EP4754482A1

EP4754482A1 - Procede de visualisation d'un spot laser dans une image en couleurs corrigee et dispositif de detection d'image implementant le procede

Info

Publication number: EP4754482A1
Application number: EP24751260.1A
Authority: EP
Inventors: Coraline SIBERT; Vincent Marie
Original assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 2023-08-03
Filing date: 2024-07-30
Publication date: 2026-06-10
Also published as: FR3151958B1; CN121620685A; FR3151958A1; WO2025027041A1

Abstract

L'invention propose un dispositif de détection d'image destiné à visualiser un spot laser sur une image en couleurs. Le dispositif comprend une matrice de photosites et une matrice de microfiltres comprenant quatre types de microfiltres distincts dont trois premiers types présentent une transmission dans deux domaines spectraux, et un quatrième type présente une transmission dans un seul des deux domaines spectraux. Le dispositif comporte en outre un filtre optique coupe-bande dans un sous-domaine d'un deuxième domaine spectral. Le dispositif est configuré pour construire (301) une image pour chaque type de microfiltre; corriger (302) chaque image résultant d'un premier type de microfiltre, par soustraction de valeurs, pondérées par un coefficient, de pixels de l'image résultant du quatrième type de microfiltre; obtenir (303) une image couleur à partir des images corrigées, détecter (304) un spot laser dans l'image résultant du quatrième type de microfiltre et insérer (305) le spot laser dans l'image couleur.

Description

PROCEDE DE VISUALISATION D’UN SPOT LASER DANS UNE IMAGE EN

COULEURS CORRIGEE ET DISPOSITIF DE DETECTION D’IMAGE

IMPLEMENTANT LE PROCEDE

DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne le domaine des capteurs d’images et concerne plus particulièrement un procédé destiné à visualiser une image en couleurs d’une scène ainsi qu’un spot laser généré par un pointeur laser infrarouge et présent dans ladite scène.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

Les capteurs d’image de type capteurs CMOS sur silicium ont l’avantage d’être fabriqués en grand nombre et à bas coût. Ils ont des applications reconnues dans la détection d’images en couleur, grâce à leur sensibilité de détection dans la gamme spectrale du visible, située à des longueurs d’onde allant de 400 nm à 780 nm. Pour obtenir une image en couleurs, une matrice de microfiltres colorés, telle qu’une matrice de Bayer, est habituellement placée devant une matrice de photosites du capteur d’image. La matrice de microfiltres comprend généralement trois types de filtres colorés, par exemple des filtres rouges, verts et bleus. Une image en couleurs peut alors être construite en tenant compte, pour chaque pixel de l’image, de niveaux de signal reçus par des photosites à travers les différents types de filtres colorés.

Afin d’obtenir une image en couleurs présentant une bonne fidélité colorimétrique, autrement dit une image dont les couleurs apparentes se rapprochent le plus possible des couleurs de la scène imagée telles que perçues par l’œil humain, il est nécessaire d’isoler des signaux issus de rayonnements de longueur d’onde située dans le visible de signaux issus de rayonnements de longueur d’onde située hors du domaine visible, par exemple en évitant la détection, par les photosites, de rayonnements infrarouges. Or, la gamme spectrale de détection d’un capteur CMOS sur silicium s’étend, en raison de l’énergie de bande interdite intrinsèque du silicium, au proche infrarouge, à des longueurs d’onde allant au-delà de 780 nm. En outre, les filtres de la matrice de microfiltres présentent généralement un profil de transmission qui s’étend également au proche infrarouge, en raison de contraintes de conception des microfiltres. La fidélité colorimétrique peut alors être augmentée en utilisant un filtre additionnel passe-bas, permettant d’arrêter ou couper les rayonnements dans le proche infrarouge, de longueur d’onde supérieure à 780 nm.

Dans certains contextes, et en particulier dans un contexte d’applications militaires, il est intéressant de visualiser un spot laser généré par un pointeur laser infrarouge et présent dans une scène, par exemple pour des raisons de furtivité. La détection d’un tel spot laser nécessite une détection d’un rayonnement optique situé dans une gamme spectrale de l’infrarouge, par exemple dans une gamme spectrale située entre 800 et 1000 nm de longueur d’onde. L’utilisation d’un tel filtre passe-bas, permettant d’arrêter les rayonnements dans le proche infrarouge, empêche donc la détection du spot laser.

Le document FR 3 039 290 décrit un procédé de visualisation de spot laser, dans le domaine de l’infrarouge, requérant des détections d’une scène dans plusieurs bandes spectrales présentant une continuité spectrale. Cependant, le procédé décrit ne permet d’obtenir une image en couleurs ni d’en améliorer la fidélité colorimétrique.

Il est alors souhaitable de pallier ces inconvénients de l’état de la technique.

Il est notamment souhaitable de fournir une solution qui permette de visualiser un spot laser, dans le domaine de l’infrarouge, tout en permettant l’obtention d’une image en couleurs et en améliorant la fidélité colorimétrique de ladite image en couleurs par rapport à la scène imagée. Il est en outre souhaitable de fournir une solution à bas coût et implémentée par un seul capteur d’image. Il est enfin souhaitable de fournir une solution qui évite un décalage spatial entre l’image du spot laser et l’image de la scène et qui évite plus particulièrement l’introduction d’un biais d’alignement entre l’image du spot laser et l’image de la scène.

