EP0225205A1 - System for the optical processing of light images - Google Patents

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Publication number
EP0225205A1
EP0225205A1 EP86402259A EP86402259A EP0225205A1 EP 0225205 A1 EP0225205 A1 EP 0225205A1 EP 86402259 A EP86402259 A EP 86402259A EP 86402259 A EP86402259 A EP 86402259A EP 0225205 A1 EP0225205 A1 EP 0225205A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
semi
modulator
processing system
image processing
reflecting plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP86402259A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jean-Pierre THOMSON-CSF Huignard
Gérard THOMSON - CSF Coussot
Bruno THOMSON - CSF Mourey
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0225205A1 publication Critical patent/EP0225205A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06E—OPTICAL COMPUTING DEVICES; COMPUTING DEVICES USING OTHER RADIATIONS WITH SIMILAR PROPERTIES
    • G06E3/00—Devices not provided for in group G06E1/00, e.g. for processing analogue or hybrid data
    • G06E3/001—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements
    • G06E3/005—Analogue devices in which mathematical operations are carried out with the aid of optical or electro-optical elements using electro-optical or opto-electronic means

Definitions

  • the invention relates to a system for optical processing of light images. It relates more particularly to a device for coherent optical image processing and is based on the use of an optical valve with electrical access.
  • the invention using the filtering principle thus described, makes it possible to produce a more compact optical image processing system because it does not require an alignment of the optical axes of the lenses.
  • its operation while being compatible with its operation at video rate, allows permanent memory of the filter.
  • the invention relates to an optical processing system for light images comprising: - a coherent light source located in the focal plane of a first lens and illuminating, using a beam, the lens which retransmits a collimated beam; - a first semi-transparent plate receiving the collimated beam; - A first spatial light modulator receiving, from the first semi-reflecting plate, said collimated beam, modulating it according to a first determined law, reflecting it and retransmitting a first modulated beam to the first semi-reflecting plate; - a second semi-reflecting plate receiving the first modulated beam supplied by the first semi-reflecting plate and transmitting it to a second lens; a second spatial light modulator located in the focal plane of the second lens receiving from said second said modulated beam, modulating it according to a second determined law, reflecting it and retransmitting a second modulated beam to the second semi-reflecting blade through the second lens; a light image detector receiving the second modulated beam supplied by the second
  • This system includes: - a two-dimensional SLM-1 spatial light modulator, the modulator is electrically accessible, that is to say that the optical modulation signal is registered on the modulator via a network of controlled electrodes and arranged orthogonally. - a lens L1 making it possible to generate the two-dimensional Fourier transform of the signal written on the SLM.1 spatial modulator. - A second SLM.2 spatial light modulator placed in the plane of the spectrum generated by the lens L1 and making it possible to obtain in this plane the product of the Fourier transform by a filtering function F (u, v) written on the SLM spatial modulator. 2. - A second lens L2 generating the inverse Fourier transformation. - A CCD detection device for the image thus processed, such as a camera detection device of the vidicon type or CCD solid-state camera.
  • the second SLM.2 spatial modulator Depending on the function entered on the second SLM.2 spatial modulator, it is possible to obtain in the plane of the detected image: - either a filtered image of certain spatial frequencies (for example by suppressing low frequencies for generating contours); - either a correlation peak translating the position and orientation of a reference object in a scene seen by the camera and whose video signal controls the first SLM.1 spatial modulator.
  • Each modulator can be produced using an electro-optical screen interposed on the path of the light beams, the light modulation effect of which is obtained by electrical control of the electro-optical material.
  • a screen is controlled by two networks of perpendicular electrodes: a network of horizontal electrodes H1 to Hn and a network of vertical electrodes V1 to Vn.
  • an inscription of the type represented in FIG. 3 can be carried out.
  • a transparency function of the high pass type is therefore in the plane of the Fourier transform of the signal, on the SLM.2 modulator.
  • This filter allows high spatial frequencies to pass, which leads to the generation of contours in the plane of the image detected on the camera.
  • the filter registered on the SLM.1 spatial modulator is dynamically modifiable and can be a function of the type of images to be analyzed.
  • R (x, y) represents the part of the image to be recognized and whose evolution we want to follow in real time.
  • R (u, v) is calculated by the numerical method from R (x, y) and is composed on the SLM.2 via the network of horizontal and vertical electrodes. This function constitutes the equivalent of a binary synthetic hologram registered in real time on the SLM.2 and whose generation algorithms are known.
  • the adapted filter can be modified dynamically depending on the type of object to be correlated and any changes in orientation and scale of this object in the scene to be analyzed.
  • This system comprises a light source S represented in the form of an optical fiber whose emission end is placed in a plane P1 corresponding to the focal plane of a first lens L1.
