FR2619456A1 - Procede et dispositif de determination de la ligne de visee et du facteur d'echelle d'un systeme optique - Google Patents

Abstract

Deux collimateurs 11, 12, pourvus de sources ponctuelles C1, C2, sont disposés pour injecter deux faisceaux 53, 54 symétriques par rapport à la ligne de visée OX, dans l'objectif 6 du système optique. On détermine la position de la ligne de visée en déterminant le milieu O' du segment qui joint les images 11, 12 des sources ponctuelles formées par l'objectif, et le facteur d'échelle en déterminant la longueur de ce segment, l'angle el + e2 des faisceaux étant constant par construction et donc connu. La détermination de la position de la ligne de visée ne dépend pas d'une éventuelle erreur de focalisation. On peut dédoubler chacun des faisceaux pour déterminer le facteur d'échelle après avoir annulé l'erreur de focalisation. L'invention s'applique aux caméras thermiques, par exemple.

Description

La présente invention a tout d'abord pour objet un procédé de

détermination de la position d'une ligne de

visée sur l'image d'un paysage observé à l'aide d'un sys-

tème optique.

Par système optique, on entend ici un système compre-

nant un objectif, pour former une image intermédiaire du

paysage sur une surf ace,par exemple un lan snsiblement erpendi-

culaire à son axe optique, et des mioyens dbbservatin deoette inage inter-

médiaire. Ces moyens d'observation peuvent être un simple oculaire, mais, aussi, par exemple, un dispositif d'imagerie électronique, c'est-à-dire un dispositif agencé pour balayer le plan d'image intermédiaire, qu'on appelle alors plan d'analyse, et pour former une image de ce plan sur l'écran d'un moniteur vidéo. Dans un tel système optique, il est important de connaître la position de la ligne de visée, en vue de son harmonisation avec un axe de référence, par

exemple lié à un système d'armes.

L'invention trouve une application importante bien que non limitative dans les caméras thermiques utilisées pour les applications militaires telles que l'acquisition et la poursuite de cibles, la visée, le tir au canon, le tir de

missiles..., applications pour lesquelles la caméra ther-

mique, et en particulier sa ligne de visée, est étroitement couplée avec le système d'arme. La qualité du système et la précision de tir dépendent directement du bon maintien du parallélisme de la ligne de visée de la caméra avec une ligne de référence propre au système d'armes.De plus, la qualité de cette harmonisation doit se conserver dans l'environnement militaire, et le contr8le de son bon état

doit pouvoir s'opérer fréquemment et de façon simple.

Il existe de nombreuses façons d'assurer cette bonne harmonisation.L'une d'entre elles consisterait à l'obtenir par construction et par calage initial; mais la complexité et les dimensions des dispositifs d'imagerie ne permettent pas, en général, de garantir alors la fixité de la ligne

de visée.

Le plus souvent, on dispose donc devant le système un collimateur, fixe par rapport à la ligne de visée, qui

produit un faisceau à partir duquel on détermine la posi-

tion de cette ligne de visée, la fixité du collimateur, objet simple et de plus petites dimensions, étant beaucoup

plus facile à assurer que celle du dispositif d'imagerie.

Lorsque le collimateur est centré sur la pupille

d'entrée du système optique, l'on observe qu'une défoca-

lisation éventuelle n'introduit pas d'erreur. Cette dispo-

sition présente néanmoins, par ailleurs, des inconvénients importants. Si le collimateur est fixe, il se crée une occultation centrale augmentée latéralement par la monture supportant le collimateur. Cette occultation introduit une baisse du

niveau de lumière pénétrant dans le système et un élargis-

s-ement de la figure de diffraction, réduisant d'autant la qualité de l'image. De plus, si le système est équipé d'un objectif multifocale fonctionnant à ouverture numérique constante, le diamètre de la pupille est plus petit en

courte focale et le collimateur peut alors masquer totale-

ment la pupille, empêchant ainsi la vision du paysage.

Si le collimateur est escamotable, les inconvénients précédents sont évités en escamotant, pendant l'utilisation normale du système, le collimateur, qui n'est mis en place que de façon intermittente, et pour quelques instants, devant la pupille, afin de permettre la mémorisation de la position de la ligne de visée. Cependant, une telle

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disposition présente l'inconvénient de nécessiter un mécanisme d'escamotage qui doit &tre extrêmement précis, et qui sera donc généralement pénalisant sur les plans de

l'encombrement et du coût.

Pour les raisons précédentes, on préfère souvent dis-

poser le collimateur en bordure de la pupille, de façon

fixe, évitant ainsi le risque d'occultation et les inconvé-

nients du mécanisme d'escamotage. Cependant, il se pose

LO alors un autre problème, lié au fait qu'une erreur de foca-

lisation entraîne alors une erreur sur la ligne de visée.

Pour éviter cet inconvénient, on connaît déjà, par le brevet français nO 2 557 314, un procédé de détermination L5 de la position de ligne de visée dans lequel on dispose deux collimateurs en bordure de la pupille, suivant deux

axes orthogonaux perpendiculaires à liaxe optique de ltob-

jectif, confondu avec la ligne de visée, chaque collimateur formant l'image d'une fente radiale, ces deux fentes étant orthogonales, et l'intersection des images de ces fentes représentant la position de la ligne de visée, même en

présence d'une erreur de focalisation.

Ce procédé est relativement bien adapté au cas o le

réticule formé par les images des fentes est présenté direc-

tement, par exemple grâce à un oculaire, à un observateur.

Il est cependant mal adapté au cas o, l'image intermédiaire

étant observée à l'aide d'un dispositif d'imagerie électro-

nique, on couple à ce dispositif d'imagerie un calculateur agencé pour déterminer automatiquement les coordonnées de la position de l'axe optique sur l'image. Or, une telle

automatisation présente évidemment de nombreux avantages.

Par ailleurs, ce procédé connu mettant en oeuvre des collimateurs projetant une fente, les pupilles de ces collimateurs doivent être rectangulaires, ce qui est une forme inhabituelle et donc coûteuse, et les grands c8tés de ces pupilles doivent être perpendiculaires aux fentes,

ce qui complique la mise en place des collimateurs.

La présente invention vise en particulier a pallier

les inconvénients précédents.

A cet effet, elle a pour objet un procédé de détermi-

nation de la position d'une ligne de visée sur l'image d'un

paysage observé à l'aide d'un système optique, ledit sys-

tème optique comprenant un objectif, pour former une image intermédiaire du paysage sur une surface, et des moyens d'observation de ladite image intermédiaire, procédé dans lequel: - on dispose deux collimateurs devant ledit objectif, en bordure de sa pupille, et fixes par rapport à ladite ligne de visée, pour projeter des images des sources lumineuses de chaque collimateur, et, - on détermine ladite position à partir des images des sources lumineuses de chaque collimateur, procédé caractérisé par le fait que: - on prévoit, dans chaque collimateur, au moins une source lumineuse, ponctuelle,

- on dispose les deux sources lumineuses et les deux colli-

mateurs symétriquement par rapport à ladite ligne de visée et, - on détermine la position de la ligne de visée comme étant le milieu du segment qui joint les centres des images

des deux sources lumineuses.

Avec le procédé de l'invention, quelle que soit l'erreur de focalisation, c'est-à-dire, en pratique, quel que soit l'écart entre la surface sur laquelle l'image intermédiaire est observéeetla surface focal de l'objectif, le milieu du

segment qui joint les images des premières sources lumi-

neuses correspond à la position de la ligne de visée. Lors-

que l'erreur de focalisation varie, les images se dépla-

cent, mais le milieu du segment qui les joint reste immo-

bile, confondu avec la ligne de visée.

Dans le procédé de l'invention, les sources lumineuses sont pon:ctuelles, c'est-à-dire, en pratique circulaires et de petit diamètre. L'image de chaque source est donc une tache circulaire dont le traitement par un calculateur associé à un dispositif d'imagerie est simple. De plus, la détermination du milieu du segment qui joint ces taches circulaires est également une opération simple. Ainsi, le

procédé de l'invention est facile à automatiser.

Enfin, la pupille de chaque collimateur est circulaire,

donc d'un type courant, et qui ne nécessite pas d'orienta-

tion particulière dans le collimateur. Les collimateurs

sont donc faciles à réaliser et à régler.

Avantageusement, on prévoit que chaque collimateur pro-

duise au moins un premier faisceau, de façon à ce que les deux premiers faisceaux soient disposés dans un même plan contenant ladite ligne de visée et fassent entre eux un angle non nul, - on détermine la distance entre les centres de deux images projetées par lesdits premiers faisceaux, et, - on calcule, pour au moins un plan contenant la ligne de visée, le quotient entre les projections, sur ce plan, dudit angle et de ladite distance pour obtenir, au moins

dans ce plan, le facteur d'échelle, c'est-à-dire le rap-

port entre l'écart angulaire de deux points du paysage et

leur distance sur ladite image du paysage.