EXPOSE DE L'INVENTION

Un objet de la présente invention est de proposer un dispositif de détection d’image destiné à visualiser un spot laser sur une image en couleurs, le dispositif de détection d’image étant de type capteur CMOS, comprenant une matrice de photosites, comprenant une matrice de microfiltres agencée de sorte que chaque photosite soit disposé face à un microfiltre de la matrice de microfiltres, et comprenant un objectif configuré pour produire une image d’une scène sur la matrice de photosites. La matrice de microfiltres comprend au moins quatre types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission différente, au moins trois premiers types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission comprise dans un premier domaine spectral et dans un deuxième domaine spectral, la gamme spectrale de transmission d’un quatrième type de microfiltre étant comprise uniquement dans le deuxième domaine spectral. Le dispositif de détection d’image comporte en outre un filtre optique coupe-bande présentant une gamme spectrale d’extinction s’étendant dans un premier sous-domaine spectral du deuxième domaine spectral, et comporte une unité de traitement comportant de la circuiterie électronique configurée pour : construire une image associée à chaque type de microfiltre et présentant un nombre de pixels prédéterminé, chaque pixel de l’image comprenant une valeur représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite associé audit type de microfiltre ou interpolé à partir de niveaux de signal détectés par des photosites associés audit type de microfiltre ; corriger chaque image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, en soustrayant, à la valeur de chaque pixel de position déterminée dans ladite image, la valeur du pixel à ladite position déterminée de l’image associée au filtre de quatrième type, ladite valeur étant pondérée par un coefficient propre au type de microfiltre associé à chaque image corrigée ; obtenir une image en couleurs à partir de l’ensemble des images corrigées associées chacune à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres ; détecter un spot laser présentant une forme prédéterminée dans l’image associée au quatrième type de microfiltre et insérer le spot laser dans l’image en couleurs obtenue.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de détection d’image comprend en outre un système optique filtrant présentant un premier taux de transmission dans le premier domaine spectral et un deuxième taux de transmission, distinct du premier taux de transmission, dans le deuxième domaine spectral.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif de détection d’image comprend en outre un système optique filtrant présentant une largeur spectrale de transmission variable et ajustable dans le deuxième domaine spectral, ledit système optique filtrant étant configuré pour couper un rayonnement optique reçu hors de ladite largeur spectrale de transmission dans le deuxième domaine spectral.

Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif est dimensionné pour obtenir une tâche de focalisation, dans le plan de la matrice de photosites, de dimension supérieure à la dimension d’au moins deux photosites. L’invention concerne également un procédé de visualisation d’un spot laser sur une image en couleurs, le procédé étant implémenté par un dispositif de détection d’image, de type capteur CMOS, comprenant une matrice de photosites, comprenant une matrice de microfiltres agencée de sorte que chaque photosite soit disposé face à un microfiltre de la matrice de microfiltres, et comprenant un objectif configuré pour produire une image d’une scène sur la matrice de photosites. La matrice de microfiltres comprend au moins quatre types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission différente, au moins trois premiers types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission comprise dans un premier domaine spectral et dans un deuxième domaine spectral, la gamme spectrale de transmission d’un quatrième type de microfiltre étant comprise uniquement dans le deuxième domaine spectral. Le dispositif de détection d’image comporte en outre un filtre optique coupe-bande présentant une gamme spectrale d’extinction s’étendant dans un premier sous-domaine spectral du deuxième domaine spectral, et comporte des étapes implémentées par une unité de traitement du dispositif de détection d’image, de : construire une image associée à chaque type de microfiltre et présentant un nombre de pixels prédéterminé, chaque pixel de l’image comprenant une valeur représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite associé audit type de microfiltre ou interpolé à partir de niveaux de signal détectés par des photosites associés audit type de microfiltre ; corriger chaque image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, en soustrayant, à la valeur de chaque pixel de position déterminée dans ladite image, la valeur du pixel à ladite position déterminée de l’image associée au filtre de quatrième type, ladite valeur étant pondérée par un coefficient propre au type de microfiltre associé à chaque image corrigée ; obtenir une image en couleurs à partir de l’ensemble des images corrigées associées chacune à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres ; détecter un spot laser présentant une forme prédéterminée dans l’image associée au quatrième type de microfiltre et insérer le spot laser dans l’image en couleurs obtenue.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS

Les caractéristiques de l’invention mentionnées ci -dessus, ainsi que d’autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’au moins un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels :

[Fig. 1] illustre schématiquement un dispositif de détection d’image ; [Fig. 2] illustre schématiquement un exemple de matrice de microfiltres du dispositif de détection d’image ;

[Fig. 3] illustre schématiquement un procédé de visualisation d’un spot laser dans une image en couleurs corrigée ; et

[Fig. 4] illustre schématiquement un exemple de plateforme matérielle adaptée pour implémenter une unité de traitement du dispositif de détection d’image.

EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION

La Fig. 1 illustre ainsi schématiquement un dispositif de détection d’image 1. Le dispositif de détection d’image 1 est un capteur de type CMOS et comprend une matrice de photosites 101. Chaque photosite est une unité de détection du rayonnement optique reçu et est configuré pour transformer ledit rayonnement optique en un signal électrique. Le photosite détecte ainsi un niveau de signal représentatif d’une intensité lumineuse et le convertit sous forme électrique afin de le transmettre par exemple à une unité de traitement 105 (décrite ci-après).

