EP2989787A1 - Saisie d'image avec addition de signaux d'accumulation pour des photodetecteurs adjacents - Google Patents

Saisie d'image avec addition de signaux d'accumulation pour des photodetecteurs adjacents

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Publication number
EP2989787A1
EP2989787A1 EP14726685.2A EP14726685A EP2989787A1 EP 2989787 A1 EP2989787 A1 EP 2989787A1 EP 14726685 A EP14726685 A EP 14726685A EP 2989787 A1 EP2989787 A1 EP 2989787A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photodetectors
length
segments
row
image
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Withdrawn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
EP14726685.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Luquet
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.)
Airbus Defence and Space SAS
Original Assignee
Airbus Defence and Space SAS
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 Airbus Defence and Space SAS filed Critical Airbus Defence and Space SAS
Publication of EP2989787A1 publication Critical patent/EP2989787A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
    • H04N23/81—Camera processing pipelines; Components thereof for suppressing or minimising disturbance in the image signal generation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H04N25/46—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled by combining or binning pixels
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/701—Line sensors

Definitions

  • the present invention relates to an image pickup instrument in which accumulation signals produced by adjacent photodetectors are added together. It also relates to a method that is implemented in such an instrument.
  • the aim of the invention is to improve the quality of the images that are captured when the conditions of formation and image detection generate a spectral aliasing, or when the signal-to-noise ratio of the image is insufficient.
  • a feature of an image capture instrument is its modulation transfer function, or FTM.
  • FTM modulation transfer function
  • This function characterizes the ability of the instrument to render in the images that are captured, patterns of the photographed scene that have varying dimensions.
  • the modulation transfer function is the contrast ratio between the image and the scene, for a pattern whose intensity varies sinusoidally and which is identified by its spatial frequency in the image.
  • the modulation transfer function is obtained by varying the spatial frequency of the pattern, and determining its contrast in the image as a function of this spatial frequency.
  • a first contribution is produced by the imaging optics that is used in the instrument. This first contribution is a decreasing function of the spatial frequency in the image, and is substantially zero for spatial frequencies which are greater than a cutoff frequency fc.
  • the spectral components of the scene that correspond to spatial frequencies in the image that are greater than the cutoff frequency f c are removed from the image by the optical itself.
  • the image of the scene formed by the optics contains only spectral components whose spatial frequencies are lower than the cutoff frequency fc.
  • a second contribution to the modulation transfer function is produced by the image sensor that is used in the instrument.
  • This sensor is located in the focal plane of the imaging optics, and comprises at least one row of photodetectors which have identical individual dimensions and are aligned with a pitch p which is constant along the array.
  • such a sensor performs a sampling of the image, with a sampling frequency ÎE which is equal to 1 / p, when an accumulation signal is read separately in each photodetector to constitute a different point of the image. captured image.
  • the modulation transfer function that results from the image forming optics and the image sensor then has a value that is still significant for half the sampling frequency f E.
  • the spectrum folding then produces artifacts in the captured image, which are visible especially when this image is merged with another of the same scene but whose sampling frequency is higher.
  • One solution for reducing these artifacts is to reduce the size of the photodetectors to reduce their pitch p in the sensor array. In this way, the sampling of the image is increased. But the image sensor, with photodetectors that are smaller, is more complex. The data rates to be processed are then greater, which also leads to increased complexity for the on-board data processing chain.
  • the image sensor that is used can be imposed by various constraints, including other uses of the same sensor when a multipurpose mission is provided. In other words, the individual dimension and the pitch of the photodetectors can be imposed.
  • imaging optics can be common to many functions.
  • this optics can be common to several image acquisition channels that are used simultaneously, for example with intervals that are different for the wavelength of the radiation.
  • the size of the pupil of the imaging optics is then fixed, without being able to be adapted separately according to the sensor of each imaging channel.
  • the reference 10 denotes the individual photodetectors of the image sensor 1, and S1 ', S2', S3 ', S4' ... denote successive and disjoint grouping pairs of the photodetectors 10. Consequences of a such agglomeration of the photodetectors are in particular:
  • the spatial sampling frequency of the image is halved, which represents a reduction in imaging performance
  • the signal-to-noise ratio relative to each intensity value that is used in the image as it is input is improved.
  • Such agglomeration of the photodetectors which aims to increase the signal-to-noise ratio by accepting resolution degradation, also causes or aggravates image artifacts that are caused by spectrum folding.
  • a first object of the invention is to more effectively reduce the artifacts that are produced by the aliasing of the captured images.
  • a second object of the invention is to improve the signal-to-noise ratio for each intensity value that constitutes the captured image.
  • complementary objects of the invention are to avoid making the image capture instrument and / or the processing of the images that are captured as complex as possible, as well as to avoid increasing the cost price of the image capture instrument. instrument.
  • an additional object of the invention is to avoid increasing the sampling frequency of the image for a cutoff frequency of the imaging optics which remains constant.
  • an image capture instrument that includes:
  • a controller adapted to control readings of the accumulation signals produced respectively by the photodetectors.
  • the controller is further adapted to define a series of segments within the array, each of which includes the same number of adjacent photodetectors, referred to as segment length, and to control the readouts of the accumulation signals by summing those of which photodetectors belong to the same segments.
  • the controller is adapted to achieve an agglomeration ("binning") of the photodetectors.
  • the controller is also adapted to define the segments so that an offset length M between two successive segments in the array, expressed as a number of photodetectors, is constant along the array, and greater than 1 / (2 ⁇ f c ⁇ p).
  • the instrument has a new IE sampling frequency of the image that is formed by the optics, equal to 1 / (M ⁇ p).
  • This new sampling frequency ÎE is less than twice the cutoff frequency f c .
  • the instrument of the invention therefore operates under conditions such that spectrum folding occurs.
  • the instrument of the invention also has the following additional feature: the segment length is strictly greater than the offset length M, and strictly less than twice this same offset length M.
  • two successive segments of photodetectors which are used to add the accumulation signals during the reading have between them an overlap of at least one photodetector.
  • this overlap is smaller than half the length of each segment.
  • the addition of the accumulation signals for each segment, which produces each intensity value of the captured image has an improved value for the signal-to-noise ratio. Indeed, the total area of radiation collection that corresponds to this intensity value, is proportional to the segment length that is used to apply the invention.
  • the invention also provides an image capture method, which comprises the following steps:
  • segment length arranging the row of photodetectors in the focal plane of the imaging optics; defining the series of segments inside the row, each of which comprises the same number of adjacent photodetectors, called segment length;
  • a shift length M between two successive segments in the array is constant along the row, and greater than 1 / (2 - f c - p).
  • the method of the invention is characterized in that the segment length is strictly greater than the offset length M, and simultaneously strictly less than twice this offset length M.
  • the contrasts of the spectral components of the image of which the spatial frequencies are between the cutoff frequency of the imaging optics and half of the latter are low in practice because of the values of the instrument's modulation transfer function for these spatial frequencies .
  • the shift length M between two successive segments in the row is greater than 1 / (f c ⁇ p). The overlap between two successive segments is thus smaller.
  • the sampling spatial frequency f E of the image that is captured is then less than the cutoff frequency f c , in addition to being less than twice the fc.
