FR2643159A1 - METHOD FOR HARMONIZING OPTICAL AXES OF OPTOELECTRONIC DETECTORS, IN PARTICULAR THERMAL IMAGING APPARATUSES - Google Patents

METHOD FOR HARMONIZING OPTICAL AXES OF OPTOELECTRONIC DETECTORS, IN PARTICULAR THERMAL IMAGING APPARATUSES Download PDF

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Procédé d'harmonisation des axes optiques de détecteurs opto-électroniques, suivant lequel un dessin de contrôle composé d'une ou de plusieurs marques de forme typique est produit par une source de rayonnement 1 sur l'axe optique du détecteur 3 ou à une certaine distance dudit axe et le signal de sortie du détecteur 3 est fourni à un calculateur 4 qui effectue la corrélation des marques avec un dessin correspondant mémorisé et détermine le coefficient de corrélation ainsi que la position des marques dans l'image du détecteur 3. Application notamment aux appareils d'imagerie thermique.A method of harmonizing the optical axes of opto-electronic detectors, according to which a control pattern composed of one or more marks of typical shape is produced by a source of radiation 1 on the optical axis of the detector 3 or at a certain distance from said axis and the output signal from detector 3 is supplied to a computer 4 which correlates the marks with a corresponding memorized drawing and determines the correlation coefficient as well as the position of the marks in the image of detector 3. Application in particular thermal imaging devices.

Description

Procédé d'harmonisation d'axes.Axis harmonization process

La présente invention concerne un procédé  The present invention relates to a method for

d'harmonisation des axes optiques de détecteurs opto-  harmonization of optical axes of optical detectors

électroniques, par exemple d'appareils d'imagerie thermique, à l'aide de marques de contr8le qui sont produites par des sources de rayonnement dans des  such as thermal imaging devices, using control markers that are produced by radiation sources in

collimateurs.collimators.

Dans l'art antérieur, des marques de contr8le sont produites dans des viseurs par des sources de rayonnement dans des collimateurs afin d'harmoniser les axes de détecteurs opto-électroniques, des réticules étant souvent utilisés pour une harmonisation manuelle, tandis que dans les procédés automatiques des marques en forme de disque sont  In the prior art, control marks are produced in viewers by radiation sources in collimators in order to harmonize the axes of optoelectronic detectors, reticles being often used for manual harmonization, whereas in processes automatic disk-shaped marks are

représentées sur l'axe optique.represented on the optical axis.

Du fait des pertes inévitables dans les trajectoires de réflexion entre le collimateur et le détecteur, les marques ou dessins de contr8le apparaissent avec une clarté relativement réduite en particulier dans des appareils d'imagerie thermique pour une différence de température équivalente par rapport à  Due to the unavoidable losses in reflection paths between the collimator and the detector, the control marks or patterns appear with relatively little clarity especially in thermal imaging apparatuses for an equivalent temperature difference with respect to

l'arrière-plan ou à l'image du viseur.  the background or the image of the viewfinder.

Il a déjà été proposé d'obtenir une amélioration des conditions dans des appareils d'imagerie thermique par une élévation de la température de la source mais -2- cette amélioration n'était que faible, étant donné 1 que dans la gamme comprise entre 8 et 12 pm, la puissance de rayonnement n'augmente approximativement que. T et la température de fusion ou la température d'oxydation des matériaux chauffés utilisés comme source limite l'augmentation de T. Il s'ensuit que dans l'art antérieur, un appareil d'imagerie thermique ne peut pas être sollicité par un rayonnement de scène lors de l'opération d'harmonisation, afin que le dessin de contr8le et des objets chauds ne fondent pas dans l'image de scène et n'influencent ainsi pas de manière  It has already been proposed to improve conditions in thermal imaging apparatus by raising the temperature of the source, but this improvement was only slight, given that in the range of 8 and 12 pm, the radiation power only increases approximately. T and the melting temperature or the oxidation temperature of the heated materials used as a source limits the increase in T. It follows that in the prior art, a thermal imaging apparatus can not be solicited by radiation. during the harmonization operation, so that the control pattern and hot objects do not melt into the scene image and thus do not influence

indésirable l'opération d'harmonisation.  undesirable harmonization operation.