Le dispositif de détection d’image 1 comprend en outre une matrice de microfiltres 102 agencée de sorte que chaque microfiltre soit agencé face à un photosite de la matrice de photosites 101. Selon un mode de réalisation, chaque microfiltre est agencé face à un seul photosite. Alternativement, chaque microfiltre est agencé face à une pluralité de photosites, par exemple face à deux photosites. La matrice de microfiltres 102 est disposée devant la matrice de photosites. Le terme devant est ici défini relativement à un sens 110 d’incidence du rayonnement optique détecté par les photosites. Préférentiellement, la matrice de microfiltres 102 comprend autant de microfiltres qu’il y a de photosites dans la matrice de photosites 101 et chaque photosite de la matrice de photosites 101 est associé à un microfiltre.

La matrice de microfiltres 102 comprend au moins quatre types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission différente. Une gamme spectrale de transmission différente signifie que des niveaux de transmission dans au moins une partie de la gamme spectrale de transmission sont différents entre deux types de microfiltres. Une gamme spectrale de transmission d’un élément filtrant est définie comme la gamme spectrale à laquelle le niveau de transmission est supérieur à un seuil de transmission prédéfini, ou la gamme spectrale à laquelle le niveau de transmission normalisé, par rapport à un niveau maximum de transmission obtenu par le filtre, est supérieur à un pourcentage prédéfini, par exemple supérieur à 20%. Une gamme spectrale de transmission n’est pas nécessairement continue et peut ainsi comporter plusieurs bandes spectrales disjointes dans lesquelles le niveau de transmission est supérieur au seuil de transmission prédéfini.

Au moins trois premiers types de microfiltres de la matrice de microfiltres 102 présentent une gamme spectrale de transmission comprise dans le domaine du visible et dans le domaine du proche infrarouge. Le domaine du visible est défini par une gamme de longueurs d’onde située entre 400 nm et 780 nm. Le domaine du proche infrarouge est défini par une gamme de longueurs d’onde située entre 780 nm et 1000 nm. Dans le domaine du visible, la gamme spectrale de transmission est différente pour chacun des trois premiers types de microfiltres de sorte à permettre une détection de rayonnements optiques de couleurs distinctes.

Un quatrième type de microfiltres de la matrice de microfiltres 102 présente une gamme spectrale de transmission comprise uniquement dans le domaine du proche infrarouge.

La Fig. 2 illustre schématiquement un exemple de matrice de microfiltres 102, comprenant 16 microfiltres répartis selon un motif périodique de 4x4 microfiltres.

Selon cet exemple, la matrice de microfiltres 102 comprend quatre types de microfiltres. Les au moins trois premiers types de microfiltres comprennent un premier type de microfiltre, dit microfiltre rouge R, un deuxième type de microfiltre, dit microfiltre vert V, et un troisième type de microfiltre, dit microfiltre bleu B. Le quatrième type de microfiltre est un microfiltre infrarouge IR.

Dans le domaine du visible, la gamme spectrale de transmission du microfiltre rouge R s’étend par exemple de 580 nm à 700 nm de longueur d’onde, la gamme spectrale de transmission du microfiltre vert V s’étend par exemple de 500 nm à 600 nm de longueur d’onde, et la gamme spectrale de transmission du microfiltre bleu B s’étend par exemple de 400 nm à 500 nm. Les premiers types de microfiltres rouge R, vert V et bleu B sont présentés ici à titre d’exemple mais des microfiltres présentant d’autres gammes spectrales de transmission peuvent être alternativement, ou en outre, utilisés, tels que des microfiltres cyan, magenta ou jaune. Dans le domaine du proche infrarouge, chacun des au moins trois premiers types de microfiltres présente un profil de transmission distinct. Un profil de transmission est défini par le niveau de transmission du microfiltre en fonction de la longueur d’onde.

Le domaine du proche infrarouge se décompose en un premier sous-domaine spectral du proche infrarouge, situé par exemple entre 780 nm et 800 nm de longueur d’onde, et un deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, situé par exemple entre 800 nm et 1000 nm de longueur d’onde. Dans le premier sous-domaine spectral du proche infrarouge, les profils de transmission des au moins trois premiers types de filtres diffèrent les uns des autres. En revanche, dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, les profils de transmission desdits au moins trois premiers types de filtres sont proportionnels les uns par rapport aux autres.

Le quatrième type de microfiltre, dit microfiltre infrarouge IR, de la matrice de microfiltres 102 présente une transmission inférieure au seuil de transmission prédéfini dans le domaine spectral du visible et présente ainsi une gamme spectrale de transmission comprise uniquement dans le domaine du proche infrarouge. Les microfiltres infrarouge IR présentent un profil de transmission proportionnel aux profils de transmission des microfiltres rouge R, vert V et bleu B dans le deuxième sous-domaine spectral de l’infrarouge. Le profil de transmission des microfiltres infrarouges IR peut être différent des profils de transmission des microfiltres rouge R, vert V et bleu V dans le premier sous- domaine spectral de l’infrarouge.

Les filtres de chacun des types de microfiltres sont répartis régulièrement sur la matrice de microfiltres 102. Selon l’exemple illustré en Fig. 2, la matrice de microfiltres 102 comporte huit microfiltres vert V, deux microfiltres bleu B, deux microfiltres rouge R et quatre microfiltres infrarouge IR.