  • the image sensor that is selected for the instrument can thus be less expensive, and the amount of image data is reduced.
  • the shift length M between two successive segments in the row can be between 2 / (f c p ⁇ ) and 10 / (f c ⁇ p).
  • the cutoff spatial frequency fc may be between two and ten times the sampling spatial frequency EE.
  • the segment length may be equal to three adjacent photodetectors, and the offset length M between two segments successive ones in the row may be equal to two adjacent photodetectors.
  • the photodetectors which are concerned by the invention may be elementary photodetectors of an image sensor, or radiation detection units which already result from an agglomeration of several elementary photodetectors of the image sensor.
  • the term photodetector which is used in the present description covers all these two modes of use of an image sensor.
  • the addition of the accumulation signals for the photodetectors belonging to one and the same segments when the segment length is strictly greater than the offset length M and strictly less than the double of the same offset length M may correspond to a first reading mode which is available among several alternative reading modes. Then, another series of segments can be defined inside the row of the photodetectors, for another of the reading modes, with the same length of offset M between two successive segments as in the first reading mode, but with a new segment length which is equal to the offset length M. Thus, two segments which are successive in the row of photodetectors no longer overlap with each other in the other reading mode.
  • the accumulation signals are added in this other reading mode, for photodetectors belonging to one of the segments of the other series.
  • the method may comprise an initial step of selecting one of the reading modes.
  • the two alternative reading modes can be defined and each controlled by the controller.
  • the image capture instrument is then versatile, and can be adapted in this way for several missions without hardware modification.
  • the image forming optics and the array of photodetectors may be parts of an image pickup instrument that is mounted onboard a satellite. The process can then be implemented to capture at least an image of a surface portion of the Earth.
  • FIG. 1 represents an image acquisition instrument to which the present invention can be applied;
  • FIG. 2 illustrates a reading mode by agglomeration of photodetectors, as proposed by the present invention
  • FIG. 3 illustrates another mode of reading by agglomeration of photodetectors, known before the present invention.
  • an image pickup instrument includes an image forming optics 100, an image sensor 1 and an image capture controller 2.
  • the controller 2 is denoted CTRL and is generally a dedicated electronic unit, separated or not from the sensor 1.
  • the imaging optics 100 may be of any type, based on lenses or mirrors. In particular, it can be adapted for space imaging missions.
  • the optical 100 may be a telescope of a configuration known to those skilled in the art, such as a telescope with two mirrors. References 101 and 102 then designate respectively the primary mirror and the secondary mirror of the telescope. In known manner, the opening of the beams of radiation that enter the optics 100 is limited by the pupil P of this optic, whose diameter is denoted D.
  • the entrance pupil corresponds to the more often at the peripheral boundary of the primary mirror 101.
  • the imaging optic 100 has a cutoff frequency f c which is effective for the spectral components of the formed image, function of the spatial frequency of these components. The expression of this cut-off frequency f c has been recalled at the beginning of the present description.
  • the photosensitive surface of the image sensor 1 is located in the imaging plane 103 of the optics 100, which most often corresponds to the focal plane thereof.
  • radiation beams F1 and F2 which come from different points of a scene which is situated in the input field of optics 100, converge at separate points of the photosensitive surface of the sensor 1.
  • the image sensor 1 can be of any type: matrix sensor, online sensor or time-shifted integration sensor, designated by the acronym TDI for "time delay integration".
  • the sensor 1 then comprises at least one row of photodetectors 10, which are juxtaposed in a row direction denoted R.
  • the row may contain 3500 photodetectors 10, for example.
  • each photodetector 10 individually produces an accumulation signal which is denoted I, and which is proportional to a quantity of radiation received by this photodetector during a given exposure time.
  • I accumulation signal which is denoted I, and which is proportional to a quantity of radiation received by this photodetector during a given exposure time.
  • the sensor 1 is an in-line sensor, that is to say consisting of a single row of photodetectors.
  • the controller 2 controls the operation of the sensor 1 to capture each image.
  • the image sensor 1 and the controller 2 can be adapted to capture the images according to different modes of operation, such as that the simultaneous exposure of all photodetectors 10, designated by "snapshot” in English, or a continuous reading mode of photodetectors, designated “rolling” in English. But preferably, the image sensor 1 and the controller 2 are adapted to combine the invention with a "pushbroom” type image capture mode. Those skilled in the art will understand that the invention which is described hereinafter can be combined with a wide variety of modes of operation for the image sensor 1.
  • the controller 2 outputs an image, which is constructed by assigning intensity values respectively to points discrete of an image frame.
  • each point of the image frame may correspond to only one of the photodetectors 10, so that the respective intensity values of the points of the captured image correspond to one-to-one.
  • the imaging characteristics which are then obtained depend on those of the imaging optics 100 and the image sensor 1.
  • d is the size of the photosensitive surface portion of the image sensor 1, which corresponds to a single photodetector
  • the step p of the photodetectors 10 in the direction R defined as the distance in this direction between two edges of the same side, relative to two photodetectors 10 which are neighbors within the row.
  • the pitch p is the spatial period of the photodetectors 10 in the photosensitive surface of the sensor 1, according to the direction R.
  • the gap between pitch p and dimension d is the width of a dead band that exists between two adjacent photodetectors in the row. This difference is neglected in the following, but the skilled person will take into account if necessary to read the explanations given below.
  • the image capture methods which are in accordance with the invention use an agglomeration of the photodetectors 10. Some of the imaging features presented, including the contribution of the sensor 1 to the modulation transfer function and sampling frequency, then further depend on the agglomeration pattern that is used.
  • the contribution of the imaging optics 100 to the modulation transfer function of the instrument referred to as the first contribution above, is not changed.
  • the cutoff frequency fc of the optics 100 is unchanged.
  • FIG. 2 illustrates a particular implementation of the invention.
  • the photodetectors 10 are grouped into continuous segments in the direction R, with a segment length L which is common for all the segments, and an offset length M between two successive segments in the direction R, which is also constant.
  • the successive segments are denoted S1, S2, S3, S4 ..., for example from one end of the row of the photodetectors 10.
  • the lengths M and L are obviously each greater than or equal to unity, it is ie each larger than a single photodetector.
  • the invention introduces the following condition: M ⁇ L ⁇ 2 ⁇ M.
  • the offset length M is less than the segment length L, and greater than half of this same segment length L.
  • the first inequality (M ⁇ L) expresses that two successive segments in the array overlap with each other, i.e. they have at least one photodetector 10 in common.
  • the second inequality (M> L / 2) expresses that this overlap between two successive segments is shorter than half the length of each segment.
  • the length L of each segment S1, S2, S3, S4... Is equal to three times the pitch p, corresponding to segments which each consist of three successive photodetectors 10.
  • the offset length M is equal to twice the pitch p, corresponding to successive segments which are offset from each other by two successive photodetectors 10.
  • two successive segments have an overlap which has the length L - M in the direction R, ie an overlap of a photodetector 10 in the example shown.
  • the controller 2 then performs an addition of the accumulation signals I for the photodetectors 10 belonging to one of the segments S1, S2, S3, S4.