L'invention a pour objet d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur et de présenter un procédé qui fonctionne de telle sorte que l'observation de la scène ne soit ni interrompue ni gênée par l'opération  The object of the invention is to eliminate the drawbacks of the prior art and to present a method that operates in such a way that the observation of the scene is neither interrupted nor hindered by the operation.

d'harmonisation des axes optiques.harmonization of the optical axes.

Cet objectif est atteint en ce qu'un dessin de contr8le qui est composé d'une ou plusieurs marques de forme typique, telle que par exemple un cercle, une croix ou une étoile, est produit par la source de rayonnement sur l'axe optique du détecteur ou à une certaine distance dudit axe et en ce que le signal de sortie du détecteur opto-électronique est fourni à un calculateur qui effectue la corrélation des marques avec un dessin correspondant mémorisé et détermine le coefficient de corrélation ainsi que la  This object is achieved in that a control pattern which is composed of one or more marks of a typical shape, such as for example a circle, a cross or a star, is produced by the radiation source on the optical axis. of the detector or at a distance from said axis and in that the output signal of the opto-electronic detector is supplied to a computer which correlates the marks with a corresponding stored pattern and determines the correlation coefficient and the

position des marques dans l'image du détecteur.  position of the marks in the image of the detector.

Selon des développements et des configurations de l'invention: - le dessin de contr8le est formé d'au moins trois marques (cercles, croix, étoiles, etc.) qui se trouvent de préférence dans la moitié supérieure du -3-  According to developments and configurations of the invention: - the control pattern is formed of at least three marks (circles, crosses, stars, etc.) which are preferably in the upper half of the -3-

champ-image du viseur (au-dessus de l'axe optique).  image field of the viewfinder (above the optical axis).

1 - des positions présentant un faible coefficient de  1 - positions with a low coefficient of

corrélation sont éliminées.correlation are eliminated.

- la source de rayonnement utilisée dans le collimateur est commandée par un obturateur optique synchronisé avec le dispositif d'exploration de  the source of radiation used in the collimator is controlled by an optical shutter synchronized with the scanning device of the

l'appareil d'immagerie thermique.the thermal imaging apparatus.

- le rayonnement de la source thermique n'est visible dans le viseur de l'appareil d'imagerie thermique que pour un temps court, de préférence uniquement pour  the radiation of the thermal source is visible in the viewfinder of the thermal imaging apparatus only for a short time, preferably only for

une seule trame.a single frame.

- un réticule (vidéo) synthétique est produit en tant  - a synthetic (video) reticle is produced as

que marque de visée sur la position d'axe déterminée.  than sight mark on the determined axis position.

- la source de rayonnement est constituée par un  - the radiation source is constituted by a

laser, de préférence un laser au C02.  laser, preferably a CO 2 laser.

- en cas d'utilisation d'une source laser, l'obturateur optique est remplacé par des impulsions  - when using a laser source, the optical shutter is replaced by pulses

de l'excitation de la source laser.of the excitation of the laser source.

Il convient à présent d'expliquer l'invention plus en détail à l'aide d'exemples de mise en oeuvre représentés sur les dessins, sur lesquels: la figure 1 représente une vue schématique du viseur avec la source de rayonnement, le collimateur, l'appareil d'imagerie thermique et le corrélateur, la figure 2 représente schématiquement différents exemples de dessins de contr8le, la figure 3 représente schématiquement un collimateur approprié d'un premier exemple de mise en oeuvre avec une source thermique la figure 4 représente schématiquement un collimateur approprié d'un premier exemple de mise en  It is now appropriate to explain the invention in more detail with the aid of implementation examples shown in the drawings, in which: FIG. 1 represents a schematic view of the viewfinder with the radiation source, the collimator, the thermal imaging apparatus and the correlator, FIG. 2 diagrammatically represents different examples of control patterns, FIG. 3 schematically represents a suitable collimator of a first example of implementation with a thermal source; FIG. appropriate collimator of a first example of implementation

oeuvre avec une source laser.work with a laser source.