De retour à la Fig. 1, le dispositif de détection d’image 1 comporte en outre un objectif 103 permettant de produire une image de la scène observée sur la matrice de photosites 101. L’objectif est situé devant la matrice de microfiltres 102. En outre, la matrice de microfiltres 102 est agencée entre l’objectif 103 et la matrice de photosites 101 à une position telle que tout le rayonnement optique détecté par chaque photosite est transmis par le microfiltre situé face audit photosite. La matrice de microfiltres 102 est préférentiellement déposée sur la matrice de photosites 101, autrement dit en contact avec la matrice de photosites 101. Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection d’image 1 est dimensionné pour obtenir une tâche de focalisation, dans le plan de la matrice de photosites 101, de dimension supérieure à la dimension d’un photosite, et préférentiellement recouvrant une pluralité de photosites, par exemple recouvrant 2 à 4 photosites. Ainsi, chaque signal optique est reçu à travers plusieurs types de microfiltres. Des effets de repliement de spectre résultant de la présence de différents types de microfiltres face à des photosites contigus peuvent alors être évités.

Le dispositif de détection d’image 1 comporte en outre un filtre optique coupe-bande 104 présentant une gamme spectrale d’extinction s’étendant au moins au premier sous-domaine spectral du proche infrarouge, située par exemple entre 780 nm et 800 nm de longueur d’onde. Une gamme spectrale d’extinction est définie comme une gamme spectrale à laquelle le niveau de transmission du filtre est inférieur au seuil de transmission prédéfini. Selon un mode de réalisation, la gamme spectrale d’extinction du filtre optique coupe- bande 104 s’étend en-deçà du premier sous-domaine spectral du proche infrarouge, par exemple entre 700 nm et 800 nm, mais pas en-deçà de la longueur d’onde de transmission la plus élevée, dans le visible, des premiers types de microfiltres, par exemple pas en-deçà de 700 nm lors de l’utilisation de microfiltres rouge R. Selon un mode de réalisation, la gamme spectrale d’extinction du filtre optique coupe-bande 104 peut s’étendre au-delà du premier sous-domaine spectral du proche infrarouge, par exemple au-delà de 800 nm, mais ne peut s’étendre jusqu’à la longueur d’onde la plus élevée du deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, par exemple 1000 nm, de sorte qu’au moins une partie du rayonnement reçu dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge puisse être détecté par les photosites.

Le filtre optique coupe-bande 104 est agencé de sorte à faire face à l’ensemble des photosites de la matrice de photosites 101. Le filtre optique coupe-bande 104 est intégré au dispositif de détection d’image 1 et situé entre la scène imagée et la matrice de photosites 101 Selon un mode de réalisation, le filtre optique coupe-bande 104 est disposé devant l’objectif 103. Selon un mode de réalisation, le filtre optique coupe-bande 104 est intégré à l’objectif 103, par exemple grâce au choix d’un matériau adapté ou à l’aide d’un traitement de surface. Le filtre optique coupe-bande 104 permet ainsi d’empêcher tout rayonnement de longueur d’onde appartenant au premier sous-domaine spectral du proche infrarouge d’être détecté par les photosites de la matrice de photosites 101. Le dispositif de détection d’image 1 comporte l’unité de traitement 105 configurée pour recevoir, pour chaque photosite de la matrice de photosites 101, une information représentative d’un niveau de signal détecté par le photosite en question. Chaque information représentative d’un niveau de signal est reçue en association avec une position du photosite dans la matrice de photosites 101 et est en outre associée à un type de microfiltre de la matrice de microfiltres 102, à l’aide par exemple d’une table de correspondance, enregistrée en mémoire de l’unité de traitement 105 et associant chaque position de la matrice de photosite à un type de microfiltre. La position d’un photosite est par exemple définie par des coordonnées telles qu’un numéro de ligne et un numéro de colonne.

L’unité de traitement 105 est en outre configurée pour traiter les informations reçues et représentatives de niveaux de signal et pour construire une image à partir desdits niveaux de signal. De manière générale, l’unité de traitement comporte de la circuiterie électronique configurée pour implémenter les étapes du procédé de détection d’image décrit à la Fig. 3.

Selon un mode de réalisation, le dispositif de détection d’image 1 comporte en outre un système optique filtrant 106. Le système optique filtrant 106 présente un premier niveau de transmission dans le domaine du visible, entre 400 nm et 780 nm de longueur d’onde par exemple, et un deuxième niveau de transmission, distinct du premier niveau de transmission, dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, entre 800 nm et 1000 nm de longueur d’onde par exemple. Le premier niveau de transmission et le deuxième niveau de transmission sont déterminés de sorte à compenser une différence d’intensité lumineuse moyenne reçue dans le domaine du visible d’une part et dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge d’autre part. L’écart relatif entre le premier niveau de transmission et le deuxième niveau de transmission est par exemple déterminé préalablement à la visualisation d’une scène en tenant compte de paramètres de luminosité estimés associés au contexte d’observation de la scène d’une part, et d’autre part à une intensité d’émission d’un pointeur laser infrarouge générant un spot laser. Le système optique filtrant 106 permet ainsi de détecter un spot laser simultanément à une scène dans laquelle se trouve le spot laser même lorsque l’intensité lumineuse émise par le spot laser est faible par rapport à l’intensité lumineuse détectée émise par la scène ou inversement. Selon un mode de réalisation, le système optique filtrant 106 comprend un ou plusieurs filtres optiques additionnels permettant d’ajuster le premier niveau de transmission relativement au deuxième niveau de transmission. Le système optique filtrant 106 est intégré au dispositif de détection d’image 1 et situé entre la scène imagée et la matrice de photosites 101. Selon un mode de réalisation, le système optique filtrant 106 est disposé devant le filtre coupe-bande 104, comme illustré en Fig. 1, mais peut alternativement être disposé devant l’objectif 103, entre l’objectif 103 et la matrice de microfiltres 102, ou intégré à l’objectif par un traitement de surface par exemple. Selon un autre mode de réalisation, le système optique filtrant 106 est compris dans le filtre optique coupe-bande 104, lequel comprend des niveaux de transmission distincts dans le domaine du visible et dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge.

