FR2570835A1 - Dispositif de detection optique du passage d'un mobile et de localisation du point de passage - Google Patents

Abstract

LE DISPOSITIF DE DETECTION PERMET DE LOCALISER LE POINT DE PASSAGE D'UN MOBILE, A TRAVERS UNE ZONE D'UN PLAN. IL EST APPLICABLE A LA LOCALISATION DU POINT DE CHUTE D'UN PROJECTILE. LE DISPOSITIF COMPORTE AU MOINS DEUX ENSEMBLES 10, 12 COMPRENANT CHACUN UN RESEAU LINEAIRE 14, 15 DE CAPTEURS DE RAYONNEMENT ASSOCIE A UNE OPTIQUE DE FORMATION, SUR LE RESEAU, DE L'IMAGE D'UN SECTEUR ANGULAIRE DUDIT PLAN COMPORTANT UN FOND PAR RAPPORT AUQUEL LE MOBILE PRESENTE UN CONTRASTE OPTIQUE ET A UN CIRCUIT D'ANALYSE DES SIGNAUX DE SORTIE DES CAPTEURS DE CHAQUE ENSEMBLE A INTERVALLES DE TEMPS SUCCESSIFS ET DE COMPARAISON DES SIGNAUX OBTENUS AU COURS DE CHAQUE INTERVALLE AVEC CEUX CORRESPONDANT A UN INTERVALLE DE TEMPS PRECEDENT, LES SECTEURS ANGULAIRES COUVERTS PAR LES DEUX ENSEMBLES ETANT DIFFERENTS ET PRESENTANT UN RECOUVREMENT DANS LADITE ZONE, ET DES MOYENS DE DETERMINATION, DU POINT DE TRAVERSEE A PARTIR DES RESULTATS DES DEUX COMPARAISONS.

Description

Disoositif de détection optique du passage d'un mobile et de localisation du point de passage
L'invention a pour objet un dispositif de détection optique du passage d'un mobile à travers une zone d'un plan et de localisation du point de traversée du plan par le mobile. Elle est susceptible de nombreuses applications, parmi lesquelles on peut citer la localisation du point de chute d'un projectile à trajectoire plongeante et celle du point d'impact d'un projectile, tel qu'une munition d'arme à tir tendu, sur une cible éventuellement mobile.

La détection optique du passage d'un mobile rapide, de dimensions faibles par rapport au champ d'ob- servation, se heurte notamment au probléme des variations de l'éclairement ambiant et de la luminosité du fond devant lequel se déplace le mobile. Les variations lentes d'éclairement et la non uniformité du fond peu-vent rendre indécelable le passage du mobile, du moins lorsqu'il intervient à certains emplacements.

L'invention vise notamment à surmonter ce problème et à fournir un dispositif permettant de localiser le point de passage d'un mobile avec une fiabilité et une précision satisfaisantes.

Dans ce but, l'invention propose notamment un dispositif de localisation du point de traversée d'une zone d'un plan d'observation par un mobile, comportant
- au moins deux ensembles comprenant chacun un réseau linéaire de capteurs de rayonnement associé à une optique de formation, sur le réseau, de l'image d'un secteur angulaire dudit plan comportant un fond par rapport auquel le mobile présente un contraste optique et à un circuit d'analyse des signaux de sortie des capteurs de chaque ensemble à intervalles de temps successifs et de comparaison des signaux obtenus au cours de chaque intervalle avec ceux correspondant à un intervalle de temps précédent, les secteurs angulaires couverts par les deux ensembles étant différents et présentant un recouvrement dans ladite zone,
- et des moyens de détermination du point de traversée à partir des résultats des deux comparaisons.

Chaque réseau comportera un nombre de capteurs adapté à la précision de localisation requise. Ces capteurs sont avantageusement associés à un dispositif d'intégration de lumière à circulation de charges, permettant d'effectuer un balayage à cadence fixée par une horloge. Les signaux obtenus au cours d'un intervalle précédent peuvent notamment être mémorisés dans une ligne à retard analogique également du type à transfert de charge ou CCD, synchronisée sur l'horloge qui effectue le balayage.

