EP4272010A1 - Method for determining, using an optronic system, positions in a scene, and associated optronic system - Google Patents

Method for determining, using an optronic system, positions in a scene, and associated optronic system

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EP4272010A1
EP4272010A1 EP21847711.5A EP21847711A EP4272010A1 EP 4272010 A1 EP4272010 A1 EP 4272010A1 EP 21847711 A EP21847711 A EP 21847711A EP 4272010 A1 EP4272010 A1 EP 4272010A1
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EP
European Patent Office
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optronic system
scene
optronic
measurement
elements
Prior art date
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Pending
Application number
EP21847711.5A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alain Simon
Arnaud Beche
Jean SOULA
Pierre-Yves GUINET
Pascal JEROT
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Thales SA
Original Assignee
Thales SA
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Publication date
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    • F41G3/00Aiming or laying means
    • F41G3/06Aiming or laying means with rangefinder

Definitions

  • TITLE Process for determining positions by an optronic system in a scene and associated optronic system
  • the present invention relates to a method for determining at least one position by an optronic system in a scene.
  • the present invention also relates to such an optronic system.
  • GNSS signals are likely to be altered without the receiver or the operator being aware of this alteration, or even unavailable.
  • the alterations of a GNSS signal are, for example, due to interference by spurious signals, masking by infrastructures or even multiple reflections of the GNSS signal.
  • GNSS are also susceptible to being tricked by third parties.
  • the subject of the invention is a method for determining at least one position by an optronic system in a scene, the scene comprising reference elements of known geographic coordinates, the optronic system comprising the following elements integrated into said optronic system:
  • a measurement module comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder,
  • a data collection phase relating to at least one reference element of the scene comprising, for each reference element, the steps of: o pointing, by the digital imager, of the reference element in the scene, o acquisition, by the measurement module, of at least one measurement relating to the reference element pointed to in the scene following receipt of a first acquisition command, o pointing, on the element display, among the stored indicators, of an indicator representative of the reference element pointed in the scene, o acquisition, by the calculation unit, of the geographical coordinates associated with the indicator pointed following the reception of a second acquisition command, o storage of so-called reference data, comprising the at least one measurement acquired and the geographical coordinates acquired,
  • the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
  • the indicators stored in the memory are geo-referenced points on geographical data, the geographical data comprising at least one element among: an ortho-image of the scene, a digital terrain model of the scene, a cartography of the scene and a digital elevation model of the scene, the memory preferably comprising, in addition to the indicators of the reference elements, indicators of all the geo-referenced points on the geographical data;
  • the pointing step of an indicator comprises the display on the display element: o of the image of the scene comprising the reference element pointed by the digital imager, and o of the indicators stored in the memory ;
  • the phase of determining the position of the optronic system comprises the selection, by the computing unit, of a technique for determining positions from among a set of techniques for determining positions according to the nature of the element(s) of the module of measurement having acquired the at least one measurement corresponding to the reference datum, the position of the optronic system being determined on the basis of the selected determination technique;
  • each element of the measurement module is associated with a measurement uncertainty and each geographical coordinate is associated with an uncertainty on said geographical coordinate, the phase for determining the position of the optronic system comprising the determination of an uncertainty on the position determined in function of the corresponding uncertainties on the at least one element of the measurement module and on the geographic coordinates;
  • the phase of determining the position of the optronic system comprises the calculation of an approximate position of the optronic system according to stored reference data and the calculation of an optimal position of the optronic system from the approximate position and the baseline data set;
  • the phase of determining the position of the optronic system comprises the evaluation of the integrity of the reference data, and the determination of an honest position according to the only reference data evaluated as being honest, and of the calculated optimal position ;
  • the optronic system comprises a receiver for geolocation and navigation by a satellite system, called GNSS receiver, the method comprising a phase of determining the position of the optronic system by the GNSS receiver, called GNSS position, and validation or not of the GNSS position as a function of a position of the optronic system determined via the reference data, advantageously when the GNSS position has been validated, the method comprises merging the GNSS position with the position of the optronic system determined via the reference data used for the comparison so as to obtain a definitive position for the optronic system;
  • the measurement module comprises an odometric goniometer or an odometric compass, at least one acquired measurement relating to the reference elements being an orientation measurement
  • the measurement acquisition step comprising: a. the acquisition of a series of images of the scene, the series of images comprising at least one image of the reference element, the images of the series of images overlapping two by two, and b. the determination, by the odometric goniometer or the odometric compass, of an orientation of the reference element with respect to the optronic system as a function of the series of images of the acquired scene;
  • the method comprises a phase of determining the position of an object of the scene as a function of the determined position of the optronic system, of an orientation obtained from the object with respect to the optronic system and of a distance obtained between the object and the optronic system;
  • the phase of determining the position of the object comprises the steps of: o acquisition of a series of images of the scene, the series of images comprising at least one image of the object, the images of the series of images overlapping two by two, and o determination of the orientation of the object with respect to the optronic system as a function of the series of images of the scene;
  • the measurement module of the optronic system comprises at least one compass, the orientation of the object being obtained by a measurement acquired by the compass during pointing of the object by the digital imager;
  • the distance between the object and the optronic system is obtained by a measurement acquired by the rangefinder during pointing of the object by the digital imager, where the distance between the object and the optronic system is the distance between the determined position of the optronic system and the intersection of a predetermined straight line with the ground of a digital terrain model, the predetermined straight line passing through the determined position of the optronic system and having for orientation the obtained orientation of the object with respect to the optronic system;
  • the optronic system is chosen from: a pair of optronic binoculars and an optronic camera;
  • the measurement module comprises a rangefinder and a goniometer, the determination of the approximate position of the optronic system comprising the automatic calibration of the bearing of the goniometer so that the goniometer functions as a compass, by means of measurements acquired with two reference elements, during pointing said reference elements by the digital imager.
  • the measurement module comprises a rangefinder and an inclinometer, the determination of the approximate position of the optronic system being carried out by means of measurements acquired for three reference elements, during the pointing of said reference elements by the digital imager.
  • the measurement module comprises a goniometer, the determination of the approximate position of the optronic system, as well as a determination of the bearing of the goniometer being carried out by means of measurements acquired for three reference elements, during the pointing of said reference elements by the digital imager.
  • the invention further relates to an optronic system for determining at least one position by an optronic system in a scene, the scene comprising reference elements of known geographic coordinates, the optronic system comprising the following elements integrated into said system optronics:
  • a measurement module comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder,
  • the optronic system being configured to implement a method as described above.
  • FIG. 7 a schematic representation of a third example of determining the position of the optronic system.
  • an absolute orientation is characterized by angles expressed with respect to a geographical reference. The most used are the azimuth angle which expresses the orientation in a locally horizontal plane (tangent to the ellipsoid associated with the geoid) with respect to the local geographic meridian and the elevation angle (or angle of inclination) which expresses the orientation in a vertical plane, with respect to the locally horizontal plane.
  • a compass typically measures an azimuth.
  • An inclinometer typically measures an elevation.
  • a relative orientation is defined with respect to another orientation (i.e. an angular difference between two orientations), characterized by the bearing angles in the horizontal plane and the elevation angles in the vertical plane.
  • a goniometer typically makes it possible to measure a bearing and a site.
  • a scene 10 is illustrated by way of example in figure 1.
  • a scene designates a theater of operations, that is to say the place where an action takes place.
  • the stage is therefore an extended space with sufficient dimensions to allow an action to take place.
  • the stage is typically an outdoor space.
  • the scene 10 comprises reference elements 12, also called landmarks or reference structures, having known geographic coordinates.
  • Scene 10 also includes elements with unknown coordinates, also called objects 14.
  • an operator 16 provided with an optronic system 18 is located in the scene 10.
  • the optronic system 18 is therefore also an object 14 of the scene 10.
  • Each reference element 12 is a fixed and remarkable object of the scene 10.
  • the coordinates (latitude, longitude) of each reference element 12 are known.
  • the altitude of each reference element 12 is also known.
  • the reference elements 12 are for example points belonging to the following elements: a construction (building, steeple, lighthouse, road, bridge, etc.) and a natural element (mountain, rock, top of a hill, vegetation, tree, etc.). In the example illustrated by FIG. 1, the reference elements 12 are constructions.
  • Each other element of the scene 10 other than a landmark is an object 14 of unknown position.
  • the objects 14 are trees, a vehicle, as well as the optronic system 18 itself.
  • the term "object” is used in a broad sense, and also includes individuals present in the scene.
  • the optronic system 18 is, for example, a system of the type:
  • - optronic binoculars digital imaging, in any spectral band
  • portable, tripod or turret-mounted or handheld or optronic camera (digital imaging, in any spectral band) installed on a vehicle or other support (mast, tripod, turret, building, etc.), orientable (controllable line of sight), or
  • an omnidirectional optronic camera installed on a vehicle or any other fixed support (mast, building, etc.), or
  • the optronic system 18 comprises elements integrated into said optronic system 18.
  • integrated it is understood that the elements are physically and software incorporated into said optronic system 18. Such elements therefore form a single block in the optronic system 18.
  • the optronic system 18 is thus, advantageously, compact and light (preferably less than three kilos).
  • the elements integrated into the optronic system 18 include at least the following elements: a digital imager 20, a memory 22, a display element 24, a measurement module 26 and a calculation unit 28.
  • the optronic system 18 comprises, in addition, one of the following additional elements: a GNSS receiver 29 and an inclinometer 30.
  • the digital imager 20 is able to acquire images of the scene 10.
  • the digital imager 20 is able to operate in several spectral bands, for example, in the visible and in the infrared.
  • the digital imager 20 is, for example, a camera.
  • Data is stored in the memory 22.
  • the data includes in particular, for at least each reference point 12 of the scene 10, an indicator representative of said reference element 12 associated with the geographic coordinates of said element 12.
  • the indicators are typically visual elements displayable on the display element 24 and making it possible to identify the corresponding reference elements 12 .
  • the indicators are, for example, symbols, textual data (name of the reference element 12) or geographic data, also called geographic products.
  • Geographic products include one or more of the elements following: a cartography, an ortho-image (of satellite or airborne origin), a digital terrain model (DTM) and a digital elevation model (DEM).
  • DEM digital elevation model
  • the DEM is an internal datum used to find the altitude of a point with known coordinates in latitude and longitude, or to measure a distance by ray casting.
  • the optronic system 18 further comprises a geographic information system (GIS) which groups together these products (the data) and the software(s) enabling them to be exploited. (view, manipulate, etc).
  • GIS geographic information system
  • the geographic information system integrates functionalities making it possible to modify the display, for example, to: center an image displayed on a position (using an actuator, such as a button, a joystick, a mouse pointer, stylus, touch support, eye tracker, etc.), modify the data display zoom (increase or decrease the zoom) by any means (mouse wheel, touch support, joystick / buttons, eye tracker, etc.),
  • the geographical coordinates of the reference elements 12 are, for example, in the form of metadata associated with said reference elements 12.
  • the geographical coordinates are, for example, expressed by a latitude datum, a longitude datum and optionally a datum of altitude (provided by the digital terrain model for example).
  • the precision errors associated with these data are also provided.
  • the indicators of the reference elements 12 are stored in the memory 22, the set of indicators then forming a reference book.
  • Such a reference book can be completed by the operator 16, for example, during a mission preparation phase.
  • This mission preparation phase can be carried out: - either directly with the optronic system which makes it possible to create references and enter their coordinates,
  • the optronic system has the means to import data (usb key, wifi, etc.).
  • references are either predefined (in mission preparation), or developed in situ, by selecting them on the GIS or by entering their coordinates directly.
  • the positions of the reference element 12 are noted by the operator 16 on a geographic product as defined previously and recorded in the form of a list (reference book) in the memory 22.
  • the indicators stored in the memory 22 are geo-referenced points in the geographical information system, which provides latitude, longitude (and altitude data if the digital terrain model is on board for example ).
  • the memory 22 comprises, in addition to the indicators of the reference elements 12, indicators of all the geo-referenced points on the stored geographical products.
  • geo-referenced data (such as an ortho image or a map) is data in which each element (pixel, element) is associated with geographical coordinates.
  • each element of a geographical product is a visual indicator representative of a point of the scene 10. This allows the operator to more easily find the visual indicator of the reference element 12 pointed to by viewing it in a environment presenting similarities with the observed scene.
  • the display element 24 is capable of displaying images coming from the digital imager 20 and/or data stored in the memory 22, such as the indicators of the reference elements 12.
  • the display element 24 is, for example, a display, such as an OLED screen.
  • the measurement module 26 is able to perform measurements relating to the reference elements 12 or to the objects 14 of the scene 10.
  • the measurement module 26 comprises at least one element, such as a sensor, chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder.
  • the compass is, for example, a magnetic compass or an odometric compass.
  • the term “odometric compass” is understood to mean a software tool suitable for carrying out absolute orientation measurements indirectly from images acquired from the scene 10.
  • a calculation relating to the odometric compass is, for example, suitable for being executed by the calculation unit 28.
  • the odometric compass is suitable for implementing a method for measuring orientation such as that described in application FR 3 034 553 A, and which will be described in more detail in the remainder of the description.
  • the goniometer is, for example, a physical goniometer or an odometric goniometer.
  • the term “odometric goniometer” is understood to mean a software tool suitable for carrying out relative orientation measurements indirectly from images acquired from the scene 10.
  • a calculation program relating to the odometric goniometer is, for example, capable of being executed by the calculation unit 28.
  • the odometric goniometer is capable of implementing an orientation measurement method such as that described in application FR 3 034 553 A, and which will be described in more detail in the remainder of the description.
  • the rangefinder is, for example, a laser rangefinder.
  • Calculation unit 28 is capable of receiving data from other elements integrated in optronic system 18, in particular images from imager 20, data stored in memory 22 and measurements made by the measures 26.
  • the calculation unit 28 is, for example, a processor.
  • the calculation unit 28 interacts with a computer program product which comprises an information carrier.
  • the information medium is a medium readable by the calculation unit 28.
  • the readable information carrier is a medium suitable for storing electronic instructions and capable of being coupled to a bus of a computer system.
  • the readable information medium is a diskette or floppy disk (from the English name floppy disk), an optical disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, a ROM memory, a RAM memory, an EPROM memory, an EEPROM memory, a magnetic card, an optical card or a USB key.
  • the computer program product comprising program instructions.
  • the computer program can be loaded onto the calculation unit 28 and causes the implementation of a method for determining positions in a scene 10, when the computer program is implemented on the calculation unit 28 as will be described later in the description.
  • the optronic system 18 and the objects 14 whose position it is desired to determine are fixed.
  • the determination method comprises a phase 100 of collecting data relating to at least one reference point 12 of the scene 10.
  • the data collected relate to reference elements 12 visible from the optronic system 18 (within range and not masked) .
  • the collection phase 100 comprises, for each reference element 12 considered, the following steps.
  • the collection phase 100 comprises a step 110 of pointing, by the digital imager 20, of the reference element 12 in the scene 10.
  • pointing relative to the digital imager 20, it is understood the alignment of a reference, such as a reticle, of the digital imager 20 on the reference element 12 in the scene 10 targeted.
  • the collection phase 100 then comprises a step 120 of acquisition, by the measurement module 26, of at least one measurement relating to the reference element 12 pointed to in the scene 10 following the reception of a first command from 'acquisition.
  • the first acquisition command is a validation carried out by the operator 16 of the optronic system 18, for example, via an actuator.
  • the actuator is; for example, a button, a joystick, a mouse pointer, a stylus, a touch support, an eye tracker, etc.
  • a measurement taken by a compass makes it possible to obtain an azimuth angle for the reference element 12.
  • a measurement taken by a goniometer makes it possible to obtain a elevation and bearing angle for the reference element 12, relative to another reference element 12.
  • a measurement taken by a rangefinder typically makes it possible to obtain a distance for the reference element 12.
  • the optronic system 18 comprises an inclinometer 30
  • the measurement module 26 comprises an odometric goniometer or an odometric compass
  • at least one acquired measurement relating to the reference elements 12 is an orientation measure.
  • the acquisition step 120 comprises in this case: the acquisition of a series of images of the scene 10, the series of images comprising at least one image of the reference element 12, the images of the series overlapping two by two, and
  • the series of images acquired allows: the change of field to zoom in on the target: in the series of images, the field of the camera is modified with each image (continuous zoom), so that for the small field, the target or the reference is imaged and pointed with maximum precision, and that moreover an image of the series has the field of view used during the calibration phase (generally a large field).
  • the intermediate images are used to readjust the images relative to each other step by step.
  • the acquisition of a target or reference outside the calibration panorama if the pointed object is outside the panorama established in calibration
  • the series of images allows, by moving the camera during the acquisition of the series of images, to create an "image bridge" linking the target to the panoramic. both at the same time (zoom the target and point at a target outside the calibration pan)
  • the position of the observer intervenes in two cases: for the absolute orientation of the calibration pan, in order to calibrate the odometric compass by exploiting minus an absolute orientation in reference (not done for the odometric goniometer which is relative).
  • for the fine calibration of the goniometer when the calibration has not been carried out over 360° in the case of a calibration on a sector ⁇ 360°, it is necessary to have two reference orientations to re-estimate the focal length).
  • fine calibration is not required initially because an approximate value of the focal length is available.
  • the odometric compass cannot be used in first intention. we first use the odometric goniometer (without prior knowledge of the observer's position) to record relative orientations on references, which makes it possible to determine the position of the observer, thus making it possible to initialize the compass (which can then serve in particular to locate objects).
  • the orientation of the reference element 12 is obtained by implementing a method for measuring orientations such as that described in application FR 3 034 553 A.
  • the method comprises a learning phase and an operational phase.
  • the learning phase includes the following steps:
  • step A1 acquisition by circular scanning by means of the optronic system 18, of a series of partially superimposed optronic images, comprising an image or several images of the scene 10 (step A1),
  • step B1 automatic extraction from the images of descriptors defined by their image coordinates and their radiometric characteristics, with at least one descriptor of unknown orientation in each image overlap
  • step C1 automatic estimation of the relative rotation of the images and mapping of the descriptors extracted from the overlaps
  • step D1 identification in the images of at least one known precise reference geographical direction compatible with the desired performance, and determination of the image coordinates of each reference (step D1),
  • step E1 on the basis of the descriptors extracted from the overlaps and mapped, of the direction and of the image coordinates of each reference, automatic estimation of the attitude of each image, called the fine registration step (step E1), and
  • step F1 From the attitude of each image, the position and the internal parameters of the first imaging device, and the image coordinates of each descriptor, calculation of the absolute directions of the descriptors according to a predetermined image capture model of the device imaging (step F1).
  • the operation phase includes the following steps: - acquisition of at least one image of the object, in this case the pointed reference element 12, called the current image, from the optronic system 18 (step A2),
  • step C2 mapping of the descriptors of each current image with the descriptors whose absolute direction was calculated during the learning phase, so as to determine the absolute direction of the descriptors of each current image
  • step D2 estimation of the attitude of each current image
  • step E2 from the image coordinates of the reference element 12 in each current image, the attitude of each current image, the position and predetermined internal parameters of the optronic system 18, calculation of the absolute direction of the element of reference 12 pointed, according to a predetermined image capture model of each current image (step E2).
  • a fine pointing step is possible, consisting in aligning an alidade on a precise point of an image (among the series of acquired images) of the measured reference. This step makes it possible to precisely refine the point of the reference element 12 which corresponds to the geographical coordinates of the reference designated in step 130.
  • the collection phase 100 comprises a pointing step 130, on the display element 24, among the indicators stored in the memory 22, of an indicator representative of the reference element 12 pointed to in the scene 10.
  • pointing designates the alignment of a reference (digital pointer, stylus) on the indicator of the reference element 12 or the selection of the reference element 12 from a list (reference book).
  • the pointing step 130 comprises the display on the display element 24, in parallel or successively or superimposed: a. of the image of the scene 10 comprising the reference element 12 pointed by the digital imager 20, and b. indicators stored in memory 22.
  • part of the display element 24 displays the image of the scene 10
  • another part displays the indicators.
  • the image of the scene 10 on the one hand, and the indicators on the other hand are likely to be displayed on the whole of the display element 24.
  • the indicators of the reference elements 12 are displayed superimposed (approximately) on the image of the scene (by projection in the space of the scene).
  • the collection phase 100 then comprises a step 140 of acquisition, by the calculation unit 28, of the geographical coordinates associated with the pointed indicator following the reception of a second acquisition command.
  • the second acquisition command is a validation carried out by the operator 16 of the optronic system 18, for example, via an actuator.
  • steps 110 to 140 is given by way of example, steps 110-120 being interchangeable with steps 130-140 (it is possible to start by designating reference data, then make measurements on the corresponding object in the scene. Or do the reverse).
  • the collection phase 100 then comprises a step 150 of storing a so-called reference datum, comprising the at least one measurement acquired and the geographical coordinates acquired.
  • a so-called reference datum comprising the at least one measurement acquired and the geographical coordinates acquired.
  • the method comprises a phase 200 of determining the position of the optronic system 18 according to the reference data stored for the at least one reference element 12.
  • the determination phase 200 is implemented by the calculation unit 28.
  • the determination phase 200 includes the determination of an uncertainty on the determined position of the optronic system 18 by exploiting uncertainties on the at least one element having acquired the measurements and on the stored geographical coordinates of the reference elements 12.
  • the determination phase 200 comprises the selection, by the calculation unit 28, of at least one position determination technique from among a set of position determination techniques as a function of the nature of the elements of the measurement module 26 having acquired the at least one measurement corresponding to the reference datum.
  • the selection is advantageously carried out automatically by the calculation unit 28.
  • the position of the optronic system 18 is then determined on the basis of the or each determination technique selected.
  • the calculation unit 28 is capable of selecting several different determination techniques. The results obtained following the implementation of these techniques are, for example, compared, averaged or weighted to obtain an optimized position (in precision) of the optronic system 18.
  • - B Estimate an optimal position by minimizing a distance metric.
  • the metric is typically written as the quadratic sum of the distances from the position to the places corresponding to the observations, each weighted according to the errors of the measurements of the instruments and the coordinates of the references.
  • the estimator used delivers a position and its covariance with all the available observations.
  • This estimator advantageously uses the a priori information carried by the approximate position and its covariance by adding two or three equations depending on the dimension of the space in which the position is calculated.
  • o a sequential approach of the Kalman filter type, updated by aggregating the various measurements incrementally.
  • - C Estimate an honest position. To eliminate biased observations that may contribute to the estimation of the previous step. The purpose of this step is to: o Detect if at least one of the observations is an aberrant, o If so, identify which observation(s) is an aberrant, o If identified, exclude the aberrant measurement(s) (s) of the observation batch to feed an estimator as in the previous step. - D) Calculation of a definitive position (if GNSS present).
  • This step finalizes the position calculation as follows: a. Evaluation of the state of the GNSS receiver according to the position it delivers and the uncertainty it associates with it with regard to the complete position obtained and its covariance. b. Insofar as the state of the GNSS is judged to be correct, calculation of the final position obtained by merging the integral position with the GNSS position according to their respective covariance and calculation of the covariance of the final position.
  • a position is estimated by triangulation as a locus minimizing the quadratic sum of 2 lines in space.
  • ⁇ Approach 2 calculate the intersection of straight lines of the plane bearing on each landmark and adding TT to each of the two azimuth measurements. Then, the vertical position is calculated from the elevations on the landmarks and the planimetric position obtained.
  • the measurement module 26 comprises a magnetic compass and a rangefinder.
  • the magnetic compass makes it possible to measure the angle with respect to the north under which the optronic system 18 sees the reference element 12, and to draw an associated straight line.
  • the rangefinder makes it possible to determine the distance between the optronic system 18 and the reference element 12. This distance is plotted on the line drawn, which makes it possible to deduce the position of the optronic system 18.
  • the search for an optimal position makes it possible to obtain a better performance of localization. It is carried out as soon as one has: an overabundant number of landmarks in mono-modality, a minimum number of landmarks but multi-modalities, an overabundant number of landmarks and modality mixed.
  • the search for an integrated solution is carried out as soon as possible and the search for an approximate solution as presented makes it possible to separately evaluate a level of integrity of the measurements, from the position calculation stage. approximate, that is to say without strong redundancy.