Alternativement, le premier et le deuxième niveau de transmission sont équivalents mais la largeur spectrale de transmission dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge est variable et peut être élargie ou rétrécie de sorte à compenser une différence d’intensité lumineuse moyenne reçue dans le domaine du visible d’une part et dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge d’autre part. Selon un exemple, le système optique filtrant 106 comprend un premier filtre interférentiel de type passe-haut, avec une première longueur d’onde de coupure située dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, et un deuxième filtre interférentiel de type passe bas, avec une deuxième longueur d’onde de coupure située dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge et supérieure à la première longueur d’onde de coupure. La largeur spectrale de transmission dans ledit deuxième sous-domaine spectrale est donc délimitée par les première et deuxième longueurs d’onde de coupure. Il est alors possible de faire varier ladite largeur spectrale de transmission de manière déterminée en opérant une inclinaison d’un angle déterminé du premier filtre interférentiel et/ou du deuxième filtre interférentiel. Ladite largeur spectrale de transmission permet alors de compenser une différence d’intensité lumineuse moyenne reçue dans le domaine du visible d’une part et dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge d’autre part.

La Fig. 3 illustre schématiquement un procédé de visualisation d’un spot laser dans une image en couleurs corrigée. Le procédé de visualisation est implémenté par le dispositif de détection d’image 1 et comporte des étapes de traitement, implémentées par l’unité de traitement 105, à partir des informations représentatives de nivaux de signal détectés par les photosites de la matrice de photosites 101 et reçus en provenance de ladite matrice de photosites sous forme électrique. Chaque information représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite est associée à une position du photosite dans la matrice de photosites lOlet à un type de microfiltre à travers lequel ledit signal est détecté.

Dans une première étape 301, l’unité de traitement 105 construit une première image associée à chaque type de microfiltre. Chaque image construite comporte un nombre de pixels prédéterminé, de sorte que toutes les premières images comportent le même nombre de pixels.

L’unité de traitement 105 détermine, pour chaque information représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite, une valeur de pixel représentative par exemple d’un niveau d’intensité à afficher sur un écran. Chaque valeur de pixel est ainsi proportionnelle au niveau de signal détecté par un photosite, et est associée en outre à la position dudit photosite et au type de microfiltre à travers lequel le signal a été reçu.

L’unité de traitement 105 effectue, pour chaque type de microfiltre, une opération de reconstruction, classiquement appelée dématriçage, de sorte que chaque première image comprenne autant de valeurs de pixels qu’il y a de pixels, et préférentiellement autant de valeurs de pixels qu’il y a de photosites dans la matrice de photosites 101.

Par exemple, pour chaque type de microfiltre, l’unité de traitement 105 détermine les positions, dans la matrice de photosites 101, pour lesquelles une valeur de pixel associée audit type de microfiltre est déterminée à partir d’un niveau de signal détecté. Pour chaque position de la matrice de photosites 101 pour laquelle aucune valeur de pixel associée audit type de microfiltre n’est déterminée, l’unité de traitement 105 détermine alors une valeur de pixel dite valeur de pixel interpolée, par interpolation de valeurs de pixel déterminées, autrement dit représentatives de niveaux de signal effectivement détectés, et associés audit type de microfiltre. Par exemple, une valeur de pixel interpolée est obtenue, pour un type de microfiltre et à une position déterminée, à partir des valeurs de pixels associées aux n positions les plus proches de la position déterminée, n étant un entier. L’interpolation des valeurs de pixel peut être linéaire ou non linéaire.

Selon un mode de réalisation, l’unité de traitement 105 effectue l’opération de reconstruction à partir des informations reçues représentatives de niveaux de signal détectés et convertit ensuite, chaque niveau de signal détecté et chaque niveau de signal interpolé en une valeur de pixel. Dans une étape 302 suivante, l’unité de traitement 105 corrige chaque image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres afin de limiter l’effet produit par la détection d’une composante de rayonnement optique située hors du domaine du visible, par les photosites.

Puisque le dispositif de détection d’image 1 comprend le filtre coupe-bande 104 présentant une gamme spectrale d’extinction dans le premier sous-domaine du proche infrarouge, la composante du rayonnement optique détecté dans ledit premier sous-domaine est donc nulle ou négligeable par rapport au rayonnement optique total reçu.