Alors, le procédé de l'invention permet en une unique

opération, et à partir de deux taches images, la détermi-

nation de la position de la ligne de visée, et celle du facteur d'échelle angulaire du système optique, permettant la calibration de l'écartométrie du dispositif d'imagerie. Avantageusement, on prévoit que chaque collimateur produise, de plus, un deuxième faisceau parallèle à ladite ligne de visée, et avant de déterminer la position de la ligne de visée, et avant de caiculer le facteur d'échelle, on déplace la surface focae dudit objectif relativement à ladite surfaced'image intermédiaire jusqu'à ce que lesdites images

projetées par lesdits deuxièmes faisceaux soient confon-

dues, ladite surface d'image intermédiaire coincidant alors

avec ladite surface focale dudit objectif.

L'objectif est alors focalisé à l'infini, ce qui cor-

respond aux conditions idéales, en théorie, pour effectuer

une harmonisation.

La présente invention a également pour objet un dispo-

sitif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention.

Avantageusement, ce dispositif étant agencé pour déter-

miner automatiquement les coordonnées de la position de l'axe optique sur l'image, il est prévu un incrustateur pour superposer, à l'image du paysage, un réticule "synthétique" dont le dessin est indépendant des images projetées par les

collimateurs. Ainsi le dessin de ce réticule peut être opti-

misé. De plus, lorsque la détermination de l'axe de visée et l'harmonisation sont terminées, les collimateurs peuvent être mis hors service, pour éviter de superposer à l'image

du paysage des images parasites gênantes. Enfin la disposi-

tion des deux collimateurs symétriquement par rapport à la ligne de visée permet, dans le cas pratique de collimateurs catadioptriques, une réalisation mécanique plus facile à implanter. La présente invention sera mieux comprise à la lecture

de la description suivante de plusieurs mises en oeuvre du

procédé de l'invention, et de plusieurs formes de réalisa-

tion du dispositif de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels:

O - la figure 1 représente, de façon schématique, un dispo-

sitif de l'art antérieur utilisant un seul collimateur en bordure de pupille, - la figure 2 est une vue partielle en perspective d'une première forme de réalisation du dispositif de l'invention, - la figure 3 est une vue partielle en coupe du dispositif de la figure 2, 0 - la figure 4 est une vue partielle en coupe d'une deuxième forme de réalisation du dispositif de l'invention,

- les figures 5a et 5b représentent des images intermédiai-

res obtenues à l'aide du dispositif de la figure 4, !5 - les figures 6a, 6b, 6c, 6d, et 6e représentent des images intermédiaires obtenues à l'aide du dispositif des figures 2 et 3, 0 - la figure 7 représente un schéma global, par blocs,d'une caméra thermique pourvue du dispositif de l'invention, - les figures 8a, 8b, et 8c représentent des images obtenues sur l'écran du dispositif de la figure 7,

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- les figures 9a, 9b, 9c et 9d représentent des diaphrag-

mes de collimateurs,

- la figure 10 est une vue partielle, en coupe, d'une troi-

sième forme de réalisation du dispositif de l'invention,

- la figure 11 représente une première variante du disposi-

tif de la figure 10,

- la figure 12 représente une deuxième variante du disposi-

tif de la figure 10,

- les figures 13a, 13b et 13c sont des schémas explicatifs-

du fonctionnement du circuit de détermination de l'écarte-

ment des images du dispositif de la figure 7,

- les figures 14a, 14b et 14c représentent les images inter-

médiaires obtenues à l'aide des dispositifs des figures , 11 et 12,

- la figure 15 représente une variante d'une image intermé-

diaire obtenue à l'aide du dispositif des figures 10, 11, et 12, - les figures 16a, 16b et 16c représentent une forme de réalisation particulière des collimateurs des dispositifs des figures 2, 3, et 4,

- les figures 17a, 17b et 17c représentent une forme de réa-

lisation particulière des collimateurs des dispositifs des figures 10, 11 et 12, et,

- la figure 18 représente le miroir plan d'un des collima-

teurs des figures 16, et, - la figure 19 représente les deux miroirs plans d'un des

collimateurs des figures 17.

En référence aux figures, un dispositif de détermina-

tion de la position de la ligne, ou axe, de visée d'une caméra thermique est maintenant décrit. La caméra thermique comprend ici, en référence à la figure 1, un objectif 6, qui forme une image intermédiaire du paysage visé sur le plan d'analyse 7 d'un dispositif d'imagerie thermique non 0 représenté sur la figure 1 dans un souci de simplicité. De façon connue, ce dispositif d'imagerie comprend un dispositif de balayage du plan d'analyse 7, suivi d'un

dispositif de détection de l'intensité du rayonnement infra-

rouge de chaque portion balayée du plan d'analyse 7. Le signal vidéo issu du dispositif de détection permet ici l'observation d'une image thermique du paysage visé sur

l'écran d'un moniteur vidéo.

Le plan d'analyse 7 est perpendiculaire à l'axe optique 0 OX de l'objectif 6. En principe, il coïncide avec le plan

focal 8 de l'objectif 6, mais en pratique, il peut se trou-

ver décalé d'une quantité dx inconnue comme le représente la figure 1. Lorsque le plan d'analyse, ou plan d'image intermédiaire 7 coïncide avec le plan focal 8, on dit que la focalisation est parfaite. Lorsque le plan 7 est décalé

par rapport au plan 8, la focalisation est imparfaite.

Sur la figure 1 l'objectif du système optique est sym-

bolisé par une lentille convergente 6 de centre 0, d'axe

$0 optique OX, et de foyer F dans le plan focal 8.

Sur cette figure a été représenté un dispositif connu de détermination de l'axe de visée, ici confondu avec l'axe

optique OX, mettant en oeuvre un unique collimateur 1.

Le collimateur 1 comprend une source lumineuse C et

une lentille 4. La source lumineuse ponctuelle C est réa-

lisée à l'aide d'une source 2 placée derrière un diaphragme 3 percé en C d'un trou objet, ce trou étant lui-même placé au foyer de la lentille convergente de collimation 4. Le faisceau 5 collimaté, c'est-à-dire formé de rayons

parallèles et produit par le collimateur, a son axe prin-

cipal CH qui pénètre en E en bordure de la pupille de l'objectif 6. L'axe CH est parallèle à l'axe de visée OX du

système optique.

Lorsque la focalisation est parfaite, l'image I de la source lumineuse ponctuelle ou du trou objet C dans le plan focal 8 est confondue avec le point F. Cette image indique

bien la position de l'axe de visée OX sur l'image du paysa-

ge observé, et permet alors une bonne harmonisation avec

l'axe de référence d'un système d'armes, par exemple.

Lorsque la focalisation est imparfaite, l'image est déportée alors en I' et l'on voit que l'axe 0I' n'est plus confondu avec l'axe OX. Ainsi, il se produit une erreur angulaire d'harmonisation da, puisque l'on aura aligné la

ligne de visée du système optique selon un axe de réfé-

rence apparent OX' qui n'est pas parallèle à l'axe de Visée

véritable OX, parallèle à CH.

Pour pallier cet inconvénient, le dispositif selon l'invention représenté sur les figures 2 et 3 comporte deux collimateurs 11 et 12, identiques à celui de la figure 1, qui émettent respectivement deux faisceaux collimatés 51 et 52 qui pénètrent respectivement en E1 et E2 sur le bord de

l'objectif 6 du système.

Le collimateur 11 projète en Il sur le plan d'analyse 7 l'image d'un trou circulaire Ci, et le collimateur 12

projète en I2 dans ce même plan 7 l'image d'un trou circu-

laire C2, le plan d'analyse 7 étant non confondu avec le plan focal 8 puisque le système optique est supposé mal focalisé. Les collimateurs 11 et 12 sont disposés symétriquement par rapport à la ligne de visée OX de façon à ce que les points de pénétration E1 et E2 de leurs rayons principaux

soient diamétralement opposés sur l'objectif 6, c'est-à-

dire que la droite M1M2 joignant El et E2 passe par l'axe principal OX de l'objectif, et que les distances de 0 à E1

et de 0 à E2 soient égales.

Sur les figures 2 et 3, les axes ClEl et C2E2 des faisceaux 51 et 52 de rayons parallèles issus des sources lumineuses ponctuelles C1 et C2 sont parallèles à l'axe 0X, mais dans une autre forme de réalisation du dispositif selon

l'invention, ces deux axes présentent le même écart angu-

laire symétriquement de part et d'autre de cet axe optique

0X, comme ceci sera décrit, en référence à la figure 4.

On remarquera que l'orientation m de la droite M1M2 peut être quelconque par rapport aux directions privilégiées OY et 0Z du système optique ces directions 0Y et 0Z

étant le plus souvent la verticale et l'horizontale terres-

tre, elles-mêmes souvent placées en correspondance avec les directions trame et ligne du sous-ensemble d'analyse ou de

l'écran de visualisation du dispositif d'imagerie.