  • the lens L1 receives a divergent beam F1 emitted by the fiber S and provides a collimated beam F2 towards a first semi-reflecting plate M1.
  • This transmits part of the beam F2 to a first light modulator SLM.1 which reflects a beam F3 modulated according to the type of modulation imposed by the modulator SLM.1.
  • the semi-reflecting plate, M1 receiving the beam F3, reflects a beam F4 towards a second semi-reflecting plate M2. This reflects the beam F4 to a second lens L2.
  • the lens L2 performs in its focal plane (plane P2) the Fourier transform of the image conveyed by the beam F4.
  • plane P2 In this plane P2 is placed a second SLM.2 modulator on which a filtering function is displayed.
  • This second modulator reflects a filtered F5 beam.
  • the lens L2 receives this beam and performs a second Fourier transform.
  • the beam supplied by the lens is retransmitted, at least in part, to a CCD light image detector in the form of a beam F6.
  • the two modulators are identical. They are made using flat smectic liquid crystal screens.
  • FIG. 6 shows such a flat screen. It comprises: a substrate E2 carried by a heating plate E3 intended to bring the screen to a determined temperature; electrodes E5, of reflecting metallic material, deposited on the substrate E2; a transparent plate E1 carrying conductive and transparent electrodes E4, shims of thicknesses E6 delimiting a space between the substrate E2 and the plate E1, and intended to receive a liquid crystal E7.
  • the liquid crystal used is of smectic type A such that it has two stable structures which can coexist: - an optically transparent ordered structure shown in FIG. 6 in the representation on the left; - a disordered structure ("Focal conics") diffusing, represented in FIG. 6 in the representation on the right.
  • the passage from one to the other of these structures is obtained by local heating and application or not of an electric field.
  • the heating, as well as the application of the field to the single point of coordinates XY is done via a network of row and column electrodes.
  • the diagram in Figure 7 illustrates the operation of a smectic liquid crystal.
  • T SN smectic-nematic transition temperature
  • T NT Nematic-liquid transition temperature isotropic
  • the liquid crystal If, then the liquid crystal is simply cooled, it returns, as indicated by the arrow T2, to the smectic phase after having passed through a nematic phase.
  • the structure which it adopts is disordered and then has diffusing optical properties.
  • the liquid crystal returns to the smectic phase and adopts an ordered structure providing it with optical properties transparent to light.
  • the exemplary embodiment of FIG. 5 is adapted to a compact design of an image processing system.
  • the only L2 lens is used for the generation of Fourier transformations in both direct and reverse directions.
  • the two modulators SLM.1 and SLM.2 produced using liquid crystal screens operate in reflection of light using reflective electrodes (electrodes E5 in FIG. 6).
  • the liquid crystal displays used for modulators have row and column electrodes which are powered by generators G1 and G2.
  • the system of the invention further comprises a DET detection circuit receiving image signals detected by the CCD detection device. Depending on the value or the form of the signals received, the detection circuit DET supplies appropriate signals on outputs DET1 and DET2 to control circuits CSLM1 and CSLM2. These circuits supply on outputs CS1 and CS2 control signals transmitted to the generators G1 and G2 allowing the latter to adapt the supply of the line and column conductors of the SLM.1 and SLM.2 modulators to the detection carried out. .
  • a decision circuit DEC is connected to the detection circuit DET and, depending on the detection carried out, provides any decision signal necessary in the context of the application of the system of the invention.
  • the image is recorded electrically from a video signal by control of electrodes arranged orthogonally. Optically the image is re-read by reflection on the electrodes E5.
  • the image therefore consists of a network of reflecting or diffusing points.
  • the other characteristics of the SLM.1 and SLM.2 modulators are as follows: - no coupling between pixels, -possibility of selective erasure, -permanent memory of the image, -registering and erasing the image at video rate, -a few gray levels can be obtained by checking the registration parameters (heating time).
  • the SLM.1 and SLM.2 modulators may have the following characteristics: - resolution: 256 x 256 - pitch of the matrix: 40 ⁇ m - dimension: 10 x 10 mm2 - frame rate: video frequency - image contrast in operation in coherent light 1/100.
  • the SLM.1 modulator will be lit by a semiconductor laser or an optical fiber end emitting in the near infrared, ie a wavelength typically of 850 nm.
  • the SLM.2 modulator is placed in the Fourier plane of the image signal written on the SLM.1 modulator.
  • the CCD image detector is placed in the detection plane for reading the processed image or the correlation peak.
  • the system of the invention thus described has the advantage of allowing direct control of the space modulators from video signals and via the row and column electrodes.
  • the operation is dynamic both for the intro duction of the image signal and for the spatial filtering of the image.
  • the modulators used operate by controlling the diffusion of each elementary point: consequently the contrast of a point is high (1/100) in coherent and uniform light throughout the image plane. This is an important characteristic compared to other devices operating by variation of the birefringence of a liquid crystal and which exhibit poor uniformity.
  • each modulator of an elementary image point is adapted to the production of compact devices. For example, take a focal length of the lens L 20 cm; and a diameter of 2-3 cm.

