une estimation (de préférence continue dans le temps) des écarts d'orientation des champs de visée des premier et second capteurs d'image pour aider à la détermination de position du champ du premier capteur dans l'image du second. Les
par calcul est affiché sur un afficheur solidaire de la tête du tireur donc du capteur de la deuxième image. Il est affiché à une position qui correspond à sa place dans la deuxième image, et il est affiché en superposition avec la scène observée par le tireur. Le tireur peut alors pointer son arme sur une cible en alignant le réticule sur cette cible sans avoir à épauler l'arme.
Le premier capteur est de préférence à champ plus réduit que le deuxième capteur.
Le système pour la mise en oeuvre du procédé
comprend essentiellement un premier capteur d'image fixé sur l'arme, un second capteur d'image fixé sur la tête du tireur, des circuits électroniques de traitement d'images permettant de calculer la position du champ du premier capteur dans l'image du second capteur, et un dispositif de visualisation collimaté à l'infini permettant d'incruster dans le champ de vision du tireur un réticule ou un symbole similaire matérialisant la ligne de visée de l'arme.
L'ensemble est complété par des capteurs d'orientation, indépendants des capteurs d'image, fixés respectivement sur l'arme et sur la tête du tireur, permettant une estimation (de préférence continue dans le temps) des écarts d'orientation des champs de visée des premier et second capteurs d'image pour aider à la détermination de position du champ du premier capteur dans l'image du second. Les
4 signaux de ces capteurs d'orientation sont également traités par les circuits électroniques précités.
L'invention a donc pour objet un procédé d'aide à la visée pour arme légère portée par un tireur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- l'acquisition d'une première image à l'aide d'un premier capteur d'image, associé à un premier champ et fixé
à ladite arme, dont l'axe optique est lié mécaniquement à
l'axe du canon de l'arme ; ladite première image représentant une scène avant, vue dudit canon ;
- l'acquisition d'une seconde image à l'aide d'un second capteur d'image, associé à un second champ et porté par la tête dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant observée par celui-ci et susceptible de contenir une cible ;
- l'acquisition par des capteurs d'orientation portés respectivement par l'arme et par la tête du tireur, d'une estimation des écarts angulaires entre le champ observé par le tireur et le champ vu par le capteur porté par l'arme ;
- la corrélation des images des deux capteurs pour déterminer la position du champ vu par le premier capteur d'image dans le champ vu par le deuxième capteur, et pour déterminer en particulier la position dans l'image du deuxième capteur d'un point de la première image représentant la ligne de visée de l'arme, la corrélation utilisant l'écart angulaire déterminé précédemment ;
- l'affichage sur un visuel de casque, à une position correspondante, d'un symbole représentant cette ligne de visée.
Le symbole est de préférence collimaté à l'infini. Il est de préférence superposé à la scène observée en vision directe, mais on peut aussi envisager qu'il soit superposé à
une image fournie par le deuxième capteur ou par une autre caméra portée par la tête du tireur.
L'invention a donc pour objet un procédé d'aide à la visée pour arme légère portée par un tireur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- l'acquisition d'une première image à l'aide d'un premier capteur d'image, associé à un premier champ et fixé
à ladite arme, dont l'axe optique est lié mécaniquement à
l'axe du canon de l'arme ; ladite première image représentant une scène avant, vue dudit canon ;
- l'acquisition d'une seconde image à l'aide d'un second capteur d'image, associé à un second champ et porté par la tête dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant observée par celui-ci et susceptible de contenir une cible ;
- l'acquisition par des capteurs d'orientation portés respectivement par l'arme et par la tête du tireur, d'une estimation des écarts angulaires entre le champ observé par le tireur et le champ vu par le capteur porté par l'arme ;
- la corrélation des images des deux capteurs pour déterminer la position du champ vu par le premier capteur d'image dans le champ vu par le deuxième capteur, et pour déterminer en particulier la position dans l'image du deuxième capteur d'un point de la première image représentant la ligne de visée de l'arme, la corrélation utilisant l'écart angulaire déterminé précédemment ;
- l'affichage sur un visuel de casque, à une position correspondante, d'un symbole représentant cette ligne de visée.
Le symbole est de préférence collimaté à l'infini. Il est de préférence superposé à la scène observée en vision directe, mais on peut aussi envisager qu'il soit superposé à
une image fournie par le deuxième capteur ou par une autre caméra portée par la tête du tireur.
5 PCT/FR99/03185 Les capteurs d'orientation peuvent être du type magnétométrique, avec par exemple un capteur de cap et un inclinomètre deux axes, ces capteurs étant prévus d'une part 5 sur la tête du tireur et d'autre part sur l'arme.
La corrélation est facilitée en particulier dans une phase d'acquisition où il faut trouver une portion d'image du deuxiême capteur coïncidant avec l'image du premier capteur. Les capteurs d'orientation permettent en effet d'élaborer une matrice de rotation permettant de faire tourner les deux images l'une par rapport à l'autre d'une quantité correspondant à l'indication (approximative) donnée par les capteurs d'orientation. Les images se retrouvent alors orientées sensiblement identiquement et la corrélation peut se poursuivre plus facilement. Dans les phases ultérieures de poursuite, la corrélation d'images est l'élément principal servant à déplacer le réticule dans le champ de l'afficheur.
On détermine en particulier à partir des indications des deux capteurs d'orientation une matrice de rotation représentant les positions relatives dans l'espace de deux trièdres de référence liés l'un à l'arme, l'autre à la tête.
On peut aussi, pour aider à la corrélation, utiliser un vecteur de translation, borné a priori à environ 50 cm, représentant l'écart de position entre la tête et l'arme.
L'invention a encore pour objet un système d'aide à
la visée pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- les figures lA et 1B illustrent schématiquement l'architecture d'un système d'aide à la visée selon l'invention ;
La corrélation est facilitée en particulier dans une phase d'acquisition où il faut trouver une portion d'image du deuxiême capteur coïncidant avec l'image du premier capteur. Les capteurs d'orientation permettent en effet d'élaborer une matrice de rotation permettant de faire tourner les deux images l'une par rapport à l'autre d'une quantité correspondant à l'indication (approximative) donnée par les capteurs d'orientation. Les images se retrouvent alors orientées sensiblement identiquement et la corrélation peut se poursuivre plus facilement. Dans les phases ultérieures de poursuite, la corrélation d'images est l'élément principal servant à déplacer le réticule dans le champ de l'afficheur.
On détermine en particulier à partir des indications des deux capteurs d'orientation une matrice de rotation représentant les positions relatives dans l'espace de deux trièdres de référence liés l'un à l'arme, l'autre à la tête.
On peut aussi, pour aider à la corrélation, utiliser un vecteur de translation, borné a priori à environ 50 cm, représentant l'écart de position entre la tête et l'arme.
L'invention a encore pour objet un système d'aide à
la visée pour la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- les figures lA et 1B illustrent schématiquement l'architecture d'un système d'aide à la visée selon l'invention ;
6 - la figure 2 est un diagramme géométrique permettant d'expliquer le fonctionnement général du système des figures lA et 1B ;
- la figure 3 illustre un exemple de dispositif modulaire de traitement de signaux et d'images utilisé dans le système d'aide à la visée de l'invention ;
- La figure 4 illustre l'imbrication d'images fournies par des capteurs en imagerie utilisés dans le système d'aide à la visée de l'invention ;
- la figure 5 est un exemple de réalisation plus détaillée d'un des modules du dispositif de la figure 3 ;
- les figures 6A et 6B illustrent schématiquement une des étapes du procédé selon l'invention ;
- La figure 7 est un exemple de réalisation plus détaillée d'un module de corrélation utilisé dans le dispositif de la figure 3 ;
- et la figure 8 est un diagramme illustrant la dernière étape du procédé selon l'invention, consistant en une corrélation dite fine.
On va maintenant, pour expliciter le procédé de visée selon l'invention, décrire un exemple de réalisation d'architecture de système de visée 1 le mettant en oeuvre, par référence aux figures lA et 1B. La figure 1A illustre schématiquement.son architecture globale et la figure 1B est une figure de détail montrant un des composants utilisés, en l'occurrence un dispositif de visualisation 4, avantageusement du type dit visuel de casque.
Le système 1 comprend tout d'abord un capteur à
imagerie C1 dans le domaine du visible ou de l'infrarouge, fixé sur l'arme 2. Dans le premier cas (lumière visible), on peut utiliser un capteur matriciel standard, ou un composant du type "IL-CCD" (intensificateur de lumière à dispositif à
couplage de charges). Dans le second cas, on peut utiliser un composant du type "MWIR" (Medium Wave Infrared .
- la figure 3 illustre un exemple de dispositif modulaire de traitement de signaux et d'images utilisé dans le système d'aide à la visée de l'invention ;
- La figure 4 illustre l'imbrication d'images fournies par des capteurs en imagerie utilisés dans le système d'aide à la visée de l'invention ;
- la figure 5 est un exemple de réalisation plus détaillée d'un des modules du dispositif de la figure 3 ;
- les figures 6A et 6B illustrent schématiquement une des étapes du procédé selon l'invention ;
- La figure 7 est un exemple de réalisation plus détaillée d'un module de corrélation utilisé dans le dispositif de la figure 3 ;
- et la figure 8 est un diagramme illustrant la dernière étape du procédé selon l'invention, consistant en une corrélation dite fine.
On va maintenant, pour expliciter le procédé de visée selon l'invention, décrire un exemple de réalisation d'architecture de système de visée 1 le mettant en oeuvre, par référence aux figures lA et 1B. La figure 1A illustre schématiquement.son architecture globale et la figure 1B est une figure de détail montrant un des composants utilisés, en l'occurrence un dispositif de visualisation 4, avantageusement du type dit visuel de casque.
Le système 1 comprend tout d'abord un capteur à
imagerie C1 dans le domaine du visible ou de l'infrarouge, fixé sur l'arme 2. Dans le premier cas (lumière visible), on peut utiliser un capteur matriciel standard, ou un composant du type "IL-CCD" (intensificateur de lumière à dispositif à
couplage de charges). Dans le second cas, on peut utiliser un composant du type "MWIR" (Medium Wave Infrared .
7 infrarouge dans les gammes de longueurs d'onde comprises entre 3 et 5 m) ou LWIR (Long Wave Infrared : infrarouge dans les gammes de longueurs d'onde comprises entre 8 et 12 m). La direction de l'axe optique, AC1, du capteur C1 est harmonisée, par construction, avec l'axe, A20, du canon 20.
Si ce n'est pas le cas, on en tient compte dans les calculs.