3o Ainsi produites, l'on remarquera que les images Il et I2 dans'le plan d'analyse 7 définissent un segment de droite

IlI2 dont le milieu O' se trouve sur l'axe optique princi-

pal 0X, c'est-à-dire ici sur la ligne de visée, quelque soit

le défaut de focalisation dx.

Une façon pratique, mais non limitative bien sûr, pour matérialiser la position de l'axe de visée du système optique sur cet axe 00' est de venir placer la croisée d'un réticule mobile sur les coordonnées du point 0' dans le plan de l'écran de visualisation du dispositif d'image- rie, après.quoi l'opérateur devra simplement viser avec

ladite croisée réticulaire.

La vue de la figure 3 est une projection plane du

dessin de la figure 2 dans le plan M1M2 M'lM'2. On y obser-

ve de façon extrêmement claire que le point 1O' milieu de IlI2 reste sur l'axe bX quelque soit les valeurs dxl, dx2

ou dx3 du défaut de focalisation dx.

Sur la figure 4, qui tout comme la figure 3 est une projection plane dans le plan M1M2 M'lM'2, on trouve une autre forme de réalisation du dispositif de l'invention, pour laquelle les deux collimateurs sont disposés de telle

façon que les faisceaux collimatés 53 et 54 fassent respec-

tivement un angle el et e2 avec l'axe OX, ces écarts angu-

laires étant symétriques par rapport à l'axe OX, c'est-à-

dire égaux en valeurs absolues mais de sens opposés.Dans un souci de simplicité, il sera considéré que les rotations el et e2 sont incluses dans le plan M1M2 M'lM'2 bien qu'il suffise en fait que ces deux rotations soient symétriques

par rapport à l'axe OX quelque soient les deux plans paral-

lèles dans lesquels elles s'effectuent, c'est-à-dire que les collimateurs soient disposés symétriquement par rapport

à la ligne de visée OX.

3o Bien str, les axes ClHl et C2H2 restent fixes comme

cela était aussi le cas sur les figures 2 et 3.

Dans ces conditions, on observe sur la figure 4 que le milieu O' du segment I11i2 reste également sur l'axe optique principal OX quelque soit la valeur dxl, dx2 ou dx3 du défaut de focalisation dx, rendant ainsi possible, comme

précédemment, la détermination de la ligne de visée.

Les figures 5 représentent les images projetées par les collimateurs 11 et 12. Cette image peut être observée sur le plan d'analyse 7, mais peut aussi être observée sur l'écran de visualisation du dispositif d'imagerie. Les

figures 5 se réfèrent à la configuration de la figure 4.

Sur la figure 5a, on voit en Il et I2 les images 9 et des trous sources C1 et C2 des collimateurs, ceci dans le cas o la focalisation est parfaite, c'est-à-dire pour dx = O, le plan focal 8 et le plan d'analyse 7 étant donc confondus. On remarquera que les distances de O' à Il et de O' à I2 sont égales, et que la valeur de cette distance dépend directement de la valeur de l'écart angulaire el,

égal en valeur absolueà e2, appliqué aux faisceaux colli-

matés 53 ou 54.

La figure 5b représente l'évolution de la figure 5a lorsqu'apparatt un défaut de focalisation dx négatif, comme l'est dx2 sur la figure 4. On remarquera que les distances de O' à Il et de O' à I2 sont toujours égales; par contre, une erreur est introduite dans la relation liant la valeur

de cette distance à l'écart angulaire el ou e2.

La figure 6 représente également les images projetées

par les collimateurs 11 et 12, mais se réfère à la configu-

ration des figures 2 et 3, pour laquelle les lignes ClHl

et C2H2 sont parallèles à l'axe OX.

Chaque figure 6a, 6b, 6c, 6d et 6e représente en Il la tache image 9 du trou source C1 et en I2 la tache image

10 du trou source C2.

La figure 6a est l'image obtenue pour un défaut de

focalisation tel que dx soit important et négatif. La fi-

gure 6b correspond à un défaut dx faible et négatif. La figure 6c correspond à l'absence de défaut, c'est-à-dire à dx = 0. La figure 6d correspond à un défaut dx faible et positif. Enfin, la figure 6e correspond à un défaut dx

important et positif.

Sur les figures 6 les taches images 9 et 10 apparais-

sent assez grosses et non pas ponctuelles. Ceci reste vrai même si les trous sources C1 et C2 sont de très petit diamètre. En effet, ladiffraction naturelle intervient,

puisque les pupilles des collimateurs doivent nécessaire-

ment rester petites afin de ne pas masquer excessivement la pupille d'entrée de la caméra, ce qui provoquerait une

dégradation de la qualité de l'image.

Toutefois, on note sur les figures 6 que dans tous les cas, le barycentre photométrique de l'image obtenue reste invariant et centré en 0', ceci à la seule condition que les

deux collimateurs émettent des images d'intensités photo-

métriques identiques l'une à l'autre.

Cette invariance est particulièrement utile car les coordonnées de ce barycentre photométrique peuvent être facilement déterminées par un système de calcul automatique

équipé par exemple d'un plan mémoire d'image et d'un micro-

processeur. Ces coordonnées étant obtenues, il sera facile de compléter l'automatisation des opérations, par exemple en positionnant automatiquement la croisée d'un réticule électronique au point correspondant à la position de ce

barycentre sur l'écran de visualisation dudispositif d'imagerie.

La figure 7 représente comment le dispositif selon l'invention peut s'intégrer dans une caméra thermique pourvue d'un réticule électronique et pourvue des moyens

appropriés d'automatisation des opérations d'harmonisation.

On retrouve d'abord sur la figure 7 les deux collima-

teurs 11 et 12 précédemment décrits qui envoient des fais-

ceaux non représentés.

La figure 7 représente également la caméra thermique qui se compose de son objectif 6 suivi d'un dispositif de balayage 13 associé à un dispositif de détection 14 qui délivre un signal vidéo primaire 15 traité par un circuit de traitement du signal 16 qui délivre un signal vidéo

intermédiaire 17, appliqué à une première entrée d'un cir-

cuit d'incrustation 18, qui délivre un dernier signal vidéo, L5 c'est-àdire un signal télévision de sortie 19 appliqué à un moniteur vidéo 20, ce dernier produisant l'image de

sortie sur son écran 21.

La figure 7 représente aussi les éléments particuliers au dispositif de l'invention, qui reçoivent un signal vidéo numérisé 22 disponible sur une sortie numérique du circuit

16 de traitement de signal, et délivrent un signal de réti-

cule 28 à la deuxième entrée du circuit d'incrustation 18.

Ces éléments particuliers comprennent ainsi une mémoire numérique d'image 23, recevant le signal vidéo numérisé 22, cette mémoire 23 étant pourvue d'une sortie de lecture 24 appliquée à l'entrée d'un circuit de calcul 25, agencé pour calculer et délivrer les coordonnées 26 du barycentre de l'image à un générateur 27 de signal de réticule. Celui-ci, un processeur graphique, de type connu, délivre en sortie un signal de réticule 28 appliqué à la deuxième entrée du circuit d'incrustation 18 afin que celuici l'additionne au

signal vidéo intermédiaire 17 pour fournir le signal télé-

vision de sortie 19.

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La figure 7 représente également des blocs 25', 25"

et 45 dont le rôle apparaîtra mieux dans la suite.

Le fonctionnement du dispositif qui vient d'être décrit est le suivant. Pour procéder à. la détermination de la ligne de visée, on s'arrange pour qu'aucune lumière en provenance du paysage ne pénètre dans l'objectif 6, par exemple en obturant le système de façon adéquate, en amont des collimateurs 11

et 12, que l'on met alors en service.

L'image obtenue est analysée par la caméra thermique et inscrite dans la mémoire numérique 23, puis exploitée

par le calculateur 25 qui, lorsque les calculs sont termi-

nés, fournit les coordonnées du barycentre au générateur de signal de réticule 27. Ce dernier, par l'intermédiaire

de l'incrustateur 18, positionne automatiquement la croi-

sée d'un réticule électronique à l'endroit précis de ces

coordonnées barycentriques.

Les figures 8a, 8b et 8c, représentent le déroulement

de ce processus, vu sur l'écran 21 du moniteur de télévision.

Sur la figure 8a on voit les deux taches images 9 et dont le barycentre 29 est en B et le réticule 30 dont la croisée 31 est en R. L'harmonisation doit être effectuée puisque le point R n'est pas confondu avec le point B. Sur la figure 8b le réticule est déplacé de telle façon que sa croisée vienne en R' pour se confondre avec le point B. Sur la figure 8c le réticule 30 reste figé à la même place,

* c'est-à-dire sa croisée 31 en R', tandis que les collima-

teurs sont mis hors service, ce qui a pour effet de faire disparaltre de l'image les taches 9 et 10. On laisse alors passer la lumière en provenance du paysage, et l'opérateur peut viser valablement en alignant les cibles sur la croisée réticulaire 31, et ceci sans être gêné par les

images 9 et 10 des sources d'harmonisation.