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Abstract

System in which, after modulation, a spatial light-modulator (SLM.1) returns a light beam (F3) to a semi-reflecting plate (M1) which returns it to a second semi-reflecting plate (M2). The light beam (F5) is then transmitted to a second spatial modulator (SLM.2) which, also after modulation, returns it to a light-image detector (CCD) via the second semi-reflecting plate (M2). This system can be used in all fields requiring dynamic processing of images and in particular robotics, the tracking of objects by correlation, and the generation of image contours. <IMAGE>

Description

L'invention concerne un système de traitement optique d'ima­ges lumineuses. Elle est plus particulièrement relative à un dispo­sitif de traitement optique cohérent des images et est basée sur l'utilisation d'une valve optique à accès électrique.The invention relates to a system for optical processing of light images. It relates more particularly to a device for coherent optical image processing and is based on the use of an optical valve with electrical access.

Elle trouve une application dans tous les domaines nécessitant un traitement dynamique d'images et notamment dans la robotique, le suivi d'objets par corrélation et dans les techniques de prétrai­tement d'images tel que la génération de contours par filtrage spatial par exemple.It finds an application in all fields requiring dynamic image processing and in particular in robotics, object tracking by correlation and in image preprocessing techniques such as the generation of contours by spatial filtering for example.

Le principe de filtrage de la lumière en s'appuyant sur les propriétés de transformée de Fourier d'une lentille est connu. Il est, par exemple, décrit dans le livre "Optique et Télécommunications" de A.COZANNET et al édité par les Editions Eyrolles en 1981, pages 156 à 174. Il prévoit d'obtenir à l'aide d'une première lentille la transformée de Fourier d'une image dans le plan focal de cette première lentille, de placer un filtre spatial dans ce plan focal, puis de restituer l'image filtrée à l'aide d'une deuxième lentille dont le foyer est placé dans le plan focal de la première lentille. Un tel système fonctionne en alignant les axes optiques des lentilles.The principle of filtering light by relying on the Fourier transform properties of a lens is known. It is, for example, described in the book "Optics and Telecommunications" by A.COZANNET et al published by Editions Eyrolles in 1981, pages 156 to 174. He plans to obtain the transformed lens using a first lens Fourier of an image in the focal plane of this first lens, to place a spatial filter in this focal plane, then to restore the filtered image using a second lens whose focus is placed in the focal plane of the first lens. Such a system works by aligning the optical axes of the lenses.

L'invention, en utilisant le principe de filtrage ainsi décrit, permet de réaliser un système de traitement optique d'images plus compact parce qu'il ne nécessite pas un alignement des axes optiques des lentilles. De plus, son fonctionnement tout en étant compatible avec son fonctionnement à cadence vidéo, autorise une mémoire permanente du filtre.The invention, using the filtering principle thus described, makes it possible to produce a more compact optical image processing system because it does not require an alignment of the optical axes of the lenses. In addition, its operation while being compatible with its operation at video rate, allows permanent memory of the filter.

C'est pourquoi l'invention concerne un système de traitement optique d'images lumineuses comportant:
- une source lumineuse cohérente située dans le plan focal d'une première lentille et éclairant, à l'aide d'un faisceau, la lentille qui retransmet un faisceau collimaté;
- une première lame semi-transparente recevant le faisceau collimaté;
- un premier modulateur spatial de lumière recevant, de la première lame semi-réfléchissante, ledit faisceau collimaté, le modulant selon une première loi déterminée, le réfléchissant et retransmettant un premier faisceau modulé à la première lame semi-réfléchissante;
- une deuxième lame semi-réfléchissante recevant le premier faisceau modulé fourni par la première lame semi-réfléchissante et le transmettant vers unr deuxième lentille;
- un deuxième modulateur spatial de la lumière situé dans le plan focal de la deuxième lentille recevant de celle-ci ledit premier faisceau modulé, le modulant selon une deuxième loi déterminée, le réfléchissant et retransmettant un deuxième faisceau modulé à la deuxième lame semi-réfléchissante par l'intermédiaire de la deuxième lentille;
- un détecteur d'image lumineuse recevant le deuxième fais­ceau modulé fournit par la deuxième lame semi-réfléchissante et com­mandant l'affichage de l'image détectée.This is why the invention relates to an optical processing system for light images comprising:
- a coherent light source located in the focal plane of a first lens and illuminating, using a beam, the lens which retransmits a collimated beam;
- a first semi-transparent plate receiving the collimated beam;
- A first spatial light modulator receiving, from the first semi-reflecting plate, said collimated beam, modulating it according to a first determined law, reflecting it and retransmitting a first modulated beam to the first semi-reflecting plate;
- a second semi-reflecting plate receiving the first modulated beam supplied by the first semi-reflecting plate and transmitting it to a second lens;
a second spatial light modulator located in the focal plane of the second lens receiving from said second said modulated beam, modulating it according to a second determined law, reflecting it and retransmitting a second modulated beam to the second semi-reflecting blade through the second lens;
a light image detector receiving the second modulated beam supplied by the second semi-reflecting plate and controlling the display of the detected image.

Les différents objets et caractéristiques de l'invention vont être détaillés en se reportant aux figures annexées qui représen­tent:

  • - la figure 1, un schéma simplifié d'un système de traitement d'images selon l'art connu;
  • - la figure 2, un exemple de réalisation d'un modulateur selon l'art connu;
  • - les figures 3 et 4, des modulateurs affichant des images de filtrage;
  • - la figure 5, un exemple de réalisation du système de traitements d'images selon l'invention;
  • - la figure 6, un exemple de réalisation, avec un écran à cristal liquide, d'un modulateur selon l'invention;
  • - la figure 7, un diagramme de fonctionnement d'un cristal liquide smectique.
The various objects and characteristics of the invention will be detailed by referring to the appended figures which represent:
  • - Figure 1, a simplified diagram of an image processing system according to the known art;
  • - Figure 2, an embodiment of a modulator according to the known art;
  • - Figures 3 and 4, modulators displaying filtering images;
  • - Figure 5, an exemplary embodiment of the image processing system according to the invention;
  • - Figure 6, an exemplary embodiment, with a liquid crystal screen, of a modulator according to the invention;
  • - Figure 7, an operating diagram of a smectic liquid crystal.

En se reportant à la figure 1, va décrire un système de traitement connu dans la technique.Referring to Figure 1, will describe a processing system known in the art.

