CH619331A5 - Device for compensating an image movement - Google Patents

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CH619331A5
CH619331A5 CH1510177A CH1510177A CH619331A5 CH 619331 A5 CH619331 A5 CH 619331A5 CH 1510177 A CH1510177 A CH 1510177A CH 1510177 A CH1510177 A CH 1510177A CH 619331 A5 CH619331 A5 CH 619331A5
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CH
Switzerland
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image
vehicle
movement
detector
camera assembly
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Application number
CH1510177A
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English (en)
Inventor
William Edward Hobbs
William James Rowley Clark
Original Assignee
Elliott Brothers London Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/64—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image
    • G02B27/644—Imaging systems using optical elements for stabilisation of the lateral and angular position of the image compensating for large deviations, e.g. maintaining a fixed line of sight while a vehicle on which the system is mounted changes course

Description

La présente invention a pour objet un dispositif de compensation d'un mouvement d'image (C.M.I.) permettant de stabiliser la ligne de visée d'un système d'exploration d'images, par exemple une caméra de télévision, pouvant être monté sur un véhicule, par exemple un véhicule aérien.
Les dispositifs C.M.I. connus ont recours à des accéléromètres angulaires pour mesurer le mouvement d'un assemblage de caméra de télévision, accéléromètres délivrant des tensions analogiques pouvant être utilisées pour compenser le mouvement de la ligne de visée de la caméra par des moyens optiques, méchaniques ou électromagnétiques.
L'utilisation d'accéléromètres angulaires pour mesurer le mouvement d'un assemblage de caméra présente certaines inconvénients. Premièrement, les accéléromètres angulaires sont coûteux. Deuxièmement, ils sont sujets à dérive. Troisièmement, dans certaines applications, par exemple les vues aériennes orientées par rapport à l'avion, l'affichage T.V. est présenté relativement à un systeme de référence local, c'est-à-dire relativement à un système de référence aérien. Les accéléromètres angulaires stabilisent efficacement la ligne de visée de la caméra relativement à des coordonnées spatiales et lorsqu'on désire une vue aérienne orientée, il est nécessaire de procéder à un filtrage du signal de compensation pour éliminer les composantes correspondant aux manœuvres de l'avion, c'est-à-dire aux accélérations angulaires de basse fréquence, tour en conservant les composantes haute fréquence pour la compensation de la ligne de visée. Ce filtrage est difficile à effectuer.
Enfin, les performances haute fréquence d'un accéléromètre angulaire sont considérablement limitées en raison du faible rapport signal-bruit de sorte qu'il n'est généralement pas possible d'obtenir des performances satisfaisantes au-dessus d'une fréquence d'environ 50 Hz.
L'invention a pour but la réalisation d'un dispositif de compensation du mouvement d'image qui évite de devoir utiliser un accéléromètre angulaire.
Le dispoditif de compensation selon l'invention comprend des moyens capteurs pour capter les composantes angulaires de mouvement du système relativement au véhicule et des moyens détecteurs commandés par les moyens cateurs pour fournir des signaux électriques représentant les composantes angulaires.
L'invention a aussi pour objet l'utilisation du dispositif de compensation ci-dessus pour stabiliser la ligne de visée d'un assemblage de caméra de télévision.
Le terme «assemblage de caméra de télévision» est destiné à inclure les composants d'une caméra de télévision dont le mouvement angulaire relativement au véhicule entraîne un mouvement de l'image de télévision. Ce terme peut donc inclure l'ensemble de la caméra ou bien seulement le tube de prise de vues et le bloc de déviation.
De préférence, les moyens capteurs comprennent un réflecteur solidaire de l'assemblage de caméra et une source de lumière liée au véhicule et agencée pour éclairer le réflecteur par réflexion de manière qu'un mouvement angulaire relatif entre le véhicule et l'assemblage de caméra modifie la position de l'image réfléchie de la source. De préférence, le réflecteur est constitué par un réflecteur plan.
De préférence, des moyens de focalisation sont prévus pour focaliser la lumière en provenance de la source sur le réflecteur et la source est disposée dans un plan focal des moyens de focalisation.
De préférence, les moyens de focalisation sont agencés pour recevoir l'image réfléchie et produit une image focalisée de la source de lumière dans ledit plan focal.
De préférence, les moyens de focalisation sont constitués par une lentille autocollimatrice.
De préférence, les moyens détecteurs comprennent un détecteur à quatre quadrants agencé pour décomposer les composantes angulaires d'un mouvement selon deux axes orthogonaux.
De préférence, le détecteur de quadrant est constitué par une cellule en silicium.
Il est préférable de prévoir des moyens élastiques pour monter l'assemblage de caméra sur un véhicule et protéger.ainsi l'assemblage des chocs et vibrations parasites.
Aux dessins annexes, donnés à titre d'exemple:
la figure 1 est une vue en perspective très schématique d'un assemblage de caméra équipé d'un dispositif de compensation d'un mouvement d'image conforme à l'invention ;
la figure 2 est une vue plus détaillée d'un système de captage et de détection que comporte le dispositif de la figure 1 ;
la figure 3 est un schéma explicatif illustrant le fonctionnement d'un détecteur à quadrants que comporte le système de captage et de détection représenté à la figure 1 ; et
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la figure 4 montre un circuit de détection destiné à extraire les signaux de compensation nécessaires, du détecteur à quadrants représenté à la figure 3.
L'assemblage de caméra 1 représenté à la figure 1 est monté, à l'aide d'éléments élastiques 2, sur un plan de référence ' 5 3 faisant partie d'un véhicule mobile. Un miroir plan 4, porté par l'assemblage 1, est éclairé par un faisceau de lumière parallèle formé par une lentille autocollimatrice 6 constituant les moyens de focalisation d'une diode émettrice de lumière 5. La lumière de la diode 5 est réfléchie en arrière par le miroir 10 plan 4, passe à travers la lentille 6, et est focalisée sur un détecteur 7 qui sera décrit plus en détail ci-dessous. La source de lumière 5, la lentille 6 et le miroir 4 constituent les moyens capteurs.