On prévoit un dispositif de mesure de la position du centre du champ du capteur à imagerie C1 de l'arme 2. Ce dispositif est composé d'un second capteur à imagerie C2 fixé sur la tête du tireur et d'un dispositif électronique de traitement de signaux et d'images 3 fournies par le capteur C2, ce dispositif 3 ayant notamment pour fonction de calculer la position du champ du capteur C1 dans l'image du capteur C2. En effet, le champ du capteur C1 est choisi avantageusement plus petit que le champ du capteur C2.
Le système 1 comprend également un dispositif 4 de restitution collimaté à l'infini permettant d'incruster dans le champ de vision du tireur un réticule 41, ou tout autre symbole adapté, matérialisant la visée. Ce dispositif est avantageusement constitué par un organe de visualisation du type dit visuel de casque.
on prévoit enfin un dispositif composé de deux dispositifs, 5 et 6, qui sont des capteurs d'orientation permettant, en combinant les informations qu'ils délivrent, de déterminer l'écart entre l'orientation de l'arme et l'orientation de la tête. Le plus simple es"-- de prévoir que chacun des capteurs d'orientation comprend deux capteurs :
un capteur de cap et un inclinomètre deux axes (non représentés séparément). Ces dispositifs, 5 et 6, qui génèrent des données de cap et d'assiette, sont fixés, respectivement, sur l'arme 2 et sur la tête Te du tireur afin de donner une estimation de préférence continue de l'écart d'orientation des deux axes de visée, A1 et A2r des capteurs C1 et C2. Ces capteurs sont indépendants des capteurs d'image.
Si ce n'est pas le cas, on en tient compte dans les calculs.
On prévoit un dispositif de mesure de la position du centre du champ du capteur à imagerie C1 de l'arme 2. Ce dispositif est composé d'un second capteur à imagerie C2 fixé sur la tête du tireur et d'un dispositif électronique de traitement de signaux et d'images 3 fournies par le capteur C2, ce dispositif 3 ayant notamment pour fonction de calculer la position du champ du capteur C1 dans l'image du capteur C2. En effet, le champ du capteur C1 est choisi avantageusement plus petit que le champ du capteur C2.
Le système 1 comprend également un dispositif 4 de restitution collimaté à l'infini permettant d'incruster dans le champ de vision du tireur un réticule 41, ou tout autre symbole adapté, matérialisant la visée. Ce dispositif est avantageusement constitué par un organe de visualisation du type dit visuel de casque.
on prévoit enfin un dispositif composé de deux dispositifs, 5 et 6, qui sont des capteurs d'orientation permettant, en combinant les informations qu'ils délivrent, de déterminer l'écart entre l'orientation de l'arme et l'orientation de la tête. Le plus simple es"-- de prévoir que chacun des capteurs d'orientation comprend deux capteurs :
un capteur de cap et un inclinomètre deux axes (non représentés séparément). Ces dispositifs, 5 et 6, qui génèrent des données de cap et d'assiette, sont fixés, respectivement, sur l'arme 2 et sur la tête Te du tireur afin de donner une estimation de préférence continue de l'écart d'orientation des deux axes de visée, A1 et A2r des capteurs C1 et C2. Ces capteurs sont indépendants des capteurs d'image.
8 Ce double dispositif, 5 et 6, fournit, en coopération avec des circuits spécifiques du dispositif électronique de traitement de signaux et d'images 3, une estimation de la matrice de rotation MR de passage entre le capteur C1 et le capteur C2. Le vecteur translation T n'est pas connu. Sachant que l'arme est tenue par le tireur, on peut estimer la norme de T à une valeur moyenne de 0,7 mètre et une borne supérieure de 1 mètre. L'arme peut par exemple être tenue à la hanche.
Le dispositif électronique de traitement de signaux et d'images 3 reçoit les signaux générés en sortie du capteur à imagerie Cl et des capteurs 6, f ixés sur la tête Te du tireur, via la liaison 60, et reçoit les signaux générés en sortie du capteur à imagerie C2 et des capteurs 5, portés par l'arme 2, via la liaison 50. Le dispositif 3 transmet en sortie les signaux traités pour affichage sur l'organe de visualisation visuel de casque 4 (dans l'exemple décrit), ainsi que l'alimentation électrique nécessaire au bon fonctionnement de cet organe.
La figure 1B illustre l'organe de visualisation 4 en vue de face, c'est-à-dire du côté observé par le tireur. Il permet d'incruster dans la scène avant 40, réellement observée par le tireur, un réticule 41 matérialisant la cible visée, ou d'autres indications, par exemple une flèche indiquant de quel côté il doit tourner l'arme 2, pendant une période initiale du processus de visée, comme il le sera montré ci-après. L'image fournie par le capteur grand champ C2 englobe tout ou partie de la scène observée par le tireur.
La figure 2 est un diagramme géométrique illustrant les relations existant entre un trièdre de référence TRC2 associé aux dispositifs portés par la tête Te du tireur, et notamment au capteur C2, et un trièdre de référence TRC1 associé aux dispositifs portés par l'arme 2, et notamment au capteur Ci.
Le dispositif électronique de traitement de signaux et d'images 3 reçoit les signaux générés en sortie du capteur à imagerie Cl et des capteurs 6, f ixés sur la tête Te du tireur, via la liaison 60, et reçoit les signaux générés en sortie du capteur à imagerie C2 et des capteurs 5, portés par l'arme 2, via la liaison 50. Le dispositif 3 transmet en sortie les signaux traités pour affichage sur l'organe de visualisation visuel de casque 4 (dans l'exemple décrit), ainsi que l'alimentation électrique nécessaire au bon fonctionnement de cet organe.
La figure 1B illustre l'organe de visualisation 4 en vue de face, c'est-à-dire du côté observé par le tireur. Il permet d'incruster dans la scène avant 40, réellement observée par le tireur, un réticule 41 matérialisant la cible visée, ou d'autres indications, par exemple une flèche indiquant de quel côté il doit tourner l'arme 2, pendant une période initiale du processus de visée, comme il le sera montré ci-après. L'image fournie par le capteur grand champ C2 englobe tout ou partie de la scène observée par le tireur.
La figure 2 est un diagramme géométrique illustrant les relations existant entre un trièdre de référence TRC2 associé aux dispositifs portés par la tête Te du tireur, et notamment au capteur C2, et un trièdre de référence TRC1 associé aux dispositifs portés par l'arme 2, et notamment au capteur Ci.
9 On a représenté sur ce diagramme, le vecteur translation T et on a superposé au trièdre de référence TRC1 un trièdre de référence TR'C2 (en traits pointillés), représentant le trièdre de référence TRC2, après translation suivant le vecteur T. Cette superposition permet de calculer la matrice rotation MR.
Le processus de visée comprend deux étapes initiales, réalisées à l'aide des deux dispositifs de capteurs de positionnement 5 et 6.
La première étape, que l'on appellera de "ralliement automatique" consiste à utiliser les signaux générés par les capteurs d'orientation 5 et 6, sur l'arme 2 et sur la tête Te du tireur, pour aider le tireur à pointer son arme dans la même direction que sa tête. Ceci est fait par le dispositif de traitement de signaux et d'images 3. Les signaux traités comprennent des informations de cap et d'inclinaison des référentiels, TRC1 et TRC2, liés aux capteurs, C1 et C2 par rapport à un repère terrestre. En sortie, le dispositif de traitement 3 génère des signaux permettant d'estimer l'écart d'orientation des champs de visée des capteurs, C1 et C2, au moins en sens et direction.
Ces signaux sont transmis à l'organe de visualisation 4, de façon à afficher un symbole spécifique sur l'écran, par exemple une flèche 42, en lieu et place du réticule 41 matérialisant la visée. Le tireur sait alors qu'il doit déplacer le canon de son arme 2, suivant la direction générale symbolisée par la flèche 42, de façon à ce que le réticule 41 symbolisant la visée entre dans son champ de vision et soit affiché sur l'écran de l'organe de visualisation. Il s'agit donc d'une aide automatique, très grossière, pour obtenir un pointage approximatif de l'arme 2, de façon à ce que les étapes du processus d'aide à la visée proprement dit puissent débuter. Cependant un pointage initial approximatif peut être réalisé manuellement, sans l'assistance d'une quelconque symbologie.
La seconde étape initiale consiste à calculer une estimation de la matrice de rotation précitée MR, toujours à
l'aide des données fournies par les deux capteurs d'orientation, 5 et 6. Cette estimation de la matrice de 5 rotation MR est obtenue en comparant les données (assiette et cap) fournies par les deux dispositifs, 5 et 6, et en utilisant éventuellement l'estimée du vecteur translation T.
Une fois cette ou ces étapes initiales effectuées, la corrélation des images est effectuée en utilisant la
Le processus de visée comprend deux étapes initiales, réalisées à l'aide des deux dispositifs de capteurs de positionnement 5 et 6.
La première étape, que l'on appellera de "ralliement automatique" consiste à utiliser les signaux générés par les capteurs d'orientation 5 et 6, sur l'arme 2 et sur la tête Te du tireur, pour aider le tireur à pointer son arme dans la même direction que sa tête. Ceci est fait par le dispositif de traitement de signaux et d'images 3. Les signaux traités comprennent des informations de cap et d'inclinaison des référentiels, TRC1 et TRC2, liés aux capteurs, C1 et C2 par rapport à un repère terrestre. En sortie, le dispositif de traitement 3 génère des signaux permettant d'estimer l'écart d'orientation des champs de visée des capteurs, C1 et C2, au moins en sens et direction.
Ces signaux sont transmis à l'organe de visualisation 4, de façon à afficher un symbole spécifique sur l'écran, par exemple une flèche 42, en lieu et place du réticule 41 matérialisant la visée. Le tireur sait alors qu'il doit déplacer le canon de son arme 2, suivant la direction générale symbolisée par la flèche 42, de façon à ce que le réticule 41 symbolisant la visée entre dans son champ de vision et soit affiché sur l'écran de l'organe de visualisation. Il s'agit donc d'une aide automatique, très grossière, pour obtenir un pointage approximatif de l'arme 2, de façon à ce que les étapes du processus d'aide à la visée proprement dit puissent débuter. Cependant un pointage initial approximatif peut être réalisé manuellement, sans l'assistance d'une quelconque symbologie.
La seconde étape initiale consiste à calculer une estimation de la matrice de rotation précitée MR, toujours à
l'aide des données fournies par les deux capteurs d'orientation, 5 et 6. Cette estimation de la matrice de 5 rotation MR est obtenue en comparant les données (assiette et cap) fournies par les deux dispositifs, 5 et 6, et en utilisant éventuellement l'estimée du vecteur translation T.