Ce système comporte:
- un modulateur de lumière spatial SLM-1 à deux dimensions, le modulateur est à accès électrique, c'est-à-dire que le signal optique de modulation est inscrit sur le modulateur par l'inter­médiaire d'un réseau d'électrodes commandées et disposées orthogo­nalement.
- une lentille L₁ permettant de générer la transformée de Fourier à deux dimensions du signal inscrit sur le modulateur spatial SLM.1.
- Un second modulateur de lumière spatial SLM.2 placé dans le plan du spectre généré par la lentille L1 et permettant d'obtenir dans ce plan le produit de la transformée de Fourier par une fonction de filtrage F (u,v) inscrite sur le modulateur spatial SLM.2.
- Une seconde lentille L₂ générant la transformation de Fourier inverse.
- Un dispositif de détection CCD de l'image ainsi traitée tel qu'un dispositif de détection sur caméra du type vidicon ou caméra à l'état solide CCD.This system includes:
- a two-dimensional SLM-1 spatial light modulator, the modulator is electrically accessible, that is to say that the optical modulation signal is registered on the modulator via a network of controlled electrodes and arranged orthogonally.
- a lens L₁ making it possible to generate the two-dimensional Fourier transform of the signal written on the SLM.1 spatial modulator.
- A second SLM.2 spatial light modulator placed in the plane of the spectrum generated by the lens L1 and making it possible to obtain in this plane the product of the Fourier transform by a filtering function F (u, v) written on the SLM spatial modulator. 2.
- A second lens L₂ generating the inverse Fourier transformation.
- A CCD detection device for the image thus processed, such as a camera detection device of the vidicon type or CCD solid-state camera.

Suivant la fonction inscrite sur le second modulateur spatial SLM.2 on peut obtenir dans le plan de l'image détectée:
- soit une image filtrée de certaines fréquences spatiales (par exemple par suppression des basses fréquences pour la génération de contours);
- soit un pic de corrélation traduisant la position et l'orien­tation d'un objet de référence dans une scène vue par la caméra et dont le signal vidéo commande le premier modulateur spatial SLM.1.Depending on the function entered on the second SLM.2 spatial modulator, it is possible to obtain in the plane of the detected image:
- either a filtered image of certain spatial frequencies (for example by suppressing low frequencies for generating contours);
- either a correlation peak translating the position and orientation of a reference object in a scene seen by the camera and whose video signal controls the first SLM.1 spatial modulator.

Ces fonctions de traitement dynamique des images trouvent donc, comme mentionné précédemment, des applications importantes dans le domaine de la reconnaissance d'objets et le suivi de repères mobiles dans une image.These dynamic image processing functions therefore find, as mentioned previously, important applications in the field of object recognition and tracking of moving markers in an image.

Le fonctionnement d'un tel système obéit aux explications suivantes.The operation of such a system obeys the following explanations.

Si on désigne par S(x,y) l'amplitude du signal sur le modulateur spatial SLM.1. Dans le plan de Fourier de la lentille L1, c'est-à-dire le plan focal de L1, on obtient la répartition d'amplitude S(u, v) qui dans ce plan est multipliée par la fonction de filtrage F(u, v) inscrite sur le modulateur SLM.2. Après une seconde transformée de Fourier par la lentille L2, l'amplitude de l'image s'écrit:
D(x,y) = S(x,y) ⊗ F(x,y)
et l'intensité détectée sur la caméra CCD se met sous la forme:
I(x,y) = //D(x,y)//²If we designate by S (x, y) the amplitude of the signal on the modulator SLM. 1. In the Fourier plane of the lens L1, that is to say the focal plane of L1, we obtain the amplitude distribution S (u, v) which in this plane is multiplied by the filtering function F (u , v) registered on the SLM modulator. 2. After a second Fourier transform by the lens L2, the amplitude of the image is written:
D (x, y) = S (x, y) ⊗ F (x, y)
and the intensity detected on the CCD camera takes the form:
I (x, y) = // D (x, y) // ²

Chaque modulateur peut être réalisé à l'aide d'un écran électrooptique interposé sur la marche des faisceaux lumineux et dont l'effet de modulation de la lumière est obtenu par une commande électrique du matériau èlectrooptique. Sur la figure 2, un tel écran est commandé par deux réseaux d'æelectrodes perpen­diculaires : un réseau d'électrodes horizontales H1 à Hn et un réseau d'électrodes verticales V1 à Vn.Each modulator can be produced using an electro-optical screen interposed on the path of the light beams, the light modulation effect of which is obtained by electrical control of the electro-optical material. In FIG. 2, such a screen is controlled by two networks of perpendicular electrodes: a network of horizontal electrodes H1 to Hn and a network of vertical electrodes V1 to Vn.

L'application d'un potentiel UX à une électrode horizontale et d'un potentiel UY sur une électrode verticale commande le point de croisement situé à l'intersection de l'électrode horizontale et de l'électrode verticale.Applying a UX potential to a horizontal electrode and a UY potential to a vertical electrode controls the crossing point located at the intersection of the horizontal electrode and the vertical electrode.

A l'aide du modulateur de lumière SLM.1 on inscrit donc une image.Using the SLM.1 light modulator, an image is therefore entered.

Sur le modulateur de lumière SLM.2 on inscrit une fonction de filtrage.On the SLM.2 light modulator a filtering function is entered.

A titre d'exemple, on peut effectuer une inscription du type représenté en figure 3. On trouve donc dans le plan de lan trans­formée de Fourier du signal, sur le modulateur SLM.2, une fonction de transparence du type passe haut. Ce filtre laisse passer les hautes fréquences spatiales, ce qui conduit à une génération des contours dans le plan de l'image détectée sur la caméra.By way of example, an inscription of the type represented in FIG. 3 can be carried out. There is therefore in the plane of the Fourier transform of the signal, on the SLM.2 modulator, a transparency function of the high pass type. This filter allows high spatial frequencies to pass, which leads to the generation of contours in the plane of the image detected on the camera.

Par contre, à l'aide d'une inscription du type représenté en figure 4, on obtient une fonction de filtrage du type passe bande résultant d'une transparence annulaire inscrite sur le modulateur SLM.2.On the other hand, using an inscription of the type represented in FIG. 4, a filtering function of the bandpass type is obtained resulting from an annular transparency registered on the SLM.2 modulator.