La figure 1 représente la structure schématique d'un -4- viseur tel qu'il a également été décrit dans 1 l'ancienne demande P 37 39 698.6-51. 1 désigne un collimateur, 2 un premier détecteur, par exemple une caméra vidéo et 3 un deuxième détecteur, par exemple un appareil d'imagerie thermique. La lumière qui arrive est répartie à l'aide d'un diviseur de rayon 5 sur le détecteur 3 et par l'intermédiaire d'autres miroirs 9 et 10 sur le détecteur 2. Le dessin de contrôle produit par le collimateur 1 est également transmis au diviseur de rayon 5 par l'intermédiaire du miroir S. Le bottier du viseur est fermé vers l'extérieur par une fenêtre 6. 4 désigne le corrélateur qui réalise l'interprétation électronique. La figure 2 représente quelques exemples de dessins de contrôle tels qu'ils sont produits par le collimateur 1 à l'aide d'une source lumineuse. Ces dessins sont formés par des ouvertures de diaphragme configurées de manière appropriée. Comme il a déjà été mentionné, en cas d'utilisation de sources thermiques, la faible clarté de la marque de contr8ôle dans l'appareil est un facteur qu'il convient de prendre en considération. Cependant, très souvent des points du rayonnement de scène présentent une clarté plus importante ou très approchante de celle des marques de contrôle. Cela provoque ces sensibilités aux perturbations connues qui sont désormais éliminées par le fait qu'un dessin de contr81e est produit qui est composé de formes typiques telles que par exemple des cercles, des croix, des étoiles, etc., qui ne se trouvent toutefois pas obligatoirement sur l'axe optique mais à une certaine distance de ce dernier, de préférence dans la moitié  Figure 1 shows the schematic structure of a viewfinder as also described in the earlier application P 37 39 698.6-51. 1 denotes a collimator, 2 a first detector, for example a video camera and 3 a second detector, for example a thermal imaging device. The incoming light is distributed by means of a beam splitter 5 on the detector 3 and through other mirrors 9 and 10 on the detector 2. The control pattern produced by the collimator 1 is also transmitted to the beam splitter 5 through the mirror S. The sight box is closed outward by a window 6. 4 designates the correlator that performs the electronic interpretation. Figure 2 shows some examples of control patterns as produced by the collimator 1 using a light source. These drawings are formed by appropriately configured diaphragm apertures. As already mentioned, when using thermal sources, the low clarity of the control mark in the apparatus is a factor to be taken into consideration. However, very often the points of the radiation of scene have a clarity more important or very approaching that of the marks of control. This causes these sensitivities to known disturbances which are now eliminated by the fact that a control pattern is produced which is composed of typical shapes such as for example circles, crosses, stars, etc., which are however not found obligatorily on the optical axis but at a certain distance from the latter, preferably in half

supérieure de l'image, comme le montre la figure 2.  top of the image, as shown in Figure 2.

-5- Cette moitié d'image contient en général moins  -5- This half of the image usually contains less

1 d'éléments de scène perturbateurs.  1 of disruptive scene elements.

Le signal de sortie de l'appareil d'imagerie thermique est transmis au corrélateur 4 qui effectue la corrélation de chacune des marques (dans l'exemple décrit ici il en existe de préférence cinq) avec un dessin correspondant mémorisé et détermine le coefficient de corrélation ainsi que la position de la marque. La corrélation peut être réalisée par un logiciel dans un calculateur relativement lent, par exemple un microprocesseur, étant donné que l'espace escompté pour la marque considérée n'est que restreint du fait de la dérive d'axe lente, comme il sera décrit ci-dessous, et que seuls quelques pixels doivent &tre mémorisés dans une période de temps de demi-image (le plus souvent 20 ms) tandis que l'opération de corrélation peut durer plus longtemps, en principe jusqu'à la prochaine opération d'harmonisation. Des marques perturbées par des éléments de scène présentent des coefficients de corrélation plus faibles et sont donc éliminées pour la détermination de la position de l'axe (donc dans l'opération d'harmonisation), étant donné que la position d'une seule marque suffit pour pouvoir calculer la position de l'axe, étant donné que la distorsion de l'optique  The output signal of the thermal imaging apparatus is transmitted to the correlator 4 which correlates each of the marks (in the example described here there are preferably five) with a corresponding pattern stored and determines the correlation coefficient as well as the position of the mark. The correlation can be achieved by software in a relatively slow computer, for example a microprocessor, since the space expected for the mark in question is only restricted because of the slow axis drift, as will be described here. below, and that only a few pixels must be memorized in a period of half-image time (most often 20 ms) while the correlation operation may last longer, in principle until the next harmonization operation . Markings disturbed by scene elements have lower correlation coefficients and are therefore eliminated for the determination of the position of the axis (therefore in the harmonization operation), since the position of a single mark is sufficient to calculate the position of the axis, since the distortion of the optical

est connue et qu'elle est prise en considération dans.  is known and is taken into consideration in.