Une fois cette ou ces étapes initiales effectuées, la corrélation des images est effectuée en utilisant la
10 matrice de rotation pour faciliter l'acquisition de zones d'images identiques dans les images fournies par les deux capteurs d'image ; en faisant tourner l'image du premier capteur d'angles définis par la matrice de rotation, on donne aux images des deux capteurs sensiblement la même orientation, ce qui facilite la corrélation.
Cette corrélation va permettre ensuite de déterminer dans le champ du capteur de tête quelle est la position de la ligne de visée, celle-ci étant représentée par un point bien déterminé (par exemple un point central) du champ du capteur d'arme Ci et le champ du capteur d'arme étant localisé, par la corrélation, dans le champ du capteur de tête.
On peut donc afficher sur l'écran de l'organe de visualisation 4 un réticule 41 matérialisant la visée et s'incrustant sur la scène 40 observée par le tireur, et donc se superposant sur la cible qu'il désire atteindre, puisque le réticule 41 va se déplacer en synchronisme avec les mouvements de l'arme 2 (phase de poursuite après la phase d'acquisition de l'opération de corrélation).
Les circuits électroniques du dispositif 3 peuvent être découpés en modules pour l'exécution des différentes étapes nécessaires.
La figure 3 illustre la configuration modulaire d'un dispositif de traitement d'images 3 pour la mise en oeuvre
Cette corrélation va permettre ensuite de déterminer dans le champ du capteur de tête quelle est la position de la ligne de visée, celle-ci étant représentée par un point bien déterminé (par exemple un point central) du champ du capteur d'arme Ci et le champ du capteur d'arme étant localisé, par la corrélation, dans le champ du capteur de tête.
On peut donc afficher sur l'écran de l'organe de visualisation 4 un réticule 41 matérialisant la visée et s'incrustant sur la scène 40 observée par le tireur, et donc se superposant sur la cible qu'il désire atteindre, puisque le réticule 41 va se déplacer en synchronisme avec les mouvements de l'arme 2 (phase de poursuite après la phase d'acquisition de l'opération de corrélation).
Les circuits électroniques du dispositif 3 peuvent être découpés en modules pour l'exécution des différentes étapes nécessaires.
La figure 3 illustre la configuration modulaire d'un dispositif de traitement d'images 3 pour la mise en oeuvre
11 du procédé de visée, selon un mode de réalisation préféré de l'invention. On n'a pas représenté les circuits permettant l'exécution de la ou des étapes initiales précitées.
Dans ce qui suit, un certain nombre de conventions concernant des signaux et d'autres paramètres utilisées par le procédé de l'invention seront respectées. Ces conventions sont portées dans la "TABLE DES NOTATIONS" annexée en fin de la présente description.
Le dispositif 3 comprend deux modules d'acquisition analogique/numérique, 30 et 34, respectivement pour les voies d'acquisition des signaux de sortie des capteurs C1 et C2.
Les signaux de sortie des modules d'acquisition analogique/numérique, 30 et 34, sont transmis à des modules d'extraction de contours de zones homogènes, ou objets, contenues dans les images numériques, modules 31 et 35, respectivement.
Un module 32 calcule ensuite la pyramide de contours de l'image fournie par le capteur petit champ C1, après extraction des contours.
De même les signaux en sortie du module 35 sont transmis à un premier module 36 d'établissement des images des distances aux contours de l'image grand champ, suivi d'un module 37 d'établissement de la pyramide d'images dites de "chamfer", c'est-à-dire des distances au contour le plus proche.
Enfin un double module de corrélation dit "Gros-Fin" 33, reçoit les signaux de sortie des modules 32 et 37, ainsi que des signaux de gradients fournis par le module d'extraction de contours 35, et, fournis par les modules respectifs 30 et 34 d'acquisition de signaux d'image, iP
et IG, dont la définition est donnée dans la table de notation précitée.
Dans ce qui suit, un certain nombre de conventions concernant des signaux et d'autres paramètres utilisées par le procédé de l'invention seront respectées. Ces conventions sont portées dans la "TABLE DES NOTATIONS" annexée en fin de la présente description.
Le dispositif 3 comprend deux modules d'acquisition analogique/numérique, 30 et 34, respectivement pour les voies d'acquisition des signaux de sortie des capteurs C1 et C2.
Les signaux de sortie des modules d'acquisition analogique/numérique, 30 et 34, sont transmis à des modules d'extraction de contours de zones homogènes, ou objets, contenues dans les images numériques, modules 31 et 35, respectivement.
Un module 32 calcule ensuite la pyramide de contours de l'image fournie par le capteur petit champ C1, après extraction des contours.
De même les signaux en sortie du module 35 sont transmis à un premier module 36 d'établissement des images des distances aux contours de l'image grand champ, suivi d'un module 37 d'établissement de la pyramide d'images dites de "chamfer", c'est-à-dire des distances au contour le plus proche.
Enfin un double module de corrélation dit "Gros-Fin" 33, reçoit les signaux de sortie des modules 32 et 37, ainsi que des signaux de gradients fournis par le module d'extraction de contours 35, et, fournis par les modules respectifs 30 et 34 d'acquisition de signaux d'image, iP
et IG, dont la définition est donnée dans la table de notation précitée.
12 Les calculs effectués par la partie dite "Gros" du module corrélation 33 sont fondés sur un algorithme de type corrélation valuée.
Les calculs effectués par la partie dite "Fin" sont fondés sur un algorithme d'estimation de l'écart de positionnement entre le centre de l'image du capteur petit champ C1 et le centre de la zone de positionnement FG dans l'image grand champ du capteur C2, calculée par le module "gros".
Les différents modules composant le dispositif 3 vont maintenant être détaillés.
Une fois que le modèle et le type des capteurs, C1 et C2, sont sélectionnés, les champs respectifs de ces capteurs sont connus. Ce sont des données fournies par le constructeur, ainsi que d'autres caractéristiques associées : résolution, etc.
La conversion analogique/numérique des signaux d'image générés par les capteurs C1 et C2, conversion effectuée dans les modules 30 et 34, est assurée de manière synchrone par un dispositif de numérisation d'images classique, sur une dynamique typique de 28 niveaux de gris.
L'estimation de la matrice de rotation MR, et son application aux images issues du capteur C1, ainsi que la connaissance des champs des capteurs, C1 et C2, permet de construire, par un traitement de ré-échantillonnage spatial, à partir de l'image numérisée issue du capteur petit champ C1. deux images dérivées IF et I'P d'axes parallèles aux axes de l'image IG, en supposant que celle-ci soit rectangulaire, ou de façon plus générale d'un référentiel orthonormé lié à celle-ci. Ces images, IP et I'F, sont telles que la relation suivante soit satisfaite CIG = QxCIP
avec Q nombre entier, et
Les calculs effectués par la partie dite "Fin" sont fondés sur un algorithme d'estimation de l'écart de positionnement entre le centre de l'image du capteur petit champ C1 et le centre de la zone de positionnement FG dans l'image grand champ du capteur C2, calculée par le module "gros".
Les différents modules composant le dispositif 3 vont maintenant être détaillés.
Une fois que le modèle et le type des capteurs, C1 et C2, sont sélectionnés, les champs respectifs de ces capteurs sont connus. Ce sont des données fournies par le constructeur, ainsi que d'autres caractéristiques associées : résolution, etc.
La conversion analogique/numérique des signaux d'image générés par les capteurs C1 et C2, conversion effectuée dans les modules 30 et 34, est assurée de manière synchrone par un dispositif de numérisation d'images classique, sur une dynamique typique de 28 niveaux de gris.
L'estimation de la matrice de rotation MR, et son application aux images issues du capteur C1, ainsi que la connaissance des champs des capteurs, C1 et C2, permet de construire, par un traitement de ré-échantillonnage spatial, à partir de l'image numérisée issue du capteur petit champ C1. deux images dérivées IF et I'P d'axes parallèles aux axes de l'image IG, en supposant que celle-ci soit rectangulaire, ou de façon plus générale d'un référentiel orthonormé lié à celle-ci. Ces images, IP et I'F, sont telles que la relation suivante soit satisfaite CIG = QxCIP
avec Q nombre entier, et
13, CIG = CI'P (1 bis), avec CIG, CIP et CI'P, les champs instantanés des images IG, IP et I'P, respectivement.
Le ré-échantillonage spatial est réalisé par une fonction classique d'interpolation, de type bilinéaire ou bicubique.
La valeur de Q est choisie de la façon indiquée ci-dessous.
Le champ souhaité de l'image "brute" CIGBrute en sortie du capteur C2 est inférieur au champ instantané de l'image "brute" CIPBrute du capteur petit champ Cl. Les relations liant ces deux images "brutes" sont les suivantes :
CIGBrute = ;~xCIPBrute (2), avec k un nombre réel plus grand que l'unité et Q partie entière de ~.
La figure 4 est un diagramme illustrant schématiquement les images IG, IP et I'P. La découpe de la zone utile des images ré-échantillonées est telle que l'image I'P est incluse dans l'image IG du capteur grand champ C2. On a représenté schématiquement, sur la figure 4, en traits pointillés, les p.ositions des images IP et I'P
avant application de la matrice de rotation MR. Les axes XYZ
symbolisent le référentiel TRC1 (figure 2).
Les signaux numériques représentant les images IP
et IG sont transmis au module 33.
A l'issue de cette opération, on définit par la valeur maximale du roulis résiduel apparent de I'P dans l'image IG.
Le ré-échantillonage spatial est réalisé par une fonction classique d'interpolation, de type bilinéaire ou bicubique.
La valeur de Q est choisie de la façon indiquée ci-dessous.
Le champ souhaité de l'image "brute" CIGBrute en sortie du capteur C2 est inférieur au champ instantané de l'image "brute" CIPBrute du capteur petit champ Cl. Les relations liant ces deux images "brutes" sont les suivantes :
CIGBrute = ;~xCIPBrute (2), avec k un nombre réel plus grand que l'unité et Q partie entière de ~.
La figure 4 est un diagramme illustrant schématiquement les images IG, IP et I'P. La découpe de la zone utile des images ré-échantillonées est telle que l'image I'P est incluse dans l'image IG du capteur grand champ C2. On a représenté schématiquement, sur la figure 4, en traits pointillés, les p.ositions des images IP et I'P
avant application de la matrice de rotation MR. Les axes XYZ
symbolisent le référentiel TRC1 (figure 2).
Les signaux numériques représentant les images IP
et IG sont transmis au module 33.
A l'issue de cette opération, on définit par la valeur maximale du roulis résiduel apparent de I'P dans l'image IG.
14 Les modules 31 et 35 effectuent l'extraction des contours objets présents dans les deux images numérisées. Le processus est similaire dans les deux modules.
La figure 5 illustre de façon plus détaillée, sous forme de blocs diagrammes, l'un des modules, par exemple le module 31.