Ces fonctions de filtrage simples permettent donc de privi­légier un domaine de fréquences spatiales, ce qui assure en temps réel un prétraitement de l'image. Le filtre inscrit sur le modulateur spatial SLM.1 est modifiable de façon dynamique et peut être fonction du type d'images à analyser.These simple filtering functions therefore make it possible to favor a domain of spatial frequencies, which provides real-time preprocessing of the image. The filter registered on the SLM.1 spatial modulator is dynamically modifiable and can be a function of the type of images to be analyzed.

A titre d'example, la transparence inscrite sur le SLM.1 se met sous la forme:
S(x, y) = So(x, y) + R(x, y)
où R(x, y) représente la partie de l'image à reconnaître et dont on veut suivre l'évolution en temps réel. On inscrit sur le SLM.2 une fonction de transparence qui est le filtre holographique adapté de l'objet à reconnaître. La fonction R (u, v) est calculée par la méthode numérique à partir de R(x, y) et est composée sur le SLM.2 par l'intermédiaire du réseau d'électrodes horizontales et verticales. Cette fonction constitue l'équivalent d'un hologramme synthétique binaire inscrit en temps réel sur le SLM.2 et dont les algorithmes de générations sont connus. La lecture de cette fonction de transpa­rence par So(u, v) + R(u, v) diffracte dans le plan image des pics de corrélation permettant de reconnaître la présence, et la position de l'objet recherché dans le scène. Le filtre adapté est modifiable de façon dynamique en fonction du type d'objet à corréler et de changements éventuels d'orientation et d'échelle de cet objet dans la scène à analyser.As an example, the transparency registered on SLM.1 takes the form:
S (x, y) = So (x, y) + R (x, y)
where R (x, y) represents the part of the image to be recognized and whose evolution we want to follow in real time. We write on the SLM.2 a transparency function which is the adapted holographic filter of the object to be recognized. The function R (u, v) is calculated by the numerical method from R (x, y) and is composed on the SLM.2 via the network of horizontal and vertical electrodes. This function constitutes the equivalent of a binary synthetic hologram registered in real time on the SLM.2 and whose generation algorithms are known. The reading of this transparency function by S o (u, v) + R (u, v) diffracts in the image plane of the correlation peaks making it possible to recognize the presence and the position of the object sought in the scene. The adapted filter can be modified dynamically depending on the type of object to be correlated and any changes in orientation and scale of this object in the scene to be analyzed.

En se reportant à la figure 5, on va maintenant décrire un exemple de réalisation d'un système de traitement optique d'images lumineuses selon l'invention.Referring to Figure 5, we will now describe an embodiment of an optical processing system of light images according to the invention.

Ce système comporte une source lumineuse S représentée sous la forme d'une fibre optique dont l'extrémité d'émission est placé dans un plan P1 correspondant au plan focal d'une première lentille L1. La lentille L1 reçoit un faisceau divergent F1 émis par la fibre S et fournit un faisceau collimaté F2 vers une première lame semi-­réfléchissante M1. Celle-ci transmet une partie du faisceau F2 à un premier modulateur de lumière SLM.1 qui réfléchit un faisceau F3 modulé selon le type de modulation imposé par le modulateur SLM.1.This system comprises a light source S represented in the form of an optical fiber whose emission end is placed in a plane P1 corresponding to the focal plane of a first lens L1. The lens L1 receives a divergent beam F1 emitted by the fiber S and provides a collimated beam F2 towards a first semi-reflecting plate M1. This transmits part of the beam F2 to a first light modulator SLM.1 which reflects a beam F3 modulated according to the type of modulation imposed by the modulator SLM.1.

La lame semi-réfléchissante, M1, recevant le faisceau F3, réfléchit un faisceau F4 vers une deuxième lame semi-réfléchissante M2. Celle-ci réfléchit le faisceau F4 vers une deuxième lentille L2.The semi-reflecting plate, M1, receiving the beam F3, reflects a beam F4 towards a second semi-reflecting plate M2. This reflects the beam F4 to a second lens L2.

La lentille L2 effectue dans son plan focal (plan P2) la transformé de Fourier de l'image véhiculée par le faisceau F4. Dans ce plan P2 est placé un deuxième modulateur SLM.2 sur lequel est affiché une fonction de filtrage.The lens L2 performs in its focal plane (plane P2) the Fourier transform of the image conveyed by the beam F4. In this plane P2 is placed a second SLM.2 modulator on which a filtering function is displayed.

Ce deuxième modulateur réfléchit un faisceau F5 filtré. La lentille L2 reçoit ce faisceau et effectue une deuxième transformée de Fourier. Le faisceau fourni par la lentille est retransmis, du moins en partie, à un détecteur d'images lumineuses CCD sous la forme d'un faisceau F6.This second modulator reflects a filtered F5 beam. The lens L2 receives this beam and performs a second Fourier transform. The beam supplied by the lens is retransmitted, at least in part, to a CCD light image detector in the form of a beam F6.

Par ailleurs, selon l'invention, les deux modulateurs sont identiques. Ils sont réalisés à l'aide d'écrans plats à cristaux liquides smectiques.Furthermore, according to the invention, the two modulators are identical. They are made using flat smectic liquid crystal screens.

On a représenté en figure 6 un tel écran plat. Il comporte: un substrat E2 porté par une plaque de chauffage E3 destinée à porter l'écran à une température déterminée ; des électrodes E5, en maté­riau métallique réfléchissant, déposées sur le substrat E2 ; une plaque transparente E1 portant des électrodes conductrices et trans­parentes E4, des cales d'épaisseurs E6 délimitant un espace entre le substrat E2 et la lame E1, et destiné à recevoir un cristal liquide E7.FIG. 6 shows such a flat screen. It comprises: a substrate E2 carried by a heating plate E3 intended to bring the screen to a determined temperature; electrodes E5, of reflecting metallic material, deposited on the substrate E2; a transparent plate E1 carrying conductive and transparent electrodes E4, shims of thicknesses E6 delimiting a space between the substrate E2 and the plate E1, and intended to receive a liquid crystal E7.