  • approximate that is to say without strong redundancy.
  • the difference of the 2 positions is compatible with their covariance, with a threshold r, set according to the desired consistency probability. If ⁇ T then the 2 positions obtained according to the modalities a and p are coherent.
  • This characterization of integrity is considered minimal in terms of integrity control because it does not make it possible to detect an error in the coordinates of a landmark. For this we use a process in several layers: a redundancy of information where all the landmarks are used in mono or intra-modality,
  • the procedure is as follows: o After estimation of an intact position P 26 at the end of the preceding steps and the calculation of its covariance A 26 with all the correct measurements on the reference elements 12 available, o After reception of the position P 29 and its covariance A 29 from the GNSS through the 'National Marine Electronics Association' (NMEA) standard messages, o A consistency test is carried out between the 2 previous distributions, and between the NMEA information and that of the GNSS receiver datasheet. The GNSS receiver is judged to be inoperative in the event of inconsistency and, on the contrary, to be operative in the event of coherence. In the latter case, the final position P i8 of the optronic system 18 is obtained as
  • the phase of determining the position of the optronic system 18 comprises the determination of the position of the optronic system 18 by the GNSS receiver 29, called GNSS position, and the validation or otherwise of the GNSS position by comparison with a position previously obtained for the optronic system 18 via the reference data (preferably the position with integrity).
  • GNSS position a definitive position is obtained for the optronic system 18 by merging the GNSS position with the last position obtained for the optronic system 18 via the reference data (preferably the intact position).
  • the calculations carried out to obtain the position are nevertheless quite adaptable to a 3D or 2D approach depending on the need.
  • a 2D planimetric position longitude and latitude
  • the vertical component of the position is completed by interpolation in the DEM/DEM.
  • the height of the structure is if necessary calculated by a specific measurement with l digital imager 20.
  • the following measurements are likely to be obtained and used to determine the position of the optronic system 18: the absolute geographical orientation, measured by a compass, the angular deviation from another reference element 12, measured by a goniometer, and
  • the fourth technique technique using measurements from sensors of a different nature, the fourth technique is based on a combination or a fusion of one or more previous techniques.
  • the first technique only the absolute angular orientations of the landmarks, measured from the observation position (unknown, also called the position of the optronic system 18) are used.
  • the first technique involves measurements made on at least two reference elements 12.
  • each half-line D1, D2 has as its origin a reference element 12A, 12B (the origin corresponds to the geographical coordinates acquired for the reference element 12) and has as its direction the angular orientation (signed) measured by the magnetic compass .
  • the references Az1 and Az2 designate the respective azimuths of the reference elements 12A, 12B considered.
  • the reference N denotes north.
  • the intersection of the half-lines D1, D2, D3 does not occur in one single point (taking into account the errors on the angles, and on the position of the reference elements).
  • the position retained is, for example, the result of an optimization of nonlinear equations resulting from a problem describing the geometry of the example.
  • only the distances of the reference elements 12, measured from the position of the optronic system 18, are used. In this example, the measurements are made on at least three reference elements 12.
  • the position of the optronic system 18 is located at the intersection of circles C1, C2, C3.
  • Each circle C1, C2, C3 is centered on a reference element 12A, 12B, 12C and has for radius the distance d1, d2, d3 measured for the reference element 12A, 12B, 12C.
  • the intersection of circles C1, C2, C3 is not a single point (taking into account the errors on the distances, and on the position of the reference elements).
  • the selected position is, for example, the result of an optimization of nonlinear equations resulting from a problem describing the geometry of the example.
  • the third technique only the angular deviations between two reference elements 12 (pairs of reference elements), measured from the position of the optronic system 18, are used.
  • the measurements are performed on at least two pairs of reference elements, i.e. at least three reference elements 12.
  • the position of the optronic system 18 is located at the intersection of arcs of circles C1, C2.
  • Each arc of a circle C1 , C2 passes through the two reference elements of a pair of reference elements, which form the extremities of the arc of a circle, and its radius is such that each point of the arc of circle C1 , C2 is the vertex of an angle (signed) 0AC, ⁇ C>AB equal to the angle measured between the two reference elements.
  • the position of the optronic system 18 is determined by using measurements from different elements of the measurement module 26, the measurements being available for each reference element considered, or measurements (one per reference element) carried out by different elements between the reference elements 12.
  • determining the position of the optronic system 18 amounts to determining the intersection of several geometric loci: - half-lines passing through the reference elements 12, characterized by an absolute angle (half-lines resulting from absolute orientation measurement of the reference elements 12), and/or
  • intersection of these geometric figures is generally not concentrated in a single point but forms an intersection zone, taking into account the errors on the observations (errors on the angles, on the distances and on the position of the reference elements 12 ).
  • the determination method comprises a phase 300 of determining the position of an object 14 (observed) of the scene 10 as a function of the determined position of the optronic system 18 (observer), of an absolute orientation obtained from the object 14 with respect to the optronic system 18 and a distance obtained between the object 14 and the optronic system 18.
  • the object 14 considered is visible from the optronic system 18 (within range and not masked).
  • the position of the object 14 is then obtained by calculation, by the calculation unit 28, of the geographical coordinate located at the end of the vector having as its origin the position of the optronic system 18, for orientation the absolute orientation of the object 14 and for length the distance between the optronic system 18 and the object 14.
  • the precision on the position of the object 14 is calculated according to: - the precision on the position of the optronic system 18, the precision on the absolute orientation of the object 14, and
  • the absolute orientation of the object 14 is obtained by a measurement acquired by the compass after pointing the object 14 by the digital imager 20, after automatic consideration of the magnetic declination (integrated into the device).
  • the orientation of the object 14 is obtained by implementing a measurement method (odometric compass) such as that described in application FR 3 034 553 A.
  • a measurement method comprises in particular the acquisition of a series of images of the scene 10, the series of images comprising at least one image of the object 14, the images overlapping two by two.
  • Such a method also includes determining the orientation of the object relative to the optronic system as a function of the series of images of the scene.
  • the distance between the object 14 and the optronic system 18 is obtained by a measurement acquired by the rangefinder during pointing of the object 14 by the digital imager 20.
  • the distance between the object 14 and the optronic system 18 is obtained by a ray-tracing method from a digital terrain model of the scene 10. The distance obtained is then the distance between the determined position of the optronic system 18 and the intersection of a predetermined straight line with the ground of a digital terrain model. The predetermined half-line passes through the determined position of the optronic system 18 and has for orientation that obtained from the object 14 with respect to the optronic system 18.
  • the method for determining positions makes it possible to determine, on the one hand, the position of the optronic system 18 (observer), and on the other hand, if desired, the position of an object 14 of the scene 10 of unknown coordinates (observed) by means only of elements integrated in an optronic system 18 provided that the scene 10 comprises at least one reference point 12 of known position (bitter).
  • Such a method dispenses with the use of a GNSS receiver.
  • the data collection phase by means only of elements integrated into the optronic system 18 is particularly ergonomic for the operator 16.
  • the display element 24 makes it possible in particular to easily establish a correspondence between the reference element pointed to in the scene 10 and the corresponding indicator stored in the memory 22 of the optronic system 18. The risk of error is thus reduced.
  • the fact that all the elements are integrated into the optronic system 18 makes it possible to determine the precision of the positions determined. Indeed, the details of the elements of the measurement module 26, of the geographical coordinates and any approximations in the calculations carried out are all centralized by the calculation unit 28.
  • Integrity verification detection and rejection of an aberrant measurement or data, which reduces errors.
  • At least one element of the measurement module 26 is a magnetic compass
  • the method then comprises a phase of calibrating the magnetic compass (self-calibration) according to measurements acquired after positioning the optronic system (without GNSS) by means of : ideally at least two reference elements 12, even if only one could suffice with the rangefinder, in order to access a correct quality of position of the optronic system with an uncalibrated magnetic compass.
  • “Position of correct quality” of the optronic system means quality equivalent to positioning with GNSS in standard mode. a set of orientations obtained from the attitude measurements of the images of the sector or panoramic acquired in the calibration phase and estimated by the odometric compass, dated by the clock of the optronic system. a set of orientations obtained from the magnetic azimuth and magnetic compass elevation orientation measurements dated by the optronic system clock. the time synchronization of the previous two sets of orientations.
  • a magnetic measurement correction model for example, capable of implementing one of the following methods.
  • a first method consists in estimating a simple bias in azimuth using a measurement modality (rangefinder or goniometer) delivering a quality solution, including on a small number of landmarks. For example of minimum configuration, with 2 landmarks subject to 2 telemetries and 2 magnetic compass measurements. Even biased, the compass measurements are sufficient to determine the correct position solution among the 2 intersections of the distance circles in the plane. The projection in the plane being done with the elevation measurements of the inclinometer integrated or not in the magnetic compass. With a good position of the optronic system, it is then easy to determine the bias of the magnetic compass. In practice, this bias integrates the lack of knowledge of local declination, from the mounting of the compass to the optronic system and the bias specific to the magnetic azimuth measurement. With an overabundant number of measurements, the compass bias can be estimated.
  • a measurement modality rangefinder or goniometer
  • a second method consists in solving only a corrective model in azimuth.
  • the set of observations makes it possible to estimate the coefficients by solving a linear system; the transformation between the orientations of odometric azimuth ⁇ c and magnetic is then written as a function of coefficients ( ⁇ k , ⁇ k ):
  • the magnetic azimuth can be compensated by an approximate value of the local magnetic declination to give the value ⁇ p m , the independent coefficient of the azimuth ⁇ 0 will at least integrate the residual error of declination and mounting of the DMC opposite of even imaging.
  • a set of M measurement pairs leads to M equations from which the parameters are extracted as the least squares solution of a linear system with A a matrix M x (2 K + 1), and B a vector M x 1 .
  • K 2 integrating the 'soft' and 'hard iron' effects
  • the unknown coefficients ⁇ 0 , ⁇ 1, ⁇ 1, ⁇ 2 , ⁇ 2 are obtained with:
  • This method does not require any particular knowledge of magnetic declination. This is integrated at the first order term fi 0 .
  • This operation which amounts to estimating the mounting angles between the sensitive axes of the compass relative to the axes of the reference track of the optronic system, does not have to be carried out each time it is used, provided that the mounting of the compass to the optronic system is rigid over time.
  • a third method estimates both the attitude of the magnetic compass and its similarity described by its attitude in the camera.
  • the transformation between odometric V and magnetic orientations M is then written with the assembly defect matrix
  • the use of an (approximate) value of the local magnetic declination is recommended as soon as it is available within the optronic system.
  • the angle ⁇ s of vertical or azimuth mounting is not different from the coefficient ⁇ 0 to separate them more finely we add at least 1 equation to the previous 3M integrating at least one of the a priori information relating to the values a priori, resp. ip s0 and ⁇ 00 , and their associated standard deviation, resp. ⁇ s0 and ⁇ oo :
  • the realization, the acquisition of a panoramic or a sector as in FR 3 034 553 A, and the use of at least two landmarks to position oneself without GNSS makes it possible to carry out in complete transparency for the user , and this by means of the joint measurements of the odometric orientations and the orientations of the compass on the images used for the construction of the odometric compass:
  • the assembly between the different channels of the optronic system being predetermined.
  • the process described makes it possible to assist in the selection of reference elements.
  • An example of landmark point selections is described below.
  • the user is optionally guided in his selection of reference elements 12 as soon as the optronic system 18 develops an approximate value of his position.
  • the reference elements 12 are extracted and accessible in the following 3 modes:
  • GIS mode when extracted from integrated geographic products Mixed notebook and GIS mode.
  • the choice of landmark can be guided according to criteria of geographical proximity.
  • the choice of landmark can be guided according to: o Its proximity zone to the position of the optronic system (geographical mask and zone query on the reference logbook to filter the reference elements 12 candidates according to their coordinates), o Its distance to the optronic system 18: a distance mask that can be predefined in terms of optical visibility and another in terms of telemetry range. o Its angular deviation from the current orientation of the optronic system 18, or from a particular orientation chosen by the user. The orientation of the reference elements 12 of the notebook allowing them to be found: ⁇ in the field of view (FOV) of the current channel used, within angular errors.
  • FOV field of view
  • the directions (azimuth, elevation) can be materialized in the imager.
  • the choice of landmark can be guided as before by displaying the indices of the structures on the ortho-image in particular.
  • a major aspect is to meet the following criteria, having an (approximate) position:
  • the user In GIS mode, the user has great latitude in the choice of points, not known in advance rather than indicating a point to choose an area accessing the best performance by choosing 1 or even 2 new landmarks can be offered.
  • the user can benefit from a preliminary preparation which consists in carrying out a semantic segmentation of the embedded ortho-images; embedded semantic information that can: o At least indicate the geological nature of the zones (forest, urban, river) of the zone o At best indicate the zones with a high probability of finding visible structures with vertical extension (buildings, trees);
  • the reference structures can also benefit from filtering in terms of inter-visibility as soon as an approximate position of 18 is known and a DEM is ideally accessed in the absence of a DEM .
  • the type of reference elements 12 chosen by the user includes point positions extracted from reference elements 12.
  • the extraction can be limited to:
  • a single point we then call the reference structure by landmark points after adding geographic coordinates to it - and their associated errors, this will be for example the top of a water tower or another type of building that is very tall and has a marked summit that can be telemetered if necessary, the corner of a building, the roughness of a rock or a prominent mountainous artificial structure,
  • the user accesses enough remarkable points that are both discernible in the optronic image and in the digital reference image and can be extracted quickly and without ambiguity; then it works in reference point or landmark mode.
  • the user does not access any point as above but distinguishes one or more linear structures in the scene 10 having at least a common part in the optronic image and in the digital reference image; then it privileges the segment which it designates by 2 extremities in the optronic image and 2 other extremities in the reference image.
  • the extremities of the 2 segments thus extracted do not correspond two by two but the important thing is that these segments define the same spatial direction in 10.
  • the user distinguishes at the same time one or more structures 12 at the same time point and linear; he can then designate the 2 types of structure, the processing in the calculation unit 28 being responsible for exploiting these 2 types of association of primitives for the calculation of the position of 18 and the attitude of its goniometer s' he has it.
  • the calculation unit 28 is able to help with the choice among the instruments available in the measurement module 26 with a view to improving the performance by acquiring a specific reference element 12. This process allows the acquisition and filtering of the measurements with a view to their processing in the optronic system 18.
  • the following criteria are preferably applied, namely criteria:
  • instrumental availability, a visual or mechanical goniometer is not necessarily accessible on the optronic system 18, the first because it is in difficulty on a scene 10 appearing homogeneous in the images, the second because it adds a constraint mass to the system 18.
  • expediency because the use of the magnetic compass and the rangefinder on a single structure 12 will provide a position error when the reference element 12 is located far (a few hundred meters) from the optronic system 18.
  • the minimum number of structure 12 to acquire depends on the level of security that one wishes to bring to the position information.
  • DoF the degree of freedom which corresponds to the number of observation equations reduced by the number of parameters to be estimated.
  • a 2D position is estimated, using a DTM to deduce an altitude thereafter, the number of unknowns to be estimated is 2. It increases to 3 to estimate a spatial position. If a visual or mechanical goniometer is used, these numbers should be increased: by one unit if you also want to estimate the azimuth from the reading of its zero, by another 2 units if you want more estimate its attitude in order to determine the spatial attitude of the goniometer.
  • the plane position of the optronic system 18 (x 0 ,y 0 ) belongs to a circle, place, under which two landmarks of plane coordinates ( ⁇ 1 ,y 1 ) and (x 2 ,y 2 ) are seen and measured under the 'angle 3 ⁇ 2 ⁇ ⁇
  • the azimuth of the zero reading of the goniometer is obtained with 3 readings of angles L n , on 3 structure 12 of coordinates (x n ,y n ), the azimuth corresponding to the 'zero' reading of the goniometer, and allowing it to be transformed into an odometric compass, is obtained from the expression:
  • the value of the bearing of the goniometer is determined in order to transform it into a compass and to be able to locate objects (14) of the scene (10) more precisely thereafter,
  • the covariance on the approximate position is determined by means of the errors on the reference objects and the errors on the angular deviations of the goniometer in order to: o initialize the calculation of the optimal position of the optronic system by adding measurements on other elements of reference (12), o to implement integrity measurements between positions resulting from different modalities of the optronic system.

Abstract

The present invention relates to a method for determining, using an optronic system (18), positions in a scene (10), the scene (10) comprising reference elements (12) for known geographic coordinates, the optronic system (18) comprising the following elements which are integrated into the optronic system (18): a. a digital imager, b. a memory which stores, for each reference element (12) of the scene, an indicator representative of the point associated with the geographic coordinates of the point, c. an element that displays the indicators stored in the memory, d. a measurement module comprising at least one element selected from: a compass, a goniometer and a telemeter; and e. a calculation unit, the method being carried out by the elements integrated in the optronic system (18).

Description

DESCRIPTION DESCRIPTION
TITRE : Procédé de détermination de positions par un système optronique dans une scène et système optronique associé TITLE: Process for determining positions by an optronic system in a scene and associated optronic system
La présente invention concerne un procédé de détermination d’au moins une position par un système optronique dans une scène. La présente invention porte aussi sur un tel système optronique. The present invention relates to a method for determining at least one position by an optronic system in a scene. The present invention also relates to such an optronic system.
Lors de la surveillance d’une scène d’opérations, la détermination de positions, locales ou distantes, permet d’avoir des informations sur des éléments d’intérêt de la scène, et éventuellement d’engager des actions à l’encontre de tels éléments. Ainsi, plus les positions déterminées sont précises, meilleure est la maîtrise de la situation. During the surveillance of an operations scene, the determination of positions, local or distant, makes it possible to have information on elements of interest of the scene, and possibly to initiate actions against such elements. Thus, the more precise the positions determined, the better the control of the situation.
Il est notamment connu de déterminer de telles positions en fonction des mesures effectuées par un système optronique sur des éléments de la scène, et de la position du système optronique obtenue par un système de positionnement par satellites (GNSS pour Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites). It is known in particular to determine such positions according to the measurements made by an optronic system on elements of the scene, and the position of the optronic system obtained by a satellite positioning system (GNSS for Geolocation and Navigation by a Navigation System). satellites).
Néanmoins, la précision de la position obtenue par le GNSS n’est pas toujours suffisante en fonction des applications. En outre, les signaux GNSS sont susceptibles d’être altérés sans que le récepteur ou l’opérateur ne se rende compte de cette altération, ou encore non disponibles. Les altérations d’un signal GNSS sont, par exemple, dues à un brouillage par des signaux parasites, à un masquage par des infrastructures ou encore aux réflexions multiples du signal GNSS. En outre, les GNSS sont aussi susceptibles d’être leurrés par des tiers. Nevertheless, the accuracy of the position obtained by the GNSS is not always sufficient depending on the applications. In addition, GNSS signals are likely to be altered without the receiver or the operator being aware of this alteration, or even unavailable. The alterations of a GNSS signal are, for example, due to interference by spurious signals, masking by infrastructures or even multiple reflections of the GNSS signal. In addition, GNSS are also susceptible to being tricked by third parties.
Il existe donc un besoin pour un système optronique permettant de déterminer des positions de manière plus précise et robuste. There is therefore a need for an optronic system making it possible to determine positions in a more precise and robust manner.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de détermination d’au moins une position par un système optronique dans une scène, la scène comprenant des éléments de référence de coordonnées géographiques connues, le système optronique comprenant les éléments suivants intégrés dans ledit système optronique : To this end, the subject of the invention is a method for determining at least one position by an optronic system in a scene, the scene comprising reference elements of known geographic coordinates, the optronic system comprising the following elements integrated into said optronic system:
- un imageur numérique, - a digital imager,
- une mémoire dans laquelle est mémorisé, pour au moins chaque élément de référence de la scène, un indicateur représentatif dudit point associé aux coordonnées géographiques dudit point, - a memory in which is stored, for at least each reference element of the scene, an indicator representative of said point associated with the geographical coordinates of said point,
- un élément de visualisation des indicateurs mémorisés dans la mémoire, - un module de mesure comprenant au moins un élément choisi parmi : un compas, un goniomètre et un télémètre, - an element for displaying the indicators stored in the memory, - a measurement module comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder,
- une unité de calcul, le procédé étant mis en œuvre par les éléments intégrés dans le système optronique et comprenant : - a calculation unit, the method being implemented by the elements integrated into the optronic system and comprising:
- une phase de collecte de données relatives à au moins un élément de référence de la scène, la phase de collecte comprenant, pour chaque élément de référence, les étapes de : o pointage, par l’imageur numérique, de l’élément de référence dans la scène , o acquisition, par le module de mesure, d’au moins une mesure relative à l’élément de référence pointé dans la scène suite à la réception d’une première commande d’acquisition, o pointage, sur l’élément de visualisation, parmi les indicateurs mémorisés, d’un indicateur représentatif de l’élément de référence pointé dans la scène, o acquisition, par l’unité de calcul, des coordonnées géographiques associées à l’indicateur pointé suite à la réception d’une deuxième commande d’acquisition, o mémorisation d’une donnée, dite de référence, comprenant la au moins une mesure acquise et les coordonnées géographiques acquises,- a data collection phase relating to at least one reference element of the scene, the collection phase comprising, for each reference element, the steps of: o pointing, by the digital imager, of the reference element in the scene, o acquisition, by the measurement module, of at least one measurement relating to the reference element pointed to in the scene following receipt of a first acquisition command, o pointing, on the element display, among the stored indicators, of an indicator representative of the reference element pointed in the scene, o acquisition, by the calculation unit, of the geographical coordinates associated with the indicator pointed following the reception of a second acquisition command, o storage of so-called reference data, comprising the at least one measurement acquired and the geographical coordinates acquired,
- une phase de détermination de la position du système optronique en fonction des données de référence mémorisées pour le au moins un élément de référence.- a phase of determining the position of the optronic system according to the reference data stored for the at least one reference element.