L'assemblage de caméra 1 a une ligne de visée représentée 15 en traits mixtes par la ligne 8. Le mouvement du véhicule provoque un mouvement complexe de l'assemblage de caméra mais ce mouvement comprend des composantes angulaires qui font tourner l'assemblage 1 angulairement autour de la monture 2 relativement au plan de référence 3. Ce mouvement angulaire 2,1 peut être décomposé en deux composantes othogonales représentées par les flèches 9 et qui provoquent une erreur angulaire de la ligne de visée de la caméra, ligne qui se déplace dans une nouvelle position représentée par le trait mixte 10.
*>5
Le dispositif selon l'invention permet de capter directement ces composantes angulaires du mouvement de l'assemblage de caméra 1 relativement au plan de référence 3 du véhicule et, à l'aide du détecteur 7, de décomposer ces composantes en deux composantes orthogonales, ceci en produisant deux signaux électriques permettant de corriger le mouvement d'image provoqué par la rotation de la ligne de visée.
A la figure 2, où les parties correspondantes portent les mêmes indices de référence qu'à la figure 1, le système de captage et de détection du dispositif sont représentés en détail. 35
La ligne en traits mixtes 11 représente l'axe optique de la lentille 6 ; la diode émettrice 5 et le détecteur 7 sont disposés sur le plan de référence 3 du véhicule, de part et d'autre de l'axe 11 et dans un plan focal de la lentille 6.
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A l'état stable, où aucun mouvement angulaire ne se produit entre l'assemblage de caméra 1 et le plan de référence 3 du véhicule, une image de la diode 5 est formée sur le détecteur 7 à la même distance de l'axe 11 que la diode 5. Lorsque le mouvement du véhicule provoque une rotation angulaire de l'assemblage 1 relativement au plan de référence 3, il se produit une rotation correspondante du miroir 4 autour de l'axe 11.
La rotation du miroir 4 provoque un déplacement de l'image de la diode 5 sur le détecteur 7. Ainsi, l'image se déplace en travers du détecteur dans le plan 3, et ce mouvement est détecté de la manière décrite plus loin pour former des signaux électriques destinés à corriger le mouvement de l'image et à stabiliser la ligne de visée de la caméra en suite de la rotation angulaire.
Si le miroir 4 tourne autour de l'axe 11 d'un angle d0 et que la lentille collimatrice 6 a une distance focale f, le déplacement dD de l'image en travers de détecteur 7 est donné par dD= 2fd0.
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Ces moyens capteurs ne sont sensibles qu'à la rotation angulaire du miroir 4 autour de son centre, c'est-à-dire de l'axe 11, relativement au plan à angle droit de cet axe 11. Ils ne sont 6« pas sensibles au mouvement latéral du miroir dans son propre plan ou le long de l'axe 11 ni à la rotation du miroir 4 autour de l'axe 11 dans le plan perpendiculaire à l'axe 11. En conséquence, seules les composantes angulaires de la rotation de
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l'assemblage 1 relativement au plan 3 sont mesurées et aucune des composantes latérales.
Le détecteur 7 détecte le mouvement de l'image dans le plan 3 et décompose ce mouvement en deux composantes orthogonales de manière à produire des signaux électriques à partir desquels on peut obtenir des signaux de compensation du mou-ement d'image. Pour obtenir cette fonction on utilise de préférence le détecteur à quadrants représenté à la figure 3.
On voit dans cette dernière que le détecteur 7 est contitué par une cellule en silicium, connue, à quatre quadrants A, B, C, et D dont chacun produit une tension de sortie, fonction de la position d'une image lumineuse 12 tombant sur le détecteur.
L'image lunimeuse 12 est, dans le cas présent, l'image de la diode 5 formée par les moyens capteurs et la position de cette image variera, comme expliqué ci-dessu, avec le mouvement angulaire de l'assemblage de caméra 1. Le détecteur 7 décompose le mouvement de cette image en composantes orthogonales et en combinant de façon appropriée les tensions de sortie des différents quadrants on peut obtenir deux tensions analogiques Vx et Vy qui représentent les composantes obtenues.
Si les tensions de sortie des quadrants A, B, C et D sont VA, VB, Vc et VD respectivement on a alors
Vxoc(VB +VC)-(VA +VD)
Vyoc(VA+VB)-(Vc+VD)
Le circuit détecteur destiné à extraire Vx et Vy est représenté à la figure 4.
Dans cette dernière, les signaux de sortie des quadrants A et B constituent les signaux d'entrée d'un additionneur 13 destiné à produire un signal (VA+VB). Le signal de sortie (VA+VB) de l'additionneur 13 est appliqué par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon 14, à l'entrée positive d'un soustracteur 15.
Un second additionneur 16 reçoit des signaux d'entrée VA et VD en provenance des quadrants A et D respectivement et produit un signal (VA+VD) qui est appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon 17, à l'entrée négative d'un second soustracteur 18.
Un troisième additionneur 19 reçoit des signaux d'entrée Vc et VD en provenance des quadrants C et D respectivement, et produit un signal (Vc+VD) qui est appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon 20, à la deuxième entrée, soit à l'entrée négative, du soustracteur 15.
Un quatrième additionneur 21 reçoit de façon analogue des signaux d'entrée VB et Vc en provenance des quadrants B et C respectivement, et produit un signal de sortie (VB+VD) qui est appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur tampon 22, à l'entrée positive du soustracteur 18.
Les soustracteurs 15 et 18 produisent des signaux de sortie aux bornes 23 et 24, qui représentent respectivement Vy et Vx.
Ces tensions Vx et Vy peuvent être appliquées à des enroulements déflecteurs coopérant avec le tube de prise de vues pour décaler l'image d'une quantité propre à compenser le mouvement d'image dû à la rotation angulaire détectée.
Dans le cas particulier où une caméra de télévision doit travailler avec un faible éclairement et où un amplificateur d'image précède le tube, les tensions Vx et Vy peuvent être utilisées pour produire le courant de commande d'une paire de bobines déflectrices montées sur l'amplificateur d'image couplé au tube de télévision sensible à un bas niveau lumineux de manière à déflecter les photo-électrons formant l'image le long des mêmes axes, afin de stabiliser l'image sur le tube de prise de vues.
C
2 feuilles dessins