Les paramètres d'extraction sont choisis de manière à introduire un niveau de filtrage passe-bas identique sur les deux images numérisées.
Un module d'entrée 310 calcule des images de gradients GX et Gy selon deux axes orthonormés X et Y
attachés à l'image. Cette opération peut être réalisée par toute méthode classique du domaine du traitement d'image. On peut avoir recourt, par exemple, à des traitements récursifs comme ceux décrits dans l'article de Rachid DERICHE, intitulé :"Using Canny's detector to derive a recursively implemented Optimal Edge Detector", "Computer Vision 1987", pages 167-187, article auquel on se reportera avec profit.
Les images de gradients calculés, suivant les axes X
et Y, sont transmises à un premier module 311 destiné à
calculer, en chaque point la norme du gradient NG, conformément à la relation suivante NG(i, j) = IGx- (i,.1)j + IG,. (i,.i)i ( 3 ) , avec i et j des coordonnées de pixels dans l'image, selon deux axes orthonormés.
Les images de gradients calculés sont également transmises à un second module 312, destiné à calculer en chaque point l'orientation du gradient OG, conformément à la relation suivante :
OG(i,.1) = Ai'Ctg(- Gr (T,.J)~ (4).
Gx(J, J) Les signaux de sorties élaborés par les modules 311 et 312, représentent, respectivement, les images de la norme et de l'orientation des gradients, sont transmis à un module de sortie 314 élaborant une liste des points de contours des 5 objets détectés dans l'image numérisée, sous forme de coordonnées numériques. Cette étape comprend les sous-étapes suivantes binarisation, suppressions des non-maxima et application d'un seuil par hystérésis. La sous-étape de binarisation nécessite de connaître les seuils hauts et bas.
10 L'estimation de ces seuils est effectuée par un module supplémentaire 313, selon un processus itératif. Le module 313 reçoit en effet les données associées à la liste des points de contours en rétroaction. Il reçoit également sur une seconde entrée l'image de la norme des gradients
La figure 5 illustre de façon plus détaillée, sous forme de blocs diagrammes, l'un des modules, par exemple le module 31.
Les paramètres d'extraction sont choisis de manière à introduire un niveau de filtrage passe-bas identique sur les deux images numérisées.
Un module d'entrée 310 calcule des images de gradients GX et Gy selon deux axes orthonormés X et Y
attachés à l'image. Cette opération peut être réalisée par toute méthode classique du domaine du traitement d'image. On peut avoir recourt, par exemple, à des traitements récursifs comme ceux décrits dans l'article de Rachid DERICHE, intitulé :"Using Canny's detector to derive a recursively implemented Optimal Edge Detector", "Computer Vision 1987", pages 167-187, article auquel on se reportera avec profit.
Les images de gradients calculés, suivant les axes X
et Y, sont transmises à un premier module 311 destiné à
calculer, en chaque point la norme du gradient NG, conformément à la relation suivante NG(i, j) = IGx- (i,.1)j + IG,. (i,.i)i ( 3 ) , avec i et j des coordonnées de pixels dans l'image, selon deux axes orthonormés.
Les images de gradients calculés sont également transmises à un second module 312, destiné à calculer en chaque point l'orientation du gradient OG, conformément à la relation suivante :
OG(i,.1) = Ai'Ctg(- Gr (T,.J)~ (4).
Gx(J, J) Les signaux de sorties élaborés par les modules 311 et 312, représentent, respectivement, les images de la norme et de l'orientation des gradients, sont transmis à un module de sortie 314 élaborant une liste des points de contours des 5 objets détectés dans l'image numérisée, sous forme de coordonnées numériques. Cette étape comprend les sous-étapes suivantes binarisation, suppressions des non-maxima et application d'un seuil par hystérésis. La sous-étape de binarisation nécessite de connaître les seuils hauts et bas.
10 L'estimation de ces seuils est effectuée par un module supplémentaire 313, selon un processus itératif. Le module 313 reçoit en effet les données associées à la liste des points de contours en rétroaction. Il reçoit également sur une seconde entrée l'image de la norme des gradients
15 calculée par le module 311.
A partir de la liste des points de contours extraits de l'image précédente et de la norme des gradients de l'image courante, le module 313 a pour objet d'asservir dynamiquement, zone de l'image par zone de l'image, les seuils hauts et bas.
L'image courante est divisée en zones de tailles égales. Sur chaque zone, d'indice arbitraire z, le module 313 calcule un seuil haut, que l'on référencera SHZ, et un seuil bas, que l'on référencera SBZ, pour l'image en cours de traitement à un instant t arbitraire, ce en fonction des seuils haut et bas obtenus sur la zone à un instant t-1 correspondant à l'image précédente. La relation suivante est utilisée :
SHZ(t) = ax(3xSHZ(t-1) + (1-a)xSnorme (5), avec a E[0, 1], la valeur exacte étant fixée par l'application, selon le type de capteur sélectionné, la valeur a= 0,8 étant une valeur typique. j3 dépend du nombre de points de contour extraits dans l'image précédente, à
l'instant t-1. Si le nombre de points est trop élevé pour tenir une cadence en temps réel, ~ est choisi inférieur à
A partir de la liste des points de contours extraits de l'image précédente et de la norme des gradients de l'image courante, le module 313 a pour objet d'asservir dynamiquement, zone de l'image par zone de l'image, les seuils hauts et bas.
L'image courante est divisée en zones de tailles égales. Sur chaque zone, d'indice arbitraire z, le module 313 calcule un seuil haut, que l'on référencera SHZ, et un seuil bas, que l'on référencera SBZ, pour l'image en cours de traitement à un instant t arbitraire, ce en fonction des seuils haut et bas obtenus sur la zone à un instant t-1 correspondant à l'image précédente. La relation suivante est utilisée :
SHZ(t) = ax(3xSHZ(t-1) + (1-a)xSnorme (5), avec a E[0, 1], la valeur exacte étant fixée par l'application, selon le type de capteur sélectionné, la valeur a= 0,8 étant une valeur typique. j3 dépend du nombre de points de contour extraits dans l'image précédente, à
l'instant t-1. Si le nombre de points est trop élevé pour tenir une cadence en temps réel, ~ est choisi inférieur à
16 l'unité. Par contre, si le nombre de points est insuffisant pour obtenir une information de contour, on choisit ~
supérieur à l'unité. Typiquement la valeur de P est comprise entre 0,8 et 1,25.
Snorme est la valeur de seuil à appliquer sur la norme de gradient pour effectuer une opération de seuil sur n ô des points de la zone. Le nombre n est choisi en fonction des caractéristiques des capteurs (richesse spatiale de l'image) et est compris typiquement entre 5 et 15 %.
La relation suivante est satisfaite SBz = E(,vx (SHz (t) ) (6), avec E valeur entière et y fixé une fois pour toutes par l'application. y est généralement inférieur à 0,5.
Pour éviter les effets de discontinuités interzones, un processus de lissage des seuils obtenus est mis en oeuvre. Chaque zone z est divisée en quatre sous-zones contiguës et les seuils hauts et bas sont recalculés pour les sous-zones par un algorithme d'interpolation classique, en utilisant les zones adjacentes à la zone z.
Le module 314 effectue la binarisation des contours et la suppression des non-maxima locaux, selon une méthode d'hysterésis. Ce module 314 détermine les chaînes de contour (c'est-à-dire les ensembles de contours connexes selon le principe de la connexité à huit) telles qu'un point au moins de chaque chaîne dépasse le seuil haut local de sa zone et que tous les autres points de la chaîne dépassent leur seuil bas local.
En outre, chaque point de la chaîne est conservé
s'il constitue un maximum local de la norme. Pour le vérifier, on compare la norme du gradient en ce point, que l'on appellera P, avec la norme du gradient de deux autres points, Pi et P2, qui sont les plus proches du point P,
supérieur à l'unité. Typiquement la valeur de P est comprise entre 0,8 et 1,25.
Snorme est la valeur de seuil à appliquer sur la norme de gradient pour effectuer une opération de seuil sur n ô des points de la zone. Le nombre n est choisi en fonction des caractéristiques des capteurs (richesse spatiale de l'image) et est compris typiquement entre 5 et 15 %.
La relation suivante est satisfaite SBz = E(,vx (SHz (t) ) (6), avec E valeur entière et y fixé une fois pour toutes par l'application. y est généralement inférieur à 0,5.
Pour éviter les effets de discontinuités interzones, un processus de lissage des seuils obtenus est mis en oeuvre. Chaque zone z est divisée en quatre sous-zones contiguës et les seuils hauts et bas sont recalculés pour les sous-zones par un algorithme d'interpolation classique, en utilisant les zones adjacentes à la zone z.
Le module 314 effectue la binarisation des contours et la suppression des non-maxima locaux, selon une méthode d'hysterésis. Ce module 314 détermine les chaînes de contour (c'est-à-dire les ensembles de contours connexes selon le principe de la connexité à huit) telles qu'un point au moins de chaque chaîne dépasse le seuil haut local de sa zone et que tous les autres points de la chaîne dépassent leur seuil bas local.
En outre, chaque point de la chaîne est conservé
s'il constitue un maximum local de la norme. Pour le vérifier, on compare la norme du gradient en ce point, que l'on appellera P, avec la norme du gradient de deux autres points, Pi et P2, qui sont les plus proches du point P,
17 suivant une direction réalisant la meilleure approximation sur un voisinage 3x3 de la normale au contour au point P. La direction de cette normale est calculée à partir de l'orientation du gradient au point P qui donne la direction de la tangente au point P.
Le processus qui vient d'être explicité est illustré
très schématiquement par les figures 6A et 6B. Sur la figure 6A, on a représenté une image représentant la scène vue par le capteur grand champ C2, comprenant, dans l'exemple illustré, deux objets remarquables constitués par un arbre Ar et un bâtiment Bt. En fin du processus d'extraction de contours, on dispose d'une liste de points de contours CAr et CBt, représentés, par exemple, par des zéros. Les deux objets, symbolisés par ces contours, peuvent représenter des cibles potentielles qui se distinguent de l'arrière plan.
En dehors des points de contours, les points ou pixels de l'image sont représentés par des nombres différents de zéro (1, 2, 3, ...) et dont la valeur est d'autant plus grande que ces points sont éloignés des contours (distance en connexité à 4 d'un pixel au contour le plus proche, la distance étant exprimée en pixels).
Naturellement les zéros de la liste sont associés à
des coordonnées numériques, selon un référentiel orthonormé XY, dont les axes sont avantageusement parallèles aux bords de l'image, si celle-ci est rectangulaire. Ces coordonnées sont stockées, au moins temporairement, dans des circuits de mémoire classiques (non représentés), de façon à
être utilisées par le module suivant, 32 ou 36, selon la voie considérée (figure 3).