Selon d’autres aspects avantageux de l’invention, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : According to other advantageous aspects of the invention, the method comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- les indicateurs mémorisés dans la mémoire sont des points géo-référencés sur des données géographiques, les données géographiques comprenant au moins un élément parmi : une ortho-image de la scène, un modèle numérique de terrain de la scène, une cartographie de la scène et un modèle numérique d’élévation de la scène, la mémoire comprenant, de préférence, outre les indicateurs des éléments de référence, des indicateurs de tous les points géo-référencés sur les données géographiques ; - the indicators stored in the memory are geo-referenced points on geographical data, the geographical data comprising at least one element among: an ortho-image of the scene, a digital terrain model of the scene, a cartography of the scene and a digital elevation model of the scene, the memory preferably comprising, in addition to the indicators of the reference elements, indicators of all the geo-referenced points on the geographical data;
- l’étape de pointage d’un indicateur comprend l’affichage sur l’élément de visualisation : o de l’image de la scène comprenant l’élément de référence pointé par l’imageur numérique, et o des indicateurs mémorisés dans la mémoire ; - la phase de détermination de la position du système optronique comprend la sélection, par l’unité de calcul, d’une technique de détermination de positions parmi un ensemble de techniques de détermination de positions en fonction de la nature du ou des éléments du module de mesure ayant acquis la au moins une mesure correspondant à la donnée de référence, la position du système optronique étant déterminée sur la base de la technique de détermination sélectionnée ; - the pointing step of an indicator comprises the display on the display element: o of the image of the scene comprising the reference element pointed by the digital imager, and o of the indicators stored in the memory ; - the phase of determining the position of the optronic system comprises the selection, by the computing unit, of a technique for determining positions from among a set of techniques for determining positions according to the nature of the element(s) of the module of measurement having acquired the at least one measurement corresponding to the reference datum, the position of the optronic system being determined on the basis of the selected determination technique;
- chaque élément du module de mesure est associé à une incertitude de mesure et chaque coordonnée géographique est associée à une incertitude sur ladite coordonnée géographique, la phase de détermination de la position du système optronique comprenant la détermination d’une incertitude sur la position déterminée en fonction des incertitudes correspondantes sur le au moins un élément du module de mesure et sur les coordonnées géographiques ; - each element of the measurement module is associated with a measurement uncertainty and each geographical coordinate is associated with an uncertainty on said geographical coordinate, the phase for determining the position of the optronic system comprising the determination of an uncertainty on the position determined in function of the corresponding uncertainties on the at least one element of the measurement module and on the geographic coordinates;
- la phase de détermination de la position du système optronique comprend le calcul d’une position approchée du système optronique en fonction de données de référence mémorisées et le calcul d’une position optimale du système optronique à partir de la position approchée et de l’ensemble des données de référence ; - the phase of determining the position of the optronic system comprises the calculation of an approximate position of the optronic system according to stored reference data and the calculation of an optimal position of the optronic system from the approximate position and the baseline data set;
- la phase de détermination de la position du système optronique comprend l’évaluation de l’intégrité des données de référence, et la détermination d’une position intègre en fonction des seules données de référence évaluées comme étant intègres, et de la position optimale calculée ; - the phase of determining the position of the optronic system comprises the evaluation of the integrity of the reference data, and the determination of an honest position according to the only reference data evaluated as being honest, and of the calculated optimal position ;
- le système optronique comprend un récepteur de géolocalisation et navigation par un système de satellites, dit récepteur GNSS, le procédé comprenant une phase de détermination de la position du système optronique par le récepteur GNSS, dite position GNSS, et de validation ou non de la position GNSS en fonction d’une position du système optronique déterminée via les données de référence, avantageusement lorsque la position GNSS a été validée, le procédé comprend la fusion de la position GNSS avec la position du système optronique déterminée via les données de référence utilisée pour la comparaison de sorte à obtenir une position définitive pour le système optronique ; - the optronic system comprises a receiver for geolocation and navigation by a satellite system, called GNSS receiver, the method comprising a phase of determining the position of the optronic system by the GNSS receiver, called GNSS position, and validation or not of the GNSS position as a function of a position of the optronic system determined via the reference data, advantageously when the GNSS position has been validated, the method comprises merging the GNSS position with the position of the optronic system determined via the reference data used for the comparison so as to obtain a definitive position for the optronic system;
- le module de mesure comprend un goniomètre odométrique ou un compas odométrique, au moins une mesure acquise relative aux éléments de référence étant une mesure d’orientation, l’étape d’acquisition de mesure comprenant : a. l’acquisition d’une série d’images de la scène, la série d’images comprenant au moins une image de l’élément de référence, les images de la série d’images se recouvrant deux à deux, et b. la détermination, par le goniomètre odométrique ou le compas odométrique, d’une orientation de l’élément de référence par rapport au système optronique en fonction de la série d’images de la scène acquise ; - the measurement module comprises an odometric goniometer or an odometric compass, at least one acquired measurement relating to the reference elements being an orientation measurement, the measurement acquisition step comprising: a. the acquisition of a series of images of the scene, the series of images comprising at least one image of the reference element, the images of the series of images overlapping two by two, and b. the determination, by the odometric goniometer or the odometric compass, of an orientation of the reference element with respect to the optronic system as a function of the series of images of the acquired scene;
- le procédé comprend une phase de détermination de la position d’un objet de la scène en fonction de la position déterminée du système optronique, d’une orientation obtenue de l’objet par rapport au système optronique et d’une distance obtenue entre l’objet et le système optronique ; - the method comprises a phase of determining the position of an object of the scene as a function of the determined position of the optronic system, of an orientation obtained from the object with respect to the optronic system and of a distance obtained between the object and the optronic system;
- la phase de détermination de la position de l’objet comprend les étapes de : o acquisition d’une série d’images de la scène, la série d’images comprenant au moins une image de l’objet, les images de la série d’images se recouvrant deux à deux, et o détermination de l’orientation de l’objet par rapport au système optronique en fonction de la série d’images de la scène ; - the phase of determining the position of the object comprises the steps of: o acquisition of a series of images of the scene, the series of images comprising at least one image of the object, the images of the series of images overlapping two by two, and o determination of the orientation of the object with respect to the optronic system as a function of the series of images of the scene;
- le module de mesure du système optronique comprend au moins un compas, l’orientation de l’objet étant obtenue par une mesure acquise par le compas lors d’un pointage de l’objet par l’imageur numérique ; - the measurement module of the optronic system comprises at least one compass, the orientation of the object being obtained by a measurement acquired by the compass during pointing of the object by the digital imager;
- au moins un élément du module de mesure du système optronique est un télémètre, la distance entre l’objet et le système optronique étant obtenue par une mesure acquise par le télémètre lors d’un pointage de l’objet par l’imageur numérique, ou la distance entre l’objet et le système optronique est la distance entre la position déterminée du système optronique et l’intersection d’une droite prédéterminée avec le sol d’un modèle numérique de terrain, la droite prédéterminée passant par la position déterminée du système optronique et ayant pour orientation l’orientation obtenue de l’objet par rapport au système optronique ; - at least one element of the measurement module of the optronic system is a rangefinder, the distance between the object and the optronic system being obtained by a measurement acquired by the rangefinder during pointing of the object by the digital imager, where the distance between the object and the optronic system is the distance between the determined position of the optronic system and the intersection of a predetermined straight line with the ground of a digital terrain model, the predetermined straight line passing through the determined position of the optronic system and having for orientation the obtained orientation of the object with respect to the optronic system;
- le système optronique est choisi parmi : une paire de jumelles optroniques et une caméra optronique ; - the optronic system is chosen from: a pair of optronic binoculars and an optronic camera;
- au moins un élément du module de mesure est un compas magnétique, le procédé comprenant une phase de calibration automatique de la déclinaison, des mesures et du simbleautage du compas magnétique au moyen de mesures acquises pour au moins deux éléments de référence, lors du pointage desdits éléments de référence par l’imageur numérique ; le module de mesure comprend un télémètre et un goniomètre, la détermination de la position approchée du système optronique comprenant la calibration automatique du gisement du goniomètre de sorte que le goniomètre fonctionne comme un compas, au moyen de mesures acquises avec deux éléments de référence, lors du pointage desdits éléments de référence par l’imageur numérique. le module de mesure comprend un télémètre et un inclinomètre, la détermination de la position approchée du système optronique étant réalisée au moyen de mesures acquises pour trois éléments de référence, lors du pointage desdits éléments de référence par l’imageur numérique. - at least one element of the measurement module is a magnetic compass, the method comprising an automatic calibration phase of the declination, of the measurements and of the simbleautage of the magnetic compass by means of measurements acquired for at least two reference elements, during pointing of said reference elements by the digital imager; the measurement module comprises a rangefinder and a goniometer, the determination of the approximate position of the optronic system comprising the automatic calibration of the bearing of the goniometer so that the goniometer functions as a compass, by means of measurements acquired with two reference elements, during pointing said reference elements by the digital imager. the measurement module comprises a rangefinder and an inclinometer, the determination of the approximate position of the optronic system being carried out by means of measurements acquired for three reference elements, during the pointing of said reference elements by the digital imager.
- le module de mesure comprend un goniomètre, la détermination de la position approchée du système optronique, ainsi qu’une détermination du gisement du goniomètre étant réalisée au moyen de mesures acquises pour trois éléments de référence, lors du pointage desdits éléments de référence par l’imageur numérique. L’invention concerne, en outre, un système optronique de détermination d’au moins une position par un système optronique dans une scène, la scène comprenant des éléments de référence de coordonnées géographiques connues, le système optronique comprenant les éléments suivants intégrés dans ledit système optronique : - the measurement module comprises a goniometer, the determination of the approximate position of the optronic system, as well as a determination of the bearing of the goniometer being carried out by means of measurements acquired for three reference elements, during the pointing of said reference elements by the digital imager. The invention further relates to an optronic system for determining at least one position by an optronic system in a scene, the scene comprising reference elements of known geographic coordinates, the optronic system comprising the following elements integrated into said system optronics:
- un imageur numérique, - a digital imager,
- une mémoire dans laquelle est mémorisé, pour au moins chaque élément de référence de la scène, un indicateur représentatif dudit point associé aux coordonnées géographiques dudit point, - a memory in which is stored, for at least each reference element of the scene, an indicator representative of said point associated with the geographical coordinates of said point,
- un élément de visualisation des indicateurs mémorisés dans la mémoire,- an element for displaying the indicators stored in the memory,
- un module de mesure comprenant au moins un élément choisi parmi : un compas, un goniomètre et un télémètre, - a measurement module comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder,
- une unité de calcul, le système optronique étant configuré pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment. - a calculation unit, the optronic system being configured to implement a method as described above.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnée à titre d’exemple uniquement, et en référence aux dessins qui sont : Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description of embodiments of the invention, given by way of example only, and with reference to the drawings which are:
- La figure 1 , une représentation schématique d’une scène comprenant des éléments de référence (amers), ainsi que des objets de coordonnées inconnues, un opérateur muni d’un système optronique est également présent dans la scène, - Figure 1, a schematic representation of a scene comprising reference elements (landmarks), as well as objects of unknown coordinates, an operator equipped with an optronic system is also present in the scene,
- La figure 2, une représentation schématique d’un exemple d’un système optronique comprenant des éléments intégrés dans ledit système, - Figure 2, a schematic representation of an example of an optronic system comprising elements integrated into said system,
- La figure 3, un organigramme d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé de détermination de positions dans une scène, - Figure 3, a flowchart of an example of implementation of a process for determining positions in a scene,
- La figure 4, une représentation schématique d’un premier exemple de détermination de la position du système optronique, - Figure 4, a schematic representation of a first example of determining the position of the optronic system,
- La figure 5, une représentation schématique d’une variante du premier exemple de la figure 4, - La figure 6, une représentation schématique d’un deuxième exemple de détermination de la position du système optronique, et - Figure 5, a schematic representation of a variant of the first example of Figure 4, - Figure 6, a schematic representation of a second example of determining the position of the optronic system, and
- La figure 7, une représentation schématique d’un troisième exemple de détermination de la position du système optronique. - Figure 7, a schematic representation of a third example of determining the position of the optronic system.
Dans la description qui suit, une orientation absolue est caractérisée par des angles exprimés par rapport à une référence géographique. Les plus utilisés sont l’angle d’azimut qui exprime l’orientation dans un plan localement horizontal (tangent à l’ellipsoïde associé au géoïde) par rapport au méridien géographique local et l’angle d’élévation (ou angle d’inclinaison) qui exprime l’orientation dans un plan vertical, par rapport au plan localement horizontal. Un compas permet typiquement de mesurer un azimut. Un inclinomètre permet typiquement de mesurer une élévation. In the following description, an absolute orientation is characterized by angles expressed with respect to a geographical reference. The most used are the azimuth angle which expresses the orientation in a locally horizontal plane (tangent to the ellipsoid associated with the geoid) with respect to the local geographic meridian and the elevation angle (or angle of inclination) which expresses the orientation in a vertical plane, with respect to the locally horizontal plane. A compass typically measures an azimuth. An inclinometer typically measures an elevation.
Une orientation relative est définie par rapport à une autre orientation (c’est-à-dire un écart angulaire entre deux orientations), caractérisée par les angles de gisement dans le plan horizontal et de site dans le plan vertical. Un goniomètre permet typiquement de mesurer un gisement et un site. A relative orientation is defined with respect to another orientation (i.e. an angular difference between two orientations), characterized by the bearing angles in the horizontal plane and the elevation angles in the vertical plane. A goniometer typically makes it possible to measure a bearing and a site.
Une scène 10 est illustrée à titre d’exemple sur la figure 1. Une scène désigne un théâtre d’opérations, c’est-à-dire le lieu où se déroule une action. La scène est donc un espace étendu avec des dimensions suffisantes pour permettre le déroulement d’une action. La scène est typiquement un espace extérieur. A scene 10 is illustrated by way of example in figure 1. A scene designates a theater of operations, that is to say the place where an action takes place. The stage is therefore an extended space with sufficient dimensions to allow an action to take place. The stage is typically an outdoor space.
La scène 10 comprend des éléments de référence 12, aussi appelés amers ou structures de référence, ayant des coordonnées géographiques connues. La scène 10 comprend également des éléments ayant des coordonnées inconnues, aussi appelées objets 14. The scene 10 comprises reference elements 12, also called landmarks or reference structures, having known geographic coordinates. Scene 10 also includes elements with unknown coordinates, also called objects 14.
Pour mettre en œuvre le procédé selon l’invention, un opérateur 16 muni d’un système optronique 18 se trouve dans la scène 10. Le système optronique 18 est donc lui aussi un objet 14 de la scène 10. To implement the method according to the invention, an operator 16 provided with an optronic system 18 is located in the scene 10. The optronic system 18 is therefore also an object 14 of the scene 10.
Chaque élément de référence 12 est un objet fixe et remarquable de la scène 10. Les coordonnées (latitude, longitude) de chaque élément de référence 12 sont connues. Optionnellement, l’altitude de chaque élément de référence 12 est aussi connue. Each reference element 12 is a fixed and remarkable object of the scene 10. The coordinates (latitude, longitude) of each reference element 12 are known. Optionally, the altitude of each reference element 12 is also known.
Les éléments de référence 12 sont par exemple des points appartenant aux éléments suivants : une construction (bâtiment, clocher, phare, route, pont, etc.) et un élément naturel (montagne, rocher, sommet d’une colline, végétation, arbre, etc.). Dans l’exemple illustré par la figure 1 , les éléments de référence 12 sont des constructions. The reference elements 12 are for example points belonging to the following elements: a construction (building, steeple, lighthouse, road, bridge, etc.) and a natural element (mountain, rock, top of a hill, vegetation, tree, etc.). In the example illustrated by FIG. 1, the reference elements 12 are constructions.
Chaque autre élément de la scène 10 différent d’un amer est un objet 14 de position inconnue. Dans l’exemple illustré par la figure 1 , les objets 14 sont des arbres, un véhicule, ainsi que le système optronique 18 lui-même. L’homme du métier comprendra que le terme « objet » est utilisé au sens large, et comprend aussi des individus présents dans la scène. Each other element of the scene 10 other than a landmark is an object 14 of unknown position. In the example illustrated by FIG. 1, the objects 14 are trees, a vehicle, as well as the optronic system 18 itself. Those skilled in the art will understand that the term "object" is used in a broad sense, and also includes individuals present in the scene.
Le système optronique 18 est, par exemple, un système de type : The optronic system 18 is, for example, a system of the type:
- jumelles optroniques (à imagerie numérique, dans n’importe quelle bande spectrale) portables, installées sur un trépied ou intégrées à une tourelle ou tenues à la main, ou une caméra optronique (à imagerie numérique, dans n’importe quelle bande spectrale) installée sur un véhicule ou autre support (mât, trépied, tourelle, bâtiment, etc.), orientable (ligne de visée pilotable), ou - optronic binoculars (digital imaging, in any spectral band) portable, tripod or turret-mounted or handheld, or optronic camera (digital imaging, in any spectral band) installed on a vehicle or other support (mast, tripod, turret, building, etc.), orientable (controllable line of sight), or
- une caméra optronique omnidirectionnelle installée sur un véhicule ou tout autre support fixe (mat, bâtiment, etc.), ou - an omnidirectional optronic camera installed on a vehicle or any other fixed support (mast, building, etc.), or
- un système de caméras optroniques réparties, installé sur un véhicule ou tout autre support fixe. - a system of distributed optronic cameras, installed on a vehicle or any other fixed support.
Le système optronique 18 comprend des éléments intégrés dans ledit système optronique 18. Par le terme « intégré », il est entendu que les éléments sont incorporés physiquement et logiciellement dans ledit système optronique 18. De tels éléments forment donc un seul bloc dans le système optronique 18. The optronic system 18 comprises elements integrated into said optronic system 18. By the term "integrated", it is understood that the elements are physically and software incorporated into said optronic system 18. Such elements therefore form a single block in the optronic system 18.
Le système optronique 18 est ainsi, avantageusement, compact et léger (de préférence inférieur à trois kilos). The optronic system 18 is thus, advantageously, compact and light (preferably less than three kilos).
Les éléments intégrés dans le système optronique 18 comprennent au moins les éléments suivants : un imageur numérique 20, une mémoire 22, un élément de visualisation 24, un module de mesure 26 et une unité de calcul 28. Optionnellement, le système optronique 18 comprend, en outre, l’un des éléments additionnels suivants : un récepteur GNSS 29 et un inclinomètre 30. The elements integrated into the optronic system 18 include at least the following elements: a digital imager 20, a memory 22, a display element 24, a measurement module 26 and a calculation unit 28. Optionally, the optronic system 18 comprises, in addition, one of the following additional elements: a GNSS receiver 29 and an inclinometer 30.
L’imageur numérique 20 est propre à acquérir des images de la scène 10. Avantageusement, l’imageur numérique 20 est propre à fonctionner dans plusieurs bandes spectrales, par exemple, dans le visible et dans l’infra-rouge. The digital imager 20 is able to acquire images of the scene 10. Advantageously, the digital imager 20 is able to operate in several spectral bands, for example, in the visible and in the infrared.
L’imageur numérique 20 est, par exemple, une caméra. The digital imager 20 is, for example, a camera.
Des données sont mémorisées dans la mémoire 22. Les données comprennent notamment, pour au moins chaque point de référence 12 de la scène 10, un indicateur représentatif dudit élément de référence 12 associé aux coordonnées géographiques dudit élément 12. Les indicateurs sont typiquement des éléments visuels affichables sur l’élément de visualisation 24 et permettant d’identifier les éléments de référence 12 correspondant. Data is stored in the memory 22. The data includes in particular, for at least each reference point 12 of the scene 10, an indicator representative of said reference element 12 associated with the geographic coordinates of said element 12. The indicators are typically visual elements displayable on the display element 24 and making it possible to identify the corresponding reference elements 12 .
Les indicateurs sont, par exemple, des symboles, des données textuelles (nom de l’élément de référence 12) ou encore des données géographiques, aussi appelées produits géographiques. Les produits géographiques comprennent un ou plusieurs des éléments suivants : une cartographie, une ortho-image (d’origine satellitaire ou aéroportée), un modèle numérique de terrain (MNT) et un modèle numérique d’élévation (MNE). En particulier, le MNT est une donnée interne permettant d’aller chercher l’altitude d’un point de coordonnées connues en latitude et longitude, ou de mesurer une distance par lancer de rayon. The indicators are, for example, symbols, textual data (name of the reference element 12) or geographic data, also called geographic products. Geographic products include one or more of the elements following: a cartography, an ortho-image (of satellite or airborne origin), a digital terrain model (DTM) and a digital elevation model (DEM). In particular, the DEM is an internal datum used to find the altitude of a point with known coordinates in latitude and longitude, or to measure a distance by ray casting.
Dans le cas où les indicateurs sont des produits géographiques, le système optronique 18 comprend, en outre, un système d’information géographique (SIG) qui regroupe ces produits (les données) et le(s) logiciel(s) permettant de les exploiter (visualiser, manipuler, etc). Avantageusement, le système d’information géographique intègre des fonctionnalités permettant de modifier l’affichage, par exemple, de : centrer une image affichée sur une position (à l’aide d’un actionneur, tel qu’un bouton, une manette, un pointeur de souris, un stylet, un appui tactile, un eye tracker, etc.), modifier le zoom d’affichage des données (augmentation ou diminution du zoom) quel qu’en soit le moyen (molette de souris, appui tactile, manette / boutons, eye tracker, etc.), In the case where the indicators are geographic products, the optronic system 18 further comprises a geographic information system (GIS) which groups together these products (the data) and the software(s) enabling them to be exploited. (view, manipulate, etc). Advantageously, the geographic information system integrates functionalities making it possible to modify the display, for example, to: center an image displayed on a position (using an actuator, such as a button, a joystick, a mouse pointer, stylus, touch support, eye tracker, etc.), modify the data display zoom (increase or decrease the zoom) by any means (mouse wheel, touch support, joystick / buttons, eye tracker, etc.),
- recharger automatiquement les données en cas de modification du centre du produit géographique (carte, orthoimage...) ou du zoom d’affichage,- automatically reload the data in case of modification of the center of the geographical product (map, orthoimage...) or of the display zoom,
- pointer un élément de la carte pour en obtenir les coordonnées géographiques (à l’aide d’un actionneur), ou - point to an element of the map to obtain its geographical coordinates (using an actuator), or
- afficher en surcouche du produit géographique (en sur-impression) des calques thématiques contenant différents types d’informations (par exemple l’intervisibil ité terrain calculée depuis le poste d’observation). - display on top of the geographical product (overlay) thematic layers containing different types of information (for example the intervisibility of the terrain calculated from the observation post).
Les coordonnées géographiques des éléments de référence 12 sont, par exemple, sous la forme de métadonnées associées auxdits éléments de référence 12. Les coordonnées géographiques sont, par exemple, exprimées par une donnée de latitude, une donnée de longitude et optionnellement une donnée d’altitude (fournie par le modèle numérique de terrain par exemple). Les erreurs de précision associées à ces données sont aussi fournies. The geographical coordinates of the reference elements 12 are, for example, in the form of metadata associated with said reference elements 12. The geographical coordinates are, for example, expressed by a latitude datum, a longitude datum and optionally a datum of altitude (provided by the digital terrain model for example). The precision errors associated with these data are also provided.
Dans un exemple, seuls les indicateurs des éléments de référence 12 sont mémorisés dans la mémoire 22, l’ensemble des indicateurs formant alors un carnet de références. In one example, only the indicators of the reference elements 12 are stored in the memory 22, the set of indicators then forming a reference book.
Un tel carnet de références est propre à être complété par l’opérateur 16, par exemple, lors d’une phase de préparation de mission. Cette phase de préparation de mission peut être réalisée : - soit directement avec le système optronique qui permet de créer des références et de saisir leurs coordonnées, Such a reference book can be completed by the operator 16, for example, during a mission preparation phase. This mission preparation phase can be carried out: - either directly with the optronic system which makes it possible to create references and enter their coordinates,
- soit via un système de préparation de mission externe. Dans ce cas, le système optronique dispose des moyens d'importation des données (clé usb, wifi, etc.).- or via an external mission preparation system. In this case, the optronic system has the means to import data (usb key, wifi, etc.).
Ainsi, l’homme du métier comprendra que les références sont soit prédéfinies (en préparation de mission), soit élaborées in situ, en les sélectionnant sur le SIG ou en saisissant directement leurs coordonnées. Thus, those skilled in the art will understand that the references are either predefined (in mission preparation), or developed in situ, by selecting them on the GIS or by entering their coordinates directly.
Par exemple, les positions de l’élément de référence 12 sont relevées par l’opérateur 16 sur un produit géographique tel que défini précédemment et enregistrées sous forme de liste (carnet de références) dans la mémoire 22. For example, the positions of the reference element 12 are noted by the operator 16 on a geographic product as defined previously and recorded in the form of a list (reference book) in the memory 22.
Dans un autre exemple, les indicateurs mémorisés dans la mémoire 22 sont des points géo-référencés dans le système d’information géographique, qui fournit des données de latitude, de longitude (et d’altitude si le modèle numérique de terrain est embarqué par exemple). In another example, the indicators stored in the memory 22 are geo-referenced points in the geographical information system, which provides latitude, longitude (and altitude data if the digital terrain model is on board for example ).
De préférence, la mémoire 22 comprend, outre les indicateurs des éléments de référence 12, des indicateurs de tous les points géo-référencés sur les produits géographiques mémorisés. En d’autres termes, une donnée géo-référencée (comme une ortho image ou une carte) est une donnée dont chaque élément (pixel, élément) est associé à des coordonnées géographiques. Ainsi, chaque élément d’un produit géographique est un indicateur visuel représentatif d’un point de la scène 10. Cela permet à l’opérateur de retrouver plus facilement l’indicateur visuel de l’élément de référence 12 pointé en le visualisant dans un environnement présentant des similitudes avec la scène observée. Preferably, the memory 22 comprises, in addition to the indicators of the reference elements 12, indicators of all the geo-referenced points on the stored geographical products. In other words, geo-referenced data (such as an ortho image or a map) is data in which each element (pixel, element) is associated with geographical coordinates. Thus, each element of a geographical product is a visual indicator representative of a point of the scene 10. This allows the operator to more easily find the visual indicator of the reference element 12 pointed to by viewing it in a environment presenting similarities with the observed scene.