  • a first intensity value is obtained from the sum of the respective accumulation signals I of the three photodetectors 10 of the segment S1
  • a second intensity value is obtained from the sum of the respective accumulation signals I of the three photodetectors 10 of the segment S2
  • a third intensity value l 3 is obtained from the sum of the respective accumulation signals I of the three photodetectors 10 of the segment S3, etc.
  • Such an addition of the accumulation signals I within each segment S1, S2, S3, S4... can be carried out in any way accessible to those skilled in the art: in a hardware way at the level of the circuits for reading the sensor 1, in a software manner within the controller 2, on analog signals, but also on digital signals.
  • the image that is output by the controller 2 is constructed by assigning the intensity values, l 2 , I 3 . . . at different points of the image frame.
  • the sampling frequency ⁇ E is thus halved compared to the image capture reference method which was recalled above.
  • the invention is of interest when the offset length M is selected to further verify the inequality M> 1 / (2 ⁇ f c ⁇ p). Then, the sampling frequency ÎE is smaller than twice the cutoff frequency fc of the optical 100: f E ⁇ 2 ⁇ f c .
  • the invention thus relates to image sampling conditions for which spectrum folding occurs, and is capable of producing artifacts in the sampled image that is captured.
  • the contribution to the modulation transfer function that is due to the image sensor 1, at half the sampling frequency ÎE is equal to sinc ( TT-3/4) ⁇ 0.30.
  • the spectral components of the image whose spatial frequencies are between half of the cutoff frequency fc and this cutoff frequency fc itself have contrast values which are reduced. Indeed, the values of the modulation transfer function are low for these spatial frequencies.
  • the shift length M can be chosen to be 8 / (f c ⁇ p).
  • the sampling frequency f E is equal to 1/8 of the cutoff frequency f c only.
  • Another advantage results from the increase in the effective radiation collection area, which is associated with each intensity value of the image.
  • This effective collecting surface is multiplied by the number of photodetectors 10 which are grouped by segment, that is to say by the length of segment L. Therefore, the total accumulation signal associated with each segment S1, S2, S3, S4 ..., is multiplied by L, on average, while the photon noise level is multiplied at the same time as by the root-square of L.
  • the signal-to-noise ratio that is associated with each intensity value of the captured image is thus itself increased by a multiplicative factor equal to the square root of L , which is greater than unity. Hence an improvement in the signal-to-noise ratio of the captured image.
  • FIG. 3 illustrates a reading mode of the image sensor 1, which proceeds by agglomerating neighboring photodetectors by successive disjoint segments, for example by disjoint pairs of successive photodetectors.
  • S1 ', S2', S3 ', S4' denote the new segments which are thus defined in the row of photodetectors 10 of the sensor 1, in place of the segments S1, S2, S3, S4.
  • the reading mode sampling of Figure 3 is twice as small as that of the reading mode of Figure 2, and the contribution of the sensor 1 to the modulation transfer function for half of the sampling frequency is again equal to " 0.64 for Figure 3, instead of " 0.3 for Figure 2.
  • the reading mode of Figure 2 which is in accordance with the present invention, produces less than artifacts in the image that is finally grasped.
  • the value of the signal-to-noise ratio is also lower for the reading mode of FIG. 2, compared with that of FIG. 3, by a factor equal to (3/2) 1 2 "1 22.
  • the two reading modes of the image sensor can be selected alternately at will, depending on the imaging mission concerned. Such a selection can be made by a appropriate command that is addressed to the controller 2, for example.

Landscapes

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Abstract

Un instrument de saisie d'image met en œuvre une addition de signaux d'accumulation pour des photodétecteurs (10) qui sont adjacents au sein d'une rangée (1) de photodétecteurs. Des segments (S1, S2, S3,…) sont définis dans la rangée avec une même longueur de segment commune (L), en étant décalés progressivement d'une longueur de décalage (M) qui est constante. Les signaux d'accumulation sont additionnés pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même segment. La longueur de décalage est inférieure à la longueur de segment, et supérieure à la moitié de ladite longueur de segment. Des artéfacts dans l'image saisie, qui sont dus au repliement de spectre, sont ainsi diminués. Le rapport signal-sur-bruit de l'image est augmenté.

Description

SAISIE D'IMAGE AVEC ADDITION DE SIGNAUX D'ACCUMULATION POUR DES PHOTODETECTEURS ADJACENTS
La présente invention concerne un instrument de saisie d'image dans lequel des signaux d'accumulation qui sont produits par des photodétecteurs adjacents sont ajoutés entre eux. Elle concerne aussi un procédé qui est mis en œuvre dans un tel instrument. L'invention vise à améliorer une qualité des images qui sont saisies lorsque les conditions de formation et de détection d'image génèrent un repliement de spectre, ou «spectral aliasing» en anglais, ou lorsque le rapport signal-sur-bruit de l'image est insuffisant.
Une caractéristique d'un instrument de saisie d'image est sa fonction de transfert de modulation, ou FTM. Cette fonction caractérise la capacité de l'instrument à restituer dans les images qui sont saisies, des motifs de la scène photographiée qui ont des dimensions variables. Ainsi, la fonction de transfert de modulation est le rapport de contraste entre l'image et la scène, pour un motif dont l'intensité varie sinusoïdalement et qui est identifié par sa fréquence spatiale dans l'image. La fonction de transfert de modulation est obtenue en variant la fréquence spatiale du motif, et en déterminant son contraste dans l'image en fonction de cette fréquence spatiale.
De façon connue, la saisie d'une image par l'instrument a un effet de filtre passe-bas. Cet effet apparaît comme une décroissance de la fonction de transfert de modulation au fur et à mesure que la fréquence spatiale du motif dans l'image augmente.
Plusieurs contributions constituent ensemble la fonction de transfert de modulation, sous forme d'un produit de ces contributions pour constituer la fonction de transfert de modulation de l'instrument complet. Une première contribution est produite par l'optique de formation de l'image qui est utilisée dans l'instrument. Cette première contribution est une fonction décroissante de la fréquence spatiale dans l'image, et est sensiblement nulle pour des fréquences spatiales qui sont supérieures à une fréquence de coupure fc. Cette fréquence de coupure est donnée par la formule suivante : fc = 1/(N ■ λ), où : λ est une longueur d'onde du rayonnement qui est utilisé pour former l'image, et qui provient de la scène imagée par l'instrument, et N est l'ouverture numérique de l'optique de formation d'image : N = f/D, où f et D sont respectivement une distance focale et un diamètre de pupille de cette optique.
Ainsi, les composantes spectrales de la scène qui correspondraient à des fréquences spatiales dans l'image qui sont supérieures à la fréquence de coupure fc, sont supprimées de l'image par l'optique elle-même. Autrement dit, l'image de la scène qui est formée par l'optique ne contient que des composantes spectrales dont les fréquences spatiales sont inférieures à la fréquence de coupure fc.
Une seconde contribution à la fonction de transfert de modulation est produite par le capteur d'image qui est utilisé dans l'instrument. Ce capteur est situé dans le plan focal de l'optique de formation d'image, et comprend au moins une rangée de photodétecteurs qui ont des dimensions individuelles identiques et sont alignés avec un pas p qui est constant le long de la rangée.
De façon connue, un tel capteur réalise un échantillonnage de l'image, avec une fréquence d'échantillonnage ÎE qui est égale à 1/p, lorsqu'un signal d'accumulation est lu séparément dans chaque photodétecteur pour constituer un point différent de l'image saisie.