On va se reporter de nouveau à la figure 3.
Sur la voie supérieure (traitement de l'image issue du capteur petit champ C1), le module 32 permet
Le processus qui vient d'être explicité est illustré
très schématiquement par les figures 6A et 6B. Sur la figure 6A, on a représenté une image représentant la scène vue par le capteur grand champ C2, comprenant, dans l'exemple illustré, deux objets remarquables constitués par un arbre Ar et un bâtiment Bt. En fin du processus d'extraction de contours, on dispose d'une liste de points de contours CAr et CBt, représentés, par exemple, par des zéros. Les deux objets, symbolisés par ces contours, peuvent représenter des cibles potentielles qui se distinguent de l'arrière plan.
En dehors des points de contours, les points ou pixels de l'image sont représentés par des nombres différents de zéro (1, 2, 3, ...) et dont la valeur est d'autant plus grande que ces points sont éloignés des contours (distance en connexité à 4 d'un pixel au contour le plus proche, la distance étant exprimée en pixels).
Naturellement les zéros de la liste sont associés à
des coordonnées numériques, selon un référentiel orthonormé XY, dont les axes sont avantageusement parallèles aux bords de l'image, si celle-ci est rectangulaire. Ces coordonnées sont stockées, au moins temporairement, dans des circuits de mémoire classiques (non représentés), de façon à
être utilisées par le module suivant, 32 ou 36, selon la voie considérée (figure 3).
On va se reporter de nouveau à la figure 3.
Sur la voie supérieure (traitement de l'image issue du capteur petit champ C1), le module 32 permet
18 l'établissement de la pyramide des contours, à partir de la liste calculée par le module 31.
Pour des raisons de vitesse d'exécution, la constitution de la pyramide consiste à utiliser l'image des contours C'p déterminée par le module 311 au niveau maximal de résolution et de constituer la suite d'images Ck de la pyramide conformément à la relation (7) suivante Ck(i,j)=Ck ,(2i,2j)vCp 1(2i,2j+1)vCk 1 (2i+1,2j)vCp 1(2iT1,2j+1) -relation dans laquelle k E(O,K), avec K entier, tel que 2 K >_ tg( I 0'~ ) T'â~ , et la valeur maximale du roulis résiduel précédemment définie.
Les pixels sont considérés comme des booléens (la proposition est vrai s'il y a présence de contours, fausse dans le cas contraire).
Le paramètre TâXest le maximum des tailles de IP
selon les axes orthonormés X et Y.
Le nombre de points non nuls (c'est-à-dire le nombre de points de contours) dans l'image Ck" est noté _(2k' Sur la voie inférieure (traitement de l'image issue du capteur grand champ C2), les gradients calculés par le module 310 (figure 5) sont transmis sur une entrée du module 33.
Le module 36 permet l'établissement de l'image des distances au contour le plus proche. Cette image est constituée à partir de l'image des contours de l'image grand champ donnée par le capteur C2. Pour ce faire, on peut utiliser une méthode algorithmique connue, par exemple celle divulguée par l'article de Gunilla BORGEFORS, intitulé :"Hierarchical Chamfer Matching : A parametric edge matching algorithm", paru dans "IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence", novembre 1988, Vol 10, n 6, pages 849-865, auquel on se reportera avec profit.
Pour des raisons de vitesse d'exécution, la constitution de la pyramide consiste à utiliser l'image des contours C'p déterminée par le module 311 au niveau maximal de résolution et de constituer la suite d'images Ck de la pyramide conformément à la relation (7) suivante Ck(i,j)=Ck ,(2i,2j)vCp 1(2i,2j+1)vCk 1 (2i+1,2j)vCp 1(2iT1,2j+1) -relation dans laquelle k E(O,K), avec K entier, tel que 2 K >_ tg( I 0'~ ) T'â~ , et la valeur maximale du roulis résiduel précédemment définie.
Les pixels sont considérés comme des booléens (la proposition est vrai s'il y a présence de contours, fausse dans le cas contraire).
Le paramètre TâXest le maximum des tailles de IP
selon les axes orthonormés X et Y.
Le nombre de points non nuls (c'est-à-dire le nombre de points de contours) dans l'image Ck" est noté _(2k' Sur la voie inférieure (traitement de l'image issue du capteur grand champ C2), les gradients calculés par le module 310 (figure 5) sont transmis sur une entrée du module 33.
Le module 36 permet l'établissement de l'image des distances au contour le plus proche. Cette image est constituée à partir de l'image des contours de l'image grand champ donnée par le capteur C2. Pour ce faire, on peut utiliser une méthode algorithmique connue, par exemple celle divulguée par l'article de Gunilla BORGEFORS, intitulé :"Hierarchical Chamfer Matching : A parametric edge matching algorithm", paru dans "IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence", novembre 1988, Vol 10, n 6, pages 849-865, auquel on se reportera avec profit.
19 Le module 37 permet d'établir la pyramide des images dites de "chamfer" calculées à partir de l'image fournie par le module précédent 36.
Pour des raisons de vitesse d'exécution, la constitution de la pyramide consiste à utiliser l'image des distances de "chamfer" constituée à partir de l'image des contours de l'image grand champ D~ déterminée par le module 36 au niveau maximal de résolution et de constituer la suite d'images D de la pyramide conformément à la relation (8) suivante DG
(i, j) = Max(DG
1(2i,2 j)>DG, (2i,21 + 1), D~1 (2i + 1,2 j),D~, (2i + 1,2 j+ 1))diti~ 2, relation dans laquelle r E[0,R], avec R = K + q, et div représente la fonction division entière.
Le module de corrélation 33 est en réalité subdivisé
en deux modules, comme il a été indiqué.
Le module dit "gros", 33G, est représenté sous forme de bloc diagramme par la figure 7, et comprend trois sous-modules en cascade : 330 à 332.
Le module 33G réalise une corrélation valuée, au même niveau de résolution, entre les images de la pyramide de contour de l'image petit champ et les images de la pyramide des images de distances aux contours obtenues à
partir de l'image grand champ.
Le sous-module d'entrée 330 permet la constitution de la nappe de corrélation Nk(u, v), conformément à la relation suivante :
NK (DR (i, J ) - C; (i ;- 11, j + i')) ( 9 ) , relation dans laquelle, u et v sont des coordonnées orthogonales dans la nappe de corrélation, avec Ukf < U < Tlkup et i~inf < v~ VfsUP ~ inégalités dans lesquelles VKnf et UKnf sont typiquement égaux à -2, et VK"p et UK"p sont typiquement égaux à +2.
Le module 331 est destiné à la sélection des minimas locaux. Cette sélection est réalisée en deux étapes.
5 on sélectionne d'abord des couples (u, v) tels que N(u,v) présente un minimum local et N(tr~P i~) _< S. S est un K
seuil qui dépend de la densité spectrale de l'image d'entrée. On détermine le seuil S par une procédure classique de calibrage du dispositif de traitement d'images.
10 L'ensemble des minimas locaux au niveau K de la pyramide est noté EEK
Enfin, dans le module 332, on effectue, par un processus itératif, la remontée des niveaux des pyramides et un filtrage des valeurs.
15 Pour tout niveau n de la pyramide des images CA, on constitue un ensemble ---:r, comme indiqué ci-après.
Pour tout couple (u,v) de n+l, on calcule une nappe de corrélation Nn réduite à 4 points, au niveau n, tel que Nn(W'V)-~~(Dny(',.I)- Cn(lTW,.l+-'')1 (10), 1 j
Pour des raisons de vitesse d'exécution, la constitution de la pyramide consiste à utiliser l'image des distances de "chamfer" constituée à partir de l'image des contours de l'image grand champ D~ déterminée par le module 36 au niveau maximal de résolution et de constituer la suite d'images D de la pyramide conformément à la relation (8) suivante DG
(i, j) = Max(DG
1(2i,2 j)>DG, (2i,21 + 1), D~1 (2i + 1,2 j),D~, (2i + 1,2 j+ 1))diti~ 2, relation dans laquelle r E[0,R], avec R = K + q, et div représente la fonction division entière.
Le module de corrélation 33 est en réalité subdivisé
en deux modules, comme il a été indiqué.
Le module dit "gros", 33G, est représenté sous forme de bloc diagramme par la figure 7, et comprend trois sous-modules en cascade : 330 à 332.
Le module 33G réalise une corrélation valuée, au même niveau de résolution, entre les images de la pyramide de contour de l'image petit champ et les images de la pyramide des images de distances aux contours obtenues à
partir de l'image grand champ.
Le sous-module d'entrée 330 permet la constitution de la nappe de corrélation Nk(u, v), conformément à la relation suivante :
NK (DR (i, J ) - C; (i ;- 11, j + i')) ( 9 ) , relation dans laquelle, u et v sont des coordonnées orthogonales dans la nappe de corrélation, avec Ukf < U < Tlkup et i~inf < v~ VfsUP ~ inégalités dans lesquelles VKnf et UKnf sont typiquement égaux à -2, et VK"p et UK"p sont typiquement égaux à +2.
Le module 331 est destiné à la sélection des minimas locaux. Cette sélection est réalisée en deux étapes.
5 on sélectionne d'abord des couples (u, v) tels que N(u,v) présente un minimum local et N(tr~P i~) _< S. S est un K
seuil qui dépend de la densité spectrale de l'image d'entrée. On détermine le seuil S par une procédure classique de calibrage du dispositif de traitement d'images.
10 L'ensemble des minimas locaux au niveau K de la pyramide est noté EEK
Enfin, dans le module 332, on effectue, par un processus itératif, la remontée des niveaux des pyramides et un filtrage des valeurs.
15 Pour tout niveau n de la pyramide des images CA, on constitue un ensemble ---:r, comme indiqué ci-après.
Pour tout couple (u,v) de n+l, on calcule une nappe de corrélation Nn réduite à 4 points, au niveau n, tel que Nn(W'V)-~~(Dny(',.I)- Cn(lTW,.l+-'')1 (10), 1 j
20 relation dans laquelle (u', vI) E[2u,2u+1]x(2 v,2 v+1J.
On conserve un point P pour chaque nappe N. Ce point P est celui pour lequel la valeur de la nappe est minimale si celui-ci vérifie la relation Nn(P) <_ S
nP (11), n avec S le seuil précédemment défini.
2t Ainsi on constitue une suite d'ensembles ~j pour j e [O,K-1].
Le point sélectionné par le module "gros" 33G est le point II tel que :
IIE--~o et 'dpE~,,,p#II=>Np(p)>No(n) (12).