Le réticule électronique peut avoir une forme quelcon- que, optimisée pour la fonction à remplir par la caméra

thermique. En particulier, il peut être évidé au centre.

En se référant à nouveau aux figures 4 et 5, et plus particulièrement à la figure 5a, on a noté que la distance de 0' à Il, égale à la distance de 0' à I2 dépend directe-

ment de la valeur de l'écart angulaire el, égal à l'écart angulaire e2, cet écart angulaire étant constant et connu puisque fixé par fabrication. Si l'on cherche à mettre à profit cette propriété pour calibrer le facteur d'échelle du système, c'est-à-dire pour calibrer le rapport constant qu'il y a entre la distance de deux points images dans le

plan d'analyse 7 et l'écart angulaire des deux points ob-

jets correspondants dans le paysage observé, on introduira une erreur de calibrage dès qu'il y aura une erreur de Localisation puisque la distance D séparant Ilet I2 dépend également de la focalisation, comme ceci est montré sur les

figures 5a et 5b.

Lorsque l'erreur ainsi introduite sur le facteur d'échelle est admissible au regard du cahier des charges, on peut utiliser le dispositif tel quel. Pour automatiser l'opération de détermination du facteur d'échelle, il est alors prévu, comme le montre la figure 7, un circuit de calcul 25', relié au circuit de calcul 25, et agencé pour calculer la distance D entre les centres des images Il et I2 des figures 5, ainsi-que le facteur d'échelle K selon la formule:

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o f est l'angle, égal à la somme (el + e2),entre les faisceaux 53 et 54 de la figure 4. Le facteur d'échelle K est disponible sur une sortie 26'. Lorsqu'une erreur sur le facteur d'échelle n'est pas admissible, il est possible de modifier le dispositif pour pouvoir calibrer, sans erreur, ce facteur d'échelle. Le

dispositif correspondant es: décrit maintenant, en référen-

ce, en particulier, aux figures 9 à 15.

La figure 9a représente le dessin du diaphragme 3 d'un des deux collimateurs des figures 1 à 4. Ce diaphragme comporte un trou central unique 32 placé au centre C1 sur l'axe optique et au foyer de ce collimateur. Associé à la disposition de la figure 4, ce diaphragme ne convient pas pour effectuer une exacte calibration du facteur d'échelle

du système optique, comme on vient de le constater.

On considère, alors, le diaphragme 3 de la figure 9b.

On y trouve deux trous 321 et 322 disposés en Cll et C12

symétriquement par rapport au centre Cl.

On introduit maintenant un tel diaphragme dans le dis-

positif de la figure 4 pour obtenir ainsi le dispositif de la figure 10. Pour ne pas surcharger cette figure, seuls

les tracés des rayons principaux y ont été représentés.

Sur cette figure 10 on trouve les trous sources Cll et

C12 du premier collimateur 11 qui produisent respective-

ment les rayons principaux CllEll et C12E12 des faisceaux 51 et 53 qui forment eux-mêmes respectivement les images Ill et I12 dans le plan d'analyse 7. On trouve de même les trous sources C21 et C22 du second collimateur, qui produisent respectivement les rayons principaux C21 E21 et C22 E22 des faisceaux 52 et 54 qui forment eux-mêmes respectivement les images I21 et I22 dans le plan d'analyse

7. Par rapport au dispositif de la figure 4, le bon fonc-

tionnement du dispositif selon l'invention en ce qui concerne la détermination du facteur d'échelle, associée simultanément à la détermination de la position de la ligne de visée, est assuré par une disposition spécifique des

collimateurs et des quatre trous sources. L'ensemble fonc-

O0 tionne, comme cela sera expliqué dans la suite, en associa-

tion avec les moyens de réglage de la focalisation dont dispose généralement le système optique et en association avec les moyens de calcul automatique dans le cas plus

particulier de la caméra thermique actuellement décrite.

Comme le montre la figure 10, le prolongement du rayon C12 E12 du faisceau 53, passe par un point U situé sur l'axe OX, de telle façon que le rayon E12 I12 produise une image I12 dans le plan d'analyse 7, cette image 112 devant O elle-même être incluse dans le champ de vue du dispositif d'imagerie. De même, le prolongement du rayon C22 E22 du faisceau 54 passe par ce même point U, et le rayon E22 I22 produit l'image I22 dans le plan d'analyse 7 également incluse dans le champ de vue du dispositif d'imagerie. On constate ensuite que le rayon Cll Ell du faisceau 51,est parallèle à l'axe optique OX, et par conséquent le rayon Ell Ill passe par le point F, de même le rayon C21 E21 du faisceau 52 est lui-aussi parallèle à l'axe optique OX, et le rayon E21 I21 passe donc aussi par le point F. Comme expliqué précédemment, la mesure de la distance entre les centres des images I12 et I22 n'est pas entachée d'erreur qu'à la condition que le plan d'analyse 7 soit

confondu avec le plan focal 8.

26 19456

On va donc faire en sorte que le système optique puisse retrouver de façon autonome la configuration o le plan d'analyse 7 est confondu avec le plan focal 8. Pour ce faire, le système optique doit comporter des moyens de réglage de la focalisation, c'est-à-dire des moyens pour déplacer apparemment le plan 8 par rapport au plan 7. Ces moyens sont d'une façon générale toujours présents sur les systèmes optiques performants et précis. Du fait que,

comme le montre la figure 10, et aussi d'ailleurs la fi-

gure 6c les taches Ill et I21 sont confondues lorsque la focalisation est parfaite et d'autant plus éloignées que la focalisation est imparfaite, on se servira du critère d'éloignement minimum de ces taches pour asservir le réglage de la focalisation, c'est-à-dire pour régler la position du plan 8 par rapport au plan 7. Par action sur le réglage de focalisation, on déplace donc la position apparente du plan 8 par rapport au plan 7, ce déplacement étant arrêté juste à l'instant o l'on constate que les taches Ill et I21 sont confondues. Une fois cette opération faite, la mesure du facteur d'échelle peut être faite de

façon satisfaisante, sans erreur.

Le réglage de la focalisation peut être effectué par un opérateur humain opérant par action directe sur les moyens de réglage de la focalisation tout en regardant par

observation directe les taches images sur l'écran du dispo-

sitif d'imagerie, comme il le ferait d'ailleurs à l'aide d'un oculaire. Mais cet asservissement du réglage de la

focalisation peut également être automatisé.

3o

Ainsi, sur la figure 7, on constate que la caméra ther-

mique comporte des moyens pour régler la focalisation, c'est-à-dire pour déplacer de façon apparente la position

du plan focal 8 par rapport à la position du plan d'ana-

lyse 7.

Dans la pratique, l'objectif 6 est généralement cons-

titué de plusieurs lentilles, et le réglage de la focali-

sation se fait souvent en translatant selon l'axe OX un groupe de lentilles et non pas toutes les lentilles, ce groupe de lentilles déplaçables étant habituellement placé à l'arrière de l'objectif, c'est-àdire au voisinage du

dispositif de balayage 13.

Dans le souci de ne pas alourdir la description, comme

O l'obJectif a été symbolisé par une lentille convergente unique 6, il a été représenté sur la figure 7 un mécanisme

permettant la translation de la lentille 6 selon TT' paral-

lèle à OX, tandis que le plan d'analyse 7 reste immobile.

Ce mécanisme est constitué, dans cet exemple, d'un action-

neur électromécanique 45 relié à la lentille 6 par une

liaison mécanique 46. L'actionneur 45 comprend, par exem-

ple, un moteur rotatif pas à pas, associé à un réducteur, et à un mécanisme type vis-écrou, ce dernier fournissant à la liaison 46 le mouvement de translation TT'. Evidemment, O entre les sorties basse puissance 26" et le moteur pas à pas est prévu un amplificateur de puissance. Ces divers

éléments ne sont pas représentés, dans un souci de simpli-

cité, car ce mécanisme d'entraînement est d'un type bien

connu de l'homme de métier.

Le mouvement de translation TT' de l'objectif 6 entraî-

ne directement le mouvement de translation tt' du plan focal 8. La position du plan d'analyse 7 est donnée par

construction des dispositifs 13 et 14 et demeure parfaite-

O ment fixe lorsque le plan focal 8 se déplace.

L'actionneur 45 reçoit sur son entrée des signaux de commande 26" qui comprennent en permanence une et une seule des informations suivantes: Avance de la focalisation dans le sens positif - Avance de la focalisation dans le sens négatif

- Arrêt de tout mouvement de focalisation.