On peut évidemment utiliser un nombre de réseaux supérieur à 2, ce qui permet une identification par levée de doute au cas oû plusieurs mobiles se présentent au cours d'un même intervalle de temps : dans ce cas en effet, on effectue une multi-angulation du même événement.

Dans une première application, le dispositif permet de détecter et localiser un projectile en fin de trajectoire plongeante, à l'aide de réseaux de capteurs observant le passage du projectile sur un fond de ciel ou de paysage. La comparaison entre signaux, effectuée par simple soustraction, permet de s'affranchir des variations lentes d'éclairement et de la non uniformité des fonds, aussi bien que de la non uniformité intrinsèque des capteurs et de leur optique.

La comparaisot par différence peut être effectuée entre deux signaux correspondant à deux intervalles successifs : cette approche est adaptée à la détection lorsque l'événement à observer est très fugitif et n'apparait. au plus, que sur deux ou trois intervalles de temps successifs. La comparaison peut également être
faite entre le signal courant et un signal plus ancien,
précédant le début de l'apparition de l'événement à dé
tecter. Cette seconde approche est adaptée aux événe
ments moins évolutifs de 1 intervalle de temps au sui
vant, qui donneraient pour la première approche un si
gnal de différence instantané faible et peu exploitable.

Cette seconde approche donne de 1 événement un véritable
histogramme tridimensionnel (c'est-å-dire fonction des
variables espace et temps).

Le dispositif de localisation comporte avanta
geusement aussi une caméra de télévision dont l'axe op
tique est parallèle à celui d'un des deux ensembles å
réseau linéaire, ou confondu avec lui. Le plan couvert
par l'ensemble à réseau linéaire correspond à une droite
dans le champ de la caméra. Cette droite peut etre vi
sualisée en modiflant le contenu de 1 information vidéo
correspondant à la position de cette droite dans le
champ de la caméra, pour la faire apparaitre sous forme
d'une incrustation noire ou blanche, un renforcement ou
un affaiblissement de la luminance ou de la chrominance
par exemple.L'information en provenance des ensembles
peut alors être visualisée sous forme d'un-trait perpen
diculaire à la droite ou sous toute autre forme permet
tant de replacer le relèvement angulaire du passage dans
le champ optique de la caméra.

Dans une seconde application de 1 invention, le
dispositif est notamment utilisable pour detecter, loca
liser et afficher le point de passage d'un projectile-à
travers un plan de mesure. Un tel dispositif permet par
exemple de détecter la distance entre le point d'impact
de munitions subsoniques et une cible mobile dans un
stand de tir. Le dispositif écarte ainsi le défaut des
procédés sismiques ou acoustiques, qui ne permettent pas
de detecter les munitions ne touchant pas la cible.

Dans ce cas, il sera genéralement nécessaire d'utiliser une source de lumière artificielle, faisant apparaitre les projectiles en ombres chinoises sur un fond. Si une caméra de télévision est associée aux ensembles, elle sera dans ce cas placée de façon que son axe optique soit sensiblement perpendiculaire au plan observé par les ensembles. Le champ de la caméra recouvre alors, au moins en partie, le plan de détection des ensembles et l'information donnée par ces derniers est visualisée sous forme du point de traversée, indiqué par un symbole arbitraire (cercle, triangle, ,..) dans le champ de la camera, où l'image de la cible mobile peut être arrêtée a l'instant de passage du projectile dans le plan observé par les ensembles
La caméra associée aux ensembles peut être de n importe quel type courant.Toutefois, le traitement du signal est simplifié dans le cas ou la caméra utilisée comporte une matrice de détecteurs adressable par ligne et par colonne, la distorsion pouvant dans ce cas être plus faible.