Lorsque la fréquence d'échantillonnage fE par les photodétecteurs est inférieure au double de la fréquence de coupure fc, un repliement de spectre intervient à cause du niveau d'échantillonnage qui est insuffisant. Ce repliement de spectre concerne les composantes spectrales de la scène dont les fréquences spatiales dans l'image sont comprises entre fE/2 et fc. Les intensités de ces composantes spectrales apparaissent ajoutées à celles dont les fréquences spatiales sont inférieures à fE. La limite que constitue la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE vis-à-vis de la capacité du capteur à fournir une représentation fidèle des composantes spectrales de l'image, est appelée fréquence de Nyquist. Lorsque le capteur d'image est supposé parfait, la valeur de sa contribution à la fonction de transfert de modulation, pour la fréquence spatiale dans l'image qui est égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE, est égale à sinc(n/2) « 0,64, lorsque chaque photodétecteur produit séparément un signal d'accumulation qui correspond à un point d'image différent. Dans la formule précédente, sinc(x) est la fonction sinus-cardinal, ou [sin(x)]/x lorsqu'elle est appliquée à un argument x.
La fonction de transfert de modulation qui résulte de l'optique de formation d'image et du capteur d'image présente alors une valeur qui est encore importante pour la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE. Le repliement de spectre produit alors des artéfacts dans l'image saisie, qui sont visibles notamment lorsque cette image est fusionnée avec une autre de la même scène mais dont la fréquence d'échantillonnage est supérieure.
Une solution pour réduire ces artéfacts consiste à réduire la taille des photodétecteurs, afin de réduire leur pas p dans la rangée du capteur. De cette façon, l'échantillonnage de l'image est augmenté. Mais le capteur d'image, à photodétecteurs qui sont plus petits, est plus complexe. Les débits de données à traiter sont alors plus importants, ce qui entraîne aussi une complexité accrue pour la chaîne de traitement des données qui est embarquée. En outre, le capteur d'image qui est utilisé peut être imposé par diverses contraintes, et notamment par d'autres utilisations du même capteur lorsqu'une mission polyvalente est prévue. Autrement dit, la dimension individuelle et le pas des photodétecteurs peuvent être imposés.
Une autre solution pour réduire les artéfacts dus au repliement de spectre consiste à réduire la dimension de la pupille de l'optique de formation d'image. Ainsi, la valeur de la fonction de transfert de modulation à la moitié de la fréquence d'échantillonnage est réduite. De cette façon, la contribution parasite des fréquences repliées, dans les contrastes des composantes spectrales de l'image dont les fréquences spatiales sont inférieures à la fréquence d'échantillonnage, est diminuée. Mais, l'optique de formation d'image peut être commune à plusieurs fonctions. En particulier, cette optique peut être commune à plusieurs voies de saisie d'images qui sont utilisées simultanément, par exemple avec des intervalles qui sont différents pour la longueur d'onde du rayonnement. La dimension de la pupille de l'optique de formation d'image est alors fixée, sans pouvoir être adaptée séparément en fonction du capteur de chaque voie d'imagerie. Enfin, il est aussi connu de modifier la dimension effective et le pas effectif des photodétecteurs pour des images qui sont saisies, en «agglomérant» des photodétecteurs qui sont voisins le long d'une rangée du capteur. Pour cela, les photodétecteurs sont regroupés en segments de rangée, successifs le long de la rangée et disjoints. On entend par «agglomération de photodétecteurs voisins», ou «photodetector binning» en anglais, un mode de lecture des signaux d'accumulation des photodétecteurs selon lequel les signaux respectifs de photodétecteurs qui appartiennent à un même segment sont additionnés entre eux. La Figure 3 illustre un tel mode de lecture du capteur d'image, tel que connu avant la présente invention. Dans cette figure, la référence 10 désigne les photodétecteurs individuels du capteur d'image 1 , et S1 ', S2', S3', S4'... désignent des paires successives et disjointes de regroupement des photodétecteurs 10. Des conséquences d'une telle agglomération des photodétecteurs sont notamment :
- la fréquence spatiale d'échantillonnage de l'image est divisée par deux, ce qui représente une réduction des performances d'imagerie ; et
- le rapport signal-sur-bruit relatif à chaque valeur d'intensité qui est utilisée dans l'image telle qu'elle est saisie, est amélioré.
Une telle agglomération des photodétecteurs, qui a pour but d'augmenter le rapport signal-sur-bruit en acceptant une dégradation de la résolution, fait aussi apparaître ou aggrave les artéfacts d'image qui sont provoqués par le repliement de spectre.
A partir de cette situation, un premier but de l'invention consiste à réduire plus efficacement les artéfacts qui sont produits par le repliement de spectre dans les images saisies. Un second but de l'invention est d'améliorer le rapport signal-sur-bruit pour chaque valeur d'intensité qui constitue l'image saisie. Enfin, des buts complémentaires de l'invention sont d'éviter de rendre trop complexes l'instrument de saisie d'image et/ou le traitement des images qui sont saisies, ainsi qu'éviter d'augmenter le prix de revient de l'instrument. En particulier, un but complémentaire de l'invention est d'éviter d'augmenter la fréquence d'échantillonnage de l'image pour une fréquence de coupure de l'optique de formation d'image qui reste constante.
Pour atteindre l'un au moins de ces buts ou d'autres, la présente invention propose un instrument de saisie d'image qui comprend :
- une optique de formation d'image et une rangée de photodétecteurs telles que décrites précédemment ; et
- un contrôleur, adapté pour commander des lectures des signaux d'accumulation qui sont produits respectivement par les photodétecteurs.
Le contrôleur est adapté en outre pour définir une série de segments à l'intérieur de la rangée, qui comprennent chacun un même nombre de photodétecteurs adjacents, appelé longueur de segment, et pour commander les lectures des signaux d'accumulation en additionnant ceux dont les photodétecteurs appartiennent à un même des segments. Autrement dit, le contrôleur est adapté pour réaliser une agglomération («binning») des photodétecteurs.
Le contrôleur est aussi adapté pour définir les segments de sorte qu'une longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée, exprimée comme un nombre de photodétecteurs, soit constante le long de la rangée, et supérieure à 1/(2 ■ fc ■ p). De cette façon, l'instrument possède une nouvelle fréquence d'échantillonnage ÎE de l'image qui est formée par l'optique, égale à 1/(M ■ p). Cette nouvelle fréquence d'échantillonnage ÎE est inférieure au double de la fréquence de coupure fc. L'instrument de l'invention fonctionne donc dans des conditions telles que le repliement de spectre se produise. Ces caractéristiques impliquent que la longueur de décalage M soit non-nulle.
L'instrument de l'invention possède en outre la caractéristique additionnelle suivante : la longueur de segment est strictement supérieure à la longueur de décalage M, et strictement inférieure au double de cette même longueur de décalage M.