les calculs du microprocesseur.the microprocessor calculations.

Un nombre suffisamment élevé de marques, il en existe cinq dans l'exemple de mise en oeuvre décrit ici, qui se trouvent de préférence dans la partie supérieure du champ-image permet donc d'obtenir une harmonisation d'axe sûre et fiable. Il convient de tenir compte du fait que la dérive d'axe s'effectue -6- avec des constantes de temps de plusieurs minutes et 1 que donc l'opération d'harmonisation peut avoir lieu avec une forte redondance. La variation de la scène du fait du déplacement de la ligne du viseur ou du support permet ainsi des corrélations faiblement perturbées. Les figures 3 et 4 représentent plus précisément la structure du collimateur 1 selon deux variantes. Deux sources lumineuses Q1 et Q2 sont représentées par un diviseur de rayon S2 chacune par l'intermédiaire d'un système optique L1 et L2 sur un diaphragme commun B  A sufficiently large number of marks, there are five in the implementation example described here, which are preferably in the upper part of the image field thus allows to obtain a safe and reliable axis harmonization. It should be taken into account that the axis drift is carried out with time constants of several minutes and 1 so that the harmonization operation can take place with a high redundancy. The variation of the scene due to the displacement of the line of the viewfinder or the support thus allows weakly disturbed correlations. Figures 3 and 4 show more precisely the collimator structure 1 according to two variants. Two light sources Q1 and Q2 are represented by a beam divider S2 each via an optical system L1 and L2 on a common diaphragm B

et orientées parallèlement par le miroir concave S1.  and oriented in parallel by the concave mirror S1.

La source Qi1 est composée d'une lampe à incandescence et/ou d'une diode électroluminescente et sert à produire le dessin dans la gamme visible. La source thermique Q2 utilisée pour produire l'image thermique dans le collimateur est commandée par un obturateur optique V qui est synchronisé avec le dispositif d'exploration de l'appareil d'imagerie thermique de telle sorte que le rayonnement de la source Q2 soit toujours visible dans l'appareil d'imagerie thermique pour un temps court, de préférence pour une seule demi-image. Du fait de la constante de temps de l'oeil qui observe, une perturbation de l'observateur est ainsi exclue. Il est en outre possible de produire un réticule (vidéo) synthétique en tant que marque-but sur la position d'axe déterminée de la manière  The source Qi1 is composed of an incandescent lamp and / or a light-emitting diode and serves to produce the drawing in the visible range. The thermal source Q2 used to produce the thermal image in the collimator is controlled by an optical shutter V which is synchronized with the scanning device of the thermal imaging apparatus so that the radiation of the source Q2 is always visible in the thermal imaging apparatus for a short time, preferably for a single half-image. Because of the time constant of the observing eye, a disturbance of the observer is thus excluded. It is furthermore possible to produce a synthetic (video) reticle as a mark-goal on the determined axis position of the manner

décrite précédemment.previously described.

Dans le deuxième exemple de mise en oeuvre de la figure 4, on utilise au lieu d'une source thermique une source laser Q2', par exemple un laser au C02. Un laser de ce type permet de produire facilement des puissances qui saturent le signal de l'appareil -7- d'imagçrie thermique et produisent ainsi des marques de contr8le qui ont au moins la même clarté que l'objet le plus clair de la scène. Cela permet d'utiliser moins de points de contr8le, par exemple un seul ou de réaliser les opérations d'harmonisation  In the second embodiment of FIG. 4, a laser source Q2 ', for example a CO 2 laser, is used instead of a thermal source. Such a laser makes it easy to produce powers that saturate the signal of the thermal imaging apparatus and thus produce control marks that are at least as clear as the clearest object in the scene. . This makes it possible to use fewer control points, for example only one, or to carry out harmonization operations.

avec une redondance plus faible.with lower redundancy.