Le processus de corrélation peut s'arrêter à cette étape. En effet, le point II constitue le meilleur point sélectionné. On peut afficher dans le dispositif de visualisation 4 un réticule 41 correspondant à l'impact de l'axe de visée A20 de l'arme 2 sur la cible visée, et se superposant à la scène observée 40 par le tireur au travers de l'écran du dispositif 4.
Il est cependant possible d'améliorer encore la précision de la visée. Aussi, selon un autre aspect de la présente invention, applicable à d'autres contextes ou une corrélation est nécessaire, on propose de procéder à une opération de corrélation dite " fine ", utilisant une estimation d'un écart subpixellique entre une fenêtre sélectionnée dans l'image du premier capteur et une fenêtre correspondante sélectionnée dans l'image du deuxième capteur.
on va considérer, comme illustré par le diagramme de la figure 8, une fenêtre F'P de quelques pixels, centrée dans l'image I'G, et une fenêtre FG de centre IT, également de quelques pixels, dans l'image IG. Les pixels sont délimités par des lignes, verticales et horizontales, en traits pointillés, les pixels étant supposés carrés. De façon plus précise, le point TI est le centre du pixel central de la fenêtre FG, et un point O'p, le centre du pixel central de la fenêtre F'P. Le vecteur E représente le décalage entre les deux "grilles" de pixels, sur l'axe II-O'P, c'est-à-dire en amplitude et en direction.
La taille de la fenêtre F'1' est choisie de telle manière à garantir la présence d'une information minimale dans cette fenêtre FP. En d'autres termes, il ne doit pas s'agir d'une zone uniforme. Une indication de l'information peut être obtenue par la vérification de la valeur de la somme des normes des gradients sur cette fenêtre.
La fenêtre FG garantit une marge de 1 pixel autour de la fenêtre FP.
A priori, il n'existe aucune raison pour que les pixels des deux fenêtres coïncident. On*suppose, en effet, que l'image petit champ iP a une résolution intrinsèque supérieure à l'image grand champ IG.
On va donc chercher à estimer l'écart sub-pixellique (E1 E=I sJde positionnement entre le centre de la fenêtre FG et l E,.
le centre de la fenêtre FP.
Compte tenu de la compatibilité des bandes spectrales des deux capteurs à imagerie, C1 et C2, on utilise une équivalence entre l'image de la fenêtre FG et l'image de la fenêtre FP.
De façon générale, si on considère une image numérique quelconque I, de quelques pixels dans les deux dimensions, et un point M égalemen~ compris à l'intérieur de l'image I, on peut définir un vecteur unicolonne IV(M) contenant les valeurs de l'image I sur le voisinage V du point M. Si le point M correspond à un pixel entier, les valeurs sont directement les valeurs des pixels de I, tandis que dans le cas où le point M a des coordonnées sub-pixelliques, les valeurs du vecteur IV(M) sont obtenues par un mécanisme classique d'interpolation. Le choix précis du mécanisme d'interpolation doit être effectué au cas par cas, selon des contraintes propres à l'application spécifique envisagée : vitesse d'exécution, précision du résultat, etc.
Dans le cas du procédé de l'invention, on définit le voisinage V de travail de mêmes tailles selon X et Y que la fenêtre F'P. Le nombre total de points du voisinage V est égal à LV.
On obtient l'identité suivante : FG(II) -=F'P (-E) . Le décalage IWIJ est inférieur à un pixel.
P
On définit H= v V , matrice de Lv lignes et 5~ o' de 2 colonnes. On obtient alors la relation suivante F' (-E) = F'P (OP ) + H -(-E) (13 ) , et E = -(HT H) = HT = (Fc' (OG ) - F'~ (OP )) (14).
Le point OG est équivalent au point II, mais constitue une origine d'un repère pour F =
Pour tirer parti de la résolution intrinsèque supérieure de iP, On réalise une opération de grossissement de la fenêtre FG d 'un facteur Q. Cette opération est réalisée par un processus d'interpolation classique, par exemple bilinéaire ou bicubique. La fenêtre résultante est appelée GG.
Fp est une fenêtre centrée de IP, de taille en X
(respectivement en Y) égale à la taille de F'P multipliée par Q.
A partir de l'écart E calculé précédemment, on trouve, par translation, un point II1. II1 correspond au centre d'un pixel de la fenêtre GG dont les coordonnées entières sont la meilleure approximation possible de l'écart E. Les coordonnées de ce point E1 sont les suivantes :
XIT1= arrondi (Q.Ex) (15), et YII1= arrond i( Q. Ey ) (16).
On va chercher à estimer l'écart sub-pixellique E, de positionnement entre rIl et le centre de la fenêtre FP, en utilisant la même approche que précédemment.
Pour ce faire, on définit un voisinage W de travail de mêmes tailles selon X et Y que la fenêtre Fp.
Le nombre total de points du voisinage W est égal à I,W = On obtient alors l'identité : G (rl~ II,p, E, ) Comme précédemment on définit H=I une Or matrice de LW lignes et de 2 colonnes.
On obtient alors la relation suivante Fw (-El ) = FW (OP ) + H 1 = (-E1 (17), et E, = -(HT H) . HT = (F,ç (OG ) - F,p (OP)) (18).
E1 est un écart réduit par rapport à E. On peut afficher, sur l'écran de l'organe de visualisation 4, un réticule 41 positionné au point (II-E-E1) par rapport à un point qui correspond au centre du champ du capteur grand champ C2.
Le point !I est obtenu avec une précision typique de l'ordre de 2 à 3 pixels sur l'image grand champ. L'écart E
correspond à 1 pixel de la résolution de l'image petit champ. On peut donc obtenir une précision dans le positionnement du réticule 41 typiquement dans la gamme de 2 à 3 mrad, ce qui correspond à l'objectif que se fixe le procédé selon l'invention.
A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés.
Le procédé d'aide au tir permet tout à la fois d'obtenir une grande précision de visée et une grande rapidité, puisqu'il n'exige pas un épaulement de l'arme. En 25' outre, selon une autre caractéristique avantageuse, le processus, puisqu'il ne s'accompagne pas d'émission d'énergie radiante, reste tout à fait discret. En d'autres termes, même si la cible dispose d'un capteur sensible aux longueurs d'ondes utilisées, elle ne pourra détecter le tireur, du moins du fait de la mise en oeuvre du procédé
propre à l'invention.
Il doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures lA à 8.
En particulier, les valeurs numériques n'ont été
précisées que pour fixer les idées. Elles dépendent essentiellement de l'application précise visée.
De même, les composants utilisables . capteurs d'imagerie, circuits électroniques pour le traitement des signaux numériques, etc., participent d'un simple choix technologique à la portée de l'Homme du Métier. Notamment, comme il a été indiqué, plusieurs types et technologies de capteurs d'imagerie peuvent être utilisés, en particulier en fonction du choix des longueurs d'ondes mises en oeuvre (visible ou infrarouge).
TABLE DES NOTATIONS
C; Image au niveau k de la pyramide des contours de l'image petit champ IG Image Grand Champ IP Image Petit Champ (résolution initiale et axes parallèles aux axes de IG) I'P Image Petit Champ (résolution de IG et axes parallèles aux axes de IG) CIG Champ instantané de l'image IG
CIp Champ instantané de l'image IP
CIGBrute Image brute du capteur grand champ CIPBrute Image brute du capteur petit champ GX, Gy Images des gradients en X et en Y
R Niveau maximum de la pyramide de contour de l'image petit champ NG Image de la norme des gradients OG Image de l'orientation des gradients Di Image au niveau k de la pyramide des images de distances aux contours de l'image grand champ NV Nappe de corrélation valuée au niveau v de la pyramide de contour de l'image petit champ çlA Nombre de points non nuls de l'image CA
Ensemble des minimas au niveau v de la pyramide de contour de l'image petit champ
On conserve un point P pour chaque nappe N. Ce point P est celui pour lequel la valeur de la nappe est minimale si celui-ci vérifie la relation Nn(P) <_ S
nP (11), n avec S le seuil précédemment défini.
2t Ainsi on constitue une suite d'ensembles ~j pour j e [O,K-1].
Le point sélectionné par le module "gros" 33G est le point II tel que :
IIE--~o et 'dpE~,,,p#II=>Np(p)>No(n) (12).
Le processus de corrélation peut s'arrêter à cette étape. En effet, le point II constitue le meilleur point sélectionné. On peut afficher dans le dispositif de visualisation 4 un réticule 41 correspondant à l'impact de l'axe de visée A20 de l'arme 2 sur la cible visée, et se superposant à la scène observée 40 par le tireur au travers de l'écran du dispositif 4.
Il est cependant possible d'améliorer encore la précision de la visée. Aussi, selon un autre aspect de la présente invention, applicable à d'autres contextes ou une corrélation est nécessaire, on propose de procéder à une opération de corrélation dite " fine ", utilisant une estimation d'un écart subpixellique entre une fenêtre sélectionnée dans l'image du premier capteur et une fenêtre correspondante sélectionnée dans l'image du deuxième capteur.
on va considérer, comme illustré par le diagramme de la figure 8, une fenêtre F'P de quelques pixels, centrée dans l'image I'G, et une fenêtre FG de centre IT, également de quelques pixels, dans l'image IG. Les pixels sont délimités par des lignes, verticales et horizontales, en traits pointillés, les pixels étant supposés carrés. De façon plus précise, le point TI est le centre du pixel central de la fenêtre FG, et un point O'p, le centre du pixel central de la fenêtre F'P. Le vecteur E représente le décalage entre les deux "grilles" de pixels, sur l'axe II-O'P, c'est-à-dire en amplitude et en direction.
La taille de la fenêtre F'1' est choisie de telle manière à garantir la présence d'une information minimale dans cette fenêtre FP. En d'autres termes, il ne doit pas s'agir d'une zone uniforme. Une indication de l'information peut être obtenue par la vérification de la valeur de la somme des normes des gradients sur cette fenêtre.
La fenêtre FG garantit une marge de 1 pixel autour de la fenêtre FP.
A priori, il n'existe aucune raison pour que les pixels des deux fenêtres coïncident. On*suppose, en effet, que l'image petit champ iP a une résolution intrinsèque supérieure à l'image grand champ IG.
On va donc chercher à estimer l'écart sub-pixellique (E1 E=I sJde positionnement entre le centre de la fenêtre FG et l E,.
le centre de la fenêtre FP.
Compte tenu de la compatibilité des bandes spectrales des deux capteurs à imagerie, C1 et C2, on utilise une équivalence entre l'image de la fenêtre FG et l'image de la fenêtre FP.