Cette caractéristique additionnelle engendre une réduction de la contribution du capteur d'image à la fonction de transfert de modulation (FTM) de l'instrument. Or une réduction de la FTM est contraire à ce que recherche en général le spécialiste en optique spatiale, dont le but est plutôt de l'augmenter quand il vise une amélioration de la qualité d'image. Cependant, en réduisant la contribution du capteur d'image à la FTM, la contribution parasite des composantes spectrales de la scène dont les fréquences spatiales sont repliées dans l'image qui est saisie, est diminuée. L'image qui est saisie en agglomérant les photodétecteurs selon l'invention présente donc moins d'artéfacts causés par le repliement de spectre, qui apparaîtraient notamment lorsque cette image est fusionnée avec une autre image dont la fréquence d'échantillonnage serait supérieure. En conséquence de l'invention, deux segments successifs de photodétecteurs qui sont utilisés pour additionner les signaux d'accumulation lors de la lecture, présentent entre eux un recouvrement d'au moins un photodétecteur. De plus, ce recouvrement est plus petit que la moitié de la longueur de chaque segment. En outre, l'addition des signaux d'accumulation pour chaque segment, qui produit chaque valeur d'intensité de l'image saisie, présente une valeur améliorée pour le rapport signal-sur-bruit. En effet, la surface totale de collecte du rayonnement qui correspond à cette valeur d'intensité, est proportionnelle à la longueur de segment qui est utilisée pour appliquer l'invention. L'invention propose aussi un procédé de saisie d'image, qui comprend les étapes suivantes :
- fournir l'optique de formation d'image ;
- disposer la rangée des photodétecteurs dans le plan focal de l'optique de formation d'image ; - définir la série des segments à l'intérieur de la rangée, qui comprennent chacun le même nombre de photodétecteurs adjacents, appelé longueur de segment ; et
- commander la lecture des signaux d'accumulation qui sont produits respectivement par les photodétecteurs, en additionnant ceux dont les photodétecteurs appartiennent à un même des segments.
Dans le procédé de l'invention, une longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée, exprimée comme un nombre de photodétecteurs, est constante le long de la rangée, et supérieure à 1/(2 - fc - p).
Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que la longueur de segment soit strictement supérieure à la longueur de décalage M, et simultanément strictement inférieure au double de cette longueur de décalage M. Or, les contrastes des composantes spectrales de l'image dont les fréquences spatiales sont comprises entre la fréquence de coupure de l'optique de formation d'image et la moitié de cette dernière, sont faibles dans la pratique à cause des valeurs de la fonction de transfert de modulation de l'instrument pour ces fréquences spatiales. Dans ce cas, et pour des modes préférés de réalisation de l'invention, il peut être avantageux que la longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée soit supérieure à 1/(fc ■ p). Le recouvrement entre deux segments successifs est ainsi plus petit. La fréquence spatiale d'échantillonnage fE de l'image qui est saisie est alors inférieure à la fréquence de coupure fc, en plus d'être inférieure au double de fc. Le capteur d'image qui est sélectionné pour l'instrument peut ainsi être moins onéreux, et la quantité de données d'image est réduite.
En particulier, la longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée, peut être comprise entre 2/(fc ■ p) et 10/(fc ■ p). De cette façon, la fréquence spatiale de coupure fc peut être comprise entre deux fois et dix fois la fréquence spatiale d'échantillonnage ÎE.
Par exemple, la longueur de segment peut être égale à trois photodétecteurs adjacents, et la longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée peut être égale à deux photodétecteurs adjacents.
De façon générale, les photodétecteurs qui sont concernés par l'invention peuvent être des photodétecteurs élémentaires d'un capteur d'image, ou bien des unités de détection de rayonnement qui résultent déjà d'une agglomération de plusieurs photodétecteurs élémentaires du capteur d'image. Le vocable photodétecteur qui est utilisé dans la présente description couvre tous ces deux modes d'utilisation d'un capteur d'image.
Dans des mises en œuvre préférées du procédé de l'invention, l'addition des signaux d'accumulation pour les photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments lorsque la longueur de segment est strictement supérieure à la longueur de décalage M et strictement inférieure au double de cette même longueur de décalage M, peut correspondre à un premier mode de lecture qui est disponible parmi plusieurs modes de lecture alternatifs. Alors, une autre série de segments peut être définie à l'intérieur de la rangée des photodétecteurs, pour un autre des modes de lecture, avec la même longueur de décalage M entre deux segments successifs que dans le premier mode de lecture, mais avec une nouvelle longueur de segment qui est égale à la longueur de décalage M. Ainsi, deux segments qui sont successifs dans la rangée de photodétecteurs n'ont plus de recouvrement entre eux dans l'autre mode de lecture. Les signaux d'accumulation sont additionnés dans cet autre mode de lecture, pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments de l'autre série. Dans ce cas, le procédé peut comprendre une étape initiale de sélection d'un des modes de lecture.
Au sein d'un instrument de saisie d'image qui est conforme à l'invention, les deux modes de lecture alternatifs peuvent être définis et commandés chacun par le contrôleur. L'instrument de saisie d'image est alors polyvalent, et peut être adapté de cette façon pour plusieurs missions sans modification matérielle.
Pour certaines applications de l'invention au domaine de l'imagerie spatiale, l'optique de formation d'image et la rangée des photodétecteurs peuvent être parties d'un instrument de saisie d'image qui est monté à bord d'un satellite. Le procédé peut alors être mis en œuvre pour saisir au moins une image d'une portion de surface de la Terre.
D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la Figure 1 représente un instrument de saisie d'image auquel la présente invention peut être appliquée ;
- la Figure 2 illustre un mode de lecture par agglomération de photodétecteurs, tel que proposé par la présente invention ; et
- la Figure 3 illustre un autre mode de lecture par agglomération de photodétecteurs, connu avant la présente invention.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou qui ont des fonctions identiques.
Conformément à la Figure 1 , un instrument de saisie d'image comprend une optique de formation d'image 100, un capteur d'image 1 et un contrôleur de saisie d'image 2. Le contrôleur 2 est noté CTRL et est en général une unité électronique dédiée, séparée ou non du capteur 1 . L'optique de formation d'image 100 peut être de tout type, à base de lentilles ou de miroirs. Notamment, elle peut être adaptée pour des missions d'imagerie spatiale. Dans ce cas, l'optique 100 peut être un télescope d'une configuration connue de l'Homme du métier, telle qu'un télescope à deux miroirs. Les références 101 et 102 désignent alors respectivement le miroir primaire et le miroir secondaire du télescope. De façon connue, l'ouverture des faisceaux de rayonnement qui entrent dans l'optique 100 est limitée par la pupille P de cette optique, dont le diamètre est noté D. Dans le cas d'un télescope, la pupille d'entrée correspond le plus souvent à la limite périphérique du miroir primaire 101 . L'optique de formation d'image 100 possède une fréquence de coupure fc qui est effective pour les composantes spectrales de l'image formée, en fonction de la fréquence spatiale de ces composantes. L'expression de cette fréquence de coupure fc a été rappelée au début de la présente description.
La surface photosensible du capteur d'image 1 est située dans le plan de formation d'image 103 de l'optique 100, qui correspond le plus souvent au plan focal de celle-ci. Ainsi, des faisceaux de rayonnement F1 et F2 qui proviennent de points différents d'une scène qui est située dans le champ d'entrée de l'optique 100, convergent à des endroits séparés de la surface photosensible du capteur 1 .