Les signaux de commande 26" sont issus d'un circuit de calcul 25", relié à la mémoire numérique d'i.;age 23 et au circuit de calcul 25. Le circuit de calcul 25" est agencé pour déterminer l'écartement R entre les images Ill et I21 de la figure 10, comme cela sera décrit dans

la suite.

Le fonctionnement de l'ensemble est le suivant: les images des taches Ill et I21 sont inscrites dans la mémoire numérique 23 puis exploitées par le circuit de calcul 25" qui est dans cet exemple un microprocesseur associé au logiciel adéquat. Ce microprocesseur détermine donc un premier écartement R = RO, entre les images Ill et I21, et cet écartement RO est mémorisé, dans une mémoire interne au circuit de calcul 25". Le circuit de calcul 25"

commande, par l'actionneur 45, un mouvement AX1 à l'objec-

tif 6 dans le sens positif par exemple. Le circuit de calcul 25" calcule à nouveau l'écartement R et trouve R = R1 il compare R1 et RO, et si R1 est inférieur à RO il commande

un mouvement z2X2 dans le m&me sens que \X1.

Si Rl est supérieur à RO il commande un mouvement AX2

de sens contraire. Après que AX2 ait été effectué, le cir-

cuit de calcul 25" calcule R = R2, compare R2 à Rl et com-

mande un mouvement jX3 adéquat, et ainsi de suite, jusqu'à obtenir la convergence, c'est-à-dire jusqu'à ce que R soit à son minimum, la bonne focalisation étant alors acquise et le calculateur commandant alors A X = O pour arrêter le mouvement de l'objectif 6. Le processus d'asservissement brièvement décrit ci-dessus fonctionne par la méthode bien connue dite des pesées successives. On remarquera simplement qu'une convergence effective et rapide sera obtenue par une loi d'évolution adéquate des valeurs AX1, bX2, AX3.... Le choix d'une telle loi est à la portée

de l'homme de métier.

Une fois la bonne focalisation obtenue, le circuit de calcul 25" commande au circuit de calcul de barycentre 25

le calcul des coordonnées de chaque barycentre I12 et I22.

Ces coordonnées sont délivrées au circuit de calcul 25' o du facteur d'échelle-K qui est alors commandé pour calculer la distance D entre les centres des images I12 et I22 de la figure 10, ainsi que le facteur d'échelle f K = D

o f est l'angle entre les faisceaux 53 et 54 de la figure 10.

En référence aux figures 13, la façon dont le circuit

" détermine l'écartement R est maintenant décrite.

o0

Sur la partie supérieure des figures 13 sont représen-

tés les profils 33 et 34 des taches correspondant aux points images Ill et I21. Ces profils sont ceux des niveaux

de luminance dans le plan d'analyse 7, ou encore les ni-

veaux numérisés dans la mémoire numérique d'image 23, ou bien encore les niveaux vidéo sur le signal télévision de sortie 19. Ces niveaux sont pris selon la droite coupante

M'1M'2 des figures 6,par eremple.Surla figure 13, l'axe verti-

cal de ces profils est appelé NLN pour Niveau de Luminance 0 Numérisé, puisque c'est dans la mémoire numérique d'image 23 que sont inscrites et mémorisées ces informations de luminance sur lesquelles les circuits de calcul 25 et 25" travaillent. La figure 13a correspond aux cas des figures 6a ou 6e, c'est-à-dire aux deux taches disjointes, la figure 13b correspond aux cas des figures 6b ou 6d, c'est-à-dire aux deux taches jointives, enfin la figure 13c correspond au

cas de la figure 6c, c'est-à-dire aux deux taches parfai-

tement confondues. Le circuit 25" de calcul de l'écartement R de Il-1 à I21 fonctionne de la façon suivante: il détermine d'abord le niveau maximum VM des taches 33 et 34 et calcule ensuite le niveau de frontière VF, ce niveau VF étant égal à une fraction du niveau VM, la valeur VF =. 32 environ convenant bien dans la pratique, car on obtient ainsi les fronts des taches les plus raides, donc

la précision la meilleure. Le circuit de calcul 25" effec-

tue ensuite l'opération d'intersection des profils 33 et 34 avec ce niveau VF, pour déterminer les courbes frontières 47 et 48 représentées sur la partie inférieure des figures

13 en projection sur le plan correspondant du plan d'ana-

lyse 7 dans la mémoire d'image 23. Le circuit de calcul

" effectue ensuite une demande auprès du circuit de cal-

cul 25 afin d'obtenir les coordonnées du barycentre 0' des taches 33 et 34, et il positionne la droite M'lM'2 passant par 0', dont l'orientation est une constante fixée par construction. Le circuit de calcul 25" effectue ensuite

l'intersection de la droite M'lM'2 avec les courbes fron-

tières 47 et 48, pour déterminer les coordonnées des 4 pointe L1, L'l, L2 et L'2 de la figure 13a ou des deux points L1, L2 des figures 13b ou 13c. Le circuit de calcul 25" élimine les points L'l et L'2 lorsqu'ils existent, et ne conserve donc que les coordonnées, dans le plan image Y'O'Z', LlY et LiZ du point L1 et les coordonnées L2Y et L2Z du

point L2. Le circuit de calcul 25" calcule ensuite la dis-

tance R séparant L1 de L2 selon la formule:

2619456-

R V(LIY - L2Y)2+ (LlZ - L2Z)2 Comme on le voit sur la figure 13c, R est minimal lorsque les images Ill et I21 sont confondues. Le circuit de calcul 25" se servira donc du critère de minimisation

de l'écartement R pour asservir le mouvement de la foca-

lisation selon le processus de pesées successives décrit plus haut, et obtenir ainsi automatiquement le réglage exact de la focalisation, qui permet lui-même au circuit de calcul 25I de déterminer sans erreur le facteur d'échelle K.

Lorsque l'opération de réglage automatique de la foca-

lisation est effectuée comme décrit ci-dessus, il est par-

ticulièrement intéressant d'effectuer une opération de détermination de la ligne de visée car, puisque les taches 33 et 34 sont alors confondues, on obtient la précision pratique effective maximale pour les raisons suivantes: - élimination des erreurs résiduelles sur le calcul du barycentre lorsque les images Ill et I21 sont éloignées,

- élimination des erreurs induites par une éventuelle dif-

férence de luminosité des images Ill et 121, - élimination d'autres erreurs résiduelles car l'objectif 6 est alors focalisé à l'infini, ce qui, par ailleurs,

correspond aux conditions théoriques idéales pour effec-

tuer une harmonisation.

Des variantes du dispositif de la figure 10, dont le fonctionnement vient d'être précisé sont maintenant décrites

en référence aux figures 9c, 9d, 11 et 12.

Sur les figures 9b et 10 les positions Cll et C12 sont représentées symétriques par rapport au foyer C1 du

premier collimateur, et les positions C21 et C22 sont re-

présentées symétriques par rapport au foyer C2 du second collimateur. Cette disposition symétrique des trous n'est pas un impératif, et le dispositif peut aussi fonctionner avec des trous tels que représentés sur les figures 9c ou 9d. Dans tous les cas de figure, il faut simplement que les rayons CllEll et C21E21 soient parallèles à l'axe optique OX et il faut également que les images I12 et I22

soient incluses dans le champ de vue du dispositif d'ima-

gerie. Il est également possible que les positions des trous C12 et C22 ne soient pas symétriques par rapport à l'axe OX pourvu que leurs positions soient fixes et bien connueafin de pouvoir servir de référence angulaire pour la mesure du facteur d'échelle. Néanmoins, la disposition

totalement symétrique telle que représentée sur les fi-

gures 9b et 10 permet de réaliser plus facilement chaque collimateur puisque pour une distance Cll à C12 donnée c'est dans la configuration symétrique que l'écart de C1 à Cll ou de C1 à C12 est à son minimum, c'est-à-dire que la largeur du champ d'émission du collimateur est aussi à son minimum, ce qui facilite sa réalisation pratique et minimise

les déformations en moyenne des taches Ill et I12. Cepen-

dant, on notera qu'au cas o l'on voudrait minimiser les déformations des taches centrales Ill et I21, ceci dans le but de donner le maximum de précision à la détermination de la ligne de visée, on pourra alors avoir recours à la

disposition de la figure 9d, le tracé des rayons étant re-

présenté sur la figure 11. Dans le cas de cette figure 11, les points Cll et C1 sont donc confondus, ainsi que les points C21 et C2, et par voie de conséquence, puisque les rayons CllEll et C21E21 restent tous deux parallèles à

l'axe OX, les collimateurs ne sont plus inclinés, c'est-à-

dire que les angles el et e2 sont nuls, retrouvant ainsi la

disposition des figures 2 et 3. Enfin une troisième dispo-

sition est représentée sur la figure 12. Cette disposition est intéressante, comme on le verra dans la suite, mais n'est applicable, dans la pratique, qu'aux dispositifs d'imagerie dont le champ de vue est grand au regard de l'écartement E12E22, car il faut bien sûr que les points I12 et I22 soient toujours inclus dans le champ de vue du dispositif d'imagerie, c'est-à-dire dans la partie utile du plan d'analyse 7, partie matériellement exploitée par

le dispositif d'imagerie.