Le cristal liquide utilisé est de type smectique A tel qu'il présente deux structures stables pouvant coexister:
- une structure ordonnée optiquement transparente repré­sentée sur la figure 6 dans la représentation de gauche ;
- une structure désordonnée ("Focal conics") diffusante, représentée sur la figure 6 dans la représentation de droite.
Le passage de l'une à l'autre de ces structures s'obtient par chauffage local et application ou pas d'un champ électrique. Le chauffage, ainsi que l'application du champ au seul point de coor­données X-Y se fait par l'intermédiaire d'un réseau d'électrodes lignes et colonnes.The liquid crystal used is of smectic type A such that it has two stable structures which can coexist:
- an optically transparent ordered structure shown in FIG. 6 in the representation on the left;
- a disordered structure ("Focal conics") diffusing, represented in FIG. 6 in the representation on the right.
The passage from one to the other of these structures is obtained by local heating and application or not of an electric field. The heating, as well as the application of the field to the single point of coordinates XY is done via a network of row and column electrodes.

Le diagramme de la figure 7 illustre le fonctionnement d'un cristal liquide smectique. Partant d'un cristal liquide smectique à une température inférieure à TSN (température de transition smectique-nématique), on chauffe le cristal liquide, comme repré­senté par la flèche T1, à une température supérieure à TNT (température de transition Nématique-liquide isotropique) pour le faire passer en phase liquide.The diagram in Figure 7 illustrates the operation of a smectic liquid crystal. Starting from a smectic liquid crystal at a temperature lower than T SN (smectic-nematic transition temperature), the liquid crystal is heated, as represented by the arrow T1, to a temperature higher than T NT (Nematic-liquid transition temperature isotropic) to pass it into the liquid phase.

Si, ensuite on refroidit simplement le cristal liquide, il retourne, comme indiqué par la flèche T2, en phase smectique après être passé par une phase nématique. La structure qu'il adopte est désordonnée et possède alors des propriétés optiques diffusantes.If, then the liquid crystal is simply cooled, it returns, as indicated by the arrow T2, to the smectic phase after having passed through a nematic phase. The structure which it adopts is disordered and then has diffusing optical properties.

Par contre, si le refroidissement est accompagné d'une appli­cation d'un champ électrique, comme indiqué sur la flèche T3 du diagramme, le cristal liquide retourne en phase smectique et adopte une structure ordonnée lui fournissant des propriétés optiques trans­parentes à la lumière.On the other hand, if the cooling is accompanied by an application of an electric field, as indicated on arrow T3 of the diagram, the liquid crystal returns to the smectic phase and adopts an ordered structure providing it with optical properties transparent to light.

L'exemple de réalisation de la figure 5 est adaptée à une conception compacte d'une système de traitement d'images. La seule lentille L2 est utilisée pour la génération des transformations de Fourier dans les deux sens direct et inverse. Les deux modulateurs SLM.1 et SLM.2 réalisés à l'aide d'écrans à cristaux liquides fonc­tionnent en réflexion de la lumière à l'aide d'électrodes réflé­chissantes (électrodes E5 sur la figure 6).The exemplary embodiment of FIG. 5 is adapted to a compact design of an image processing system. The only L2 lens is used for the generation of Fourier transformations in both direct and reverse directions. The two modulators SLM.1 and SLM.2 produced using liquid crystal screens operate in reflection of light using reflective electrodes (electrodes E5 in FIG. 6).

Les écrans à cristaux liquides utilisés pour les modulateurs possèdent des électrodes de lignes et de colonnes qui sont alimen­tées par des générateurs G1 et G2.The liquid crystal displays used for modulators have row and column electrodes which are powered by generators G1 and G2.

Le système de l'invention comporte en outre un circuit de détection DET recevant des signaux images détectés par le dispo­sitif de détection CCD. Selon la valeur ou la forme des signaux reçus, le circuit de détection DET fournit des signaux appropriés sur des sorties DET1 et DET2 vers des circuits de commande CSLM1 et CSLM2. Ces circuits fournissent sur des sorties CS1 et CS2 des signaux de commande transmis aux générateurs G1 et G2 permet­tant à ceux-ci d'adapter l'alimentation des conducteurs de lignes et de colonnes des modulateurs SLM.1 et SLM.2 à la détection réalisée.The system of the invention further comprises a DET detection circuit receiving image signals detected by the CCD detection device. Depending on the value or the form of the signals received, the detection circuit DET supplies appropriate signals on outputs DET1 and DET2 to control circuits CSLM1 and CSLM2. These circuits supply on outputs CS1 and CS2 control signals transmitted to the generators G1 and G2 allowing the latter to adapt the supply of the line and column conductors of the SLM.1 and SLM.2 modulators to the detection carried out. .

Par ailleurs, un circuit de décision DEC est connecté au circuit de détection DET et, selon la détection réalisée, fournit tout signal de décision nécessaire dans le cadre de l'application du système de l'invention.Furthermore, a decision circuit DEC is connected to the detection circuit DET and, depending on the detection carried out, provides any decision signal necessary in the context of the application of the system of the invention.