Le capteur d'image 1 peut être de tout type : capteur matriciel, capteur en ligne ou capteur à intégration décalée temporellement, désigné par l'acronyme TDI pour «time delay intégration». Le capteur 1 comprend alors au moins une rangée de photodétecteurs 10, qui sont juxtaposés selon une direction de rangée notée R. La rangée peut contenir 3500 photodétecteurs 10, par exemple. Pour saisir une image, chaque photodétecteur 10 produit individuellement un signal d'accumulation qui est noté I, et qui est proportionnel à une quantité de rayonnement reçue par ce photodétecteur pendant une durée d'exposition déterminée. Dans la suite, mais de façon non limitative, on pourra considérer que le capteur 1 est un capteur en ligne, c'est-à-dire constitué d'une seule rangée de photodétecteurs. Enfin, le contrôleur 2 commande le fonctionnement du capteur 1 pour saisir chaque image. Outre l'étape d'exposition de chaque photodétecteur 10, il commande une étape de lecture des signaux d'accumulation I. Le capteur d'image 1 et le contrôleur 2 peuvent être adaptés pour saisir les images selon des modes de fonctionnement différents, tels que l'exposition simultanée de tous les photodétecteurs 10, désignée par «snapshot» en anglais, ou un mode de lecture continue des photodétecteurs, désigné par «rolling» en anglais. Mais de façon préférée, le capteur d'image 1 et le contrôleur 2 sont adaptés pour combiner l'invention avec un mode de saisie d'image de type «pushbroom». L'Homme du métier comprendra que l'invention qui est décrite dans la suite peut être combinée avec une grande variété de modes de fonctionnement pour le capteur d'image 1 . Le contrôleur 2 produit en sortie une image, qui est construite en affectant des valeurs d'intensité respectivement à des points discrets d'une trame d'image.
Dans un procédé de référence pour la saisie d'image, chaque point de la trame d'image peut correspondre à un seul des photodétecteurs 10, de sorte que les valeurs d'intensité respectives des points de l'image saisie correspondent une-à-une aux signaux d'accumulation I qui sont lus séparément dans les photodétecteurs 10. Les caractéristiques d'imagerie qui sont alors obtenues dépendent de celles de l'optique de formation d'image 100 et du capteur d'image 1 . Ces caractéristiques comprennent notamment :
- la fréquence de coupure fc de l'optique 100 ; - la dimension individuelle d des photodétecteurs 10 selon la direction R.
Plus précisément, d est la dimension de la portion de surface photosensible du capteur d'image 1 , qui correspond à un seul photodétecteur ; et
- le pas p des photodétecteurs 10 selon la direction R, défini comme la distance selon cette direction entre deux bords d'un même côté, relatifs à deux photodétecteurs 10 qui sont voisins au sein de la rangée. Autrement dit, le pas p est la période spatiale des photodétecteurs 10 dans la surface photosensible du capteur 1 , selon la direction R.
L'écart entre le pas p et la dimension d est la largeur d'une bande morte qui existe entre deux photodétecteurs 10 voisins dans la rangée. Cet écart est négligé dans la suite, mais l'Homme du métier saura en tenir compte si nécessaire à la lecture des explications données ci-dessous.
Les valeurs numériques exactes de ces caractéristiques n'ont pas d'importance par rapport au principe de l'invention, et dépendent des composants réels qui sont sélectionnés pour constituer l'instrument de saisie d'image. De même, la dimension e des photodétecteurs 10, mesurée perpendiculairement à la direction R, n'a pas d'importance par rapport à l'invention.
Les procédés de saisie d'image qui sont conformes à l'invention utilisent une agglomération des photodétecteurs 10. Certaines des caractéristiques d'imagerie présentées, dont la contribution du capteur 1 à la fonction de transfert de modulation et la fréquence d'échantillonnage, dépendent alors en outre du motif d'agglomération qui est utilisé.
Toutefois, la contribution de l'optique de formation d'image 100 à la fonction de transfert de modulation de l'instrument, appelée première contribution plus haut, n'est pas modifiée. Par suite, la fréquence de coupure fc de l'optique 100 est inchangée.
La Figure 2 illustre une mise en œuvre particulière de l'invention. Les photodétecteurs 10 y sont regroupés en segments continus selon la direction R, avec une longueur de segment L qui est commune pour tous les segments, et une longueur de décalage M entre deux segments successifs selon la direction R, qui est aussi constante. Les segments successifs sont notés S1 , S2, S3, S4..., par exemple à partir d'une extrémité de la rangée des photodétecteurs 10. Les longueurs M et L sont évidemment chacune supérieures ou égales à l'unité, c'est-à-dire chacune plus grandes qu'un seul photodétecteur.
L'invention introduit la condition suivante : M < L < 2 ■ M. Autrement dit, la longueur de décalage M est inférieure à la longueur de segment L, et supérieure à la moitié de cette même longueur de segment L.
La première inégalité (M < L) exprime que deux segments successifs dans la rangée ont un recouvrement l'un avec l'autre, c'est-à-dire qu'ils possèdent au moins un photodétecteur 10 en commun.
La seconde inégalité (M > L/2) exprime que ce recouvrement entre deux segments successifs est plus court que la moitié de la longueur de chaque segment. Dans l'exemple qui est représenté sur la Figure 2, la longueur L de chaque segment S1 , S2, S3, S4... est égale à trois fois le pas p, correspondant à des segments qui sont constitués chacun par trois photodétecteurs 10 successifs. La longueur de décalage M est égale à deux fois le pas p, correspondant à des segments successifs qui sont décalés entre eux de deux photodétecteurs 10 successifs. En conséquence, deux segments successifs présentent un recouvrement qui possède la longueur L - M selon la direction R, soit un recouvrement d'un photodétecteur 10 dans l'exemple représenté. Le contrôleur 2 effectue alors une addition des signaux d'accumulation I pour les photodétecteurs 10 qui appartiennent à un même des segments S1 , S2, S3, S4... Ainsi, une première valeur d'intensité est obtenue à partir de la somme des signaux d'accumulation I respectifs des trois photodétecteurs 10 du segment S1 , une deuxième valeur d'intensité est obtenue à partir de la somme des signaux d'accumulation I respectifs des trois photodétecteurs 10 du segment S2, une troisième valeur d'intensité l3 est obtenue à partir de la somme des signaux d'accumulation I respectifs des trois photodétecteurs 10 du segment S3, etc. Une telle addition des signaux d'accumulation I à l'intérieur de chaque segment S1 , S2, S3, S4... peut être effectuée d'une façon quelconque, accessible à l'Homme du métier : de façon matérielle au niveau des circuits de lecture du capteur 1 , de façon logicielle au sein du contrôleur 2, sur des signaux analogiques, mais aussi sur des signaux numériques. L'image qui est délivrée en sortie par le contrôleur 2 est construite en affectant les valeurs d'intensité , l2, I3. . . à des points différents de la trame d'image.
La longueur du décalage remplace alors le pas p des photodétecteurs individuels 10 dans la rangée 1 , pour l'échantillonnage qui est ainsi réalisé à l'intérieur de l'image formée par l'optique 100. Autrement dit, la fréquence d'échantillonnage de l'instrument est alors : fE = 1/(M ■ p). Dans l'exemple particulier de la Figure 2, la fréquence d'échantillonnage ÎE est ainsi divisée par deux, par rapport au procédé de référence de saisie d'image qui a été rappelé plus haut.