La disposition de la figure 12 est en fait un cas particulier de la disposition de la figure 10, pour laquelle le point U est confondu avec le point F', appelé foyer objet, et qui est le symétrique du point F par rapport au centre de l'objectif 6. En conséquence les rayons E12112

et E22122 sont tous deux parallèles à l'axe optique prin-

cipal OX. Alors, quelque soit le défaut de focalisation dx, la distance entre I12 et I22 ne varie pas, et donc la calibration du facteur d'échelle K ne dépend pas de la qualité de la focalisation. Pour cette variante particulière,

l'asservissement de la focalisation n'est donc pas néces-

saire, ce qui représente une réelle simplification.

Cependant, il faut noter à nouveau que puisque les points I12 et I22 doivent toujours être dans le champ de vue dudispositif d'imagerie, la disposition particulière de la figure 12 ne convient qu'aux dispositifs d'imagerie dont l'écartement E12E22 est petit par rapport au champ de vue,

c'est-à-dire aux systèmes peu ouverts optiquement.

Par ailleurs, en ce qui concerne les collimateurs, l'écartement CllC12, ou C21C22, est grand, ce qui conduit

à un collimateur à grand champ d'émission, difficile à réa-

liser dans la pratique.

On présentera néanmoins dans la suite une forme de réalisation des collimateurs permettant de pallier cet inconvénient. En référence maintenant aux figures 14 et 15, sont

décrites les différentes images susceptibles d'Ézre obte-

nues dans le plan d'analyse 7, d'axes O'Y' et O'Z'.

Sur la figure 14a est représentée l'image pour un défaut de focalisation nul. La tache 33 issue de la source Cll et la tache 34 issue de la source C21 sont confondues et centrées sur l'axe optique principal OX, c'est-àdire que les points Ill, I21 et O' sont confondus. La tache 35 issue de C12 et la tache 36 issue de C22 sont séparées par une distance D. Sur la figure 14b est représentée l'image obtenue pour un défaut de focalisation, dans le cas des dispositions des

figures 10 et 11.

La tache 33 est centrée en Ill et la tache 34 est cen-

trée en I21. Le milieu du segment IllI21 est confondu avec le point O' sur l'axe OX, ce qui permet la détermination de la ligne de visée, comme précédemment décrit. Par contre, on constate que les points I12 et I22 se sont déplacés et donc que leur distance, D' sur la figure 14b, a varié et n'est plus égale à la distance correcte D. Sur la figure 14b, la distance D' est représentée supérieure à la distance

D, ce qui correspond au dx négatif des figures 10 ou 11.

3o La figure 14c se réfère à la disposition de la figure 12. On y voit l'image pour le même défaut de focalisation dx négatif. La différence par rapport à la figurel14b est que les points I12 et I22 sont à la même place que dans le cas de la figure l4a, c'est-à-dire que le défaut de

2 6 1 9 4 5 6

focalisation ne les a pas fait se déplacer, et donc la

distance D séparant 112 de 122 n'a pas varié.

Lorsque la distance D séparant I12 de I22 est correc-

te, soit que l'asservissement de la focalisation ait placé le système optique dans la configuration correspondant

à la figure 14a, soit que l'on se trouve dans le cas parti-

culier de la figure 14c, on mesure la distance D et on f calcule le quotient K =,- qui représente donc le facteur d'échelle, l'angle f, constant et déterminé par construction,

étant représenté sur les figures 10, Il et 12.

La figure 15 reprend le dessin de la figure 14a mais l'orientation m de la droite M'11'2 a été repérée, ainsi que les coordonnées des points I12 et I22 selon les axes 0'Y' et O'Z' dans le plan d'analyse 7, soient Y12 et Z12

pour le point I12 et Y22 et Z22 pour le point I22.

Il avait été précisé auparavant que l'orientation m

pouvait être quelconque par rapport aux directions privilé-

giées OY et OZ, ou à leurs images 0'Y' et O'Z', du dispo-

sitif d'imagerie.

Dans le cas présent de la caméra thermique, l'axe 0'Y' est la direction du balayage selon la trame de la caméra et l'axe O'Z' la direction du balayage selon les lignes. Le plus souvent ces balayages sont optomécaniques, c'est-à-dire qu'ils sont assurés par des dispositifs mettant

en jeu des pièces optiques mobiles qui permettent le balaya-

ge du champ de vue par le détecteur. Il n'est pas exclu que ces dispositifs de balayages ligne et trame voient leurs grandissements optique respectifs évoluer séparément. Alors, f on ne pourra se contenter d'un facteur d'échelle K = unique, mais il faudra exploiter deux facteurs d'échelles différents selon les axes O'Y' et O'Z', ces facteurs étant désignés ici par KY et KZ. Le facteur KY sera applicable aux distances mesurées selon l'axe O'Y' et le facteur KZ

sera applicables aux distances mesurées selon l'axe O'Z'.

Sur la figure 15, il est clair que outre la distance D séparant'I12 de I22 qui est valide, la distance DY projection de D sur l'axe 0'Y' et la distance DZ projection

de D sur l'axe O'Z' restent également constantes. L'orien-

tation m, ayant été fixée par construction, est une cons-

tante, et définit par projection de l'angle f sur les plans XO'Y' et XO'Z' deux écarts angulaires fY et fZ également constants. On peut donc aisément calculer chaque facteur d'échelle, soient: fy f KY et KZ= fZ

DY DZ

avec DY = IY12 - Y221 et DZ = IZ12 -.Z22[

Parmi l'ensemble des valeurs possibles pour l'orienta-

tion m, on remarquera que lorsque M'lM'2 est confondu avec O'Y' on ne peut pas calculer le facteur KZ puisque dans ce cas Z12 et Z22 sont nuls; de même, lorsque M'lM'2 est confondu avec O0Z' on ne peut pas calculer le facteur KY car c'est Y12 et Y22 qui sont alors nuls. Pour toutes les autres valeurs de l'orientation, on peut théoriquement calculer à la fois KY et KZ mais on notera que la précision globale est la meilleure lorsque la direction M'lM'2 est inclinée à 45 degrés environ par rapport aux axes 0'Y' et 0'Z', comme représenté sur la figure 15. C'est donc cette disposition qui, dans la pratique, sera effectivement utilis D'une façon générale, m étant l'angle formé entre les droites 0'M'l et 0'Y', et f étant l'angle formé entre les rayons C12E12 et C22E22, on a les expressions de fy et fZ ci-dessous: fY = f. Cos m fZ = f. Sin m D'o l'on tire les expressions de KY et KZ: KY = f. Cos m

IY12 - Y22J

KZ= f. Sin m

IZ12 - Z221

Dans le cas particulier o m vaut 45 degrés exacte-

ment, nous aurons, de façon évidente: f

KY =

. IY12 - Y22

KZ = f

'F. IZ12 - Z22 1

Cette variante particulière du dispositif o l'orienta-

tion m vaut 45 degrés dans la disposition des figures 10,

11 et 12 permet d'effectuer simultanément les trois opéra-

tions suivantes: détermination de la ligne de visée; calibration du facteur d'échelle selon l'axe OY, et

calibration du facteur d'échelle selon l'axe OZ.

En référence aux figures 16 à 19, sont décrites mainte-

nant plusieurs formes de réalisation des collimateurs 11 et 12, particulièrement avantageuses au point de vue coût, car ces collimateurs sont catadioptriques, et au point de vue compacité, car ces collimateurs sont repliés et placés

côte à c8te de façon symétrique.

La figure 16a représente le système vu de face, en regardant l'objectif 6 du système optique. La figure

16b représente le premier collimateur, vu en coupe trans-

versale selon l'axe AA'. La figure 16c représente de même le second collimateur, vu en coupe selon l'axe BB'. Le premier collimateur est disposé suivant l'axe AA' et comporte une source lumineuse ponctuelle 37 placée à la périphérie de l'objectif 6, et comprenant elle-même une source placée derrière un diaphragme 3, ce dernier étant placé au foyer d'un miroir oncave,par eemple shérique,placé

del'autrecôté de la pupille à la périphérie de l'objectif 6.

Grâce à une légère inclinaison, ce miroir 38 renvoie le faisceau vers un miroir plan 39 placé à c8té de la source 37 et débordant sur la pupille de l'objectif 6. Ce miroir

39 est incliné ce qui permet d'injecter le faisceau colli-

maté 51 dans l'objectif 6 et sur le bord El de celui-ci.

L'inclinaison el du faisceau 51 par rapport à l'axe OX,

inclinaison dont on a vu précédemment l'utilité, est facile-

ment réglée à la valeur voulue par action sur l'inclinaison

du miroir plan 39.