Dans le type de modulateur SLM.1, l'image est inscrite élec­triquement à partir d'un signal vidéo par commande d'électrodes disposées orthogonalement. Optiquement l'image est relue par réflexion sur les électrodes E5. L'image est donc constituée d'un réseau de points réfléchissants ou diffusants. Les autres carac­téristiques des modulateurs SLM.1 et SLM.2 sont les suivantes:
-aucun couplage entre pixels,
-possibilité d'effacement sélectif,
-mémoire permanente de l'image,
-inscription et effacement de l'image à cadence vidéo,
-quelques niveaux de gris peuvent être obtenus par contrôle des paramètres d'inscription (durée de chauffage).In the type of SLM.1 modulator, the image is recorded electrically from a video signal by control of electrodes arranged orthogonally. Optically the image is re-read by reflection on the electrodes E5. The image therefore consists of a network of reflecting or diffusing points. The other characteristics of the SLM.1 and SLM.2 modulators are as follows:
- no coupling between pixels,
-possibility of selective erasure,
-permanent memory of the image,
-registering and erasing the image at video rate,
-a few gray levels can be obtained by checking the registration parameters (heating time).

Les modulateurs SLM.1 et SLM.2 pourront avoir les carac­téristiques suivantes:
- résolution          :  256 x 256
- pas de la matrice   :  40µm
- dimension           :  10 x 10 mm²
- cadence             :  fréquence vidéo
- contraste image en fonctionnement en lumière cohé­rente 1/100.
- L'éclairage du modulateur SLM.1 se fera par un laser semiconducteur ou une extrémité de fibre optique émettant dans un proche infra-rouge soit une longueur d'onde typiquement de 850 nm.
- Le modulateur SLM.2 est placé dans le plan de Fourier du signal image inscrit sur le modulateur SLM.1.
- Le détecteur d'image CCD est placé dans le plan de détection pour la lecture d l'image traitée ou du pic de corrélation.The SLM.1 and SLM.2 modulators may have the following characteristics:
- resolution: 256 x 256
- pitch of the matrix: 40µm
- dimension: 10 x 10 mm²
- frame rate: video frequency
- image contrast in operation in coherent light 1/100.
- The SLM.1 modulator will be lit by a semiconductor laser or an optical fiber end emitting in the near infrared, ie a wavelength typically of 850 nm.
- The SLM.2 modulator is placed in the Fourier plane of the image signal written on the SLM.1 modulator.
- The CCD image detector is placed in the detection plane for reading the processed image or the correlation peak.

Le système de l'invention ainsi décrit présente l'avantage de permettre une commande directe des modulateurs spatiaux à partir de signaux vidéo et par l'intermédiaire des électrodes de lignes et de colonnes. Le fonctionnement est dynamique à fois pour l'intro­ duction du signal image et pour le filtrage spatial de l'image.The system of the invention thus described has the advantage of allowing direct control of the space modulators from video signals and via the row and column electrodes. The operation is dynamic both for the intro duction of the image signal and for the spatial filtering of the image.

De plus, le même type de modulateur est utilisé par réflexion pour les deux modulateurs.In addition, the same type of modulator is used by reflection for the two modulators.

Enfin les modulateurs utilisés fonctionnent par contrôle de la diffusion de chaque point élémentaire : en conséquence le contraste d'un point est élevé (1/100) en lumière cohérente et uniforme dans tout le plan d l'image. Il s'agit là d'une caractéristique importante par rapport aux autres dispositifs fonctionnant par variation de la biréfringence d'un cristal liquide et qui présentent une mauvaise uniformité.Finally, the modulators used operate by controlling the diffusion of each elementary point: consequently the contrast of a point is high (1/100) in coherent and uniform light throughout the image plane. This is an important characteristic compared to other devices operating by variation of the birefringence of a liquid crystal and which exhibit poor uniformity.

La dimension de chaque modulateur d'un point image élémen­taire est adaptée à la réalisation de dispositifs compacts. A titre d'exemple on prendra une distance focale de la lentille L 20 cm ; et un diamètre de 2-3 cm.The dimension of each modulator of an elementary image point is adapted to the production of compact devices. For example, take a focal length of the lens L 20 cm; and a diameter of 2-3 cm.

Claims (9)