Claims (11)

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    2
    REVENDICATIONS
    1. Dispositif de compensation d'un mouvement d'image permettant de stabiliser la ligne de visée d'un système d'exploration d'images pouvant être monté sur un véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens capteurs pour capter les composantes angulaires du mouvement du système relativement au véhicule et des moyens détecteurs commandés par les moyens capteurs pour fournir des signaux électriques représentant les composantes angulaires.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens capteurs comprennent un réflecteur mobile avec l'assemblage de caméra et une source de lumière mobile avec le véhicule et agencée pour éclairer le réflecteur et produit une image réfléchie de la source de manière qu'un mouvement angulaire relatif entre le véhicule et l'assemblage de caméra produise un mouvement de l'image réfléchie.
  3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réflecteur est constitué par un réflecteur plan.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que des moyens de focalisation sont prévus pour focaliser la lumière en provenance de la source sur le réflecteur et en ce que la source est située dans un plan focal des moyens de focalisation.
  5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de focalisation sont agencés pour recevoir l'image réfléchie et produire une image focalisée de la source de lumière dans le plan focal.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens de focalisation sont constitués par une lentille autocollimatrice.
  7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens détecteurs comprennent un détecteur à quadrants agencé pour décomposer les composantes angulaires d'un mouvement selon deux axes orthogonaux.
  8. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le détecteur à quadrants est constitué par une cellule en silicium.
  9. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des moyens élastiques sont prévus pour monter l'assemblage de caméra sur un véhicule.
  10. 10. Utilisation du dispositif selon la revendication 1 pour stabiliser la ligne de visée d'un assemblage de caméra de télévision.
  11. 11. Utilisation selon la revendication 10, dans laquelle l'assemblage de caméra de télévision est constitué par une partie seulement d'une caméra de télévision, partie qui comprend le tube de prise de vues et son bloc de déviation.
CH1510177A 1976-12-09 1977-12-09 Device for compensating an image movement CH619331A5 (en)

Applications Claiming Priority (1)

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GB5154476A GB1548266A (en) 1976-12-09 1976-12-09 Image motion compensation system

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CH (1) CH619331A5 (fr)
DE (1) DE2710738C2 (fr)
FR (1) FR2373826A1 (fr)
GB (1) GB1548266A (fr)
NL (1) NL7713588A (fr)
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FR2373826B1 (fr) 1983-01-28
FR2373826A1 (fr) 1978-07-07
GB1548266A (en) 1979-07-11
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