L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description qui suit de modes particuliers d exécu- tion, donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels
- la Figure 1 est un schéma de principe montrant la disposition relative de deux ensembles d'un disposi- tif suivant l'invention ;
- la Figure 2 est un schéma de principe d'un circuit d'analyse associé aux ensembles de la Figure 1
- la Figure 3 est un schéma montrant une visualisation possible sur écran ; ;
- la Figure 4 est un synoptique montrant une réalisation possible d'un circuit d'incrustation fournaissant la représentation de la Figure 3
- la Figure 5 est un schéma en perspective montrant un dispositif comportant plusieurs jeux de deux ensembles, utilisables notamment pour localiser le point de chute de munitions non explosées
- la Figure 6, similaire à la Figure 1. montre une variante de réalisation
- la Figure 7, similaire à la Figure 4, est un synoptique d'un circuit d'incrustation pouvant etre as socié au système de la Figure 6.

On décrira d'abord, en faisant référence aux Figures l et 2, un dispositif destiné à observer et à localiser le point de chute de munitions (munitions d'exercice ou munitions bonnes de guerre) en tir air-sol ou sol-sol. Le plan d'observation d'une valeur sensiblement horizontale est aussi près du sol que le permettent les irrégularités de ce dernier et les perturbations dues à l'impact des munitions. Le dispositif comporte deux ensembles 10 et 12 ayant la même constitution. Chacun d entre eux comprend un réseau linéaire 14 ou 16 de capteurs de rayonnement (figure 1) associés à une optique de formation 17 ou 18. Les optiques des deux ré- seaux ont des axes optiques disposés dans le meme plan de mesure et concourants, par exemple orthogonaux.Dans ce cas, le passage d'un projectile dans le plan de mesure se traduit
- par une diminution du flux lumineux reçu par au moins un des capteurs de chacun des réseaux au cours d'un intervalle de temps particulier, du moins lorsque le fond est constitué par le ciel ou par un paysage de teinte claire,
- ou par une augmentation du flux lumineux reçu si le fond est sombre, et en particulier la nuit si le proJectile est éclairé depuis le sol ou dispose d'une source de lumière propre permanente ou fugitive (traceur, flash, explosion de charge pyrotechnique).

Chacun des réseaux linéaires sera avantageusement constitué par une barrette associant des photosites correspondant chacun à un point élémentaire d'images ou "pixel" à des éléments d accumulation et de stockage au cours d'un intervalle de temps entre deux balayages d'exploration successifs. De telles barrettes sont déJà disponibles dans le commerce, sous l'appellation de "line scanner". La barrette doit comporter un nombre de photosites compatibles avec la précision recherchée. En cas de besoin, plusieurs barrettes peuvent être disposées en série afin d'augmenter la précision ou, à précision égale, d'augmenter la cadence de prise de vue et/ou diminuer le temps d'exposition.

L'optique 17 ou 18 est adaptée au champ à couvrir. En général, elle comportera une focale fixe. On peut cependant, lorsque le champ à couvrir est variable, utiliser une optique zoom, mais dans ce cas elle doit etre munie de moyens permettant de connaitre en temps réel la distance focale exacte. L'optique doit avoir une distorsion angulaire dans le plan de mesure très faible et connue de façon à pouvoir être corrigée par le calcul, si nécessaire.

Les réseaux de capteurs 14 et 16 sont associés chacun à des moyens analogiques ou numériques permettant de comparer des signaux successifs par différence et également d'effectuer les corrections requises. Dans le mode de réalisation montré en figure 2, les moyens associés au réseau de détecteurs 14 sont essentiellement analogiques. Ils utilisent la mémorisation temporaire du signal servant de référence dans une ligne à retard analogique du type à couplage de charges, synchronisée avec l'horloge de balayage dont est muni le réseau linéaire 14. Dans son principe, la configuration correspondante est connue (FR-A-2 374 797). Afin d'abaisser le seuil de détection, les moyen montrés en figure 2 sont de plus prévus pour compenser la perte de gain due à I' ineffica- cité de transfert de charges.