En l’absence du filtre coupe-bande 104, le signal S_{o i} détecté par un photosite associé à un premier type i de microfiltre, i étant un entier compris entre 1 et le nombre total de premiers types de microfiltres, comprend une composante de rayonnement (ou signal) S_visibie,i dans le domaine du visible et une composante de rayonnement S_{IR i} dans le domaine du proche infrarouge et peut ainsi s’écrire : 0,i ~ ^visible, i + IR,i

La composante de rayonnement dans le domaine spectral du proche infrarouge est la combinaison des composantes de rayonnement S_{IRl i} et S_/R2,i respectivement dans le premier sous-domaine spectral du proche infrarouge et dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge : IR,i ⁼ IRl,i + IR2,i

Ainsi, la présence du filtre coupe-bande 104 qui arrête la composante de rayonnement dans le premier sous-domaine spectral du proche infrarouge et l’empêche donc d’être reçue par chaque photosite entraîne une détection, par un photosite associé à un premier type i de microfiltre, d’un rayonnement S_{D i} tel que : D,i ~ ^visible, i + IR2,i

Il est alors nécessaire, pour obtenir uniquement la composante de rayonnement S_{visibie i} dans le visible et ainsi augmenter la fidélité colorimétrique de l’image, de retrancher, au rayonnement optique détecté par un photosite associé à un premier type i de microfiltre, la composante de rayonnement S_IR2it dans le deuxième sous-domaine spectral de l’infrarouge :

^visible, i ~ D,t IR2,i Or, la composante de rayonnement S_{IR2 i} dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge reçue par chaque premier type i de microfiltre est considérée comme proportionnelle à la composante de rayonnement optique dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge reçue par le quatrième type de microfiltre et notée S_{IR2 IR} : IR2,IR ~ k * S_{IR2 i} k_t étant un facteur de proportionnalité propre au premier type i de microfiltre en question.

Par ailleurs, le rayonnement S_{D IR} détecté par un photosite associé au quatrième type de microfiltre ne comprend ni de composante de rayonnement dans le premier sous-domaine spectral du proche infrarouge en raison de la présence du filtre coupe-bande 104, ni de composante de rayonnement dans le visible, en raison de la gamme spectrale de transmission intrinsèque du quatrième type de microfiltre. Le rayonnement S_{D IR} détecté par un photosite associé au quatrième type de microfiltre comprend donc seulement la composante de rayonnement optique dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge S_{IR2 IR} s’écrit : D,IR ⁼ IR2,IR

Ainsi, pour limiter l’effet de la composante de rayonnement dans le deuxième sous- domaine spectral du proche infrarouge reçu par un photosite associé à un premier type i de microfiltre, il est possible de retrancher, au rayonnement optique S_{D i} détecté par ledit photosite, le rayonnement S_{D IR} détecté par un photosite de mêmes coordonnées dans la matrice de photosites, et associé au quatrième type de microfiltre :

Pour effectuer une correction visant à limiter l’effet produit sur une image en couleurs par la détection d’une composante de rayonnement située hors du domaine du visible, l’unité de traitement 105 soustrait donc, pixel par pixel, à la valeur du pixel de chaque première image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, une valeur obtenue par pondération, par le coefficient k_t propre au premier type i de microfiltre associé à l’image corrigée, de la valeur du pixel de l’image associée au filtre de quatrième type. L’unité de traitement 105 effectue la soustraction pour chaque pixel défini par sa position (i.e. ses coordonnées) dans l’image. Le coefficient k_t propre à chaque type i de microfiltre est déterminé préalablement à l’implémentation du procédé de visualisation, par exemple lors d’une étape de calibration, et enregistré en mémoire de l’unité de traitement 105. Les coefficients sont indépendants de la scène observée. Chaque coefficient k_t est défini comme étant le coefficient de proportionnalité, dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, entre un profil de détection de photosites associés à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres et un profil de détection de photosites associés au quatrième type de microfiltre. Il est ainsi possible d’obtenir des valeurs de pixel, pour chacun des au moins trois premiers types de microfiltres, les plus fidèles possibles au rayonnement optique reçu, dans le domaine du visible, par les photosites et ainsi d’augmenter la fidélité colorimétrique d’une image en couleurs par rapport à la scène imagée.

Dans une étape 303 suivante, l’unité de traitement 105 construit une image en couleurs à partir de l’ensemble des images corrigées associées chacune à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres. Par exemple, pour une matrice de microfiltres 102 comprenant des microfiltres rouge R, vert V et bleu B, l’unité de traitement 105 détermine pour chaque pixel, identifié par sa position dans une image, un triplet de valeurs de pixel comprenant les valeurs dudit pixel de chaque image associée aux microfiltres rouge R, vert V et bleu B. Chaque triplet de valeurs de pixels correspond à une couleur prédéfinie. L’unité de traitement 105 peut alors transmettre à un dispositif d’affichage la couleur prédéfinie correspondant à chaque pixel. L’unité de traitement 105 peut en outre effectuer des opérations de correction colorimétrique et/ou de balance des blancs.