L’élément de visualisation 24 est propre à afficher des images en provenance de l’imageur numérique 20 et/ou des données mémorisées dans la mémoire 22, tels que les indicateurs des éléments de référence 12. The display element 24 is capable of displaying images coming from the digital imager 20 and/or data stored in the memory 22, such as the indicators of the reference elements 12.
L’élément de visualisation 24 est, par exemple, un afficheur, tel qu’un écran OLED.The display element 24 is, for example, a display, such as an OLED screen.
Le module de mesure 26 est propre à effectuer des mesures relatives aux éléments de référence 12 ou aux objets 14 de la scène 10. The measurement module 26 is able to perform measurements relating to the reference elements 12 or to the objects 14 of the scene 10.
Le module de mesure 26 comprend au moins un élément, tel qu’un capteur, choisi parmi : un compas, un goniomètre et un télémètre. The measurement module 26 comprises at least one element, such as a sensor, chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder.
Le compas est, par exemple, un compas magnétique ou un compas odométrique.The compass is, for example, a magnetic compass or an odometric compass.
Par le terme « compas odométrique », il est entendu un outil logiciel propre à effectuer des mesures d’orientations absolues de manière indirecte à partir d’images acquises de la scène 10. Ainsi, lorsque le compas est un compas odométrique, un programme de calcul relatif au compas odométrique est, par exemple, propre à être exécuté par l’unité de calcul 28. Dans ce cas, le compas odométrique est propre à mettre en œuvre un procédé de mesure d’orientation tel que celui décrit dans la demande FR 3 034 553 A, et qui sera décrit plus en détails dans la suite de la description. The term “odometric compass” is understood to mean a software tool suitable for carrying out absolute orientation measurements indirectly from images acquired from the scene 10. Thus, when the compass is an odometric compass, a calculation relating to the odometric compass is, for example, suitable for being executed by the calculation unit 28. In this case, the odometric compass is suitable for implementing a method for measuring orientation such as that described in application FR 3 034 553 A, and which will be described in more detail in the remainder of the description.
Le goniomètre est, par exemple, un goniomètre physique ou un goniomètre odométrique. The goniometer is, for example, a physical goniometer or an odometric goniometer.
De manière similaire au compas odométrique, par le terme « goniomètre odométrique », il est entendu un outil logiciel propre à effectuer des mesures d’orientations relatives de manière indirecte à partir d’images acquises de la scène 10. Lorsque le goniomètre est un goniomètre odométrique, un programme de calcul relatif au goniomètre odométrique est, par exemple, propre à être exécuté par l’unité de calcul 28. Dans ce cas, le goniomètre odométrique est propre à mettre en œuvre un procédé de mesure d’orientation tel que celui décrit dans la demande FR 3 034 553 A, et qui sera décrit plus en détails dans la suite de la description. Similarly to the odometric compass, the term “odometric goniometer” is understood to mean a software tool suitable for carrying out relative orientation measurements indirectly from images acquired from the scene 10. When the goniometer is a goniometer odometric, a calculation program relating to the odometric goniometer is, for example, capable of being executed by the calculation unit 28. In this case, the odometric goniometer is capable of implementing an orientation measurement method such as that described in application FR 3 034 553 A, and which will be described in more detail in the remainder of the description.
Le télémètre est, par exemple, un télémètre laser. The rangefinder is, for example, a laser rangefinder.
L’unité de calcul 28 est propre à recevoir des données en provenance des autres éléments intégrés dans le système optronique 18, notamment des images en provenance de l’imageur 20, des données mémorisées dans la mémoire 22 et des mesures effectuées par le module de mesure 26. Calculation unit 28 is capable of receiving data from other elements integrated in optronic system 18, in particular images from imager 20, data stored in memory 22 and measurements made by the measures 26.
L’unité de calcul 28 est, par exemple, un processeur. The calculation unit 28 is, for example, a processor.
Dans un exemple, l’unité de calcul 28 est en interaction avec un produit-programme d’ordinateur qui comporte un support d’informations. Le support d’informations est un support lisible par l’unité de calcul 28. In one example, the calculation unit 28 interacts with a computer program product which comprises an information carrier. The information medium is a medium readable by the calculation unit 28.
Le support lisible d’informations est un médium adapté à mémoriser des instructions électroniques et capable d’être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible d’informations est une disquette ou disque souple (de la dénomination anglaise floppy disk), un disque optique, un CD-ROM, un disque magnéto- optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, une mémoire EPROM, une mémoire EEPROM, une carte magnétique, une carte optique ou une clé USB. Sur le support d’informations est mémorisé le produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme. The readable information carrier is a medium suitable for storing electronic instructions and capable of being coupled to a bus of a computer system. By way of example, the readable information medium is a diskette or floppy disk (from the English name floppy disk), an optical disk, a CD-ROM, a magneto-optical disk, a ROM memory, a RAM memory, an EPROM memory, an EEPROM memory, a magnetic card, an optical card or a USB key. On the data carrier is stored the computer program product comprising program instructions.
Le programme d’ordinateur est chargeable sur l’unité de calcul 28 et entraîne la mise en œuvre d’un procédé de détermination de positions dans une scène 10, lorsque le programme d’ordinateur est mis en œuvre sur l’unité de calcul 28 comme cela sera décrit dans la suite de la description. The computer program can be loaded onto the calculation unit 28 and causes the implementation of a method for determining positions in a scene 10, when the computer program is implemented on the calculation unit 28 as will be described later in the description.
Le fonctionnement du système optronique 18 entraînant la mise en œuvre d’un procédé de détermination de positions dans une scène 10 va maintenant être décrit en référence à l’organigramme de la figure 3. Le procédé de détermination est mis en œuvre seulement par les éléments intégrés dans le système optronique 18. The operation of the optronic system 18 resulting in the implementation of a method for determining positions in a scene 10 will now be described in reference to the flowchart of FIG. 3. The determination method is implemented only by the elements integrated in the optronic system 18.
Lors de la mise en œuvre du procédé, le système optronique 18 et les objets 14 dont il est souhaité déterminé la position sont fixes. During the implementation of the method, the optronic system 18 and the objects 14 whose position it is desired to determine are fixed.
COLLECTE DE DONNEES (PHASE 100) DATA COLLECTION (STAGE 100)
Le procédé de détermination comprend une phase 100 de collecte de données relatives à au moins un point de référence 12 de la scène 10. Les données collectées sont relatives à des éléments de référence 12 visibles depuis le système optronique 18 (à portée et non masqués). La phase de collecte 100 comprend, pour chaque élément de référence 12 considéré, les étapes suivantes. The determination method comprises a phase 100 of collecting data relating to at least one reference point 12 of the scene 10. The data collected relate to reference elements 12 visible from the optronic system 18 (within range and not masked) . The collection phase 100 comprises, for each reference element 12 considered, the following steps.
Pointage du ou des éléments de référence (étape 110) Pointing of the reference element(s) (step 110)
La phase de collecte 100 comprend une étape 110 de pointage, par l’imageur numérique 20, de l’élément de référence 12 dans la scène 10. Par le terme « pointage » relativement à l’imageur numérique 20, il est entendu l’alignement d’une référence, tel qu’un réticule, de l’imageur numérique 20 sur l’élément de référence 12 dans la scène 10 visée. The collection phase 100 comprises a step 110 of pointing, by the digital imager 20, of the reference element 12 in the scene 10. By the term “pointing” relative to the digital imager 20, it is understood the alignment of a reference, such as a reticle, of the digital imager 20 on the reference element 12 in the scene 10 targeted.
Acquisition de mesures pour chaque élément de référence pointé (étape 120)Acquisition of measurements for each pointed reference element (step 120)
La phase de collecte 100 comprend ensuite une étape 120 d’acquisition, par le module de mesure 26, d’au moins une mesure relative à l’élément de référence 12 pointé dans la scène 10 suite à la réception d’une première commande d’acquisition. La première commande d’acquisition est une validation effectuée par l’opérateur 16 du système optronique 18, par exemple, via un actionneur. L’actionneur est ; par exemple, un bouton, une manette, un pointeur de souris, un stylet, un appui tactile, un eye tracker, etc. The collection phase 100 then comprises a step 120 of acquisition, by the measurement module 26, of at least one measurement relating to the reference element 12 pointed to in the scene 10 following the reception of a first command from 'acquisition. The first acquisition command is a validation carried out by the operator 16 of the optronic system 18, for example, via an actuator. The actuator is; for example, a button, a joystick, a mouse pointer, a stylus, a touch support, an eye tracker, etc.
Une mesure effectuée par un compas permet d’obtenir un angle d’azimut pour l’élément de référence 12. Une mesure effectuée par un goniomètre permet d’obtenir un angle de site et de gisement pour l’élément de référence 12, par rapport à un autre élément de référence 12. Une mesure effectuée par un télémètre permet typiquement d’obtenir une distance pour l’élément de référence 12. A measurement taken by a compass makes it possible to obtain an azimuth angle for the reference element 12. A measurement taken by a goniometer makes it possible to obtain a elevation and bearing angle for the reference element 12, relative to another reference element 12. A measurement taken by a rangefinder typically makes it possible to obtain a distance for the reference element 12.
En complément facultatif, lors de l’étape d’acquisition de mesures par le module de mesure 26, lorsque le système optronique 18 comprend un inclinomètre 30, il est aussi obtenu une mesure de l’élévation de l’élément de référence pointé dans la scène 10. As an optional addition, during the measurement acquisition step by the measurement module 26, when the optronic system 18 comprises an inclinometer 30, a measurement of the elevation of the pointed reference element in the scene 10.
Dans un mode de réalisation où le module de mesure 26 comprend un goniomètre odométrique ou un compas odométrique, au moins une mesure acquise relative aux éléments de référence 12 est une mesure d’orientation. L’étape d’acquisition 120 comprend dans ce cas : l’acquisition d’une série d’images de la scène 10, la série d’images comprenant au moins une image de l’élément de référence 12, les images de la série se recouvrant deux à deux, et In an embodiment where the measurement module 26 comprises an odometric goniometer or an odometric compass, at least one acquired measurement relating to the reference elements 12 is an orientation measure. The acquisition step 120 comprises in this case: the acquisition of a series of images of the scene 10, the series of images comprising at least one image of the reference element 12, the images of the series overlapping two by two, and
- la détermination, par le goniomètre odométrique ou le compas odométrique, de l’orientation de l’élément de référence 12 par rapport au système optronique 18 en fonction de la série d’images de la scène 10 acquise. - the determination, by the odometric goniometer or the odometric compass, of the orientation of the reference element 12 with respect to the optronic system 18 according to the series of images of the scene 10 acquired.
Avantageusement, la série d’images acquises permet : le changement de champ pour zoomer sur la cible : dans la série d’images, le champ de la caméra est modifié à chaque image (zoom continu), de sorte que pour le petit champ, la cible ou la référence soit imagée et pointée avec un maximum de précision, et que par ailleurs une image de la série ait le champ de vue utilisé lors de la phase de calibration (en général un grand champ). Les images intermédiaires servent à recaler les images les unes par rapport aux autres de proche en proche. l’acquisition d’une cible ou référence en dehors du panoramique de calibration : si l’objet pointé est en dehors du panoramique établi en calibration, la série d’images permet, par déplacement de la caméra pendant l’acquisition de la série d’images, de créer un « pont d’images » reliant la cible au panoramique. les deux en même temps (zoomer la cible et pointer une cible en dehors du panoramique de calibration) Advantageously, the series of images acquired allows: the change of field to zoom in on the target: in the series of images, the field of the camera is modified with each image (continuous zoom), so that for the small field, the target or the reference is imaged and pointed with maximum precision, and that moreover an image of the series has the field of view used during the calibration phase (generally a large field). The intermediate images are used to readjust the images relative to each other step by step. the acquisition of a target or reference outside the calibration panorama: if the pointed object is outside the panorama established in calibration, the series of images allows, by moving the camera during the acquisition of the series of images, to create an "image bridge" linking the target to the panoramic. both at the same time (zoom the target and point at a target outside the calibration pan)
Dans un exemple de mise en œuvre du goniomètre/compas odométrique, il est à noter que la position de l’observateur intervient dans deux cas de figure : pour l’orientation absolue du panoramique de calibration, afin de calibrer le compas odométrique en exploitant au moins une orientation absolue en référence (pas effectué pour le goniomètre odométrique qui est relatif). pour la calibration fine du goniomètre lorsque la calibration n’a pas été réalisée sur 360° (dans le cas d’une calibration sur un secteur < 360°, il convient de disposer de deux orientations de références pour ré-estimer la focale). Toutefois, la calibration fine n’est pas requise dans un premier temps car on dispose d’une valeur approchée de la focale. En pratique le processus est itératif : calibration approchée -> position approchée -> calibration affinée -> position affinée -> calibration affinée -> position affinée, etc. En conséquence, lorsque la position de l’observateur est inconnue (GNSS absent ou non fonctionnel) et que l’opérateur souhaite utiliser le compas/goniomètre odométrique (car plus précis que les autres moyens) : In an example of implementation of the goniometer/odometric compass, it should be noted that the position of the observer intervenes in two cases: for the absolute orientation of the calibration pan, in order to calibrate the odometric compass by exploiting minus an absolute orientation in reference (not done for the odometric goniometer which is relative). for the fine calibration of the goniometer when the calibration has not been carried out over 360° (in the case of a calibration on a sector < 360°, it is necessary to have two reference orientations to re-estimate the focal length). However, fine calibration is not required initially because an approximate value of the focal length is available. In practice, the process is iterative: approximate calibration -> approximate position -> refined calibration -> refined position -> refined calibration -> refined position, etc. Consequently, when the position of the observer is unknown (GNSS absent or not functional) and the operator wishes to use the compass/odometric goniometer (because it is more precise than the other means):
- le compas odométrique ne peut pas être utilisé en première intention. on utilise d’abord le goniomètre odométrique (sans connaissance préalable de la position observateur) pour relever des orientations relatives sur des références, ce qui permet de déterminer la position de l’observateur, permettant de la sorte d’initialiser le compas (qui peut ensuite servir en particulier pour localiser des objets). - the odometric compass cannot be used in first intention. we first use the odometric goniometer (without prior knowledge of the observer's position) to record relative orientations on references, which makes it possible to determine the position of the observer, thus making it possible to initialize the compass (which can then serve in particular to locate objects).
Ce processus impose alors l’exploitation d’au moins 2 références dans la scène.This process then imposes the exploitation of at least 2 references in the scene.
Plus précisément, l’orientation de l’élément de référence 12 est obtenue en mettant en œuvre un procédé de mesure d’orientations tel que celui décrit dans la demande FR 3 034 553 A. More specifically, the orientation of the reference element 12 is obtained by implementing a method for measuring orientations such as that described in application FR 3 034 553 A.
Plus précisément, comme décrit dans la demande FR 3 034 553 A, selon cet exemple, le procédé comprend une phase d'apprentissage et une phase opérationnelle. La phase d'apprentissage comprend les étapes suivantes: More specifically, as described in application FR 3 034 553 A, according to this example, the method comprises a learning phase and an operational phase. The learning phase includes the following steps:
- acquisition par balayage circulaire au moyen du système optronique 18, d'une série d'images optroniques partiellement superposées, comportant une image ou plusieurs images de la scène 10 (étape A1 ), - acquisition by circular scanning by means of the optronic system 18, of a series of partially superimposed optronic images, comprising an image or several images of the scene 10 (step A1),
- extraction automatique à partir des images, de descripteurs définis par leurs coordonnées image et leurs caractéristiques radiométriques, avec au moins un descripteur d’orientation inconnue dans chaque recouvrement d'images (étape B1 ), - automatic extraction from the images of descriptors defined by their image coordinates and their radiometric characteristics, with at least one descriptor of unknown orientation in each image overlap (step B1),
- à partir des descripteurs extraits des chevauchements entre images, estimation automatique de la rotation relative des images et cartographie des descripteurs extraits des chevauchements (étape C1 ), - from the descriptors extracted from the overlaps between images, automatic estimation of the relative rotation of the images and mapping of the descriptors extracted from the overlaps (step C1),
- identification dans les images, d’au moins une direction géographique de référence connue de précision compatible avec les performances souhaitées, et détermination des coordonnées image de chaque référence (étape D1 ), - identification in the images of at least one known precise reference geographical direction compatible with the desired performance, and determination of the image coordinates of each reference (step D1),
- sur la base des descripteurs extraits des recouvrements et cartographiés, de la direction et des coordonnées image de chaque référence, estimation automatique de l'attitude de chaque image, dite étape de recalage fin (étape E1 ), et - on the basis of the descriptors extracted from the overlaps and mapped, of the direction and of the image coordinates of each reference, automatic estimation of the attitude of each image, called the fine registration step (step E1), and
- à partir de l'attitude de chaque image, de la position et des paramètres internes du premier dispositif d'imagerie, et des coordonnées image de chaque descripteur, calcul des directions absolues des descripteurs selon un modèle prédéterminé de capture d'image du dispositif d'imagerie (étape F1 ). - from the attitude of each image, the position and the internal parameters of the first imaging device, and the image coordinates of each descriptor, calculation of the absolute directions of the descriptors according to a predetermined image capture model of the device imaging (step F1).
La phase d’exploitation comprend les étapes suivantes : - acquisition d'au moins une image de l'objet, en l’espèce l’élément de référence 12 pointé, dite image courante, à partir du système optronique 18 (étape A2), The operation phase includes the following steps: - acquisition of at least one image of the object, in this case the pointed reference element 12, called the current image, from the optronic system 18 (step A2),
- extraction des descripteurs de chaque image courante (étape B2), - extraction of the descriptors of each current image (step B2),
- cartographie des descripteurs de chaque image courante avec les descripteurs dont la direction absolue a été calculée lors de la phase d'apprentissage, de manière à déterminer la direction absolue des descripteurs de chaque image courante (étape C2),- mapping of the descriptors of each current image with the descriptors whose absolute direction was calculated during the learning phase, so as to determine the absolute direction of the descriptors of each current image (step C2),
- à partir des directions absolues des descripteurs de chaque image courante, estimation de l'attitude de chaque image courante (étape D2), - from the absolute directions of the descriptors of each current image, estimation of the attitude of each current image (step D2),
- à partir des coordonnées image de l’élément de référence 12 dans chaque image courante, de l'attitude de chaque image courante, de la position et de paramètres internes prédéterminés du système optronique 18, calcul de la direction absolue de l’élément de référence 12 pointé, selon un modèle prédéterminé de capture d'image de chaque image courante (étape E2). - from the image coordinates of the reference element 12 in each current image, the attitude of each current image, the position and predetermined internal parameters of the optronic system 18, calculation of the absolute direction of the element of reference 12 pointed, according to a predetermined image capture model of each current image (step E2).
Optionnellement, une fois l’élément de référence 12 pointé et mesuré, une étape de pointage fin est possible, consistant à aligner une alidade sur un point précis d’une image (parmi la série d’images acquises) de la référence mesurée. Cette étape permet d’affiner précisément le point de l’élément de référence 12 qui correspond aux coordonnées géographiques de la référence désignée à l’étape 130. Optionally, once the reference element 12 has been pointed and measured, a fine pointing step is possible, consisting in aligning an alidade on a precise point of an image (among the series of acquired images) of the measured reference. This step makes it possible to precisely refine the point of the reference element 12 which corresponds to the geographical coordinates of the reference designated in step 130.
Pointage d’un indicateur pour chaque élément de référence pointé (étape 130)Pointing of an indicator for each reference element pointed to (step 130)
La phase de collecte 100 comprend une étape de pointage 130, sur l’élément de visualisation 24, parmi les indicateurs mémorisés dans la mémoire 22, d’un indicateur représentatif de l’élément de référence 12 pointé dans la scène 10. Lors de cette étape, le pointage désigne l’alignement d’une référence (pointeur numérique, stylet) sur l’indicateur de l’élément de référence 12 ou la sélection de l’élément de référence 12 parmi une liste (carnet de références). The collection phase 100 comprises a pointing step 130, on the display element 24, among the indicators stored in the memory 22, of an indicator representative of the reference element 12 pointed to in the scene 10. During this step, pointing designates the alignment of a reference (digital pointer, stylus) on the indicator of the reference element 12 or the selection of the reference element 12 from a list (reference book).
Dans un exemple de mise en œuvre, l’étape de pointage 130 comprend l’affichage sur l’élément de visualisation 24, en parallèle ou successivement ou en superposition : a. de l’image de la scène 10 comprenant l’élément de référence 12 pointé par l’imageur numérique 20, et b. des indicateurs mémorisés dans la mémoire 22. In an exemplary implementation, the pointing step 130 comprises the display on the display element 24, in parallel or successively or superimposed: a. of the image of the scene 10 comprising the reference element 12 pointed by the digital imager 20, and b. indicators stored in memory 22.
Par exemple, lorsque l’affichage est fait en parallèle, une partie de l’élément de visualisation 24 affiche l’image de la scène 10, et une autre partie affiche les indicateurs. For example, when the display is made in parallel, part of the display element 24 displays the image of the scene 10, and another part displays the indicators.
Par exemple, lorsque l’affichage est fait successivement, l’image de la scène 10 d’une part, et les indicateurs d’autre part, sont susceptibles d’être affichés sur la totalité de l’élément de visualisation 24. Par exemple, lorsque l’affichage est fait en superposition, les indicateurs des éléments de référence 12 sont affichés en superposition (approximativement) à l’image de la scène (par projection dans l’espace de la scène). For example, when the display is made successively, the image of the scene 10 on the one hand, and the indicators on the other hand, are likely to be displayed on the whole of the display element 24. For example, when the display is superimposed, the indicators of the reference elements 12 are displayed superimposed (approximately) on the image of the scene (by projection in the space of the scene).
Acquisition de coordonnées géographiques associées à chaque indicateur pointé (étape 140) Acquisition of geographic coordinates associated with each pointed indicator (step 140)
La phase de collecte 100 comprend ensuite une étape 140 d’acquisition, par l’unité de calcul 28, des coordonnées géographiques associées à l’indicateur pointé suite à la réception d’une deuxième commande d’acquisition. La deuxième commande d’acquisition est une validation effectuée par l’opérateur 16 du système optronique 18, par exemple, via un actionneur. The collection phase 100 then comprises a step 140 of acquisition, by the calculation unit 28, of the geographical coordinates associated with the pointed indicator following the reception of a second acquisition command. The second acquisition command is a validation carried out by the operator 16 of the optronic system 18, for example, via an actuator.
L’homme du métier comprendra que l’ordre des étapes 110 à 140 est donné à titre d’exemple, les étapes 1 10-120 étant intervertibles avec les étapes 130-140 (il est possible de commencer par désigner des données de référence, puis de faire des mesures sur l’objet correspondant dans la scène. Ou de faire l’inverse). Those skilled in the art will understand that the order of steps 110 to 140 is given by way of example, steps 110-120 being interchangeable with steps 130-140 (it is possible to start by designating reference data, then make measurements on the corresponding object in the scene. Or do the reverse).
Mémorisation de données de référence (étape 150) Storing reference data (step 150)
La phase de collecte 100 comprend alors une étape 150 de mémorisation d’une donnée, dite de référence, comprenant la au moins une mesure acquise et les coordonnées géographiques acquises. Ainsi, dans la mémoire 22, il est associé les positions géographiques connues des éléments de référence 12 pointés avec les mesures obtenues pour lesdits éléments de référence 12 via le module de mesure 26. The collection phase 100 then comprises a step 150 of storing a so-called reference datum, comprising the at least one measurement acquired and the geographical coordinates acquired. Thus, in the memory 22, the known geographical positions of the reference elements 12 pointed to are associated with the measurements obtained for said reference elements 12 via the measurement module 26.
DETERMINATION DE LA POSITION DU SYSTEME OPTRONIQUE (PHASE 200)DETERMINATION OF THE POSITION OF THE OPTRONIC SYSTEM (PHASE 200)
Le procédé comprend une phase 200 de détermination de la position du système optronique 18 en fonction des données de référence mémorisées pour le au moins un élément de référence 12. La phase de détermination 200 est mise en œuvre par l’unité de calcul 28. The method comprises a phase 200 of determining the position of the optronic system 18 according to the reference data stored for the at least one reference element 12. The determination phase 200 is implemented by the calculation unit 28.