De façon plus précise, les moyens montrés en figure 2 comportent deux branches alimentant les deux entrées d'un soustracteur 20. Celle de ces branches qui correspond à l entrée moins du soustracteur, comporte, en cascade, une ligne à retard 22 analogique, qui peut être constituée par une barrette d'élément à transfert de charges ou CCD, et un amplificateur 24 destiné à corriger l'inefficacité de transfert de charges. Un commutateur 26 permet d'alimenter cette partie commune, soit directement à partir du réseau linéaire 14 (cnmme représenté en figure 2), soit à partir d'un amplificateur de couplage 28 refermant la sortie de l'amplificateur 24 sur l'entrée de la ligne à retard 22. La durée de la ligne à retard correspond à un intervalle de temps de balayage.En conséquence, lorsque le commutateur est dans la position montrée en figure 2, la comparaison s effectue entre les signaux correspondant à deux intervalles de temps successifs. Lorsque le commutateur est dans l'autre position, il y a recirculation des signaux correspondant a un intervalle de temps détermine et on utilise la mme référence, antérieure au début d'un événement, pour analyser un événement long.

La branche reliée à l'entrée plus du soustracteur 20 comporte, de son côté, un simple correcteur 30 tenant compt-e des caractéristiques de la ligne à retard.

Le correcteur 30 présente une fonction de transfert simulant la ligne à retard, de façon qu'il n'y ait pas déclenchement sur des différences provenant non pas d'un événement, mais de la fonction de transfert de la ligne a retard 24.

La sortie du soustracteur 20 est reliée à un déclencheur 32 à seuil ajustable, a la sortie duquel apparait un signal en cas de détection d' un événement. Ce signal est cl une part localisé temporellement, d'autre part utilisé pour commander une logique de commutation 34 qui fait alors passer le commutateur 26 de la position de repos montrée en figure 2 à la position con t r a i r e.

Le mode C e réalisation mont ré en figure 2 a l'avantage d'une constitution simple. Lorsqu'on recherche une souplesse de fonctionnement et des performances élevées, il est plus avantageux de numériser le signal de sortie des réseaux 14 ét 16, puis de mémoriser les signaux numérisés et de traiter le signal au moins partiellement en numérique. Cette solution a évidemment l'inconvénient d'être plus complexe et plus onéreuse que la précédente.

Le déclencheur à seuil 32 peut etre muni de moyens d'ajustage manuels ou par télécommande de la valeur de seuil ou, si l'on recherche drs performances élevées, etre associé a des moyens de réglage autornatique en fonction de paramètres tels que la luminosité de la scène, le contraste, les caractéristiques des munitions à détecter.

Pour assurer une redondance de détection, il est possible de prévoir plus de deux ensembles à réseau li neaire, et par exemple d'ajouter un ensemble 36 tel que celui montré en traits mixtes sur la figure 1.

Sur la figure 1 a également été représentée une caméra vidéo 38 dont l'axe optique est confondu avec celui de l'ensemble 10 ou en est très voisin Dans le champ de vision de cette caméra 38, le plan observé par les ensembles 10 et 12 est assimilable à une ligne droite, dans ce cas horizontale. Le signal de sortie du déclencheur à seuil 32 de l'ensemble 10 et le signal d'horloge correspondant peuvent être utilisés pour générer un signal indiquant, sur la ligne représentant le plan d'observation, un symbole materialisant le point de passage.

La Figure 3 montre comment est visualisée la localisation dans le cas simple où le point de passage est symbolisé par le croisement de la ligne horizontale 54 représentant le plan d'observation et d'une droite verticale 55. La trajectoire.56 et le poznt d'impact 58 ont été représentés en tirets mais , dans la réalité, ils n'apparaissent pas sur l'écran.

Les circuits nécessaires pour réaliser l'incrustation du relèvement du point de passage peuvent être relativement classiques. La Figure 4 montre les éléments d'un mode de réalisation associés à un des ensembles 10.

Le signal video brut provenant de la caméra 38 est appliqué à un moniteur 60 par l'intermédiaire des circuits 62 et 64 de suppression de video. Une branche constituée d'un circuit de mise à niveau de relèvement 66, d'un comparateur 68 avec le signal de balayage de trame fourni par 70, et d'un générateur 71 d'impulsions de durée égale à 1 pixel représentant la ligne de passage 55 attaque le circuit 62.