Dans une étape 304 suivante, l’unité de traitement 105 détecte dans la première image associée au quatrième type de microfiltre, autrement dit associée au microfiltre infrarouge IR, un spot laser issu d’un pointeur laser infrarouge. La gamme spectrale d’émission du pointeur laser infrarouge est comprise dans le deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge, ce qui permet d’assurer que le spot laser est présent dans ladite première image associée au microfiltre infrarouge IR. La détection du spot laser est effectuée par détection d’une forme prédéterminée, dans un gamme spectrale déterminée, par exemple par implémentation d’au moins une opération de traitement d’image des opérations de seuillage, d’expansion locale de contraste et de filtrage fréquentiel. La détection du spot laser issu d’un pointeur laser infrarouge diffère d’une détection implémentée à l’aide d’un algorithme de décamouflage classique qui recherche, pami un ensemble de différentes bandes spectrales, des singularités spectrales de formes non déterminées. Selon le procédé de la présente invention, la détection du spot laser issu d’un pointeur laser infrarouge implique en revanche de rechercher une forme prédéterminée dans une bande spectrale déterminée qui correspond au deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge. La forme prédéterminée, qui correspond à la forme de la tâche laser, est par exemple une forme de faisceau gaussien, pseudo-gaussien, à symétrie de révolution, ou encore une forme sans symétrie de révolution lorsque le faisceau laser est mis en forme par des techniques de modelage de faisceau (« beam-shaping » en anglais).

Selon un mode de réalisation, le système optique filtrant 106 tel que décrit en relation avec la Fig. 1 est inséré au dispositif de détection d’image 1 afin d’ajuster l’intensité lumineuse moyenne reçue en provenance du spot laser par rapport à l’intensité moyenne reçue en provenance de la scène. En effet, la détection du spot laser peut être limitée lorsque l’intensité lumineuse émise par le spot laser est faible par rapport à l’intensité lumineuse émise par la scène, en raison par exemple d’une saturation de détection des photosites, associés aux microfiltres infrarouge IR, par l’intensité lumineuse reçue en provenance de la scène, ou en raison d’une intensité lumineuse reçue en provenance du spot laser trop faible pour se distinguer d’un niveau de bruit desdits photosites. L’insertion du système optique filtrant 106 permet de pallier ces limitations de détection du spot laser, avec par exemple le premier niveau de transmission, dans le domaine du visible, plus faible que le deuxième niveau de transmission, dans le deuxième sous-domaine du proche infrarouge.

Inversement, lorsque l’intensité lumineuse émise par le spot laser est trop élevée par rapport à l’intensité lumineuse émise par la scène, l’intensité lumineuse reçue par les photosites associés aux premiers types de microfiltres en provenance de la scène peut être trop faible par rapport à un niveau de bruit desdits photosites, ou encore lesdits photosites peuvent être saturés dans une zone correspondant au spot laser, empêchant alors de visualiser au moins une partie de la scène. L’insertion du système optique filtrant 106 permet de pallier cette limitation de visualisation de la scène, avec par exemple le premier niveau de transmission, dans le domaine du visible, plus élevé que le deuxième niveau de transmission, dans le deuxième sous-domaine du proche infrarouge, ou encore avec une largeur spectrale de transmission dans le deuxième sous-domaine du proche infrarouge rétrécie par rapport à la largeur totale du deuxième sous-domaine spectral du proche infrarouge. Dans une étape 305 suivante, l’unité de traitement 105 insère le spot laser dans l’image en couleurs construite. L’insertion du spot laser est effectuée par exemple par remplacement de pixels de l’image en couleurs par des pixels de même position de l’image associée au quatrième type de microfiltre et comprenant le spot laser détecté. Selon un autre exemple, lesdits pixels de l’image en couleurs et de l’image associée au quatrième type de microfiltre sont mélangés.

Il est ainsi possible d’obtenir une image d’une scène présentant une bonne fidélité colorimétrique et comprenant une image d’un spot laser issu d’un pointeur laser infrarouge et observable dans la scène. En outre, l’image du spot laser ne présente pas de décalage spatial par rapport à l’image de la scène puisque le spot laser et la scène sont tous les deux imagés par un seul dispositif de détection d’image 1, autrement dit par un seul capteur. Une coordonnée de pixel dans l’image de la scène et dans l’image du spot laser correspond donc à une unique direction dans l’espace objet. Aucun biais d’alignement entre l’image du spot et l’image de la scène n’est donc introduit grâce au procédé de visualisation de la présente invention.

La Fig. 4 illustre schématiquement un exemple de plateforme matérielle permettant d’implémenter, sous forme de circuiterie électronique, l’unité de traitement 105.

La plateforme matérielle comporte, reliés par un bus de communication 410 : un processeur ou CPU (« Central Processing Unit » en anglais) 401 ; une mémoire vive RAM (« Random-Access Memory » en anglais) 402 ; une mémoire morte 403, par exemple de type ROM (« Read Only Memory » en anglais) ou EEPROM (« Electrically-Erasable Programmable ROM » en anglais), telle qu’une mémoire Flash ; une unité de stockage, telle qu’un disque dur HDD (« Hard Disk Drive » en anglais) 404, ou un lecteur de support de stockage, tel qu’un lecteur de cartes SD (« Secure Digital » en anglais) ; et un gestionnaire d’interfaces Vf 405.

Le gestionnaire d’interfaces Vf 405 permet à l’unité de traitement 105 d’interagir avec la matrice de photosites 101, ainsi qu’avec un dispositif d’affichage le cas échéant.

Le processeur 401 est capable d’exécuter des instructions chargées dans la mémoire vive 402 à partir de la mémoire morte 403, d’une mémoire externe, d’un support de stockage (tel qu’une carte SD), ou d’un réseau de communication. Lorsque la plateforme matérielle est mise sous tension, le processeur 401 est capable de lire de la mémoire vive 402 des instructions et de les exécuter. Ces instructions forment un programme d’ordinateur causant l’implémentation, par le processeur 401, de tout ou partie des étapes et procédés décrits ici.