De façon générale, si on considère une image numérique quelconque I, de quelques pixels dans les deux dimensions, et un point M égalemen~ compris à l'intérieur de l'image I, on peut définir un vecteur unicolonne IV(M) contenant les valeurs de l'image I sur le voisinage V du point M. Si le point M correspond à un pixel entier, les valeurs sont directement les valeurs des pixels de I, tandis que dans le cas où le point M a des coordonnées sub-pixelliques, les valeurs du vecteur IV(M) sont obtenues par un mécanisme classique d'interpolation. Le choix précis du mécanisme d'interpolation doit être effectué au cas par cas, selon des contraintes propres à l'application spécifique envisagée : vitesse d'exécution, précision du résultat, etc.
Dans le cas du procédé de l'invention, on définit le voisinage V de travail de mêmes tailles selon X et Y que la fenêtre F'P. Le nombre total de points du voisinage V est égal à LV.
On obtient l'identité suivante : FG(II) -=F'P (-E) . Le décalage IWIJ est inférieur à un pixel.
P
On définit H= v V , matrice de Lv lignes et 5~ o' de 2 colonnes. On obtient alors la relation suivante F' (-E) = F'P (OP ) + H -(-E) (13 ) , et E = -(HT H) = HT = (Fc' (OG ) - F'~ (OP )) (14).
Le point OG est équivalent au point II, mais constitue une origine d'un repère pour F =
Pour tirer parti de la résolution intrinsèque supérieure de iP, On réalise une opération de grossissement de la fenêtre FG d 'un facteur Q. Cette opération est réalisée par un processus d'interpolation classique, par exemple bilinéaire ou bicubique. La fenêtre résultante est appelée GG.
Fp est une fenêtre centrée de IP, de taille en X
(respectivement en Y) égale à la taille de F'P multipliée par Q.
A partir de l'écart E calculé précédemment, on trouve, par translation, un point II1. II1 correspond au centre d'un pixel de la fenêtre GG dont les coordonnées entières sont la meilleure approximation possible de l'écart E. Les coordonnées de ce point E1 sont les suivantes :
XIT1= arrondi (Q.Ex) (15), et YII1= arrond i( Q. Ey ) (16).
On va chercher à estimer l'écart sub-pixellique E, de positionnement entre rIl et le centre de la fenêtre FP, en utilisant la même approche que précédemment.
Pour ce faire, on définit un voisinage W de travail de mêmes tailles selon X et Y que la fenêtre Fp.
Le nombre total de points du voisinage W est égal à I,W = On obtient alors l'identité : G (rl~ II,p, E, ) Comme précédemment on définit H=I une Or matrice de LW lignes et de 2 colonnes.
On obtient alors la relation suivante Fw (-El ) = FW (OP ) + H 1 = (-E1 (17), et E, = -(HT H) . HT = (F,ç (OG ) - F,p (OP)) (18).
E1 est un écart réduit par rapport à E. On peut afficher, sur l'écran de l'organe de visualisation 4, un réticule 41 positionné au point (II-E-E1) par rapport à un point qui correspond au centre du champ du capteur grand champ C2.
Le point !I est obtenu avec une précision typique de l'ordre de 2 à 3 pixels sur l'image grand champ. L'écart E
correspond à 1 pixel de la résolution de l'image petit champ. On peut donc obtenir une précision dans le positionnement du réticule 41 typiquement dans la gamme de 2 à 3 mrad, ce qui correspond à l'objectif que se fixe le procédé selon l'invention.
A la lecture de ce qui précède, on constate aisément que l'invention atteint bien les buts qu'elle s'est fixés.
Le procédé d'aide au tir permet tout à la fois d'obtenir une grande précision de visée et une grande rapidité, puisqu'il n'exige pas un épaulement de l'arme. En 25' outre, selon une autre caractéristique avantageuse, le processus, puisqu'il ne s'accompagne pas d'émission d'énergie radiante, reste tout à fait discret. En d'autres termes, même si la cible dispose d'un capteur sensible aux longueurs d'ondes utilisées, elle ne pourra détecter le tireur, du moins du fait de la mise en oeuvre du procédé
propre à l'invention.
Il doit être clair cependant que l'invention n'est pas limitée aux seuls exemples de réalisations explicitement décrits, notamment en relation avec les figures lA à 8.
En particulier, les valeurs numériques n'ont été
précisées que pour fixer les idées. Elles dépendent essentiellement de l'application précise visée.
De même, les composants utilisables . capteurs d'imagerie, circuits électroniques pour le traitement des signaux numériques, etc., participent d'un simple choix technologique à la portée de l'Homme du Métier. Notamment, comme il a été indiqué, plusieurs types et technologies de capteurs d'imagerie peuvent être utilisés, en particulier en fonction du choix des longueurs d'ondes mises en oeuvre (visible ou infrarouge).
TABLE DES NOTATIONS
C; Image au niveau k de la pyramide des contours de l'image petit champ IG Image Grand Champ IP Image Petit Champ (résolution initiale et axes parallèles aux axes de IG) I'P Image Petit Champ (résolution de IG et axes parallèles aux axes de IG) CIG Champ instantané de l'image IG
CIp Champ instantané de l'image IP
CIGBrute Image brute du capteur grand champ CIPBrute Image brute du capteur petit champ GX, Gy Images des gradients en X et en Y
R Niveau maximum de la pyramide de contour de l'image petit champ NG Image de la norme des gradients OG Image de l'orientation des gradients Di Image au niveau k de la pyramide des images de distances aux contours de l'image grand champ NV Nappe de corrélation valuée au niveau v de la pyramide de contour de l'image petit champ çlA Nombre de points non nuls de l'image CA
Ensemble des minimas au niveau v de la pyramide de contour de l'image petit champ
Claims (17)
1. ~Procédé d'aide à la visée pour arme légère portée par un tireur, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- ~l'acquisition d'une première image à l'aide d'un premier capteur d'image (C1), associé à un premier champ et fixé à ladite arme, et dont l'axe optique est lié
mécaniquement à l'axe du canon de l'arme ; ladite première image représentant une scène avant, vue dudit canon ;
- ~l'acquisition d'une seconde image à l'aide d'un second capteur d'image (C2), associé à un second champ et porté par la tête dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant observée par celui-ci et susceptible de contenir une cible ;
- ~l'acquisition par des capteurs d'orientation (5,6) portés respectivement par l'arme et par la tête du tireur, d'une estimation des écarts angulaires entre le champ observé par le tireur et le champ vu par le capteur porté
par l'arme ;
- ~la corrélation des images des deux capteurs pour déterminer la position du champ vu par le premier capteur d'image dans le champ vu par le deuxième capteur, et pour déterminer en particulier la position dans l'image du deuxième capteur d'un point de la première image représentant la ligne de visée de l'arme, la corrélation utilisant l'écart angulaire estimé précédemment ;
- ~l'affichage sur un visuel de casque, à une position correspondante, d'un symbole représentant cette ligne de visée.
- ~l'acquisition d'une première image à l'aide d'un premier capteur d'image (C1), associé à un premier champ et fixé à ladite arme, et dont l'axe optique est lié
mécaniquement à l'axe du canon de l'arme ; ladite première image représentant une scène avant, vue dudit canon ;
- ~l'acquisition d'une seconde image à l'aide d'un second capteur d'image (C2), associé à un second champ et porté par la tête dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant observée par celui-ci et susceptible de contenir une cible ;
- ~l'acquisition par des capteurs d'orientation (5,6) portés respectivement par l'arme et par la tête du tireur, d'une estimation des écarts angulaires entre le champ observé par le tireur et le champ vu par le capteur porté
par l'arme ;
- ~la corrélation des images des deux capteurs pour déterminer la position du champ vu par le premier capteur d'image dans le champ vu par le deuxième capteur, et pour déterminer en particulier la position dans l'image du deuxième capteur d'un point de la première image représentant la ligne de visée de l'arme, la corrélation utilisant l'écart angulaire estimé précédemment ;
- ~l'affichage sur un visuel de casque, à une position correspondante, d'un symbole représentant cette ligne de visée.
2. ~Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le symbole est affiché sous forme collimatée à
l'infini.
l'infini.
3. ~Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le symbole est affiché en superposition avec la scène directement observée par le tireur.
4. ~Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les capteurs d'orentation comprennent chacun un capteur de cap et un inclinomètre deux axes.
5. ~Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape préliminaire consistant, à partir de l'estimation des écarts angulaires, en l'estimation de l'écart d'orientation des lignes de visée (.DELTA.C1, .DELTA.C2) desdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'image, au moins en sens et direction, de manière à afficher sur ledit organe de visualisation (4) un second symbole déterminé (42) indiquant audit tireur la direction suivant laquelle il doit déplacer ledit canon (20) de l'arme (2).
6. ~Procédé selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ladite arme (2) étant tenue à la main par le tireur, la corrélation utilise une estimée d'un vecteur de translation (T) entre les positions des deux capteurs d'image, ce vecteur ayant une borne supérieure estimée à environ 1 mètre.
7. ~Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que ledit premier champ dudit premier capteur (C1) d'image est inférieur audit second champ dudit second capteur (C2) d'image, en ce que, lesdites première et seconde images étant analogiques, ladite acquisition comprend la conversion analogique/numérique (30, 34) des signaux de sortie desdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'image, de manière à construire deux images numériques associées à
des premier (TR C1) et second (TR C2) référentiels orthonormés, représentant respectivement les images issues desdits premier (C1) et second (C2) capteurs en imagerie, en ce qu'il est procédé à une étape consistant en la construction, à partir de l'image numérique issue dudit premier capteur à imagerie (C1), et par application de ladite matrice de rotation, d'au moins une première image numérique dérivée (I P), de même référentiel orthonormé que l'image numérique (I G) issue dudit second capteur (C2), dont le champ instantané est proportionnel, par un facteur Q, au champ instantané de ladite image numérique issue du second capteur à imagerie (I P), Q étant un entier, et en ce qu'il est procédé à des étapes subséquentes de traitement d'image comprenant la corrélation (33) de ladite image numérique dérivée et de ladite image numérique issue dudit second capteur en imagerie, pour déterminer la position dudit premier champ dudit premier capteur d'image (C1) dans ladite seconde image acquise par ledit second capteur (C2) d'image et la position de ladite ligne de visée dans cette seconde image.