Avantageusement, la phase de détermination 200 comprend la détermination d’une incertitude sur la position déterminée du système optronique 18 en exploitant des incertitudes sur le au moins un élément ayant acquis les mesures et sur les coordonnées géographiques mémorisées des éléments de référence 12. Advantageously, the determination phase 200 includes the determination of an uncertainty on the determined position of the optronic system 18 by exploiting uncertainties on the at least one element having acquired the measurements and on the stored geographical coordinates of the reference elements 12.
Dans un mode de réalisation, la phase de détermination 200 comprend la sélection, par l’unité de calcul 28, d’au moins une technique de détermination de positions parmi un ensemble de techniques de détermination de positions en fonction de la nature du ou des éléments du module de mesure 26 ayant acquis la au moins une mesure correspondant à la donnée de référence. La sélection est avantageusement réalisée de manière automatique par l’unité de calcul 28. La position du système optronique 18 est alors déterminée sur la base de la ou de chaque technique de détermination sélectionnée. In one embodiment, the determination phase 200 comprises the selection, by the calculation unit 28, of at least one position determination technique from among a set of position determination techniques as a function of the nature of the elements of the measurement module 26 having acquired the at least one measurement corresponding to the reference datum. The selection is advantageously carried out automatically by the calculation unit 28. The position of the optronic system 18 is then determined on the basis of the or each determination technique selected.
Lorsque les mesures ont été acquises par des éléments de nature différente, l’unité de calcul 28 est susceptible de sélectionner plusieurs techniques de détermination différentes. Les résultats obtenus suite à la mise en œuvre de ces techniques sont, par exemple, comparés, moyennés ou pondérés pour obtenir une position optimisée (en précision) du système optronique 18. When the measurements have been acquired by elements of a different nature, the calculation unit 28 is capable of selecting several different determination techniques. The results obtained following the implementation of these techniques are, for example, compared, averaged or weighted to obtain an optimized position (in precision) of the optronic system 18.
Dans un mode de mise en œuvre, pour obtenir la position on procède selon le schéma suivant : In one mode of implementation, to obtain the position, one proceeds according to the following diagram:
- A) Calculer une position approchée avec un minimum de mesures / d’observations. Cette solution approchée de position s’obtient de manière explicite. On dispose pour cela d’un nombre d’équations d’observations identique au nombre de paramètres à estimer (à minima égal à deux pour estimer uniquement une position limitée au plan horizontal). - A) Calculate an approximate position with a minimum of measurements / observations. This approximate position solution is obtained explicitly. For this, we have a number of observation equations identical to the number of parameters to be estimated (at least equal to two to only estimate a position limited to the horizontal plane).
- B) Estimer une position optimale en minimisant une métrique de distance. La métrique s’écrit typiquement comme somme quadratique des distances de la position aux lieux correspondant aux observations, chacune pondérée d’après les erreurs des mesures des instruments et sur les coordonnées des références. L’estimateur utilisé délivre une position et sa covariance avec l’ensemble des observations disponibles. On peut utiliser : o une approche batch minimisant itérativement la métrique en partant de la position approchée. Cet estimateur utilise de manière avantageuse l’information a priori portée par la position approchée et sa covariance en ajoutant deux ou trois équations selon la dimension de l’espace dans lequel est calculée la position. o une approche séquentielle de type filtre de Kalman, mis à jour en agrégeant les différentes mesures de manière incrémentale. - B) Estimate an optimal position by minimizing a distance metric. The metric is typically written as the quadratic sum of the distances from the position to the places corresponding to the observations, each weighted according to the errors of the measurements of the instruments and the coordinates of the references. The estimator used delivers a position and its covariance with all the available observations. One can use: o a batch approach minimizing the metric iteratively starting from the approximate position. This estimator advantageously uses the a priori information carried by the approximate position and its covariance by adding two or three equations depending on the dimension of the space in which the position is calculated. o a sequential approach of the Kalman filter type, updated by aggregating the various measurements incrementally.
- C) Estimer une position intègre. Pour éliminer des observations biaisées susceptibles de contribuer à l’estimation de l’étape précédente. Cette étape ayant pour objectif de : o Détecter si l’une au moins des observations est aberrante, o Dans l’affirmative d’identifier quelle(s) observation(s) est aberrante, o Si identification, exclure la mesure(s) aberrante(s) du lot d’observation pour alimenter un estimateur comme dans l’étape précédente. - D) Calcul d’une position définitive (si GNSS présent). Cette étape finalise le calcul de position de la façon suivante : a. Evaluation de l’état du récepteur GNSS d’après la position qu’il délivre et l’incertitude qu’il lui associe en regard de la position intègre obtenue et de sa covariance. b. Dans la mesure où l’état du GNSS est jugé correct, calcul de la position définitive obtenue par fusion de la position intègre à la position GNSS selon leur covariance respectives et calcul de la covariance de la position définitive. - C) Estimate an honest position. To eliminate biased observations that may contribute to the estimation of the previous step. The purpose of this step is to: o Detect if at least one of the observations is an aberrant, o If so, identify which observation(s) is an aberrant, o If identified, exclude the aberrant measurement(s) (s) of the observation batch to feed an estimator as in the previous step. - D) Calculation of a definitive position (if GNSS present). This step finalizes the position calculation as follows: a. Evaluation of the state of the GNSS receiver according to the position it delivers and the uncertainty it associates with it with regard to the complete position obtained and its covariance. b. Insofar as the state of the GNSS is judged to be correct, calculation of the final position obtained by merging the integral position with the GNSS position according to their respective covariance and calculation of the covariance of the final position.
En particulier, pour A), l’élaboration d’une solution approchée est guidée : In particular, for A), the elaboration of an approximate solution is guided:
- Selon les modalités accessibles ou non (compas magnétique DMC), télémètre laser (LRF), goniomètre (GON), ce qui permet de s’adapter à l’architecture du système optronique, - Depending on the methods accessible or not (magnetic compass DMC), laser range finder (LRF), goniometer (GON), which makes it possible to adapt to the architecture of the optronic system,
Selon le nombre d’amers accessibles, ce qui permet de décider du type de solution approchée à utiliser de façon à disposer dès que possible d’une solution approchée au fur et à mesure du nombre d’amers disponibles. Depending on the number of accessible landmarks, which makes it possible to decide on the type of approximate solution to use so as to have an approximate solution as soon as possible as the number of landmarks available increases.
Une solution est décrite par le nombre et la nature des paramètres estimés. Il peut s’agir : A solution is described by the number and nature of the estimated parameters. It could be :
De la position planimétrique ou/et altimétrique du système optronique. Point de référence au niveau du centre optique de l’imageur numérique 20, The planimetric or/and altimetric position of the optronic system. Reference point at the optical center of the digital imager 20,
Du gisement ou de l’attitude du goniomètre, Bearing or attitude of the goniometer,
De la calibration du compas magnétique pouvant elle-même se modéliser en trois niveaux décrits ici synthétisés : o Estimation biais d’azimut, intégrant biais du compas, erreur sur ou méconnaissance de la déclinaison magnétique locale, erreur ou méconnaissance de composante horizontale du simbleautage. o Estimation d’un modèle de correction d’azimut intégrant biais, et composantes périodiques modélisant les effets Hard et Soft Iron. o Estimation d’un modèle correctif ajoutant aux paramètres précédents deux angles de rotation caractérisant l’assiette du simbleautage. From the calibration of the magnetic compass which can itself be modeled in three levels described here summarized: o Estimation bias of azimuth, integrating bias of the compass, error on or ignorance of the local magnetic declination, error or ignorance of horizontal component of the simbleautage. o Estimation of an azimuth correction model integrating bias, and periodic components modeling Hard and Soft Iron effects. o Estimation of a corrective model adding to the previous parameters two angles of rotation characterizing the trimming attitude.
On décrit quelques cas d’usage utilisés pour mettre en œuvre le procédé. Pour l’obtention d’une solution approchée, on se place initialement dans le repère géographique local barycentrique du ou des amers utilisés. Les directions angulaires sont rectifiées en conséquence en azimut pour le passage entre géométrie plane et sphérique et en élévation (en tenant compte des effets de réfraction atmosphérique si besoin de précision et selon disponibilité des données météorologiques) : A few use cases used to implement the method are described. To obtain an approximate solution, we initially place ourselves in the barycentric local geographical reference of the landmark(s) used. The angular directions are rectified accordingly in azimuth for the passage between plane and spherical geometry and in elevation (taking into account the effects of atmospheric refraction if precision is needed and depending on the availability of meteorological data):
- Avec compas magnétique et inclinomètre o En entrée - With magnetic compass and inclinometer o In entrance
■ Mesure des coordonnées géodésiques de deux amers distincts, et les erreurs cartésiennes (planimétrique et altimétrique) associées,■ Measurement of the geodetic coordinates of two distinct landmarks, and the associated Cartesian errors (planimetric and altimetric),
■ Deux mesures d’azimut magnétique (magnétomètre et déclinaison) et les erreurs associées sur les amers, ■ Two magnetic azimuth measurements (magnetometer and declination) and associated errors on landmarks,
■ Au moins une mesure d’élévation (inclinomètre) et son erreur sur les amers. o Mise en œuvre ■ At least one elevation measurement (inclinometer) and its error on landmarks. o Implementation
■ Approche 1 : on estime une position par triangulation comme lieu minimisant la somme quadratique à 2 droites de l’espace. ■ Approach 1: a position is estimated by triangulation as a locus minimizing the quadratic sum of 2 lines in space.
■ Approche 2 : on calcule l’intersection de droites du plan prenant appui sur chaque amer et ajoutant TT à chacune des deux mesures d’azimut. Puis, la position verticale est calculée d’après les élévations sur les amers et la position planimétrique obtenue. ■ Approach 2: calculate the intersection of straight lines of the plane bearing on each landmark and adding TT to each of the two azimuth measurements. Then, the vertical position is calculated from the elevations on the landmarks and the planimetric position obtained.
■ Dans chaque approche, calcul d’une covariance sur la position obtenue dépendant des erreurs sur les 2 amers et des erreurs des mesures angulaires. ■ In each approach, calculation of a covariance on the position obtained depending on the errors on the 2 landmarks and the errors of the angular measurements.
■ Calcul de la position géodésique du système au moyen de la solution cartésienne en repère barycentrique. o En sortie ■ Calculation of the geodesic position of the system by means of the Cartesian solution in barycentric coordinate system. o On exit
■ Position géodésique approchée du système optronique Pc ■ Approximate geodetic position of the optronic system P c
• Covariance sur la position, matrice 3x3 décrite en Repère Géographique Local (RGL) Ac • Position covariance, 3x3 matrix described in Local Geographical Benchmark (RGL) A c
Avec télémètre et inclinomètre, o En entrée : With rangefinder and inclinometer, o At the entrance:
■ Mesure des coordonnées géodésiques de trois amers distincts, et les erreurs cartésiennes (planimétrique et altimétrique) associées,■ Measurement of the geodetic coordinates of three distinct landmarks, and the associated Cartesian errors (planimetric and altimetric),
■ Trois mesures d’élévations sur les amers. ■ Three elevation measurements on the landmarks.
■ Trois mesures de distance sur les amers. o Mise en œuvre ■ Three distance measurements on landmarks. o Implementation
■ Calcul du rayon obtenu par rectification de la mesure distance et d’élévation. ■ En repère barycentrique, intersection de 3 cercles centrés sur chaque amer par estimation de la position plane dans le RGL par résolution d’un système linéaire redondant (Degrees Of Freedom (en français degrés de liberté) : DoF=1 ) ■ Calculation of the radius obtained by rectification of the distance and elevation measurement. ■ In barycentric frame, intersection of 3 circles centered on each landmark by estimation of the plane position in the RGL by solving a redundant linear system (Degrees Of Freedom: DoF=1 )
■ Estimation de la position verticale du système avec les distances et les élévations ■ Estimation of the vertical position of the system with distances and elevations
■ Calcul de la position géodésique du système o En sortie ■ Calculation of the geodetic position of the system o Output
■ Position géodésique approchée du système optronique Pr ■ Approximate geodetic position of the optronic system P r
■ Covariance sur la position, matrice 3x3 décrite en RGL Ar Avec goniomètre, o En entrée ■ Position covariance, 3x3 matrix described in RGL A r With goniometer, o Input
■ Mesure des coordonnées géodésiques de trois amers distincts, et les erreurs cartésiennes (planimétrique et altimétrique) associées,■ Measurement of the geodetic coordinates of three distinct landmarks, and the associated Cartesian errors (planimetric and altimetric),
■ Trois mesures du goniomètre sur les amers (azimut et élévation) et erreurs associées o Mise en œuvre ■ Three goniometer measurements on landmarks (azimuth and elevation) and associated errors o Implementation
■ Approche 1 : par élimination du gisement dans le repère barycentrique : ■ Approach 1: by elimination of the bearing in the barycentric frame:
• Intersection de 3 cercles capables par différence des lectures angulaire d’azimut du goniomètre sur les 3 amers. • Intersection of 3 capable circles by difference of the angular azimuth readings of the goniometer on the 3 landmarks.
• Estimation de la position comme précédemment avec LRF en remplaçant les mesures de l’inclinomètre par celle du goniomètre • Estimation of the position as before with LRF by replacing the measurements of the inclinometer by those of the goniometer
• Estimation du gisement sur les 3 amers d’après la position plane obtenue • Estimation of the bearing on the 3 landmarks according to the plane position obtained
■ Approche 2 : par calcul du gisement dans le repère barycentrique■ Approach 2: by calculating the bearing in the barycentric frame
• Calcul explicite du gisement • Explicit calculation of the deposit
• Intersection de 3 droites pour estimer la position plane obtenue par résolution d’un système linéaire de 3 équations. o En sortie • Intersection of 3 straight lines to estimate the plane position obtained by solving a linear system of 3 equations. o On exit
■ Position géodésique approchée du système optronique PG ■ Approximate geodetic position of the optronic system P G
■ Covariance sur la position, matrice 3x3 décrite en RGL AG ■ Position covariance, 3x3 matrix described in RGL A G
■ Gisement approché du goniomètre Go ■ Approached bearing of the goniometer G o
■ Ecart-type du gisement du goniomètre aGo. - Avec télémètre et goniomètre, o En entrée : ■ Standard deviation of the goniometer bearing a Go . - With rangefinder and goniometer, o At the entrance:
■ Mesure des coordonnées géodésiques de deux amers distincts, et les erreurs cartésiennes (planimétrique et altimétrique) associées,■ Measurement of the geodetic coordinates of two distinct landmarks, and the associated Cartesian errors (planimetric and altimetric),
■ Deux mesures d’élévations sur les amers. ■ Two elevation measurements on the landmarks.
■ Deux mesures de distance sur les amers. ■ Two distance measurements on landmarks.
■ Deux lectures du goniomètre, ou écart angulaire, sur les 2 amers. o Mise en œuvre ■ Two goniometer readings, or angular deviation, on the 2 landmarks. o Implementation
■ Calcul du barycentre des 2 amers et des coordonnées dans amers dans le repère géographique d’origine ce barycentre. ■ Calculation of the barycenter of the 2 landmarks and the coordinates in the landmarks in the geographical reference of origin of this barycenter.
■ Calcul des 2 rayons obtenus par rectification de la mesure distance et d’élévation dans le plan. ■ Calculation of the 2 radii obtained by rectification of the distance and elevation measurement in the plane.
■ Calcul des caractéristiques du cercle goniométrique passant par les 2 amers projetés. ■ Calculation of the characteristics of the goniometric circle passing through the 2 projected landmarks.
■ En repère barycentrique, intersection des 3 cercles précédents dans le RGL par résolution d’un système linéaire redondant (DoF=1)■ In barycentric frame, intersection of the 3 previous circles in the RGL by solving a redundant linear system (DoF=1)
■ Estimation de la position verticale du système avec les distances et les élévations. ■ Estimation of the vertical position of the system with distances and elevations.
■ Calcul de la position géodésique du système ■ Calculation of the geodetic position of the system
■ Pour affiner la solution en regard de la bonne utilisation des élévations et des azimuts compte tenu de la rotondité terrestre ; estimation de la position et du gisement du goniomètre en utilisant la solution approchée précédente. o En sortie ■ To refine the solution with regard to the proper use of elevations and azimuths taking into account the earth's roundness; estimation of the position and bearing of the goniometer using the previous approximate solution. o On exit
■ Position géodésique approchée du système optronique PGr ■ Approximate geodetic position of the optronic system P Gr
■ Covariance sur la position et le gisement du goniomètre, matrice 3x3 décrite en RGL AGT ■ Covariance on the position and bearing of the goniometer, 3x3 matrix described in RGL A GT
Dans un autre exemple, au moins un point de référence 12 est considéré, et le module de mesure 26 comprend un compas magnétique et un télémètre. Le compas magnétique permet de mesurer l’angle par rapport au nord sous lequel le système optronique 18 voit l’élément de référence 12, et de tracer une droite associée. Le télémètre permet de déterminer la distance entre le système optronique 18 et l’élément de référence 12. Cette distance est reportée sur la droite tracée, ce qui permet d’en déduire la position du système optronique 18. En ce qui concerne B), la recherche d’une position optimale permet d’obtenir une meilleure performance de localisation. Elle s’effectue dès lors que l’on dispose : d’un nombre d’amers surabondant en mono-modalité, d’un nombre d’amers minimal mais de multi-modalités, d’un nombre d’amers surabondant et de modalité mixtes. In another example, at least one reference point 12 is considered, and the measurement module 26 comprises a magnetic compass and a rangefinder. The magnetic compass makes it possible to measure the angle with respect to the north under which the optronic system 18 sees the reference element 12, and to draw an associated straight line. The rangefinder makes it possible to determine the distance between the optronic system 18 and the reference element 12. This distance is plotted on the line drawn, which makes it possible to deduce the position of the optronic system 18. With regard to B), the search for an optimal position makes it possible to obtain a better performance of localization. It is carried out as soon as one has: an overabundant number of landmarks in mono-modality, a minimum number of landmarks but multi-modalities, an overabundant number of landmarks and modality mixed.
En ce qui concerne C, la recherche d’une solution intègre s’effectue dès que possible et la recherche d’une solution approchée telle que présentée permet d’évaluer séparément un niveau d’intégrité des mesures, dès le stade de calcul de position approchée, c’est-à-dire sans redondance forte. Pour cela on confronte 3 situations prenant les positions par les couples de 2 modalités (a, /?) e {C, T, G} et réalise un test de comparaison de leur moyenne. En synthèse la différence des 2 positions est compatible de leur covariance, avec un seuil r, fixé d’après la probabilité de cohérence souhaitée. Si < T alors les 2 positions obtenues d’après les modalités a et p sont cohérentes.With regard to C, the search for an integrated solution is carried out as soon as possible and the search for an approximate solution as presented makes it possible to separately evaluate a level of integrity of the measurements, from the position calculation stage. approximate, that is to say without strong redundancy. For this we compare 3 situations taking the positions by the pairs of 2 modalities (a, /?) e {C, T, G} and carry out a comparison test of their average. In summary, the difference of the 2 positions is compatible with their covariance, with a threshold r, set according to the desired consistency probability. If < T then the 2 positions obtained according to the modalities a and p are coherent.
Ainsi : Thereby :
- si 5C G est cohérente mais que ni 3c/r ni 3G;T ne le sont, alors on peut suspecter un problème de télémétrie sur un amer. - if 5 CG is coherent but neither 3 c/r nor 3 G;T are, then we can suspect a telemetry problem on a landmark.
- si 5G T est cohérente mais que ni 3C T ni 3C G ne le sont, alors on peut suspecter un problème au niveau du compas magnétique. - if 5 GT is coherent but neither 3 CT nor 3 CG are, then we can suspect a problem with the magnetic compass.
Cette caractérisation d’intégrité est jugée minimale en matière de contrôle d’intégrité car elle ne permet pas de déceler une erreur sur les coordonnées d’un amer. Pour cela on utilise un processus en plusieurs strates : une redondance d’information où tous les amers sont utilisés en mono ou intra- modalité, This characterization of integrity is considered minimal in terms of integrity control because it does not make it possible to detect an error in the coordinates of a landmark. For this we use a process in several layers: a redundancy of information where all the landmarks are used in mono or intra-modality,
- une redondance multi-modalités comparant les solutions inter-modalités obtenues séparément avec un nombre d’amer minimal par exemple les solutions de toutes les modalités possibles sur 3 amers. une redondance d’information utilisant un test global avec tous les amers dans toutes les modalités alimentant le même estimateur. - a multi-modality redundancy comparing the inter-modality solutions obtained separately with a minimum number of landmarks, for example the solutions of all the possible modalities on 3 landmarks. information redundancy using a global test with all landmarks in all modalities feeding the same estimator.
Une redondance d’estimateur distincts de type batch et séquentiel, de type bayésien pour intégrer l’information de la solution approchée, produisant une solution et sa covariance estimée, et un test de comparaison de leurs estimations respectives. A redundancy of distinct estimators of batch and sequential type, of Bayesian type to integrate the information of the approximate solution, producing a solution and its estimated covariance, and a comparison test of their respective estimates.
En ce qui concerne D, une fois la position optimale et sa covariance estimée, on teste la position et covariance du récepteur GNSS afin : d’évaluer son état et en informer l’utilisateur, - de fusionner position estimée et position GNSS si cette dernière est jugée crédible. Ceci permet d’obtenir une position définitive de performance ultime. With regard to D, once the optimal position and its estimated covariance, we test the position and covariance of the GNSS receiver in order to: evaluate its state and inform the user, - to merge estimated position and GNSS position if the latter is considered credible. This makes it possible to obtain a definitive position of ultimate performance.
Plus spécifiquement, pour évaluer l’état du récepteur GNSS, il est procédé de la manière suivante : o Après estimation d’une position intègre P26 à l’issue des étapes précédentes et du calcul de sa covariance A26 avec l’ensemble des mesures correctes sur les éléments de référence 12 disponibles, o Après réception de la position P29 et sa covariance A29 du GNSS au travers des messages norme ‘National Marine Electronics Association’ (NMEA), o On réalise un test de cohérence entre les 2 distributions précédentes, et entre les informations NMEA et celles de la fiche technique du récepteur GNSS. Le récepteur GNSS est jugé inopérant en cas d’incohérence et à contrario opérant en cas de cohérence. Dans ce dernier cas la position définitive Pi8 du système optronique 18 est obtenue comme More specifically, to evaluate the state of the GNSS receiver, the procedure is as follows: o After estimation of an intact position P 26 at the end of the preceding steps and the calculation of its covariance A 26 with all the correct measurements on the reference elements 12 available, o After reception of the position P 29 and its covariance A 29 from the GNSS through the 'National Marine Electronics Association' (NMEA) standard messages, o A consistency test is carried out between the 2 previous distributions, and between the NMEA information and that of the GNSS receiver datasheet. The GNSS receiver is judged to be inoperative in the event of inconsistency and, on the contrary, to be operative in the event of coherence. In the latter case, the final position P i8 of the optronic system 18 is obtained as
Expression dans laquelle la covariance sur la position définitive est donnée Expression in which the covariance on the final position is given
En résumé de D), lorsque le système optronique 18 comprend un récepteur GNSS 29, la phase de détermination de la position du système optronique 18 comprend la détermination de la position du système optronique 18 par le récepteur GNSS 29, dite position GNSS, et la validation ou non de la position GNSS par comparaison à une position obtenue précédemment pour le système optronique 18 via les données de référence (de préférence la position intègre). Cela permet notamment de vérifier que le récepteur GNSS n’a pas été brouillé ou leurré. Lorsque la position GNSS a été validée, il est obtenu une position définitive pour le système optronique 18 par fusion de la position GNSS avec la dernière position obtenue pour le système optronique 18 via les données de référence (de préférence la position intègre). In summary of D), when the optronic system 18 comprises a GNSS receiver 29, the phase of determining the position of the optronic system 18 comprises the determination of the position of the optronic system 18 by the GNSS receiver 29, called GNSS position, and the validation or otherwise of the GNSS position by comparison with a position previously obtained for the optronic system 18 via the reference data (preferably the position with integrity). This notably makes it possible to verify that the GNSS receiver has not been jammed or tricked. When the GNSS position has been validated, a definitive position is obtained for the optronic system 18 by merging the GNSS position with the last position obtained for the optronic system 18 via the reference data (preferably the intact position).