Le second collimateur est identique au précédent. Il est disposé selon l'axe BB' et de façon à être parfaitement

symétrique du premier collimateur par rapport à l'axe OX.

Il comporte une source 41, un miroir concave 42 et un miroir plan 43. Le faisceau collimaté de sortie 52 éclaire en E2 l'objectif 6 et l'inclinaison du faisceau 52 se règle

de même par action sur l'inclinaison du miroir plan 43.

On remarquera que les positions El et E2 des pupilles des collimateurs éclairant l'objectif 6 du système sont

bien symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe OX.

L'ensemble des composants 37, 39 et 42 est fixé sur une monture unique 40. De même, l'ensemble des composants 38,

41 et 43 est également fixé sur-une monture unique 44.

Les faisceaux 51 et 52 sont bien représentatifs de la ligne de visée, dès lors que l'on prend soin d'assurer la

fixité des montures 40 et 44 par rapport aux axes de réfé-

rence du système d'armes, toutes les autres règles de l'art étant bien sûr respectées lors de la fabrication des collimateurs.. Sur les figures 10, 1l1 et 12, les quatre images Ill, I12, I21 et I22 sont obtenues à partir de deux collimateurs disposant chacun de deux trous sources. Ces collimateurs peuvent être les collimateurs de la figure 16 dans lesquels

chaque diaphragme 3 est conforme au diaphragme 3 des fi-

gures 9b, 9c ou 9d. On pourrait obtenir un résultat abso-

lument équivalent à partir de quatre collimateurs disposant chacun d'unseul trou source, pourvu que dans ce cas les rayons principaux CtlEl, C12E12, C21E21, et C22E22 sortant respectivement de chacun des quatre collimateurs soient

conformes aux dispositions de ces figures.

D'une façon générale, une telle disposition employant

quatre collimateurs a pour avantage principal le fait qu'el-

le permet de s'affranchir des problèmes liés à la largeur

du champ d'émission des collimateurs, et ceci principale-

ment dans le cas de la disposition de la figure 12.

En se référant aux figures 17, est maintenant décrite une autre disposition pratique, pour engendrer les quatre

faisceaux collimatés 51, 52, 53 et 54 et qui est applica-

ble lorsque la largeur du champ d'émission des collima-

teurs pose un problème pratique, et donc en particulier

dans le cas de la figure 12.

La disposition des figures 17 s'appuie sur les mêmes principes généraux que la disposition des figures 16. Ce qui est particulièrement intéressant dans cette disposition

est qu'elle ne met en.oeuvre, en fait, que deux collima-

teurs munis chacun d'un seul trou source, donc deux fais-

ceaux collimatés initiaux, les quatre faisceaux nécessaires étant obtenus en divisant chaque faisceau initial en deux parties grâce à deux miroirs plans, les directions de chacune de ces deux parties étant rendues différentes grâce

à l'orientation différente de chaque miroir plan.

Sur les figures 17 on constate que les éléments cons-

titutifs sont inchangés par rapport aux figures 16, excep-

tés les deux miroirs plans 39 et 43 qui sont chacun dédou-

blés, donnant ainsi les quatre miroirs plans 391, 392,

431, et 432. On rappelle que les diaphragmes des collima-

teurs sont pourvus, sur les figures 17, chacun d'un seul

* trou centré, selon le schéma de la figure 9a.

Le miroir plan 391 injecte le faisceau 51 selon la direction CllEll, le miroir plan 392 injecte le faisceau 53 selon la direction C12E12; le miroir plan 431 injecte le faisceau 52 selon la direction C21E21, enfin le miroir plan

432 injecte le faisceau 54 selon la direction C22E22.

Les orientations correctes de ces quatre faisceaux sont facilement réglées aux valeurs voulues par action sur les différentes inclinaisons des miroirs plans 391, 392, 431 et 432. Les figures 18 et 19 représentent respectivement, vus en perspective, le miroir plan 39 des figures 16, et les deux miroirs plans 391 et 392 des figures 17. Sur la figure 18 le miroir plan 39 a la forme d'un prisme dont la face réfléchissante 49 est métallisée. Sur la figure 19 les miroirs plans 391 et 392 sont obtenus en divisant le prisme de la figure 18 en deux parties, formant ainsi les prismes 391 et 392, les faces réfléchissantes 491 et 492, toujours métallisées, ayant des inclinaisons différentes afin que les inclinaisons des faisceaux réfléchis aient les valeurs voulues. Les faces réfléchissantes 491 et 492 sont toutes deux éclairées par le faisceau issu du miroir concave 38, et divisent ce faisceau en deux parties approximativement égales. Comme cela est évident, les miroirs 391 et 431 sont symétriques par rapport à l'axe OX, ainsi que les miroirs

392 et 432.

Naturellement, les circuits de calcul 25, 25' et 25" qui apparaissent séparés sur la figure 7 pourront être en pratique regroupés dans un unique microprocesseur dont la

programmation, à partir des informations qui ont été don-

nées précédemment, est à la portée d'un homme de métier.

Dans la description précédente, on a supposé que la

surface d'imaoe intermédiaire, ainsi que la surface focale,

étaient des plans. Ceci n'est naturellement pas obligatoi-

re, et le procédé reste applicable dans le cas o ces sur-

faces ne sont pas planes, et ont une forme de calotte sphé-

rique, par exemple, ou toute autre forme adaptée à l'objec-

tif et au dispositif d'imagerie.

De même, dans la description précédente, on a supposé

que la ligne de visée était parallèle à l'axe optique de

l'objectif. Cette disposition est évidemment la plus fré-

quente, mais on notera que le procédé de l'invention est

applicable même lorsque la ligne de visée n'est pas paral-

lèle à l'axe optique, à condition, naturellement, que les deux collimateurs restent bien symétriques par rapport à cette ligne de visée, et-au moins si l'angle entre cette

ligne de visée et l'axe optique n'est pas trop grand.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux caméras thermiques. En effet, il est bien connu que pour ces dernières le plan de focalisation, donc la

mise au point, et la distance focale, donc le facteur d'é-

chelle, varient considérablement en fonction de la tempé-

rature. Parmi ces caméras thermiques, le dispositif selon

l'invention est encore plus particulièrement adapté à cel-

les dont il est demandé d'effectuer automatiquement les opérations d'harmonisation ou de calibration du facteur d'échelle.

Bien que particulièrement adapté aux caméras thermi-

ques, le dispositif selon l'invention est évidemment appli-

cable à tout système optique, et quelle que soit la lon-

gueur d'onde de la lumière analysée par le système.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1 - Procédé de détermination de la position d'une ligne de visée sur l'image d'un paysage observé à l'aide d'un système optique, ledit système optique comprenant

un objectif, pour former une image intermédiaire du pay-

sage sur une surface, et des moyens d'observations de la-

dite image intermédiaire, procédé dans lequel: - on dispose deux collimateurs devant ledit objectif, en bordure de sa pupille, et fixes par rapport à ladite ligne de visée, pour projeter des images des sources lumineuses de chaque collimateur, et, - on détermine ladite position à partir des images des sources lumineuses de chaque collimateur, procédé caractérisé par le fait que: - on prévoit, dans chaque collimateur (11, 12), au moins

une source lumineuse (Cl, C2; Cll, C21; C12, C22) ponc-

tuelle,

- on dispose les deux sources lumineuses et les deux colli-

mateurs symétriqueme-n par rapport à ladite ligne de visée (OX), et, - on détermine la position de la ligne de visée comme étant le milieu (0') du segment qui joint les centres des images

(9, 10; 33, 34) des deux sources lumineuses.

2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel on

prévoit que chaque collimateur (11, 12) produise un fais-

ceau (51, 52) parallèle à ladite ligne de visée (OX).

3 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel: - on prévoit que chaque collimateur (11, 12) produise au moins un premier faisceau (53, 54) , de façon à ce que les deux premiers faisceaux soient-disposés dans un même plan contenant ladite ligne de visée (OX) et fassent entre eux un angle (f) non nul, - on détermine la distance (D) entre les centres de deux images (9, 10; 35, 36) projetées par lesdits premiers faisceaux (53, 54), et, - on calcule, pour au moins un plan contenant la ligne de visée, le quotient entre les projections, sur ce plan, dudit angle (f) et de ladite distance (D) pour obtenir, au moins dans ce plan, le facteur d'échelle (K; KY, KZ) c'est-à-dire le rapport entre l'écart angulaire de deux points du paysage et leur distance sur ladite image du paysage. 4 - Procédé selon la revendication 3, dans lequel, lesdits moyens d'observation comprenant des moyens de balaya ge (13)de la surface d'image intermédiaire (7), selon des lignes de balayage, - on dispose les deux collimateurs (11, 12) de telle façon

que le plan des premiers faisceaux fasse un angle de sen-

siblement 450 avec lesdites lignes de balayage, et, - on calcule un premier facteur d'échelle (KZ) pour un plan parallèle auxdites lignes de balayage et un deuxième

facteur d'échelle (KY) pour un plan perpendiculaire aux-

dites lignes de balayage.