De façon similaire, une branche comprenant un circuit 72 de représentation du plan de mesure 54, un comparateur 74 avec le signal de balayage de ligne fourni par 76 et un générateur 78 d'impulsion de durée égale à celle d'une ligne de balayage attaque le circuit 64.

Deux dispositifs du type qui vient d'être décrit peuvent être associés pour constituer une installation de détermination de la partie de trajectoire d'un projectile proche de son point d'impact. La figure 5 montre une telle installation comportant, en plus de deux ensembles 10 et 12 d'observation d'une zone 40 d'un premier plan proche du sol, deux autre ensembles 10a et 12a permettant d'observer une seconde zone 40a, parallèle à la première et située à un niveau plus élevé. Dans le cas où les projectiles sont constitués par des munitions actives, une telle installation permet de déceler et localiser les munitions non explosées.Il suffit pou celå de prévoir une v-aleur de seuil telle que le dispositif 10,12 enregistre essentiellement les explosions, le dispositif 10a 12a étant placé suffisamment haut pour ne pas être gêné par les perturbations provoquées par les explosions.

Plusieurs dispositifs peuvent également être associés pour donner des informations sur un vecteur lichant les projectiles à relativement basse altitude,
Dans ce cas, le second dispositif 10a 12a doit être place nettement au-dessus du sol.

Les dispositifs peuvent être prévus pour localiser l'impact de projectile non seulement de jour, mais aussi de nuit dans la mesure où les projectiles sont munis d'un élément provoquant une lueur à l'impact ou sur la partie terminale de la trajectoire.

On décrira maintenant, en faisant référence à la figure 6, un autre mode de réalisation de l'invention, destiné à détecter, localiser et afficher le point de passage d'une munition à travers un plan de mesure.

Le dispositif de la figure 6 comporte encore au moins deux réseaux linéaires 14 et 16 qui peuvent entre associés à des circuits du même type que ceux montrés en figure 2. Ces deux réseaux linéaires ont des champs de vision qui se recouvrent dans un plan d'observation 42, parallèle au plan 44 de la cible mobile 46. La scène est éclairée' par une sourcede lumière artificielle non représentée, permettant de faire apparaitre en ombres chinoises les munitions qui traversent, suivant une trajectoire telle que 48, le plan d'observation 42 et le plan 44 de la cible. L'installation de la figure 6 comprend encore une caméra vidéo 38, mais l'axe optique de cette caméra est cette fois perpendiculaire au plan d'observation 42.

Le repérage du point 50 de traversée du plan 42 s'effectue comme dans le cas précédemment décrit. En même temps, l'horloge associée aux ensembles de mesure permet de determinerle temps t de passage de la munition dans le plan 42 et d'en déduire l'instant t + dt de traversée du plan 44 de la cible par la munition. Si la position du tireur est connue, il est également possible de déterminer l'erreur de paralaxe à partir de la localisation du point de traverse 50.Dans ce cas, la trame de télévision correspondant a l instant t + dt sera m morisée, ce qui permettra de faire apparaitre, sur un moniteur de télévision associé, à la fois le point d' im- pact 52 et l'emplacoment de la cible 46 à l'instant de l'impact.

La Figure 7 montre une constitution possible d'un circuit permettant la visualisation par un symbole 80 sur l'écran d un moniteur de télévision. Les signaux de sortie des ensembles 10 et 12 sont transformés en coordonnées dans le système de balayage de l'écran par un transcodeur 82 qui fournit une indication de ligne et une indication de pixel sur des sorties respectives 84 et 86. Ces indications sont appliquées a deux branches similaires å celles déjà montrées sur la Figure 3. Une porte ET 88 reçoit les sorties des comparateurs et fournit un signal de déclenchement a un générateur de symbole 90 auquel le signal video brut est appliqué en 92.