En conclusion, dans cet exemple de mise en œuvre, trois niveaux de vérification sont proposés pour l’intégrité de la solution : In conclusion, in this example implementation, three levels of verification are proposed for the integrity of the solution:
En mono-modalité et avec un nombre surabondant d’amers on utilise des méthodes similaires aux techniques Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) du GNSS. L’originalité provient du fait que l’on travaille ici avec des informations de nature variées (coordonnées amer + un type de mesure angle ou distance selon modalité) et que l’on évalue la cohérence de l’ensemble des paramètres estimés ne se limitant pas forcément à la seule position. En modalité mixte, l’originalité provient que l’on travaille de plus conjointement avec plusieurs types de mesure. In mono-modality and with an overabundant number of landmarks, methods similar to the Receiver Autonomous Integrity Monitoring (RAIM) techniques of GNSS are used. The originality comes from the fact that we are working here with information of a varied nature (landmark coordinates + a type of angle or distance measurement depending on the modality) and that we are evaluating the consistency of all the estimated parameters not limited to not necessarily to the only position. In mixed mode, the originality comes from the fact that we also work jointly with several types of measurement.
En multi-estimateur, sur le même périmètre d’information, batch et séquentiel en parallèle. In multi-estimator, on the same perimeter of information, batch and sequential in parallel.
Dans ce qui suit, il est donné des exemples illustrant les principes décrits précédemment, notamment en référence aux figures 4 à 7. In the following, examples are given illustrating the principles described above, in particular with reference to Figures 4 to 7.
Il est à noter que par soucis de simplification les exemples qui suivent sont donnés pour un positionnement en deux dimensions (projection dans le plan horizontal). Dans ce cas, la composante verticale (altitude, élévation) n’est pas considérée et le problème dans son ensemble est projeté dans un plan moyen horizontal. Les positions sont alors décrites par deux paramètres (position planimétrique) et les orientations angulaires (des amers ou de l’observé) sont décrites par la seule valeur d’azimut ou de gisement. Les distances mesurées peuvent être utilisées telles quelles, ou de préférence projetées dans le plan horizontal en faisant intervenir le cosinus de l’élévation des lignes de visée si celle-ci est connue. It should be noted that for the sake of simplification the examples which follow are given for positioning in two dimensions (projection in the horizontal plane). In this case, the vertical component (altitude, elevation) is not considered and the problem as a whole is projected in a horizontal mean plane. The positions are then described by two parameters (planimetric position) and the angular orientations (of the landmarks or of the observed) are described by the single azimuth or bearing value. The distances measured can be used as they are, or preferably projected in the horizontal plane by involving the cosine of the elevation of the lines of sight if this is known.
L’hypothèse 2D simplificatrice suffit (en terme de précision versus un besoin) dans plusieurs cas caractérisés par : un relief peu marqué (faible différence d’altitudes sur le théâtre d’opération), une connaissance des altitudes (observateur, observé) non requise ou n’ayant pas besoin d’être précise, une géométrie d’observation (ligne de visée entre observateur et amers et observé) proche de l’horizontal (< 10°). The simplifying 2D hypothesis is sufficient (in terms of precision versus a need) in several cases characterized by: low relief (small difference in altitudes on the theater of operation), knowledge of altitudes (observer, observed) not required or not needing to be precise, an observation geometry (line of sight between observer and landmarks and observed) close to the horizontal (< 10°).
Les calculs réalisés pour obtenir la position sont néanmoins tout à fait adaptables à une approche 3D ou 2D selon le besoin. Notamment, disposant d’une position planimétrique 2D (longitude et latitude), obtenue en utilisant un plan local à la position du capteur, et accédant à un produit géographique de type MNT/MNE, on complète la composante verticale de la position par interpolation dans le MNT/MNE. Dans la mesure où l’on n’accède pas à un MNE et que l’on se situe sur une structure au-dessus du sol (ex bâtiment), alors la hauteur de la structure est si besoin calculée par une mesure spécifique avec l’imageur numérique 20. The calculations carried out to obtain the position are nevertheless quite adaptable to a 3D or 2D approach depending on the need. In particular, having a 2D planimetric position (longitude and latitude), obtained by using a local plan at the position of the sensor, and accessing a geographic product of the DTM/DEM type, the vertical component of the position is completed by interpolation in the DEM/DEM. Insofar as one does not access a DEM and that one is located on a structure above the ground (eg building), then the height of the structure is if necessary calculated by a specific measurement with l digital imager 20.
Pour chaque élément de référence 12, en fonction de la nature du ou des éléments du module de mesure 26, les mesures suivantes sont susceptibles d’être obtenues et exploitées pour déterminer la position du système optronique 18 : l’orientation géographique absolue, mesurée par un compas, l’écart angulaire par rapport à un autre élément de référence 12, mesuré par un goniomètre, et For each reference element 12, depending on the nature of the element or elements of the measurement module 26, the following measurements are likely to be obtained and used to determine the position of the optronic system 18: the absolute geographical orientation, measured by a compass, the angular deviation from another reference element 12, measured by a goniometer, and
- la distance au système optronique 18, mesurée par un télémètre. - the distance to the optronic system 18, measured by a rangefinder.
Pour chaque élément de référence 12, en fonction des éléments actifs du module de mesure, il y a donc 7 jeux de mesures utilisables possibles (1 observation parmi 3, ou 2 observations parmi 3, ou les 3 observations) selon les observations (mesures) disponibles / réalisées. For each reference element 12, depending on the active elements of the measurement module, there are therefore 7 sets of possible usable measurements (1 observation out of 3, or 2 observations out of 3, or the 3 observations) depending on the observations (measurements) available / carried out.
Les principes de quatre techniques de détermination de la position du système optronique 18 sont données à titre d’exemple dans ce qui suit en fonction des informations disponibles et/ou exploitées sur chaque élément de référence 12 : The principles of four techniques for determining the position of the optronic system 18 are given by way of example in the following according to the information available and/or used on each reference element 12:
- première technique : utilisation des angles absolus mesurés par un compas (voir figures 4 (2 amers) et figure 5 (3 amers)), - first technique: use of absolute angles measured by a compass (see figures 4 (2 landmarks) and figure 5 (3 landmarks)),
- deuxième technique : utilisation des distances mesurées par télémétrie (voir figure 6), - second technique: use of distances measured by telemetry (see figure 6),
- troisième technique : utilisation des écarts angulaires mesurés par un goniomètre (voir figure 7), et - third technique: use of angular deviations measured by a goniometer (see figure 7), and
- quatrième technique : technique utilisant des mesures en provenance de capteurs de nature différente, la quatrième technique est basée sur une combinaison ou une fusion de une ou plusieurs techniques précédentes. - fourth technique: technique using measurements from sensors of a different nature, the fourth technique is based on a combination or a fusion of one or more previous techniques.
Dans un exemple, selon la première technique, seules les orientations angulaires absolues des amers, mesurées depuis la position d’observation (inconnue, aussi appelée position du système optronique 18) sont utilisées. La première technique implique des mesures effectuées sur au moins deux éléments de référence 12. In one example, according to the first technique, only the absolute angular orientations of the landmarks, measured from the observation position (unknown, also called the position of the optronic system 18) are used. The first technique involves measurements made on at least two reference elements 12.
Comme illustré par la figure 4, pour deux éléments de référence 12A, 12B, la position du système optronique 18 est située à l’intersection de demi-droites D1 et D2. Chaque demi-droite D1 , D2 a pour origine un élément de référence 12A, 12B (l’origine correspond aux coordonnées géographiques acquises pour l’élément de référence 12) et a pour direction l’orientation angulaire (signée) mesurée par le compas magnétique. Les références Az1 et Az2 désignent les azimuts respectifs des éléments de référence 12A, 12B considérés. La référence N désigne le nord. As illustrated by FIG. 4, for two reference elements 12A, 12B, the position of the optronic system 18 is located at the intersection of half-lines D1 and D2. Each half-line D1, D2 has as its origin a reference element 12A, 12B (the origin corresponds to the geographical coordinates acquired for the reference element 12) and has as its direction the angular orientation (signed) measured by the magnetic compass . The references Az1 and Az2 designate the respective azimuths of the reference elements 12A, 12B considered. The reference N denotes north.
Lorsque le nombre d’éléments de référence est supérieur ou égal à trois, comme illustré par la figure 5 pour trois éléments de référence 12A, 12B, 12C, l’intersection des demi-droites D1 , D2, D3 ne se fait pas en un point unique (compte tenu des erreurs sur les angles, et sur la position des éléments de référence). La position retenue est, par exemple, le résultat d’une optimisation d’équations non linéaires résultant d’un problème décrivant la géométrie de l’exemple. Dans un autre exemple, selon la deuxième technique, seules les distances des éléments de référence 12, mesurées depuis la position du système optronique 18, sont utilisées. Dans cet exemple, les mesures sont effectuées sur au moins trois éléments de référence 12. When the number of reference elements is greater than or equal to three, as illustrated by FIG. 5 for three reference elements 12A, 12B, 12C, the intersection of the half-lines D1, D2, D3 does not occur in one single point (taking into account the errors on the angles, and on the position of the reference elements). The position retained is, for example, the result of an optimization of nonlinear equations resulting from a problem describing the geometry of the example. In another example, according to the second technique, only the distances of the reference elements 12, measured from the position of the optronic system 18, are used. In this example, the measurements are made on at least three reference elements 12.
Comme illustré par la figure 6, la position du système optronique 18 est située à l’intersection de cercles C1 , C2, C3. Chaque cercle C1 , C2, C3 est centré sur un élément de référence 12A, 12B, 12C et a pour rayon la distance d1 , d2, d3 mesurée pour l’élément de référence 12A, 12B, 12C. L’intersection des cercles C1 , C2, C3 ne se fait pas un en point unique (compte tenu des erreurs sur les distances, et sur la position des éléments de référence). La position retenue est, par exemple, le résultat d’une optimisation d’équations non linéaires résultant d’un problème décrivant la géométrie de l’exemple. As illustrated by FIG. 6, the position of the optronic system 18 is located at the intersection of circles C1, C2, C3. Each circle C1, C2, C3 is centered on a reference element 12A, 12B, 12C and has for radius the distance d1, d2, d3 measured for the reference element 12A, 12B, 12C. The intersection of circles C1, C2, C3 is not a single point (taking into account the errors on the distances, and on the position of the reference elements). The selected position is, for example, the result of an optimization of nonlinear equations resulting from a problem describing the geometry of the example.
Dans un autre exemple, selon la troisième technique, seuls les écarts angulaires entre deux éléments de référence 12 (couples d’éléments de référence), mesurés depuis la position du système optronique 18, sont utilisés. Dans cet exemple, les mesures sont effectuées sur au moins deux couples d’éléments de référence, soit au moins trois éléments de référence 12. In another example, according to the third technique, only the angular deviations between two reference elements 12 (pairs of reference elements), measured from the position of the optronic system 18, are used. In this example, the measurements are performed on at least two pairs of reference elements, i.e. at least three reference elements 12.
Comme illustré par la figure 7, la position du système optronique 18 est située à l’intersection d’arcs de cercles C1 , C2. Chaque arc de cercle C1 , C2 passe par les deux éléments de référence d’un couple d’éléments de référence, qui forment les extrémités de l’arc de cercle, et son rayon est tel que tel que chaque point de l’arc de cercle C1 , C2 est le sommet d’un angle (signé) 0AC, <C>AB égal à l’angle mesuré entre les deux éléments de référence. As illustrated by FIG. 7, the position of the optronic system 18 is located at the intersection of arcs of circles C1, C2. Each arc of a circle C1 , C2 passes through the two reference elements of a pair of reference elements, which form the extremities of the arc of a circle, and its radius is such that each point of the arc of circle C1 , C2 is the vertex of an angle (signed) 0AC, <C>AB equal to the angle measured between the two reference elements.
A partir de quatre éléments de référence (trois arcs de cercle), l’intersection des arcs de cercle ne se fait pas en un point unique (compte tenu des erreurs sur les angles, et sur la position des amers). La position retenue est, par exemple, le résultat d’une optimisation des équations non linéaires résultant d’un problème décrivant la géométrie de l’exemple. From four reference elements (three circular arcs), the intersection of the circular arcs does not take place at a single point (given the errors on the angles, and on the position of the landmarks). The position retained is, for example, the result of an optimization of the nonlinear equations resulting from a problem describing the geometry of the example.
Dans un autre exemple, selon la quatrième technique, la position du système optronique 18 est déterminée en exploitant des mesures issues d’éléments différents du module de mesure 26, les mesures étant disponibles pour chaque élément de référence considéré, ou des mesures (une par élément de référence) effectuées par des éléments différents entre les éléments de référence 12. In another example, according to the fourth technique, the position of the optronic system 18 is determined by using measurements from different elements of the measurement module 26, the measurements being available for each reference element considered, or measurements (one per reference element) carried out by different elements between the reference elements 12.
De manière générale, dans une approche simplifiée « 2D », la détermination de la position du système optronique 18 revient à déterminer l’intersection de plusieurs lieux géométriques : - des demi-droites passant par les éléments de référence 12, caractérisées par un angle absolu (demi-droites issus de mesure d’orientation absolue des éléments de référence 12), et/ou In general, in a simplified “2D” approach, determining the position of the optronic system 18 amounts to determining the intersection of several geometric loci: - half-lines passing through the reference elements 12, characterized by an absolute angle (half-lines resulting from absolute orientation measurement of the reference elements 12), and/or
- des cercles centrés sur les éléments de référence 12 et de rayon égal à la distance mesurée de l’élément de référence (cercles issus de mesure de distance des éléments de référence 12), et/ou - circles centered on the reference elements 12 and with a radius equal to the measured distance from the reference element (circles resulting from distance measurement of the reference elements 12), and/or
- des arcs de cercles passant par deux éléments de référence 12 et dont le rayon et les coordonnées du centre s’expriment en fonction de l’écart angulaire mesuré entre les deux points de référence et les coordonnées de ces deux points. - arcs of circles passing through two reference elements 12 and whose radius and center coordinates are expressed as a function of the angular difference measured between the two reference points and the coordinates of these two points.
L’intersection de ces figures géométriques n’est généralement pas concentrée en un seul point mais forme une zone d’intersection, compte tenu des erreurs sur les observations (erreurs sur les angles, sur les distances et sur la position des éléments de référence 12). The intersection of these geometric figures is generally not concentrated in a single point but forms an intersection zone, taking into account the errors on the observations (errors on the angles, on the distances and on the position of the reference elements 12 ).
Le fait d’utiliser des mesures en provenance d’éléments de nature différente pour déterminer la position du système optronique 18 permet de : The fact of using measurements from elements of a different nature to determine the position of the optronic system 18 makes it possible to:
- rejeter les mesures qui semblent aberrantes par rapport aux autres mesures,- reject measures that seem aberrant compared to other measures,
- calculer une intersection minimisée (centre de la zone d’intersection) qui est retenue comme la position du système optronique 18, et - calculate a minimized intersection (center of the intersection zone) which is retained as the position of the optronic system 18, and
- évaluer une précision associée à cette position, qui exprime la dimension de la zone d’intersection, accentuée par la prise en compte de la précision sur chaque mesure (précision sur les angles, sur les distances, sur les positions). - evaluate a precision associated with this position, which expresses the dimension of the intersection zone, accentuated by taking into account the precision on each measurement (precision on the angles, on the distances, on the positions).
DETERMINATION POSITION OBJET (PHASE 300) OBJECT POSITION DETERMINATION (PHASE 300)
Le procédé de détermination comprend une phase 300 de détermination de la position d’un objet 14 (observé) de la scène 10 en fonction de la position déterminée du système optronique 18 (observateur), d’une orientation absolue obtenue de l’objet 14 par rapport au système optronique 18 et d’une distance obtenue entre l’objet 14 et le système optronique 18. L’objet 14 considéré est visible depuis le système optronique 18 (à portée et non masqué). The determination method comprises a phase 300 of determining the position of an object 14 (observed) of the scene 10 as a function of the determined position of the optronic system 18 (observer), of an absolute orientation obtained from the object 14 with respect to the optronic system 18 and a distance obtained between the object 14 and the optronic system 18. The object 14 considered is visible from the optronic system 18 (within range and not masked).
La position de l’objet 14 est alors obtenue par calcul, par l’unité de calcul 28, de la coordonnée géographique située à l’extrémité du vecteur ayant pour origine la position du système optronique 18, pour orientation l’orientation absolue de l’objet 14 et pour longueur la distance entre le système optronique 18 et l’objet 14. The position of the object 14 is then obtained by calculation, by the calculation unit 28, of the geographical coordinate located at the end of the vector having as its origin the position of the optronic system 18, for orientation the absolute orientation of the object 14 and for length the distance between the optronic system 18 and the object 14.
Avantageusement, la précision sur la position de l’objet 14 est calculée en fonction de : - la précision sur la position du système optronique 18, la précision sur l’orientation absolue de l’objet 14, et Advantageously, the precision on the position of the object 14 is calculated according to: - the precision on the position of the optronic system 18, the precision on the absolute orientation of the object 14, and
- la valeur de la distance et la précision sur la distance entre le système optronique 18 et l’objet 14. - the value of the distance and the precision on the distance between the optronic system 18 and the object 14.
Pour la détermination de l’orientation, selon un exemple, lorsque le module de mesure 26 comprend au moins un compas magnétique, l’orientation absolue de l’objet 14 est obtenue par une mesure acquise par le compas après pointage de l’objet 14 par l’imageur numérique 20, après prise en compte automatique de la déclinaison magnétique (intégrée au dispositif). For the determination of the orientation, according to an example, when the measurement module 26 comprises at least one magnetic compass, the absolute orientation of the object 14 is obtained by a measurement acquired by the compass after pointing the object 14 by the digital imager 20, after automatic consideration of the magnetic declination (integrated into the device).
Selon un autre exemple, l’orientation de l’objet 14 est obtenue en mettant en œuvre un procédé de mesure (compas odométrique) tel que celui décrit dans la demande FR 3 034 553 A. Un tel procédé comprend notamment l’acquisition d’une série d’images de la scène 10, la série d’images comprenant au moins une image de l’objet 14, les images se recouvrant deux à deux. Un tel procédé comprend aussi la détermination de l’orientation de l’objet par rapport au système optronique en fonction de la série d’images de la scène. According to another example, the orientation of the object 14 is obtained by implementing a measurement method (odometric compass) such as that described in application FR 3 034 553 A. Such a method comprises in particular the acquisition of a series of images of the scene 10, the series of images comprising at least one image of the object 14, the images overlapping two by two. Such a method also includes determining the orientation of the object relative to the optronic system as a function of the series of images of the scene.
Pour la détermination de la distance entre l’objet 14 et le système optronique 18, selon un exemple, lorsqu’au moins un élément du module de mesure 26 est un télémètre, la distance entre l’objet 14 et le système optronique 18 est obtenue par une mesure acquise par le télémètre lors d’un pointage de l’objet 14 par l’imageur numérique 20. For the determination of the distance between the object 14 and the optronic system 18, according to an example, when at least one element of the measurement module 26 is a rangefinder, the distance between the object 14 and the optronic system 18 is obtained by a measurement acquired by the rangefinder during pointing of the object 14 by the digital imager 20.
Selon un autre exemple, lorsque l’objet 14 est au sol, la distance entre l’objet 14 et le système optronique 18 est obtenue par une méthode de lancer de rayon à partir d’un modèle numérique de terrain de la scène 10. La distance obtenue est alors la distance entre la position déterminée du système optronique 18 et l’intersection d’une droite prédéterminée avec le sol d’un modèle numérique de terrain. La demi-droite prédéterminée passe par la position déterminée du système optronique 18 et a pour orientation celle obtenue de l’objet 14 par rapport au système optronique 18. According to another example, when the object 14 is on the ground, the distance between the object 14 and the optronic system 18 is obtained by a ray-tracing method from a digital terrain model of the scene 10. The distance obtained is then the distance between the determined position of the optronic system 18 and the intersection of a predetermined straight line with the ground of a digital terrain model. The predetermined half-line passes through the determined position of the optronic system 18 and has for orientation that obtained from the object 14 with respect to the optronic system 18.
Ainsi, le procédé de détermination de positions permet de déterminer, d’une part, la position du système optronique 18 (observateur), et d’autre part, si cela est souhaité, la position d’un objet 14 de la scène 10 de cordonnées inconnues (observé) au moyen seulement d’éléments intégrés dans un système optronique 18 pour peu que la scène 10 comprenne au moins un point de référence 12 de position connue (amer). Thus, the method for determining positions makes it possible to determine, on the one hand, the position of the optronic system 18 (observer), and on the other hand, if desired, the position of an object 14 of the scene 10 of unknown coordinates (observed) by means only of elements integrated in an optronic system 18 provided that the scene 10 comprises at least one reference point 12 of known position (bitter).
Une tel procédé s’affranchit de l’utilisation d’un récepteur GNSS. Such a method dispenses with the use of a GNSS receiver.
La phase de collecte de données au moyen seulement d’éléments intégrés dans le système optronique 18 est particulièrement ergonomique pour l’opérateur 16. L’élément de visualisation 24 permet notamment d’établir de manière aisée une correspondance entre l’élément de référence pointé dans la scène 10 et l’indicateur correspondant mémorisé dans la mémoire 22 du système optronique 18. Le risque d’erreur est, ainsi, diminué. The data collection phase by means only of elements integrated into the optronic system 18 is particularly ergonomic for the operator 16. The display element 24 makes it possible in particular to easily establish a correspondence between the reference element pointed to in the scene 10 and the corresponding indicator stored in the memory 22 of the optronic system 18. The risk of error is thus reduced.
En outre, le fait que tous les éléments soient intégrés dans le système optronique 18 permet de déterminer la précision des positions déterminées. En effet, les précisions des éléments du module de mesure 26, des coordonnées géographiques et les éventuelles approximations dans les calculs effectués sont tous centralisés par l’unité de calcul 28. Furthermore, the fact that all the elements are integrated into the optronic system 18 makes it possible to determine the precision of the positions determined. Indeed, the details of the elements of the measurement module 26, of the geographical coordinates and any approximations in the calculations carried out are all centralized by the calculation unit 28.
En fonction des cas, le procédé permet également : Depending on the case, the process also allows:
La vérification d’intégrité (détection et rejet d’une mesure ou donnée aberrante), ce qui permet de réduire les erreurs. Integrity verification (detection and rejection of an aberrant measurement or data), which reduces errors.
- Calibration simplifiée du compas magnétique, ce qui implique un gain de temps. Capacité de travailler sans télémétrie, c’est-à-dire de manière passive (sans émission d’onde), ce qui améliore la discrétion. - Simplified calibration of the magnetic compass, which involves saving time. Ability to work without telemetry, i.e. passively (without wave emission), which improves discretion.
Aide à l’utilisateur pour l’acquisition des amers (car tout est intégré), ce qui permet de gagner en temps et d’obtenir une meilleure performance. Helps the user to acquire landmarks (because everything is integrated), which saves time and improves performance.
Aide à l’utilisateur pour le choix des mesures à effectuer (car tout est intégré), ce qui permet une meilleure performance. Assistance to the user for the choice of measurements to be carried out (because everything is integrated), which allows a better performance.
L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation précédemment décrits peuvent être combinés pour former de nouveaux modes de réalisation pourvu qu’ils soient compatibles techniquement. En outre, les modes de réalisation décrits peuvent aussi être complétés par les compléments décrits ci-après. Those skilled in the art will understand that the embodiments described above can be combined to form new embodiments provided that they are technically compatible. Furthermore, the embodiments described can also be supplemented by the supplements described below.