L'invention trouve intérêt lorsque la longueur de décalage M est sélectionnée pour vérifier en outre l'inégalité M > 1/(2 ■ fc ■ p). Alors, la fréquence d'échantillonnage ÎE est plus petite que le double de la fréquence de coupure fc de l'optique 100 : fE < 2 ■ fc. L'invention concerne donc des conditions d'échantillonnage de l'image pour lesquelles le repliement de spectre se produit, et est susceptible de produire des artéfacts dans l'image échantillonnée qui est saisie. La contribution à la fonction de transfert de modulation qui est due au capteur d'image 1 , appelée seconde contribution dans la partie générale de la description, et évaluée pour la fréquence spatiale dans l'image qui est égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage , devient sinc[n-L/(2 ■ M)] en appliquant l'invention. Etant donné que M < L < 2 ■ M, cette valeur est comprise strictement entre zéro et sinc(n/2) « 0,64. Autrement dit, la fonction de transfert de modulation évaluée pour la moitié de la fréquence d'échantillonnage ÎE, est réduite par rapport au procédé de référence où les signaux d'accumulation I des photodétecteurs 10 sont affectés un-à-un aux points de la trame d'image. Les composantes spectrales de l'image qui sont repliées ont donc des valeurs de contraste qui sont réduites, si bien que l'image qui est construite à partir des valeurs d'intensité h, h- - - présente des artéfacts dus au repliement de spectre, qui sont diminués.
Pour l'exemple avec L = 3 photodétecteurs et M = 2 photodétecteurs, la contribution à la fonction de transfert de modulation qui est due au capteur d'image 1 , à la moitié de la fréquence d'échantillonnage ÎE, est égale à sinc(TT-3/4) ~ 0,30. Dans la pratique, les composantes spectrales de l'image dont les fréquences spatiales sont comprises entre la moitié de la fréquence de coupure fc et cette fréquence de coupure fc elle-même, ont des valeurs du contraste qui sont réduites. En effet, les valeurs de la fonction de transfert de modulation sont faibles pour ces fréquences spatiales. Les artéfacts qui sont dus au repliement de spectre à partir de cet intervalle de fréquences spatiales sont donc mineurs, si bien que la fréquence d'échantillonnage ÎE peut être inférieure à la fréquence de coupure fc, au-delà d'être inférieure au double de fc, tout en obtenant une image saisie dépourvue d'artéfacts qui soient importants. Soit : fE < fc, ou M > 1/(fc ■ p). Le recouvrement entre deux segments successifs de photodétecteurs 10 peut donc être réduit tout en appliquant l'invention.
Par exemple, la longueur de décalage M peut être choisie égale à 8/(fc ■ p). Dans ce cas, la fréquence d'échantillonnage fE est égale à 1/8 de la fréquence de coupure fc seulement.
Un autre avantage résulte de l'augmentation de la surface effective de collecte du rayonnement, qui est associée à chaque valeur d'intensité de l'image. Cette surface de collecte effective est multipliée par le nombre des photodétecteurs 10 qui sont regroupés par segment, c'est-à-dire par la longueur de segment L. Par conséquent, le signal d'accumulation total qui est associé à chaque segment S1 , S2, S3, S4..., est multiplié par L, en moyenne, alors que le niveau de bruit photonique n'est multiplié simultanément que par la racine-carrée de L. Le rapport signal-sur-bruit qui est associé à chaque valeur d'intensité de l'image saisie est ainsi lui-même augmenté d'un facteur multiplicatif égal à la racine-carrée de L, qui supérieure à l'unité. D'où une amélioration du rapport signal-sur-bruit de l'image saisie.
A titre de comparaison, la Figure 3 illustre un mode de lecture du capteur d'image 1 , qui procède en agglomérant des photodétecteurs voisins par segments successifs disjoints, par exemple par paires disjointes de photodétecteurs successifs. Autrement dit, la longueur de segment et la longueur de décalage entre deux segments successifs sont égales : M = L, par exemple toutes deux égales à deux photodétecteurs 10. Ce mode de lecture n'utilise donc pas la présente invention. S1 ', S2', S3', S4'... désignent les nouveaux segments qui sont ainsi définis dans la rangée des photodétecteurs 10 du capteur 1 , à la place des segments S1 , S2, S3, S4... La fréquence d'échantillonnage du mode de lecture de la Figure 3 est deux fois plus faible que celle du mode de lecture de la Figure 2, et la contribution du capteur 1 à la fonction de transfert de modulation pour la moitié de la fréquence d'échantillonnage, est de nouveau égale à « 0,64 pour la Figure 3, au lieu de « 0,3 pour la Figure 2. Pour ces raisons, le mode de lecture de la Figure 2, qui est conforme à la présente invention, produit moins d'artéfacts dans l'image qui est finalement saisie.
Par ailleurs, la valeur du rapport signal-sur-bruit est aussi plus faible pour le mode de lecture de la Figure 2, en comparaison avec celui de la Figure 3, d'un facteur égal à (3/2)1 2 « 1 ,22.
Cependant, les deux modes de lecture des Figures 2 et 3 correspondent à des quantités de données d'image qui sont identiques.
Dans des réalisations polyvalentes de l'invention, les deux modes de lecture du capteur d'image, respectivement conformes aux Figures 2 et 3, peuvent être sélectionnés en alternance à volonté, en fonction de la mission d'imagerie concernée. Une telle sélection peut être effectuée par une commande appropriée qui est adressée au contrôleur 2, par exemple.
Il est entendu que l'invention telle qu'elle vient d'être décrite peut être adaptée ou modifiée dans des détails de sa mise en œuvre, tout en conservant certains au moins des avantages qui ont été cités. En particulier, les longueurs de segment L et de décalage M entre deux segments successifs peuvent être augmentées, mais toutefois la longueur de segment L reste strictement comprise entre la longueur décalage M et le double de cette dernière, pour l'application de l'invention.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 . Instrument de saisie d'image, comprenant :
- une optique de formation d'image (100), adaptée pour former une image d'une scène dans un plan focal (103) à partir d'un rayonnement provenant de ladite scène, l'optique de formation d'image ayant un diamètre D de pupille (P) et une distance focale f déterminant une ouverture numérique N et une fréquence spatiale de coupure fc effective pour des motifs dans l'image, selon les formules :
N = f/D et fc = 1/(N ■ λ), où λ est une longueur d'onde du rayonnement ;
- une rangée (1 ) de photodétecteurs (10) située dans le plan focal (103), avec un pas p des photodétecteurs qui est constant le long de la rangée ; et
- un contrôleur (2) adapté pour commander des lectures de signaux d'accumulation (I) produits respectivement par les photodétecteurs
(10),
instrument dans lequel le contrôleur (2) est adapté en outre pour définir une série de segments (S1 , S2, S3...) à l'intérieur de la rangée (1 ), qui comprennent chacun un même nombre (L) de photodétecteurs (10) adjacents, appelé longueur de segment, et pour commander les lectures des signaux d'accumulation (I) en additionnant les dits signaux d'accumulation pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments, et le contrôleur (2) est aussi adapté pour définir les segments (S1 , S2, S3...) de sorte qu'une longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée (1 ), exprimée comme un nombre de photodétecteurs (10), soit constante le long de la rangée, et supérieure à 1/(2 ■ fc ■ p), l'instrument étant caractérisé en ce que la longueur de segment (L) est strictement supérieure à la longueur de décalage M, et strictement inférieure au double de ladite longueur de décalage M.