Il n est pas nécessaire qu'une cible proprement dite 46 soit prévue. Le dispositif permet en effet éga- lement de déterminer- les écarts entre différents impacts successifs ou de symboliser la cible par un point matériel repéré par rapport au plan d ' observation 42. La cible est alors reconstituée synthétiquement sur le moniteur de télévision et le score éventuellement déterminé en fonction de cette cible.

L'invention ne se limite pas aux modes parti culiers de réalisation qui ont été décrits à titre d'exemples. il va sans dire que la portée du présent brevet s ' étend à toute varlante restant dans le cadre des équivalences. En particulier, le dispositif suivant l'invention peut être embarque sur une cible pour déterminer le passage à proximité d' obus OU de missiles, la comparaison par différence étant, dans ce dernier cas, faits entre deux signaux successifs. Le dispositif permet également le comptage d'éclats de munitions explosives.

Dans le cas de la proximetrie embarquée, il n' est pas toujours possible de pratiquer une triangula- tion, mais il reste cependant possible. si le mobile est de dimensions importantes par rapport à celle d'un pixel (ce qui est une condition facile a réaliser), de reconstituer la distance au dispositif, à partir des dimensions apparentes du mobile et, accessoirement, de la vitesse propre du mobile à la traversée du plan de mesure.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection optique du passage d'un mobile à travers une zone d'un plan et de localisation du point de traversée du plan par le mobile, caractérisé en ce qu'il comporte

- au moins deux ensembles comprenant chacun un réseau linéaire de capteurs de rayonnement associé à une optique de formation, sur le réseau, de l'image d'un secteur angulaire dudit plan comportant un fond par rapport auquel le mobile présente un contraste optique et à un circuit d'analyse des signaux de sortie des capteurs de chaque ensemble à intervalles de temps successifs et de comparaison des signaux obtenus au cours de chaque intervalle avec ceux correspondant à un intervalle de temps précédent, les secteurs angulaires couverts par les deux ensembles étant différents et presentant un recouvrement dans ladite zone,

- et des moyens de détermination du point de traversée à partir des résultats des deux comparaisons.

2. Dispositif selon la revendication 1, carac térisé en ce que chaque réseau (14,16) est associé à un dispositif d'intégration de lumière à circulation de charges, permettant d'effectuer un balayage à cadence fixée par une horloge.

3. Dispositif selon la revendication 2, carac térisé en ce que les signaux obtenus au cours de chaque intervalle sont mémorisés dans une ligne à retard analogique du type à transfert de charge ou CCD, synchronisée sur 1 horloge qui effectue le balayage.

4. Dispositif selon la revendication 1- ou 3, caractérisé en ce que la comparaison est effectuée par différence entre deux signaux correspondants au cours de deux intervalles successifs ou entre le signal courant et un signal plus ancien, précédant le début de l'apparition de l'événement à détecter.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à détecter et localiser un projectile en fin de trajectoire plongeante, à l'aide de réseaux de capteurs observant le passage du projectile sur un fond de ciel ou de paysage, et en ce qu'il comporte de plus une caméra de télévision (38) dont l'axe optique est parallèle à celui d'un des deux ensembles à reseau linéaire, ou confondu avec lui, le plan couvert par l'ensemble à réseau linéaire correspondant à une droite dans le champ de la caméra.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, destiné à détecter, localiser et afficher le point de passage d'un projectile à travers un plan de mesure, caractérisé en ce qu'il comporte de plus une camera de télévision (38) placée de façon que son axe optique soit sensiblement perpendiculaire au plan observé par les ensembles.

7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la caméra comporte une matrice de détecteurs adressable par ligne et par colonne.

8. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit d'analyse associé à chacun des ensembles comprend un soustracteur (20) dont L entrez moins reçoit la sortie d'une ligne à retard (22) qu'un commutateur (26) permet d'alimenter à partir du réseau linéaire (14), et dont l'entrée plus reçoit la sortie du réseau linéaire par l'intermédiaire d'un correcteur (30).

9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un amplificateur (24) de correction de l inefficacité de transfert de charges est placé entre la ligne à retard et le soustracteur.