Calibration d’un compas magnétique Calibration of a magnetic compass
En complément facultatif, au moins un élément du module de mesure 26 est un compas magnétique, le procédé comprend alors une phase de calibration du compas magnétique (auto-calibration) en fonction de mesures acquises après positionnement du système optronique (sans GNSS) au moyen : d’idéalement au moins deux éléments de référence 12, même si un seul pourrait suffire avec le télémètre, afin d’accéder à une qualité correcte de position du système optronique avec un compas magnétique non calibré. Par « position de qualité correcte » du système optronique, il est entendu de qualité équivalente au positionnement avec GNSS en mode standard. un ensemble d’orientations obtenues d’après les mesures d’attitude des images du secteur ou panoramique acquis dans la phase de calibration et estimées par le compas odométrique, datées par l’horloge du système optronique. un ensemble d’orientations obtenues d’après les mesures d’orientation d’azimut magnétique et d’élévation du compas magnétique datées par l’horloge du système optronique. la synchronisation temporelle des deux ensembles d’orientations précédents.As an optional addition, at least one element of the measurement module 26 is a magnetic compass, the method then comprises a phase of calibrating the magnetic compass (self-calibration) according to measurements acquired after positioning the optronic system (without GNSS) by means of : ideally at least two reference elements 12, even if only one could suffice with the rangefinder, in order to access a correct quality of position of the optronic system with an uncalibrated magnetic compass. “Position of correct quality” of the optronic system means quality equivalent to positioning with GNSS in standard mode. a set of orientations obtained from the attitude measurements of the images of the sector or panoramic acquired in the calibration phase and estimated by the odometric compass, dated by the clock of the optronic system. a set of orientations obtained from the magnetic azimuth and magnetic compass elevation orientation measurements dated by the optronic system clock. the time synchronization of the previous two sets of orientations.
Un modèle de correction des mesures magnétiques, par exemple, propre à mettre en œuvre l’une des méthodes suivantes. A magnetic measurement correction model, for example, capable of implementing one of the following methods.
Une première méthode, consiste à estimer un simple biais en azimut au moyen d’une modalité de mesure (télémètre ou goniomètre) délivrant une solution de qualité, y compris sur un faible nombre d’amer. Pour exemple de configuration minimale, avec 2 amers faisant l’objet de 2 télémétries et 2 mesures de compas magnétique. Même biaisées, les mesures du compas suffisent à déterminer la bonne solution de position parmi les 2 intersections des cercles distances dans le plan. La projection dans le plan se faisant avec les mesures d’élévation de l’inclinomètre intégré ou non au compas magnétique. Disposant d’une bonne position du système optronique, il est alors aisé de déterminer le biais du compas magnétique. En pratique ce biais intègre la méconnaissance de déclinaison locale, du montage du compas au système optronique et le biais propre de la mesure d’azimut magnétique. Avec un nombre de mesures surabondant, le biais compas peut être estimé. A first method consists in estimating a simple bias in azimuth using a measurement modality (rangefinder or goniometer) delivering a quality solution, including on a small number of landmarks. For example of minimum configuration, with 2 landmarks subject to 2 telemetries and 2 magnetic compass measurements. Even biased, the compass measurements are sufficient to determine the correct position solution among the 2 intersections of the distance circles in the plane. The projection in the plane being done with the elevation measurements of the inclinometer integrated or not in the magnetic compass. With a good position of the optronic system, it is then easy to determine the bias of the magnetic compass. In practice, this bias integrates the lack of knowledge of local declination, from the mounting of the compass to the optronic system and the bias specific to the magnetic azimuth measurement. With an overabundant number of measurements, the compass bias can be estimated.
Une seconde méthode consiste à résoudre uniquement un modèle correctif en azimut. L’ensemble des observations permet d’estimer les coefficients par résolution d’un système linéaire ; la transformation entre les orientations d’azimut odométrique ψ c et magnétique s’écrit alors en fonction de coefficients (αk, βk) : A second method consists in solving only a corrective model in azimuth. The set of observations makes it possible to estimate the coefficients by solving a linear system; the transformation between the orientations of odometric azimuth ψ c and magnetic is then written as a function of coefficients (α k , β k ):
L’azimut magnétique peut être compensée d’une valeur approchée de la déclinaison magnétique locale pour donner la valeur ψpm, le coefficient indépendant de l’azimut β0 intégrera pour le moins l’erreur résiduelle de déclinaison et de montage du DMC en regard de la voire d’imagerie. The magnetic azimuth can be compensated by an approximate value of the local magnetic declination to give the value ψp m , the independent coefficient of the azimuth β 0 will at least integrate the residual error of declination and mounting of the DMC opposite of even imaging.
Un ensemble de M couples de mesure, conduit à M équations dont on extrait les paramètres comme solution au moindres carrés d’un système linéaire avec A une matrice M x (2 K + 1), et B un vecteur M x 1 . Avec une modélisation d’ordre K = 2 intégrant les effets ‘soft’ et ‘hard iron’, les coefficients inconnus β0, α1, β1, α2, β2 s’obtiennent avec : Cette méthode n’impose pas de connaissance particulière de la déclinaison magnétique. Celle-ci se trouve intégrée au terme du premier ordre fi0. Pour déterminer l’attitude d’une image du système optronique à partir des mesures du compas magnétique (et inclinomètres/accéléromètres intégrés) il faut au préalable le simblauter. Cette opération, qui revient à estimer les angles de montage entre les axes sensibles du compas relativement aux axes de la voie de référence du système optronique, n’impose pas d’être réalisée à chaque utilisation dès lors que le montage du compas au système optronique est rigide dans le temps. A set of M measurement pairs leads to M equations from which the parameters are extracted as the least squares solution of a linear system with A a matrix M x (2 K + 1), and B a vector M x 1 . With a modeling of order K = 2 integrating the 'soft' and 'hard iron' effects, the unknown coefficients β 0 , α 1, β 1, α 2 , β 2 are obtained with: This method does not require any particular knowledge of magnetic declination. This is integrated at the first order term fi 0 . To determine the attitude of an image of the optronic system from the measurements of the magnetic compass (and integrated inclinometers/accelerometers) it must first be simulated. This operation, which amounts to estimating the mounting angles between the sensitive axes of the compass relative to the axes of the reference track of the optronic system, does not have to be carried out each time it is used, provided that the mounting of the compass to the optronic system is rigid over time.
Une troisième méthode estime à la fois l’attitude du compas magnétique et son simbleautage décrit par son attitude dans la caméra. La transformation entre les orientations odométriques V et magnétiques M s’écrit alors avec la matrice de défaut de montage A third method estimates both the attitude of the magnetic compass and its similarity described by its attitude in the camera. The transformation between odometric V and magnetic orientations M is then written with the assembly defect matrix
Ou de manière équivalente, la matrice inverse de correction de montage : Or equivalently, the inverse edit correction matrix:
Où : Where :
Ecrivant la matrice de rotation de correction comme : Writing the correction rotation matrix as:
Ecrivant une orientation du compas magnétique M(ipc, 9c), en oubliant la réfraction atmosphérique sur son élévation 9C comme : Writing an orientation of the magnetic compass M(ip c , 9 c ), forgetting the atmospheric refraction on its elevation 9 C as:
Rappelant par ailleurs : Also recalling:
- que les angles de simbleautage ips, 9s et (ps sont faibles, ou connus à quelque degrés près, car les axes du compas sont montés à peu près parallèlement à ceux des voies d’imagerie. Ceci permet alors de les écrire (ips, <ps) = (xps0 + dips, 6s0 + d6s, <ps0 + d<ps). La rotation RM V , non linéaire en fonction des inconnues ips, 9s et (ps , s’écrit sous forme linéaire en fonction des incréments- that the simbleautage angles ip s , 9 s and (p s are low, or known to within a few degrees, because the axes of the compass are mounted approximately parallel to those of the imaging channels. This then makes it possible to write them (ips, <p s ) = (xp s0 + dip s , 6 s0 + d6 s , <p s0 + d<ps) The rotation R M V , nonlinear according to the unknowns ip s , 9 s and (p s , is written in linear form according to the increments
(chps, d6s, d<ps~) comme : que pour l’orientation magnétique, les coefficients (afc,/?fc) étant faibles, l’orientation du compas M s’écrit au premier ordre sous la forme linéaire : (chp s , d6 s , d<p s ~) as: that for the magnetic orientation, the coefficients (a fc ,/? fc ) being weak, the orientation of the compass M is written in the first order in the linear form:
Pour M orientations magnétiques associées à M orientations odométriques, on dispose alors d’un système non linéaires à 3M équations et 3 + 2K + 1 inconnues. Ce système se résout par exemple de manière itérative dans une approche de Levenberg Marquardt ou de Gauss-Newton en initialisant le système avec des angles de simbleautage de valeurs nulles (ψso, θso- '/’so) = (0,0,0). on dispose alors d’un système linéaire aux 2K + 4 inconnues, soit à l’ordre K = 2 les 8 coefficients ψ s, θ θs, ps0, α11, α22 obtenus au bout de 3 à 4 itérations de Gauss-Nexwton par exemple. For M magnetic orientations associated with M odometric orientations, we then have a nonlinear system with 3M equations and 3+2K+1 unknowns. This system is solved for example in an iterative way in a Levenberg Marquardt or Gauss-Newton approach by initializing the system with angles of simbleautage of zero values (ψ so , θ so - '/'so) = (0,0, 0). we then have a linear system with 2K + 4 unknowns, that is to order K = 2 the 8 coefficients ψ s , θ θ s , p s0 , α 11 , α 22 obtained after 3 to 4 iterations of Gauss-Nexwton for example.
Pour cette méthode, on recommande l’utilisation d’une valeur (approchée) de la déclinaison magnétique locale dès lors qu’elle est disponible au sein du système optronique. En effet, l’angle ψs de montage vertical ou en azimut ne se distingue pas du coefficient β0 pour les séparer plus finement on rajoute au moins 1 équation aux 3M précédentes intégrant au moins l’une des informations a priori portant sur les valeurs à priori, resp. ips0 et β00, et leur écart type associés, resp. σψs0 et σβoo : For this method, the use of an (approximate) value of the local magnetic declination is recommended as soon as it is available within the optronic system. Indeed, the angle ψ s of vertical or azimuth mounting is not different from the coefficient β 0 to separate them more finely we add at least 1 equation to the previous 3M integrating at least one of the a priori information relating to the values a priori, resp. ip s0 and β 00 , and their associated standard deviation, resp. σψ s0 and σβ oo :
Ainsi, la réalisation, l’acquisition d’un panoramique ou d’un secteur comme dans FR 3 034 553 A, et l’utilisation d’au moins deux amers pour se positionner sans GNSS permet de réaliser en toute transparence pour l’utilisateur, et ceci au moyen des mesures conjointes des orientations odométrique et des orientations du compas sur les images utilisées pour la construction du compas odométrique : Thus, the realization, the acquisition of a panoramic or a sector as in FR 3 034 553 A, and the use of at least two landmarks to position oneself without GNSS makes it possible to carry out in complete transparency for the user , and this by means of the joint measurements of the odometric orientations and the orientations of the compass on the images used for the construction of the odometric compass:
- la correction des mesures du compas des perturbations locales liés aux effets soft iron et hard iron, - correction of compass measurements for local disturbances linked to soft iron and hard iron effects,
- la caractérisation du simbleautage du compas au système optronique, le montage entre les différentes voies du système optronique étant prédéterminé.- the characterization of the simbleautage of the compass to the optronic system, the assembly between the different channels of the optronic system being predetermined.
Ces calibrations confèrent à l’invention les avantages suivants : These calibrations give the invention the following advantages:
Réduction du délai de mise en œuvre du système optronique 18. Reduced implementation time of the optronic system 18.
Capacité d’afficher en réalité virtuelle/augmentée des éléments vectoriels sur l’écran de visualisation présentant une voie directe optique ou des images numériques des voies du système optronique, y compris si le système subit des mouvements de rotation rapide ou si l’utilisateur observe des zones extrêmement homogènes pour lesquelles il serait difficile de mettre en œuvre un goniomètre visuel dans sa phase de localisation en vue de positionner un objet 14. Ability to display in virtual/augmented reality vector elements on the viewing screen presenting a direct optical path or digital images of the paths of the optronic system, including if the system undergoes rapid rotational movements or if the user observes extremely homogeneous areas for which it would be difficult to implement a visual goniometer in its location phase with a view to positioning an object 14.
- Amélioration de la localisation d’objet 14 au moyen du compas magnétique et d’une mesure de sa distance, - Improved object location 14 using the magnetic compass and a measurement of its distance,
Possibilité de déplacer le système optronique et de reprendre des calculs de positions d’objet 14 avec le compas magnétique calibré sans reprendre sa calibration N points, dès lors que l’environnement magnétique a peu évolué et sans reprendre une procédure de calibration pour utiliser un goniomètre. La précision de localisation d’objet 14 étant alors principalement limitée par la contribution d’erreur angulaire du compas magnétique. Possibility of moving the optronic system and resuming calculations of object positions 14 with the calibrated magnetic compass without resuming its N-point calibration, when the magnetic environment has changed little and without resuming a calibration procedure to use a goniometer . The object location accuracy 14 then being mainly limited by the angular error contribution of the magnetic compass.
Aide à la sélection de structures de référence Assistance in the selection of reference structures
En complément facultatif, le procédé décrit permet d’aider à la sélection d’éléments de référence. Un exemple de sélections de points d’amers est décrit dans ce qui suit. As an optional addition, the process described makes it possible to assist in the selection of reference elements. An example of landmark point selections is described below.
L’utilisateur est optionnellement guidé dans sa sélection d’éléments de référence 12 dès lors que le système optronique 18 élabore une valeur approchée de sa position. The user is optionally guided in his selection of reference elements 12 as soon as the optronic system 18 develops an approximate value of his position.
L’acquisition d’un nouvel élément de référence 12 permettant d’affiner la position du système optronique 18, la pertinence de l’aide est susceptible d’être affinée après chaque nouvelle acquisition. The acquisition of a new reference element 12 making it possible to refine the position of the optronic system 18, the relevance of the aid is likely to be refined after each new acquisition.
Les éléments de référence 12 sont extraits et accessibles dans les 3 modes suivants : The reference elements 12 are extracted and accessible in the following 3 modes:
Le mode carnet de structures de références. The book mode of reference structures.
Le mode SIG lorsqu’ils sont extraits de produits géographique intégrés Le mode mixte carnet et SIG. GIS mode when extracted from integrated geographic products Mixed notebook and GIS mode.
Le choix d’amer peut être guidé selon des critères de proximité géographique. The choice of landmark can be guided according to criteria of geographical proximity.
Pour le mode carnet / mixte, le choix d’amer peut être guidé selon : o Sa zone de proximité à la position du système optronique (masque géographique et requête de zone sur le carnet de références pour filtrer les éléments de référence 12 candidats selon leurs coordonnées), o Sa distance au système optronique 18 : un masque de distance pouvant être prédéfinies en termes de visibilité optique et un autre en termes de portée de télémétrie. o Son écart angulaire à l’orientation courante du système optronique 18, ou à une orientation particulière choisie par l’utilisateur. L’orientation des éléments de référence 12 du carnet permettant de les trouver : ■ dans le champ de vision (FOV) de la voie courante utilisée, aux erreurs angulaires près. For the logbook / mixed mode, the choice of landmark can be guided according to: o Its proximity zone to the position of the optronic system (geographical mask and zone query on the reference logbook to filter the reference elements 12 candidates according to their coordinates), o Its distance to the optronic system 18: a distance mask that can be predefined in terms of optical visibility and another in terms of telemetry range. o Its angular deviation from the current orientation of the optronic system 18, or from a particular orientation chosen by the user. The orientation of the reference elements 12 of the notebook allowing them to be found: ■ in the field of view (FOV) of the current channel used, within angular errors.
■ hors du FOV en présentant un intervalle angulaire : ■ outside the FOV by presenting an angular interval:
• suffisamment faible pour aller être visité avec une faible rotation de quelques FOV, • weak enough to be visited with a low rotation of a few FOVs,
• suffisamment important, de plusieurs FOV, pour proposer d’atteindre l’élément de référence 12 le plus proche .Dans ce cas les directions (azimut, élévation) peuvent être matérialisées dans l’imageur. • large enough, several FOVs, to propose reaching the nearest reference element 12. In this case the directions (azimuth, elevation) can be materialized in the imager.
En mode carnet / mixte, le choix d’amer peut être guidé comme précédemment en affichant de plus les indices des structures sur l’ortho-image notamment.In notebook / mixed mode, the choice of landmark can be guided as before by displaying the indices of the structures on the ortho-image in particular.
Le choix d’amer peut aussi être guidé selon des critères de performance. Un aspect majeur étant de répondre aux critères suivants, disposant d’une position (approchée) : The choice of landmark can also be guided according to performance criteria. A major aspect is to meet the following criteria, having an (approximate) position:
En mode carnet / mixte, quel prochain élément de référence 12 du carnet choisir et avec quel(s) type(s) d’instrument effectuer la mesure en vue de maximiser la performance de la nouvelle position qui serait estimée en utilisant ces nouvelles informations (point et mesure(s) instrumentale). In notebook / mixed mode, which next reference element 12 of the notebook to choose and with which type(s) of instrument to perform the measurement in order to maximize the performance of the new position which would be estimated using this new information ( point and instrumental measurement(s).
En mode SIG, l’utilisateur dispose d’une grande latitude dans le choix des points, non connus par avance plutôt que d’indiquer un point à choisir une zone accédant à la meilleure performance moyennant le choix d’1 voir de 2 nouveaux amers peut être proposé. Dans ce mode l’utilisateur peut bénéficier d’une préparation préalable qui consiste à réaliser une segmentation sémantique des ortho-images embarqués ; les informations sémantiques embarqués pouvant : o Pour le moins indiquer la nature géologique des zones (forêt, urbain, fleuve) de la zone o Pour le mieux indiquer les zones à probabilité forte de trouver des structures visibles à extension verticale (bâtiments arbres) ; In GIS mode, the user has great latitude in the choice of points, not known in advance rather than indicating a point to choose an area accessing the best performance by choosing 1 or even 2 new landmarks can be offered. In this mode the user can benefit from a preliminary preparation which consists in carrying out a semantic segmentation of the embedded ortho-images; embedded semantic information that can: o At least indicate the geological nature of the zones (forest, urban, river) of the zone o At best indicate the zones with a high probability of finding visible structures with vertical extension (buildings, trees);
En mode mixte, les possibilités des 2 modes précédents sont utilisables. In mixed mode, the possibilities of the 2 previous modes can be used.
Dans tous les modes, les structures de référence peuvent aussi bénéficier d’un filtrage en termes d’inter-visibilité dès lors qu’une position approchée de 18 est connue et que l’on accède idéalement à un MNE à défaut d’un MNT.In all modes, the reference structures can also benefit from filtering in terms of inter-visibility as soon as an approximate position of 18 is known and a DEM is ideally accessed in the absence of a DEM .
Le type d’éléments de référence 12 choisis par l’utilisateur comprend des positions ponctuelles extraites d’éléments de référence 12. L’extraction peut se limiter à : The type of reference elements 12 chosen by the user includes point positions extracted from reference elements 12. The extraction can be limited to:
Un unique point, on appelle alors la structure de référence par points d’amer après lui avoir adjoint des coordonnées géographiques - et leurs erreurs associées, ce sera par exemple le sommet d’un château d’eau ou d’un autre type d’édifice très élevé et présentant un sommet marqué pouvant faire l’objet d’une télémétrie si nécessaire, le coin d’un bâtiment, l’aspérité d’un rocher ou structure artificielle montagneuse proéminente, A single point, we then call the reference structure by landmark points after adding geographic coordinates to it - and their associated errors, this will be for example the top of a water tower or another type of building that is very tall and has a marked summit that can be telemetered if necessary, the corner of a building, the roughness of a rock or a prominent mountainous artificial structure,
Deux points d’une structure, extraits d’un produit géographique en représentation plane (carte ou image numérique de référence) qui s’appuieront alors un segment de type bord de bâtiment vertical ou horizontal, bord de route, trottoir, bord ou centre d’un chemin, d’une côte ... Les extrémités du segment, définis par les deux désignations extrêmes dans le produit géographique de référence sont caractérisées en altitude d’après le MNT/MNE et les erreurs sur ces extrémités d’après les métadonnées du produit géographique. Sa correspondance à une ou plusieurs images du système optronique 18 se fait en désignant dans l’image optronique des extrémités qui physiquement ne correspondent pas forcement à ceux désignés sur l’image de référence. Two points of a structure, extracted from a geographic product in flat representation (map or digital reference image) which will then be based on a vertical or horizontal building edge type segment, road edge, sidewalk, edge or center of 'un chemin, d'une côte... The extremities of the segment, defined by the two extreme designations in the geographic reference product are characterized in altitude according to the DTM/DEM and the errors on these extremities according to the metadata geographic product. Its correspondence to one or more images of the optronic system 18 is done by designating in the optronic image ends which physically do not necessarily correspond to those designated on the reference image.
Le choix entre ces deux représentations points/segment se fait selon les produits accessibles. Dans le cas d’accès à un produit géographique, le choix entre une représentation point ou segment dépend de la structure des éléments présents dans la scène 10. Trois cas se présentent en matière de choix selon que : The choice between these two point/segment representations is made according to the accessible products. In the case of access to a geographical product, the choice between a point or segment representation depends on the structure of the elements present in the scene 10. Three cases arise in terms of choice depending on whether:
L’utilisateur accède à suffisamment de points remarquables à la fois discernables dans l’image optronique et dans l’image numérique de référence et pouvant être extrait rapidement et sans ambiguïté ; alors il travaille en mode point de référence ou d’amer. The user accesses enough remarkable points that are both discernible in the optronic image and in the digital reference image and can be extracted quickly and without ambiguity; then it works in reference point or landmark mode.
L’utilisateur n’accède à aucun point tels que ci-dessus mais distingue une ou plusieurs structures linéaires dans la scène 10 possédant au moins pour une partie commune dans l’image optronique et dans l’image numérique de référence ; alors il privilégie le segment qu’il désigne par 2 extrémités dans l’image optronique et 2 autres extrémité dans l’image de référence. Les extrémités des 2 segments ainsi extraits ne se correspondent pas deux à deux mais l’important est que ces segments définissent une même direction spatiale dans 10. The user does not access any point as above but distinguishes one or more linear structures in the scene 10 having at least a common part in the optronic image and in the digital reference image; then it privileges the segment which it designates by 2 extremities in the optronic image and 2 other extremities in the reference image. The extremities of the 2 segments thus extracted do not correspond two by two but the important thing is that these segments define the same spatial direction in 10.
L’utilisateur distingue à la fois une ou plusieurs structures 12 à la fois ponctuelles et linéaires ; il peut alors désigner les 2 types de structure, le traitement dans l’unité de calcul 28 se chargeant d’exploiter ces 2 types d’association de primitives pour le calcul de la position de 18 et de l’attitude de son goniomètre s’il en dispose. The user distinguishes at the same time one or more structures 12 at the same time point and linear; he can then designate the 2 types of structure, the processing in the calculation unit 28 being responsible for exploiting these 2 types of association of primitives for the calculation of the position of 18 and the attitude of its goniometer s' he has it.
Aide au choix des mesures En complément facultatif, l’unité de calcul 28 est propre à aider au choix parmi les instruments disponibles dans le module de mesure 26 en vue d’améliorer la performance par acquisition d’un élément de référence 12 spécifique. Ce processus permet l’acquisition et le filtrage des mesures en vue de leur traitement dans le système optronique 18. Les critères suivants sont de préférence appliqués, à savoir des critères : Help in choosing measures As an optional addition, the calculation unit 28 is able to help with the choice among the instruments available in the measurement module 26 with a view to improving the performance by acquiring a specific reference element 12. This process allows the acquisition and filtering of the measurements with a view to their processing in the optronic system 18. The following criteria are preferably applied, namely criteria:
D’objectif de performance car un compas magnétique décrit un lieu moins précis qu’un télémètre alors qu’un télémètre ou/et un goniomètre sont susceptibles de procurer une qualité correcte dès l’utilisation de 2 ou 3 amers. de disponibilité instrumentale, un goniomètre visuel ou mécanique n’est pas forcément accessible sur le système optronique 18, le premier parce qu’il est mis en difficulté sur une scène 10 apparaissant homogène dans les images, le second parce qu’il ajoute une contrainte de masse au système 18. d’opportunité car l’utilisation du compas magnétique et du télémètre sur une unique structure 12 procurera une erreur de position dès lors que l’élément de référence 12 se trouve éloigné (quelques centaines de mètres) du système optronique 18. A performance objective because a magnetic compass describes a less precise location than a rangefinder, whereas a rangefinder and/or a goniometer are likely to provide correct quality when using 2 or 3 landmarks. instrumental availability, a visual or mechanical goniometer is not necessarily accessible on the optronic system 18, the first because it is in difficulty on a scene 10 appearing homogeneous in the images, the second because it adds a constraint mass to the system 18. expediency because the use of the magnetic compass and the rangefinder on a single structure 12 will provide a position error when the reference element 12 is located far (a few hundred meters) from the optronic system 18.