Tout ou partie des étapes, procédés et fonctionnements décrits ici peut ainsi être implémenté sous forme logicielle par exécution d’un ensemble d’instructions par une machine programmable, par exemple un processeur de type DSP (« Digital Signal Processor » en anglais) ou un microcontrôleur, ou être implémenté sous forme matérielle par une machine ou un composant électronique (« chip » en anglais) dédié ou un ensemble de composants électroniques (« chipset » en anglais) dédié, par exemple un composant FPGA (« Field Programmable Gate Array » en anglais) ou ASIC (« Application Specific Integrated Circuit » en anglais). D’une manière générale, l’unité de traitement 105 comporte de la circuiterie électronique adaptée et configurée pour implémenter les procédés et étapes décrits ici.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection d’image (1) destiné à visualiser un spot laser sur une image en couleurs, le dispositif de détection d’image étant de type capteur CMOS, comprenant une matrice de photosites (101), comprenant une matrice de microfiltres (102) agencée de sorte que chaque photosite soit disposé face à un microfiltre de la matrice de microfiltres (102) et comprenant un objectif (103) configuré pour produire une image d’une scène sur la matrice de photosites (101), le dispositif de détection d’image (1) étant caractérisé en ce que la matrice de microfiltres (102) comprend au moins quatre types de microfiltres (R,V, B, IR) présentant chacun une gamme spectrale de transmission différente, au moins trois premiers types de microfiltres (R, V, B) présentant chacun une gamme spectrale de transmission comprise dans un premier domaine spectral et dans un deuxième domaine spectral, la gamme spectrale de transmission d’un quatrième type de microfiltre (IR) étant comprise uniquement dans le deuxième domaine spectral, en ce que le dispositif de détection d’image (1) comporte en outre un filtre optique coupe- bande (104) présentant une gamme spectrale d’extinction s’étendant dans un premier sous- domaine spectral du deuxième domaine spectral, et en ce qu’il comporte une unité de traitement (105) comportant de la circuiterie électronique configurée pour :

- construire (301) une image associée à chaque type de microfiltre et présentant un nombre de pixels prédéterminé, chaque pixel de l’image comprenant une valeur représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite associé audit type de microfiltre ou interpolé à partir de niveaux de signal détectés par des photosites associés audit type de microfiltre,

- corriger (302) chaque image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, en soustrayant, à la valeur de chaque pixel de position déterminée dans ladite image, la valeur du pixel à ladite position déterminée de l’image associée au filtre de quatrième type, ladite valeur étant pondérée par un coefficient propre au type de microfiltre associé à chaque image corrigée,

- obtenir (303) une image en couleurs à partir de l’ensemble des images corrigées associées chacune à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, - détecter (304) un spot laser présentant une forme prédéterminée dans l’image associée au quatrième type de microfiltre et insérer (305) le spot laser dans l’image en couleurs obtenue,

Le dispositif de détection d’image comprend en outre un système optique filtrant (106) présentant un premier taux de transmission dans le premier domaine spectral et un deuxième taux de transmission, distinct du premier taux de transmission, dans le deuxième domaine spectral.

2. Dispositif de détection d’image selon l’une des revendications 1 à 3, le dispositif étant dimensionné pour obtenir une tâche de focalisation, dans le plan de la matrice de photosites (101), de dimension supérieure à la dimension d’au moins deux photosites.

3. Procédé de visualisation d’un spot laser sur une image en couleurs, le procédé étant implémenté par un dispositif de détection d’image (1), de type capteur CMOS, comprenant une matrice de photosites (101), comprenant une matrice de microfiltres (102) agencée de sorte que chaque photosite soit disposé face à un microfiltre de la matrice de microfiltres, et comprenant un objectif (103) configuré pour produire une image d’une scène sur la matrice de photosites (101), le procédé étant caractérisé en ce que la matrice de microfiltres comprend au moins quatre types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission différente, au moins trois premiers types de microfiltres présentant chacun une gamme spectrale de transmission comprise dans un premier domaine spectral et dans un deuxième domaine spectral, la gamme spectrale de transmission d’un quatrième type de microfiltre étant comprise uniquement dans le deuxième domaine spectral, en ce que le dispositif de détection d’image comporte en outre un filtre optique coupe- bande présentant une gamme spectrale d’extinction s’étendant dans un premier sous- domaine spectral du deuxième domaine spectral, et en ce qu’il comporte des étapes implémentées par une unité de traitement du dispositif de détection d’image, de :

- construire (301) une image associée à chaque type de microfiltre et présentant un nombre de pixels prédéterminé, chaque pixel de l’image comprenant une valeur représentative d’un niveau de signal détecté par un photosite associé audit type de microfiltre ou interpolé à partir de niveaux de signal détectés par des photosites associés audit type de microfiltre, - corriger (302) chaque image associée à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres, en soustrayant, à la valeur de chaque pixel de position déterminée dans ladite image, la valeur du pixel à ladite position déterminée de l’image associée au filtre de quatrième type, ladite valeur étant pondérée par un coefficient propre au type de microfiltre associé à chaque image corrigée,

- obtenir (303) une image en couleurs à partir de l’ensemble des images corrigées associées chacune à l’un des au moins trois premiers types de microfiltres,

- détecter (304) un spot laser présentant une forme prédéterminée dans l’image associée au quatrième type de microfiltre et insérer (305) le spot laser dans l’image en couleurs obtenue.