5 - Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4,

dans lequel: - on prévoit que chaque collimateur (11, 12) produise, de plus, un deuxième faisceau (51, 52) parallèle à ladite ligne de visée (OX) , et, - on détermine la position (O') de ladite ligne de visée

(OX) à partir de deux images (33, 34) projetées par les-

dits deuxièmes faisceaux (51, 52).

6.- Procédé selon la revendication 5, dans lequel avant de déterminer la position de la ligne de visée, et

avant de calculer le facteur d'échelle, on déplace la sur-

face focale (8) audit objectif (6) relativement à ladite surface d'image intermédiaire (7) jusqu'à ce que lesdites images (33, 34) projetées par lesdits deuxièmes faisceaux

(51, 52) soient confondues, ladite surface d'image inter-

médiaire (7) coïncidant alors avec ladite surface focale (8)

dudit objectif (6).

7.- Dispositif, pour la mise en oeuvre du procédé se-

lon la revendication 1, de détermination de la position de la ligne de visée sur l'image d'un paysage observé à l'aide d'un système optique, ledit système optique comprenant un objectif, pour former une image intermédiaire du paysage

sur une surfaceet dés moyens d'observation de ladite ima-

ge intermédiaire, dispositif comprenant deux collimateurs disposés devant ledit objectif, en bordure de sa pupille,

fixes par rapport à ladite ligne de visée, et qui projet-

tent des images de leurs sources lumineuses permettant la détermination de ladite position, dispositif caractérisé par le fait que: - chaque collimateur (11, 12) comprend au moins une source lumineuse (C1, C2; Cll, C21; C12, C22) ponctuelle, - les deux sources lumineuses et les deux collimateurs sont disposés symétriquement par rapport à ladite ligne de visée (OX), et, - il est prévu, en outre, des moyens (13-16, 22-25) de détermination du milieu (0') du segment qui joint les

centres des images (9, 10; 33, 34) des deux sources lumi-

neuses, comme étant la position de la ligne de visée.

8 - Dispositif selon la revendication 7, dans lequel chaque collimateur (11, 12) est agencé pour produire un

faisceau (51, 52) parallèle à ladite ligne de visée (OX).

9 - Dispositif selon la revendication 7, dans lequel: - chaque collimateur (11, 12) est agencé pour produire au moins un premier faisceau (53, 54), de façon à ce que les déux premiers faisceaux soient disposés dans un même plan contenant ladite ligne de visée (OX) et faisant entre eux un angle (f) non nul, et,

- il est prévu, en outre, des moyens (13-26, 22-25) de déter-

mination des coordonnées du centre de l'image (35, 36) projetée par chaque dit premier faisceau, et des moyens (25') de calcul de la distance (D) entre ces deux centres ainsi que, pour au moins un plan contenant la ligne de visée, du quotient entre les projections, sur ce plan, dudit angle (f) et de ladite distance (D) pour obtenir, au moins dans ce plan, le facteur d'échelle (K; KY, KZ), c'est-à-dire le rapport entre l'écart angulaire de deux points du paysage et leur distance sur ladite image du paysage. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel,

lesdits moyens d'observation comprenant des moyens de balayae-

ge (13) de la surface d'image intermédiaire (7), selon des lignes de balayage, - les deux collimateurs (11, 12) sont disposés de telle façon que le plan des premiers faisceaux fasse un angle de sensiblement 45 avec lesdites lignes de balayage, et, - lesdits moyens de calcul (25') de la distance (D) et du facteur d'échelle, calculent un premier facteur d'échelle (KZ) pour un plan parallèle auxdites lignes de balayage

et un deuxième facteur d'échelle (KY) pour un plan perpen-

diculaire auxdites lignes de balayage.

11 - Dispositif selon l'une des revendications 9 ou 10,

dans lequel - chaque collimateur (il, 12) est agencé pour produire au moins un deuxième faisceau (51, 52) parallèle à ladite ligne de visée (OX) , et, - lesdits moyens (13-16, 22-25) de détermination dudit milieu sont agencés pour déterminer le milieu du segment qui joint les centres des images (33, 34) projetées par

les deuxièmes faisceaux (51, 52).

12 - Dispositif selon la revendication 9, dans lequel il est prévu

- des moyens (13-16, 22-24, 25") de détermination de l'técar-

tement (R) des images (33, 34) projetées par-les deuxièmes faisceaux (51, 52), - des moyens (45, 46) de déplacement de la surface focale (8) dudit

objectif (6) relativemnentà ladite surfaoe d'imnage intermé-

diaire (7), commandés par lesdits moyens de détermina-

tion de l'écartement (R) jusqu'à ce que lesdites images soient confondues, et, - des moyens (25") pour commander, alors, lesdits moyens (13-16, 2225) de détermination dudit milieu, et lesdits moyens de calcul (25') de la distance (D) et du facteur

d'échelle (K, KY, KZ).

13 - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 12

dans lequel lesdits moyens de détermination dudit milieu comprennent:

- un dispositif de balayage (13)de ladite surfaoe d'nmae inter-

médiaire (7), suivi d'un circuit de détection (14), agencé pour délivrer un premier signal vidéo (15),'

- un circuit de traitement de signal (16) recevant le pre-

mier signal vidéo (15) et agencé,pour délivrer un signal vidéo numérisé (22), - une mémoire numérique d'image (23), recevant le signal vidéo numérisé (22),

- un circuit de calcul (25), relié à ladite mémoire numéri-

que d'image (23), et agencé pour calculer les coordonnées des barycentres photométriques des images (9, 10; 33, 34) et les coordonnées du milieu (0t) du segment qui joint

ces barycentres.

14 - Dispositif selon la revendication 13, dans lequel les deux sources lumineuses (Cl, C2; Cl, C21; C12, C22) et les deux collimateurs (11, 12) sont agencés pour que l'intensité photométrique d'une image (9, 33) soit égale à l'intensité photométrique de l'autre image (10,

34), et ledit circuit de calcul (25) est agencé pour cal-

culer les coordonnées du barycentre photométrique (B) de l'ensemble de ces deux images (9, 10; 33, 34), qui est alors le milieu (0') du segment qui joint ces deux images.

- Dispositif selon l'une des revendications 9 à 14,

dans lequel lesdits moyens de détermination des coordonnées du centre de l'image (35, 36) comprennent:

- un dispositif de balayage (13)de ladite surface d'mage inter-

médiaire (7), suivi d'un circuit de détection (14), agencé pour délivrer un premier signal vidéo (15),

- un circuit de traitement de signal (16) recevant le pre-

mier signal vidéo et agencé pour délivrer un signal vidéo numérisé (22), une mémoire numérique d'image (23) recevant le signal vidéo numérisé (22) ,

- un circuit de calcul (25), relié à ladite mémoire numéri-

que d'image (23) et agencé pour calculer les coordonnées

des barycentres photométriques des images (35, 36).

16 - Dispositif selon l'une des revendications 13 à 15,

dans lequel il est prévu, en outre, - un générateur (27) d'un signal de réticule, recevant un signal (26) représentatif des coordonnées du milieu du segment qui joint les images, en provenance dudit circuit de calcul (25), - un circuit d'incrustation (18) recevant un deuxième signal vidéo (17) en provenance du circuit de traitement de signal (16), et le signal (28) de réticule en provenance du générateur (27) de signal de réticule, et, - un moniteur vidéo (20), recevant un troisième signal vidéo (19) en provenance du circuit d'incrustation (18), et qui permet l'observation de l'image du paysage sur laquelle un réticule (30) a été incrusté pour indiquer

la position de l'axe de visée (OX).

17 - Dispositif selon l'une des revendications 7 à 16,

dans lequel chaque collimateur comprend: - une source lumineuse (37, 41) disposée au voisinage de la périphérie de l'objectif (6), -un miroir concave (38, 42), disposé au voisinage de la périphérie de l'objectif (6), et dont le foyer coincide avec ladite source lumineuse, - au moins un miroir plan (39, 43) débordant sur la pupille dudit objectif (6), pour injecter dans ledit objectif (6) au moins un faisceau de rayons parallèles produits par

ladite source lumineuse (37, 41) et ledit miroir con-

cave (38, 42).

18 - Dispositif selon la revendication 17, dans lequel deux montures (40, 44) supportent chacune la source lumineuse

(37, 41) et le miroir plan (39, 43) de l'un des deux colli-

mateurs, ainsi que le miroir concave. (42, 38) de l'autre

collimateur.

19 e Dispositif selon l'une des revendications 17 ou 18,

dans lequel chaque collimateur (11, 12) comprend deux miroirs

plans (392, 391, 432, 431) qui injectent ledit premier fais-

ceau et ledit deuxième faisceau (51, 52), respectivement.