2. Instrument selon la revendication 1 , dans lequel la longueur de segment (L) est égale à trois photodétecteurs (10) adjacents, et la longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ) est égale à deux photodétecteurs adjacents.
3. Instrument selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la longueur de décalage M entre deux segments successifs (S1 , S2, S3...) dans la rangée (1 ), est supérieure à 1/(fc ■ p).
4. Instrument selon la revendication 3, dans lequel la longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ), est comprise entre 2/(fc ■ p) et 10/(fc ■ p).
5. Instrument selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le contrôleur (2) est adapté pour commander des lectures des signaux d'accumulation (I) selon plusieurs modes de lecture alternatifs, l'addition des signaux d'accumulation pour les photodétecteurs (10) qui appartiennent à un même des segments (S1 , S2, S3...) lorsque la longueur de segment (L) est strictement supérieure à la longueur de décalage M et strictement inférieure au double de ladite longueur de décalage M, correspondant à un premier des modes de lecture, et le contrôleur (2) est adapté en outre pour, dans un autre des modes de lecture, définir une autre série de segments (S1 ', S2', S3'...) à l'intérieur de la rangée (1 ) des photodétecteurs (10), avec la même longueur de décalage M entre deux segments successifs que dans le premier mode de lecture, mais avec une nouvelle longueur de segment qui est égale à ladite longueur de décalage M, et pour additionner les signaux d'accumulation (I) pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments de ladite autre série.
6. Procédé de saisie d'image, comprenant les étapes suivantes :
- fournir une optique de formation d'image (100), adaptée pour former une image d'une scène dans un plan focal (103) à partir d'un rayonnement provenant de ladite scène, l'optique de formation d'image ayant un diamètre D de pupille (P) et une distance focale f déterminant une ouverture numérique N et une fréquence spatiale de coupure fc effective pour des motifs dans l'image, selon les formules :
N = f/D et fc = 1/(N ■ λ) où λ est une longueur d'onde du rayonnement ; - dans le plan focal (103), disposer une rangée (1 ) de photodétecteurs
(10) avec un pas p des photodétecteurs qui est constant le long de ladite rangée ;
- définir une série de segments (S1 , S2, S3...) à l'intérieur de la rangée (1 ), qui comprennent chacun un même nombre (L) de photodétecteurs (10) adjacents, appelé longueur de segment ; et
- commander une lecture de signaux d'accumulation (I) produits respectivement par les photodétecteurs (10), en additionnant les signaux d'accumulation des photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments, une longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ), exprimée comme un nombre de photodétecteurs (10), étant constante le long de la rangée, et supérieure à 1/(2 ■ fc ■ p), le procédé étant caractérisé en ce que la longueur de segment (L) soit strictement supérieure à la longueur de décalage M, et strictement inférieure au double de ladite longueur de décalage M.
7. Procédé selon la revendication 6, suivant lequel la longueur de segment (L) est égale à trois photodétecteurs (10) adjacents, et la longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ) est égale à deux photodétecteurs adjacents.
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, suivant lequel la longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ), est supérieure à 1/(fc ■ p).
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, suivant lequel la longueur de décalage M entre deux segments (S1 , S2, S3...) successifs dans la rangée (1 ), est comprise entre 2/(fc ■ p) et 10/(fc ■ p).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, suivant lequel l'addition des signaux d'accumulation (I) pour les photodétecteurs (10) qui appartiennent à un même des segments (S1 , S2, S3...) lorsque la longueur de segment (L) est strictement supérieure à la longueur de décalage M et strictement inférieure au double de ladite longueur de décalage M, correspond à un premier mode de lecture parmi plusieurs modes de lecture alternatifs, et dans un autre des modes de lecture, une autre série de segments (S1 \ S2', S3'...) est définie à l'intérieur de la rangée (1 ) des photodétecteurs (10), avec la même longueur de décalage M entre deux segments successifs que dans le premier mode de lecture, mais avec une nouvelle longueur de segment qui est égale à ladite longueur de décalage M, et les signaux d'accumulation (I) sont additionnés pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même des segments de ladite autre série, le procédé comprenant une étape initiale de sélection d'un des modes de lecture.
1 1 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, suivant lequel l'optique de formation d'image (100) et la rangée (1 ) des photodétecteurs (10) sont parties d'un instrument de saisie d'image, ledit instrument est monté à bord d'un satellite, et le procédé est mis en œuvre pour saisir au moins une image d'une portion de surface de la Terre.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060077269A1 (en) * 2002-03-15 2006-04-13 National Semiconductor Corporation Pixel binning image sensor

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2733111B1 (fr) * 1995-04-11 1997-05-23 Thomson Csf Procede de detection a cycles d'integration et de lecture repartis pour camera a balayage, et barrette de detection correspondante
WO1997005451A1 (fr) * 1995-07-28 1997-02-13 Centre National D'etudes Spatiales Procede d'acquisition d'une image par balayage pousse-balai
FR2776456B1 (fr) * 1998-03-20 2000-06-16 Centre Nat Etd Spatiales Perfectionnement a l'acquisition d'image par balayage pousse-balai
US7268814B1 (en) * 1999-10-05 2007-09-11 California Institute Of Technology Time-delayed-integration imaging with active pixel sensors
KR20030028553A (ko) * 2000-07-21 2003-04-08 더 트러스티스 오브 콜롬비아 유니버시티 인 더 시티 오브 뉴욕 이미지 모자이크 방법 및 장치
JP2003110822A (ja) * 2001-09-27 2003-04-11 Fuji Photo Film Co Ltd ライン信号取得方法および装置
CN101918789A (zh) * 2007-09-16 2010-12-15 梅厄·本-利维 利用周期图案照明和tdi的成像测量系统
JP2009246465A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Panasonic Corp 撮像装置、撮像モジュール、及び撮像システム
FR2959903B1 (fr) 2010-05-04 2012-07-27 Astrium Sas Procede d'imagerie polychrome
FR2959904B1 (fr) * 2010-05-04 2012-07-27 Astrium Sas Procede d'imagerie

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060077269A1 (en) * 2002-03-15 2006-04-13 National Semiconductor Corporation Pixel binning image sensor

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANONYMOUS: "SI-1920HD BINNING, 8 July 2005 (2005-07-08), XP055659536, Retrieved from the Internet <URL:http://www.siliconimaging.com/Specifications/SI-1920HD%20Binning.PDF> [retrieved on 20200120] *
ANONYMUS: "SI-640HF M & RGB MEGACAMERA (TM) VGA (640X480), 10-BIT, 80MH 250/500 FPS PROGRESSIVE SCAN DIGITAL CAMERA SPECIFICATIONS, 13 March 2008 (2008-03-13), XP055659517, Retrieved from the Internet <URL:https://web.archive.org/web/20080313232904/http:/www.siliconimaging.com/SI-1920HD%20Specs.htm> [retrieved on 20200120] *
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