1. Système de traitement optique d'images lumineuses carac­térisé en ce qu'il comporte:
- une source lumineuse (S1) cohérente située dans le plan focal (P1) d'une première lentille (L1) et éclairant à l'aide d'un faisceau (F1) la lentille (L1) qui retransmet un faisceau collimaté (F2);
- une première lame semi-transparente (M1) recevant le faisceau collimaté(F2);
- un premier modulateur spatial de lumière (SLM1) recevant de la première lame semi-réfléchissante (M1), ledit faisceau collimaté (F2), le modulant selon une première loi déterminée, le réfléchissant et retransmettant un premier faisceau modulé (F3) à la première lame semi-réfléchissante;
- une deuxième lame semi-réfléchissante (M2) recevant le premier faisceau modulé (F3) fourni par la première lame semi-­réfléchissante et la transmettant vers une deuxième lentille (L2);
- un deuxième modulateur spatial de la lumière (SLM2) situé dans le plan focal de la deuxième lentille (L2) recevant de celle-ci ledit premier faisceau modulé, le modulant selon une deuxième loi déterminée, le réfléchissant et retransmettant un deuxième faisceau modulé (F6) à la deuxième lame semi-réfléchissante par l'inter­médiaire de la deuxième lentille;
- un détecteur d'image lumineuse recevant le deuxième fais­ceau modulé (F6) fourni par la deuxième lame semi-réfléchissante et commandant l'affichage de l'image détectée1. Optical image processing system characterized in that it comprises:
- a coherent light source (S1) located in the focal plane (P1) of a first lens (L1) and illuminating with a beam (F1) the lens (L1) which retransmits a collimated beam (F2) ;
- a first semi-transparent plate (M1) receiving the collimated beam (F2);
a first spatial light modulator (SLM1) receiving from the first semi-reflecting plate (M1) said collimated beam (F2), modulating it according to a first determined law, reflecting it and retransmitting a first modulated beam (F3) at the first semi-reflective strip;
- a second semi-reflecting plate (M2) receiving the first modulated beam (F3) supplied by the first semi-reflecting plate and transmitting it to a second lens (L2);
- a second spatial light modulator (SLM2) located in the focal plane of the second lens (L2) receiving therefrom said first modulated beam, modulating it according to a second determined law, reflecting it and retransmitting a second modulated beam ( F6) to the second semi-reflecting plate via the second lens;
- a light image detector receiving the second modulated beam (F6) supplied by the second semi-reflecting plate and controlling the display of the detected image 2. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 1, caractérisé en ce que le premier modulateur (SLM1) comporte une cellule à cristal liquide placée entre deux lames équipées d'électrodes de commande pour commander l'affichage d'une image à traiter.2. Optical image processing system according to claim 1, characterized in that the first modulator (SLM1) comprises a liquid crystal cell placed between two blades equipped with control electrodes for controlling the display of an image to treat. 3. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 2, caractérisé en ce que l'une desdites lames du premier modulateur (SLM1) sert de lame d'entrée au faisceau collimateur (F2) et les électrodes de commande dont elle est équipée sont transparentes, tandis que les électrodes de commande de l'autre lame sont réfléchissantes.3. Optical image processing system according to claim 2, characterized in that one of said blades of the first modulator (SLM1) serves as an input blade to the collimator beam (F2) and the control electrodes with which it is equipped are transparent, while the control electrodes of the other blade are reflective. 4. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 1, caractérisé en ce que le deuxième modulateur (SLM2) comporte une cellule à cristal liquide placée entre deux lames équipées d'électrodes de commande pour commander l'affichage d'un filtre spatial.4. optical image processing system according to claim 1, characterized in that the second modulator (SLM2) comprises a liquid crystal cell placed between two plates equipped with control electrodes for controlling the display of a spatial filter . 5. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 4, caractérisé en ce que l'une desdites lames du deuxième modulateur (SLM2) sert de lame d'entrée au premier faisceau modulé (F3 et les électrodes de commande dont elle est équipée sont transparentes, tandis que les électrodes de commande de l'autre lame sont réfléchissantes.5. optical image processing system according to claim 4, characterized in that one of said blades of the second modulator (SLM2) serves as an input blade for the first modulated beam (F3 and the control electrodes with which it is equipped are transparent, while the control electrodes of the other plate are reflective. 6. Système de traitement optique d'images selon l'une quel­conque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les cellules à cristal liquide des premier et deuxième modulateurs spatiaux (SLM1, SLM2) comporte chacune un cristal liquide smectique pouvant prendre deux états différents transparent ou diffusant.6. optical image processing system according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the liquid crystal cells of the first and second space modulators (SLM1, SLM2) each comprise a smectic liquid crystal which can take two states different transparent or diffusing. 7. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 1, caractérisé en ce que la première lame semi-réflé­chissante (M1) est orientée de façon d'une part à recevoir le faisceau collimaté (F2) et à en retransmettre une partie (F3) au premier modulateur spatial de lumière (SLM1) et d'autre part à recevoir ladite partie (F3) de faisceau modulée et à réfléchir vers la deuxième lame semi-réfléchissante M2.7. Optical image processing system according to claim 1, characterized in that the first semi-reflecting plate (M1) is oriented so as, on the one hand, to receive the collimated beam (F2) and to retransmit part of it ( F3) to the first spatial light modulator (SLM1) and on the other hand to receive said part (F3) of modulated beam and to reflect towards the second semi-reflecting plate M2. 8. Système de traitement optique d'images selon la reven­dication 1, caractérisé en ce que la deuxième lame semi-­réfléchissante (M2) est orientée de façon d'une part à recevoir ladite partie de faisceau modulé (F3) et à en réfléchir une partie (F5) au deuxième modulateur spatial de lumière (SLM2) et d'autre part à recevoir ladite partie (F3) de faisceau après modulation et à la retransmettre au détecteur d'image lumineuse.8. Optical image processing system according to claim 1, characterized in that the second semi-reflecting plate (M2) is oriented so as, on the one hand, to receive said part of modulated beam (F3) and to reflect one of them. part (F5) to the second spatial light modulator (SLM2) and secondly to receive said beam part (F3) after modulation and to retransmit it to the light image detector. 9. Système de traitement optique d'images selon l'une quel­conque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte;
- les générateurs de tension (G1, G2) connectés auxdites électrodes de commande des modulateurs (SLM1, SLM2),
- un circuit de détection (DET) connecté au dispositif de détection (CCD) recevant des signaux d'images détectés et four­nissant des signaux de détection (DET1 et DET2).
- des circuits de commande (CSLM1, CSLM2) recevant lesdits signaux de commande des générateurs de tension (G1, G2) en fonc­tion des signaux de détection qu'ils reçoivent.9. optical image processing system according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises;
- the voltage generators (G1, G2) connected to said modulator control electrodes (SLM1, SLM2),
- a detection circuit (DET) connected to the detection device (CCD) receiving detected image signals and supplying detection signals (DET1 and DET2).
- control circuits (CSLM1, CSLM2) receiving said voltage generator control signals (G1, G2) as a function of the detection signals they receive.
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Inventor name: HUIGNARD, JEAN-PIERRETHOMSON-CSF

Inventor name: COUSSOT, GERARDTHOMSON - CSF