des premier (TR C1) et second (TR C2) référentiels orthonormés, représentant respectivement les images issues desdits premier (C1) et second (C2) capteurs en imagerie, en ce qu'il est procédé à une étape consistant en la construction, à partir de l'image numérique issue dudit premier capteur à imagerie (C1), et par application de ladite matrice de rotation, d'au moins une première image numérique dérivée (I P), de même référentiel orthonormé que l'image numérique (I G) issue dudit second capteur (C2), dont le champ instantané est proportionnel, par un facteur Q, au champ instantané de ladite image numérique issue du second capteur à imagerie (I P), Q étant un entier, et en ce qu'il est procédé à des étapes subséquentes de traitement d'image comprenant la corrélation (33) de ladite image numérique dérivée et de ladite image numérique issue dudit second capteur en imagerie, pour déterminer la position dudit premier champ dudit premier capteur d'image (C1) dans ladite seconde image acquise par ledit second capteur (C2) d'image et la position de ladite ligne de visée dans cette seconde image.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, lesdites images numériques issues desdits premier (C1) et second (C2) capteurs à imagerie comprenant des zones non uniformes (Ar, Bt), les étapes de traitement d'image comprennent au moins les étapes suivantes :
- une étape (31, 35) d'extraction de contours (CAr, CBt) desdites zones non uniformes (Ar, Bt), de manière à
générer une liste de points de coordonnées de ladite image numérique correspondant auxdits contours et à les associer à une valeur numérique déterminée ;
- pour l'image numérique issue dudit premier capteur (C1), une étape (32) consistant à établir, à partir de l'image desdits contours (CAr, CBt), une suite d'images formant une pyramide des contours, sur un nombre de niveaux déterminé ;
- pour l'image numérique issue dudit second capteur d'image (C2), une étape (36, 37) consistant à établir, à
partir de l'image desdits contours (CAr, CBt) et pour chaque point de l'image, une image des distances au contour le plus proche et, à partir de cette image des distances au contour le plus proche, une suite d'images formant une pyramide des distances de contours, sur un nombre de niveaux déterminé ; et - une étape de corrélation valuée (33) entre ladite suite d'images formant une pyramide des contours et ladite suite d'images formant une pyramide des distances de contours, de manière à sélectionner un point de ladite image numérique issue dudit second capteur d'image (C2) constituant la position le plus proche du centre du champ de cette image, et à afficher, sur ledit organe de visualisation (4), ledit premier symbole (41) déterminé, à cette position de ladite seconde image, en superposition de ladite scène avant observée (40).
- une étape (31, 35) d'extraction de contours (CAr, CBt) desdites zones non uniformes (Ar, Bt), de manière à
générer une liste de points de coordonnées de ladite image numérique correspondant auxdits contours et à les associer à une valeur numérique déterminée ;
- pour l'image numérique issue dudit premier capteur (C1), une étape (32) consistant à établir, à partir de l'image desdits contours (CAr, CBt), une suite d'images formant une pyramide des contours, sur un nombre de niveaux déterminé ;
- pour l'image numérique issue dudit second capteur d'image (C2), une étape (36, 37) consistant à établir, à
partir de l'image desdits contours (CAr, CBt) et pour chaque point de l'image, une image des distances au contour le plus proche et, à partir de cette image des distances au contour le plus proche, une suite d'images formant une pyramide des distances de contours, sur un nombre de niveaux déterminé ; et - une étape de corrélation valuée (33) entre ladite suite d'images formant une pyramide des contours et ladite suite d'images formant une pyramide des distances de contours, de manière à sélectionner un point de ladite image numérique issue dudit second capteur d'image (C2) constituant la position le plus proche du centre du champ de cette image, et à afficher, sur ledit organe de visualisation (4), ledit premier symbole (41) déterminé, à cette position de ladite seconde image, en superposition de ladite scène avant observée (40).
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape d'extraction de contours (CAr, CBt) desdites zones non uniformes (Ar, Bt) desdites images numériques issues desdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'image comprend les sous-étapes suivantes :
- la détermination (310) des images de gradients suivant deux axes de coordonnées orthonormées liés auxdites images numériques ;
- la détermination (311) de la norme desdits gradients en chaque point desdites images ;
- la détermination (312) de l'orientation desdits gradients en chaque point desdites images ; et - l'établissement (313, 314), à partir desdites normes et desdites orientations de gradients, d'une liste de points de contours.
- la détermination (310) des images de gradients suivant deux axes de coordonnées orthonormées liés auxdites images numériques ;
- la détermination (311) de la norme desdits gradients en chaque point desdites images ;
- la détermination (312) de l'orientation desdits gradients en chaque point desdites images ; et - l'établissement (313, 314), à partir desdites normes et desdites orientations de gradients, d'une liste de points de contours.
10. ~Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite étape de corrélation valuée (33G) comprend les sous-étapes suivantes :
- la constitution (330), à partir de ladite suite d'images formant une pyramide des contours et de ladite suite d'images formant une pyramide des distances de contours, d'une nappe de corrélation ;
- la sélection (331, 332) dans ladite nappe de valeurs représentant des minimas locaux inférieurs à un seuil déterminé, pour un desdits niveaux de pyramide, et la constitution, à chaque niveau desdites pyramides, d'un ensemble de minimas locaux ; et - sélection d'un point (.pi.) correspondant au plus petit des minimas pour estimer la position du centre d'une zone de positionnement de ladite image numérique issue dudit premier capteur d'image (C1) dans ladite image numérique issue dudit second capteur d'image (C2), cette position représentant ladite ligne de visée.
- la constitution (330), à partir de ladite suite d'images formant une pyramide des contours et de ladite suite d'images formant une pyramide des distances de contours, d'une nappe de corrélation ;
- la sélection (331, 332) dans ladite nappe de valeurs représentant des minimas locaux inférieurs à un seuil déterminé, pour un desdits niveaux de pyramide, et la constitution, à chaque niveau desdites pyramides, d'un ensemble de minimas locaux ; et - sélection d'un point (.pi.) correspondant au plus petit des minimas pour estimer la position du centre d'une zone de positionnement de ladite image numérique issue dudit premier capteur d'image (C1) dans ladite image numérique issue dudit second capteur d'image (C2), cette position représentant ladite ligne de visée.
11.~Procédé selon les revendications 8 ou 10, caractérisé en ce que ladite étape de corrélation valuée (33G) est suivie d'une étape de corrélation supplémentaire, dite "fine, mettant en oeuvre un algorithme d'estimation de l'écart de positionnement (E), en amplitude et en direction, entre le centre (O'P) de ladite image numérique issue dudit premier capteur d'image (C1) et le centre (.pi.) de ladite zone de positionnement de cette image numérique dans ladite image numérique issue dudit second capteur d'image (C1), le positionnement dudit centre (.pi.) étant obtenu lors de ladite étape de corrélation valuée (33G), et en ce qu'à l'issue de ladite étape supplémentaire, une nouvelle position dudit centre est déterminée par une translation d'amplitude et de direction conforme audit écart (E).
12. ~Système d'aide à la visée destiné à une arme légère portée par un tireur, caractérisé en ce qu'il comprend :
- un premier capteur d'image (C1) permettant d'acquérir ladite première image, ledit premier capteur d'image (C1) étant associé à un premier champ et étant fixé à
ladite arme (2), l'axe optique (.DELTA. C1) de ce capteur (C1) étant lié mécaniquement à l'axe (.DELTA.20) du canon (20) de l'arme (2) et représentant la ligne de visée de cette arme (2) ;
- un second capteur d'image (C2) permettant d'acquérir ladite seconde image, ledit second capteur d'image (C2) étant associé à un second champ et fixé sur la tête (Te) dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant (40) observée par celui-ci, ladite scène (40) étant susceptible de contenir une cible pour ledit tir ;
- des capteurs d'orientation (5,6) permettant de déterminer l'écart angulaire entre la direction de l'arme et la direction de la tête du tireur ;
- un dispositif de traitement de signaux et d'images (3) reçus desdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'imagerie et des capteurs d'orientation (5,6) pour effectuer une corrélation entre les images reçues des deux capteurs d'image, en utilisant l'écart angulaire déterminé, afin de déterminer la position du champ du premier capteur d'image dans le champ du deuxième capteur d'image, - et un organe de visualisation (4) pour l'affichage d'un symbole déterminé (41), matérialisant ladite position de la ligne de visée dans ladite seconde image, ou un second symbole déterminé (42), indiquant audit tireur une direction suivant laquelle il doit déplacer le canon de ladite arme (2), lesdits symboles déterminés (41, 42) étant affichés en superposition à ladite scène avant (40) observée par ledit tireur.
- un premier capteur d'image (C1) permettant d'acquérir ladite première image, ledit premier capteur d'image (C1) étant associé à un premier champ et étant fixé à
ladite arme (2), l'axe optique (.DELTA. C1) de ce capteur (C1) étant lié mécaniquement à l'axe (.DELTA.20) du canon (20) de l'arme (2) et représentant la ligne de visée de cette arme (2) ;
- un second capteur d'image (C2) permettant d'acquérir ladite seconde image, ledit second capteur d'image (C2) étant associé à un second champ et fixé sur la tête (Te) dudit tireur, de manière à englober tout ou partie d'une scène avant (40) observée par celui-ci, ladite scène (40) étant susceptible de contenir une cible pour ledit tir ;
- des capteurs d'orientation (5,6) permettant de déterminer l'écart angulaire entre la direction de l'arme et la direction de la tête du tireur ;
- un dispositif de traitement de signaux et d'images (3) reçus desdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'imagerie et des capteurs d'orientation (5,6) pour effectuer une corrélation entre les images reçues des deux capteurs d'image, en utilisant l'écart angulaire déterminé, afin de déterminer la position du champ du premier capteur d'image dans le champ du deuxième capteur d'image, - et un organe de visualisation (4) pour l'affichage d'un symbole déterminé (41), matérialisant ladite position de la ligne de visée dans ladite seconde image, ou un second symbole déterminé (42), indiquant audit tireur une direction suivant laquelle il doit déplacer le canon de ladite arme (2), lesdits symboles déterminés (41, 42) étant affichés en superposition à ladite scène avant (40) observée par ledit tireur.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé
en ce que ledit organe de visualisation (4) est un visuel de casque comprenant un écran sur lequel sont affichés lesdits symboles déterminés (41, 42) et au travers duquel ledit tireur observe ladite scène avant (40).
en ce que ledit organe de visualisation (4) est un visuel de casque comprenant un écran sur lequel sont affichés lesdits symboles déterminés (41, 42) et au travers duquel ledit tireur observe ladite scène avant (40).
14. Système selon les revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que lesdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'image sont des capteurs du type à charges couplées sensibles à un rayonnement dans le spectre du visible.
15. Système selon les revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que lesdits premier (C1) et second (C2) capteurs d'image sont des capteurs sensibles à un rayonnement dans le spectre de l'infrarouge.
16. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que les capteurs d'orientation comprennent, chacun, un capteur de cap et un inclinomètre deux axes, de manière à générer des données de cap et d'assiette de l'arme et de la tête.
17. Système selon l'une quelconque des revendications 12 à 16, caractérisé en ce que, lesdites première et seconde images étant analogiques, ledit dispositif de traitement de signaux et d'images (3) comprend des modules d'acquisition (30, 34) comprenant un convertisseur analogique/numérique pour chacune desdites images.
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