En outre, il est possible avec un laser de ce type de remplacer la fonction de l'obturateur optique par des  In addition, it is possible with a laser of this type to replace the function of the optical shutter with

pulsations de l'excitation.pulsations of excitement.

Claims (8)

REVENDICATIONS I 1. Procédé d'harmonisation des axes optiques de détecteurs optoélectroniques, par exemple d'appareils d'imagerie thermique, à l'aide de marques de contrôle qui sont produites par des sources de rayonnement dans des collimateurs, caractérisé en ce qu'un dessin de contrôle qui est composé d'une ou plusieurs marques de forme typique, telle que par exemple un cercle, une croix ou une étoile, est produit par la source de rayonnement (Q1, Q2, Q2') sur l'axe optique du détecteur (2, 3) ou à une certaine distance dudit axe et en ce que le signal de sortie du détecteur (3) opto-électronique est fourni à un calculateur (4) qui effectue la corrélation des marques avec un dessin correspondant mémorisé et détermine le coefficient de corrélation ainsi que la  I 1. A method of harmonizing the optical axes of optoelectronic detectors, for example thermal imaging devices, using control marks which are produced by radiation sources in collimators, characterized in that a control pattern which is composed of one or more markings of typical shape, such as for example a circle, a cross or a star, is produced by the radiation source (Q1, Q2, Q2 ') on the optical axis of the detector (2, 3) or at a certain distance from said axis and in that the output signal of the optoelectronic detector (3) is supplied to a calculator (4) which correlates the marks with a corresponding memorized drawing and determines the correlation coefficient as well as the position des marques dans l'image du détecteur (3).  position of the marks in the image of the detector (3). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dessin de contrôle (B3) est formé d'au moins trois marques (cercles, croix, étoiles, etc.) qui se trouvent de préférence dans la moitié supérieure du champimage du viseur (au-dessus de  2. Method according to claim 1, characterized in that the control pattern (B3) is formed of at least three marks (circles, crosses, stars, etc.) which are preferably in the upper half of the viewfinder field (above l'axe optique).the optical axis). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des positions présentant un faible  3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that positions having a low coefficient de corrélation sont éliminées.  correlation coefficient are eliminated. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications  4. Method according to any one of the claims 1 à 3, caractérisé en ce que la source de rayonnement utilisée (Q2, Q2') dans le collimateur est commandée par un obturateur optique (V) synchronisé avec le dispositif d'exploration de l'appareil d'immagerie  1 to 3, characterized in that the radiation source used (Q2, Q2 ') in the collimator is controlled by an optical shutter (V) synchronized with the scanning device of the imaging apparatus 1 thermique.1 thermal. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayonnement de la source thermique (Q2, Q2') n'est visible dans le viseur de l'appareil d'imagerie thermique que pour un temps court, de  5. Device according to claim 4, characterized in that the radiation of the thermal source (Q2, Q2 ') is visible in the viewfinder of the thermal imaging apparatus only for a short time, of préférence uniquement pour une seule trame.  preferably only for a single frame. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications  6. Process according to any one of the claims 1 à 5, caractérisé en ce qu'un réticule (vidéo) synthétique est produit en tant que marque de visée  1 to 5, characterized in that a synthetic (video) reticle is produced as a sighting mark sur la position d'axe déterminée.on the determined axis position. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications  7. Process according to any one of the claims 1 à 6, caractérisé en ce que la source de rayonnement est constituée par un laser (Q2'), de préférence un  1 to 6, characterized in that the radiation source is constituted by a laser (Q2 '), preferably a laser au C02.CO2 laser. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications  8. Process according to any one of the claims 1 à 7, caractérisé en ce qu'en cas d'utilisation d'une source laser (Q2'), l'obturateur optique (V) est remplacé par des impulsions de l'excitation de la  1 to 7, characterized in that when using a laser source (Q2 '), the optical shutter (V) is replaced by pulses of the excitation of the source laser.laser source.
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