- de contraintes énergétiques car un système peut imposer de fonctionner en réduisant au minimum sa consommation, dans ce cas l’utilisation d’instrument plus énergivores peut être proscrite. de contraintes d’illumination, si l’utilisateur doit respecter une contrainte de discrétion d’émission électromagnétique, alors le télémètre ne sera pas utilisé pour illuminer des objets 14, une contrainte plus forte peut lui interdire d’illuminer toutes les entités de la scène 10, y compris les structures de référence 12.- energy constraints because a system may impose to operate by reducing its consumption to a minimum, in this case the use of more energy-consuming instruments may be prohibited. illumination constraints, if the user must respect an electromagnetic emission discretion constraint, then the range finder will not be used to illuminate objects 14, a stronger constraint can prohibit him from illuminating all the entities of the scene 10, including reference structures 12.
De plus, le nombre de structure 12 minimum à acquérir dépend du niveau de sécurité que l’on souhaite porter à l’information de position. Dans la suite on note DoF le degré de liberté qui correspond aux nombre d’équation d’observation réduit du nombre de paramètres à estimer. In addition, the minimum number of structure 12 to acquire depends on the level of security that one wishes to bring to the position information. In the following we note DoF the degree of freedom which corresponds to the number of observation equations reduced by the number of parameters to be estimated.
Si l’on estime une position 2D, en utilisant un MNT pour déduire une altitude par la suite, le nombre d’inconnues à estimer et de 2. Il passe à 3 pour estimer une position spatiale. Dans le cas d’utilisation d’un goniomètre visuel ou mécanique, ces nombres sont à augmenter : d’une unité si on souhaite de plus estimer l’azimut de la lecture de son zéro, d’encore 2 unités si on souhaite de plus estimer son assiette pour ainsi déterminer l’attitude spatiale du goniomètre. If a 2D position is estimated, using a DTM to deduce an altitude thereafter, the number of unknowns to be estimated is 2. It increases to 3 to estimate a spatial position. If a visual or mechanical goniometer is used, these numbers should be increased: by one unit if you also want to estimate the azimuth from the reading of its zero, by another 2 units if you want more estimate its attitude in order to determine the spatial attitude of the goniometer.
Aussi selon le type de position à obtenir il conviendra de disposer : pour une position approché ; d’un DoF > 0 pour une position optimale ; d’un DoF > 1 pour une position intègre, en supposant la présence potentielle d’une unique anomalie, il faudra un DoF > 2 (DoF > 1 pour la détecter et à 2 pour identifier la mesure erronée). Also, depending on the type of position to be obtained, it will be necessary to have: for an approximate position; of a DoF > 0 for an optimal position; of a DoF > 1 for an intact position, assuming the potential presence of a single anomaly, it will take a DoF > 2 (DoF > 1 to detect it and 2 to identify the erroneous measurement).
Exemple de calcul de positions et d’erreurs (cas du goniomètre) Example of calculation of positions and errors (case of the goniometer)
On décrit successivement dans la suite un exemple d’obtention du lieu géométrique de positions possibles du système optronique 18 avec 1 mesure d’écart angulaire sur 2 éléments de référence 12, la sensibilité du lieu de position aux erreurs de mesures et à la géométrie des éléments de référence 12 et la manière d’obtenir la position du système optronique 18 avec 3 éléments de référence 12. Nous détaillons ici le processus permettant d’obtenir une position approchée par traitement des mesures d’angle avec le goniomètre visuel. Nous indiquons : An example of obtaining the geometric locus of possible positions of the optronic system 18 with 1 measurement of angular deviation on 2 reference elements 12, the sensitivity of the position locus to measurement errors and to the geometry of the reference elements 12 and the way of obtaining the position of the optronic system 18 with 3 reference elements 12. We detail here the process making it possible to obtain an approximate position by processing the angle measurements with the visual goniometer. We indicate:
- la position plane du système optronique 18 (x0,y0) appartient à un cercle, lieu, sous lequel deux amers de coordonnées planes (χ1,y1) et (x2,y2) sont vus et mesurés sous l’angle 3 \ 2 ±\ L’équation du cercle vérifiant : avec : - the plane position of the optronic system 18 (x 0 ,y 0 ) belongs to a circle, place, under which two landmarks of plane coordinates (χ 1 ,y 1 ) and (x 2 ,y 2 ) are seen and measured under the 'angle 3 \ 2 ± \ The equation of the circle verifying: with :
- la précision avec laquelle ce lieu est obtenu dépend de la qualité sur les coordonnées des amers et sur la lecture du goniomètre. Dans la mesure où ces 5 quantités peuvent être entachée de biais et de bruit, on peut déduire le biais et le bruit sur les paramètre du cercle caractérisant la mesure du goniomètre. Au passage indiquons que des amers de qualité métrique et un goniomètre de qualité 1 mils, confèrent au cercle goniométrique une qualité sur le centre de la classe d’un GNSS et sur le rayon de la classe d’un télémètre (< 3m pour l’exemple) dans une large plage angulaire (de 40 à 140° pour l’exemple). Pour fixer les idées, la covariance sur les paramètres avec 2 amers séparés d’une base B ayant des erreur identiques sur leur coordonnées quis sont positionnées symétriquement par rapport au système optronique : 3 - the precision with which this place is obtained depends on the quality of the coordinates of the landmarks and on the reading of the goniometer. Insofar as these 5 quantities can be vitiated by bias and noise, it is possible to deduce the bias and the noise on the parameters of the circle characterizing the measurement of the goniometer. In passing, let us point out that metric quality landmarks and a 1 mil quality goniometer give the goniometric circle a quality on the center of the class of a GNSS and on the radius of the class of a rangefinder (< 3m for the example) in a wide angular range (from 40 to 140° for the example). To fix the ideas, the covariance on the parameters with 2 landmarks separated by a base B having identical errors on their coordinates which are positioned symmetrically with respect to the optronic system: 3
Soit une covariance Either a covariance
Ces expressions contractent les notations : a = &L3 ; Ax = x2 - xr et Ay = y2 - yr These expressions contract the notations: a = &L 3 ; Ax = x 2 - x r and Ay = y 2 - y r
- Avec 3 lectures d’angles Ln, et 3 différences angulaires sur 3 amers, la position du système 18 s’obtient au plus proche de l’intersection des 3 cercles ; ceci sans ambiguïté dès lors que le cercle passant par les 3 amers ne passe pas aussi proche de la position du système 18. On résout pour cela simplement le système suivant dans lequel vn représente une faible quantité intégrant les erreurs de mesure : - With 3 angle readings L n , and 3 angular differences out of 3 landmarks, the position of system 18 is obtained as close as possible to the intersection of the 3 circles; this without ambiguity since the circle passing through the 3 landmarks does not pass as close to the position of system 18. For this, we simply solve the following system in which v n represents a small quantity integrating the measurement errors:
Disposant de 3 éléments de référence 12 et donc de 3 des équations précédentes, on peut par exemple prendre la moyenne des 3 équations et la soustraire à chacune d’elle pour trouver la position comme solution d’un système linéaire. Having 3 elements of reference 12 and therefore 3 of the previous equations, one can for example take the average of the 3 equations and subtract it from each of them to find the position as the solution of a linear system.
Il est aussi possible d’obtenir la précision sur les coordonnées de la position (%o,yo) du système optronique 18 par Analyse de la Moyenne et de la Variance par exemple ; en différentiant l’expression précédente : It is also possible to obtain the precision on the coordinates of the position (%o,y o ) of the optronic system 18 by Analysis of the Mean and the Variance for example; by differentiating the previous expression:
Notant les 2 matrices des membres gauche /0 et droit /M ; et en prenant l’espérance Où AM est la covariance bloc diagonale des Noting the 2 matrices of the left / 0 and right / M members; and taking hope where A M is the diagonal block covariance of the
Par ailleurs l’azimut de la lecture zéro du goniomètre s’obtient avec 3 lectures d’angles Ln, sur 3 structure 12 de coordonnées(xn,yn), l’azimut correspondant à la lecture ‘zéro’ du goniomètre, et permettant de le transformer en compas odométrique, s’obtient d’après l’expression : Furthermore, the azimuth of the zero reading of the goniometer is obtained with 3 readings of angles L n , on 3 structure 12 of coordinates (x n ,y n ), the azimuth corresponding to the 'zero' reading of the goniometer, and allowing it to be transformed into an odometric compass, is obtained from the expression:
On peut aussi déterminer directement la position du système optronique au moyen de 3 mesures du goniomètre sur trois éléments de référence (12), par la méthode classique du relèvement sur 3 points utilisant les 3 écarts de mesures angulaire du goniomètre. Dans le cas de 3 objets de référence pour lesquels on dispose de mesure du goniomètre : It is also possible to directly determine the position of the optronic system by means of 3 measurements of the goniometer on three reference elements (12), by the conventional method of bearing on 3 points using the 3 deviations of angular measurements of the goniometer. In the case of 3 reference objects for which goniometer measurements are available:
On détermine la valeur du gisement du goniomètre afin de le transformer en compas et pouvoir localiser plus finement des objets (14) de la scène (10) par la suite, The value of the bearing of the goniometer is determined in order to transform it into a compass and to be able to locate objects (14) of the scene (10) more precisely thereafter,
- On détermine la covariance sur la position approchée au moyen des erreurs sur les objets de référence et les erreurs sur les écarts angulaires du goniomètre afin : o d’initialiser le calcul de position optimale du système optronique par ajout de mesure sur d’autres éléments de référence (12), o de mettre en œuvre des mesures d’intégrité entre position issues de différentes modalités du système optronique. - The covariance on the approximate position is determined by means of the errors on the reference objects and the errors on the angular deviations of the goniometer in order to: o initialize the calculation of the optimal position of the optronic system by adding measurements on other elements of reference (12), o to implement integrity measurements between positions resulting from different modalities of the optronic system.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d’au moins une position par un système optronique (18) dans une scène (10), la scène (10) comprenant des éléments de référence (12) de coordonnées géographiques connues, le système optronique (18) comprenant les éléments suivants intégrés dans ledit système optronique (18) : a. un imageur numérique (20), b. une mémoire (22) dans laquelle est mémorisé, pour au moins chaque élément de référence (12) de la scène (10), un indicateur représentatif dudit point associé aux coordonnées géographiques dudit point, c. un élément de visualisation (24) des indicateurs mémorisés dans la mémoire (22), d. un module de mesure (26) comprenant au moins un élément choisi parmi : un compas, un goniomètre et un télémètre, e. une unité de calcul (28), le procédé étant mis en œuvre par les éléments intégrés dans le système optronique (18) et comprenant : a. une phase de collecte de données relatives à au moins un élément de référence (12) de la scène (10), la phase de collecte comprenant, pour chaque élément de référence (12), les étapes de : i. pointage, par l’imageur numérique (20), de l’élément de référence (12) dans la scène (10), j. acquisition, par le module de mesure (26), d’au moins une mesure relative à l’élément de référence (12) pointé dans la scène (10) suite à la réception d’une première commande d’acquisition, k. pointage, sur l’élément de visualisation (24), parmi les indicateurs mémorisés, d’un indicateur représentatif de l’élément de référence (12) pointé dans la scène (10), l. acquisition, par l’unité de calcul (28), des coordonnées géographiques associées à l’indicateur pointé suite à la réception d’une deuxième commande d’acquisition, m. mémorisation d’une donnée, dite de référence, comprenant la au moins une mesure acquise et les coordonnées géographiques acquises, b. une phase de détermination de la position du système optronique (18) en fonction des données de référence mémorisées pour le au moins un élément de référence 1. Method for determining at least one position by an optronic system (18) in a scene (10), the scene (10) comprising reference elements (12) of known geographic coordinates, the optronic system (18) comprising the following elements integrated in said optronic system (18): a. a digital imager (20), b. a memory (22) in which is stored, for at least each reference element (12) of the scene (10), an indicator representative of said point associated with the geographic coordinates of said point, c. a display element (24) of the indicators stored in the memory (22), d. a measurement module (26) comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder, e. a calculation unit (28), the method being implemented by the elements integrated in the optronic system (18) and comprising: a. a data collection phase relating to at least one reference element (12) of the scene (10), the collection phase comprising, for each reference element (12), the steps of: i. pointing, by the digital imager (20), of the reference element (12) in the scene (10), j. acquisition, by the measurement module (26), of at least one measurement relating to the reference element (12) pointed to in the scene (10) following reception of a first acquisition command, k. pointing, on the display element (24), from among the stored indicators, of an indicator representative of the reference element (12) pointed in the scene (10), l. acquisition, by the calculation unit (28), of the geographical coordinates associated with the pointed indicator following the reception of a second acquisition command, m. storage of so-called reference data, comprising the at least one acquired measurement and the acquired geographic coordinates, b. a phase of determining the position of the optronic system (18) as a function of the reference data stored for the at least one reference element
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les indicateurs mémorisés dans la mémoire (22) sont des points géo-référencés sur des données géographiques, les données géographiques comprenant au moins un élément parmi : une ortho-image de la scène (10), un modèle numérique de terrain de la scène (10), une cartographie de la scène (10) et un modèle numérique d’élévation de la scène (10), la mémoire (22) comprenant, de préférence, outre les indicateurs des éléments de référence (12), des indicateurs de tous les points géo-référencés sur les données géographiques. 2. Method according to claim 1, in which the indicators stored in the memory (22) are geo-referenced points on geographical data, the geographical data comprising at least one element among: an ortho-image of the scene (10) , a digital terrain model of the scene (10), a cartography of the scene (10) and a digital elevation model of the scene (10), the memory (22) preferably comprising, in addition to the indicators of the elements reference (12), indicators of all the geo-referenced points on the geographical data.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de pointage d’un indicateur comprend l’affichage sur l’élément de visualisation (24) : a. de l’image de la scène (10) comprenant l’élément de référence (12) pointé par l’imageur numérique (20), et b. des indicateurs mémorisés dans la mémoire (22). 3. Method according to claim 1 or 2, in which the pointing step of an indicator comprises displaying on the display element (24): a. the image of the scene (10) including the reference element (12) pointed by the digital imager (20), and b. indicators stored in the memory (22).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la phase de détermination de la position du système optronique (18) comprend la sélection, par l’unité de calcul (28), d’une technique de détermination de positions parmi un ensemble de techniques de détermination de positions en fonction de la nature du ou des éléments du module de mesure (26) ayant acquis la au moins une mesure correspondant à la donnée de référence, la position du système optronique (18) étant déterminée sur la base de la technique de détermination sélectionnée. 4. Method according to any one of claims 1 to 3, in which the phase of determining the position of the optronic system (18) comprises the selection, by the calculation unit (28), of a technique for determining the positions among a set of techniques for determining positions according to the nature of the element or elements of the measurement module (26) having acquired the at least one measurement corresponding to the reference datum, the position of the optronic system (18) being determined based on the selected determination technique.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque élément du module de mesure (26) est associé à une incertitude de mesure et chaque coordonnée géographique est associée à une incertitude sur ladite coordonnée géographique, la phase de détermination de la position du système optronique (18) comprenant la détermination d’une incertitude sur la position déterminée en fonction des incertitudes correspondantes sur le au moins un élément du module de mesure (26) et sur les coordonnées géographiques. 5. Method according to any one of claims 1 to 4, in which each element of the measurement module (26) is associated with a measurement uncertainty and each geographical coordinate is associated with an uncertainty on said geographical coordinate, the determination phase of the position of the optronic system (18) comprising the determination of an uncertainty on the determined position according to the corresponding uncertainties on the at least one element of the measurement module (26) and on the geographic coordinates.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la phase de détermination de la position du système optronique (18) comprend le calcul d’une position approchée du système optronique (18) en fonction de données de référence mémorisées et le calcul d’une position optimale du système optronique (18) à partir de la position approchée et de l’ensemble des données de référence. rocédé selon la revendication 6, dans lequel la phase de détermination de la position du système optronique (18) comprend l’évaluation de l’intégrité des données de référence, et la détermination d’une position intègre en fonction des seules données de référence évaluées comme étant intègres, et de la position optimale calculée. rocédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le système optronique (18) comprend un récepteur de géolocalisation et navigation par un système de satellites, dit récepteur GNSS (29), le procédé comprenant une phase de détermination de la position du système optronique (18) par le récepteur GNSS (29), dite position GNSS, et de validation ou non de la position GNSS en fonction d’une position du système optronique (18) déterminée via les données de référence, avantageusement lorsque la position GNSS a été validée, le procédé comprend la fusion de la position GNSS avec la position du système optronique (18) déterminée via les données de référence utilisée pour la comparaison de sorte à obtenir une position définitive pour le système optronique (18). 6. Method according to any one of claims 1 to 5, in which the phase of determining the position of the optronic system (18) comprises the calculation of an approximate position of the optronic system (18) according to stored reference data and calculating an optimal position of the optronic system (18) from the approximate position and the set of reference data. Method according to Claim 6, in which the phase of determining the position of the optronic system (18) comprises the evaluation of the integrity of the reference data, and the determination of an integrity position according only to the reference data evaluated as being honest, and of the calculated optimal position. Method according to any one of Claims 1 to 7, in which the optronic system (18) comprises a receiver for geolocation and navigation by a satellite system, said GNSS receiver (29), the method comprising a phase for determining the position of the optronic system (18) by the GNSS receiver (29), called GNSS position, and whether or not to validate the GNSS position according to a position of the optronic system (18) determined via the reference data, advantageously when the position GNSS has been validated, the method comprises merging the GNSS position with the position of the optronic system (18) determined via the reference data used for the comparison so as to obtain a definitive position for the optronic system (18).
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le module de mesure (26) comprend un goniomètre odométrique ou un compas odométrique, au moins une mesure acquise relative aux éléments de référence (12) étant une mesure d’orientation, l’étape d’acquisition de mesure comprenant : a. l’acquisition d’une série d’images de la scène (10), la série d’images comprenant au moins une image de l’élément de référence (12), les images de la série d’images se recouvrant deux à deux, et b. la détermination, par le goniomètre odométrique ou le compas odométrique, d’une orientation de l’élément de référence (12) par rapport au système optronique (18) en fonction de la série d’images de la scène (10) acquise. 9. Method according to any one of claims 1 to 8, in which the measurement module (26) comprises an odometric goniometer or an odometric compass, at least one measurement acquired relating to the reference elements (12) being a measurement of orientation, the measurement acquisition step comprising: a. the acquisition of a series of images of the scene (10), the series of images comprising at least one image of the reference element (12), the images of the series of images overlapping two by two , and B. the determination, by the odometric goniometer or the odometric compass, of an orientation of the reference element (12) with respect to the optronic system (18) according to the series of images of the scene (10) acquired.
10. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le procédé comprend une phase de détermination de la position d’un objet (14) de la scène (10) en fonction de la position déterminée du système optronique (18), d’une orientation obtenue de l’objet (14) par rapport au système optronique (18) et d’une distance obtenue entre l’objet (14) et le système optronique (18). 10. Method according to any one of claims 1 to 9, in which the method comprises a phase of determining the position of an object (14) of the scene (10) as a function of the determined position of the optronic system (18 ), an obtained orientation of the object (14) with respect to the optronic system (18) and an obtained distance between the object (14) and the optronic system (18).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la phase de détermination de la position de l’objet (14) comprend les étapes de : a. acquisition d’une série d’images de la scène (10), la série d’images comprenant au moins une image de l’objet (14), les images de la série d’images se recouvrant deux à deux, et b. détermination de l’orientation de l’objet (14) par rapport au système optronique (18) en fonction de la série d’images de la scène (10). 11. Method according to claim 10, in which the phase of determining the position of the object (14) comprises the steps of: has. acquisition of a series of images of the scene (10), the series of images comprising at least one image of the object (14), the images of the series of images overlapping two by two, and b. determination of the orientation of the object (14) with respect to the optronic system (18) according to the series of images of the scene (10).
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le module de mesure (26) du système optronique (18) comprend au moins un compas, l’orientation de l’objet (14) étant obtenue par une mesure acquise par le compas lors d’un pointage de l’objet (14) par l’imageur numérique (20). 12. Method according to claim 10, in which the measurement module (26) of the optronic system (18) comprises at least one compass, the orientation of the object (14) being obtained by a measurement acquired by the compass during a pointing of the object (14) by the digital imager (20).
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel : a. au moins un élément du module de mesure (26) du système optronique (18) est un télémètre, la distance entre l’objet (14) et le système optronique (18) étant obtenue par une mesure acquise par le télémètre lors d’un pointage de l’objet (14) par l’imageur numérique (20), ou b. la distance entre l’objet (14) et le système optronique (18) est la distance entre la position déterminée du système optronique (18) et l’intersection d’une droite prédéterminée avec le sol d’un modèle numérique de terrain, la droite prédéterminée passant par la position déterminée du système optronique (18) et ayant pour orientation l’orientation obtenue de l’objet (14) par rapport au système optronique (18). 13. A method according to any one of claims 10 to 12, wherein: a. at least one element of the measurement module (26) of the optronic system (18) is a rangefinder, the distance between the object (14) and the optronic system (18) being obtained by a measurement acquired by the rangefinder during a pointing of the object (14) by the digital imager (20), or b. the distance between the object (14) and the optronic system (18) is the distance between the determined position of the optronic system (18) and the intersection of a predetermined straight line with the ground of a digital terrain model, the predetermined straight line passing through the determined position of the optronic system (18) and having for orientation the obtained orientation of the object (14) with respect to the optronic system (18).
14. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le système optronique (18) est choisi parmi : une paire de jumelles optroniques et une caméra optronique. 14. Method according to any one of claims 1 to 13, in which the optronic system (18) is chosen from: a pair of optronic binoculars and an optronic camera.
15. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel au moins un élément du module de mesure (26) est un compas magnétique, le procédé comprenant une phase de calibration automatique de la déclinaison, des mesures et du simbleautage du compas magnétique au moyen de mesures acquises pour au moins deux éléments de référence (12), lors du pointage desdits éléments de référence (12) par l’imageur numérique (20). 15. Method according to any one of claims 1 to 14, in which at least one element of the measurement module (26) is a magnetic compass, the method comprising an automatic calibration phase of the declination, of the measurements and of the simbleautage of the magnetic compass by means of measurements acquired for at least two reference elements (12), during the pointing of said reference elements (12) by the digital imager (20).
16. Système optronique (18) de détermination d’au moins une position par un système optronique (18) dans une scène (10), la scène (10) comprenant des éléments de référence (12) de coordonnées géographiques connues, le système optronique (18) comprenant les éléments suivants intégrés dans ledit système optronique (18) : a. un imageur numérique (20), b. une mémoire (22) dans laquelle est mémorisé, pour au moins chaque élément de référence (12) de la scène (10), un indicateur représentatif dudit point associé aux coordonnées géographiques dudit point, c. un élément de visualisation (24) des indicateurs mémorisés dans la mémoire (22), d. un module de mesure (26) comprenant au moins un élément choisi parmi : un compas, un goniomètre et un télémètre, e. une unité de calcul (28), le système optronique (18) étant configuré pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 15. 16. Optronic system (18) for determining at least one position by an optronic system (18) in a scene (10), the scene (10) comprising elements of reference (12) of known geographical coordinates, the optronic system (18) comprising the following elements integrated in said optronic system (18): a. a digital imager (20), b. a memory (22) in which is stored, for at least each reference element (12) of the scene (10), an indicator representative of said point associated with the geographic coordinates of said point, c. a display element (24) of the indicators stored in the memory (22), d. a measurement module (26) comprising at least one element chosen from: a compass, a goniometer and a rangefinder, e. a calculation unit (28), the optronic system (18) being configured to implement a method according to any one of claims 1 to 15.
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