FR2658686A1 - Procede de regulation automatique d'une camera a couplage de charge et camera pour sa mise en óoeuvre. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra à capteur photosensibles à couplage de charge CCD. Selon l'invention, une caméra mettant en œuvre le procédé comporte un microcontrôleur programmable 5 qui, sous l'asservissement d'un signal VC caractéristique du niveau du signal de sortie de ce capteur commande le capteur et calcule en permanence une grandeur K de correction à appliquer à un circuit de contrôle automatique de gain 6. Application, dans toute caméra CCD et notamment dans des caméras industrielles, à la régularisation du signal vidéo.

Description

PROCEDE DE REGULATION AUTOMATIQUE D'UNE CAMERA A COUPLAGE
DE CHARGE, ET CAMERA POUR SA MISE EN OEUVRE
La présente invention se rapporte à un procédé pour corriger les variations du niveau du signal de sortie d'une caméra à capteur photo sensible à couplage de charge associées aux variations discrètes, asservies à un signal, du temps d'intégration de ce capteur, ledit signal étant représentatif du niveau du signal de sortie du capteur et commandant cette variation discrète à chaque dépassement d'une valeur de seuil, et des moyens de contrôle automatique de gain étant interposés entre la sortie du capteur photosensible et la sortie de la caméra. Elle a également pour objet une caméra mettant en oeuvre ce procédé.

De tels dispositifs photosensibles sont bien connus dans l'art antérieur et comportent, en général, une zone d'intégration de charge dans laquelle l'énergie lumineuse reçue par la zone est transformée en charge électrique, la charge étant fonction de la durée d'exposition, également appelée temps d'intégration, le début et la fin du temps d'intégration sont commandés par des signaux électriques, la charge est transférée dans une zone de lecture ou de mémoire où la charge ainsi transférée peut être lue également sur commande d'un signal électrique, la zone d'intégration et/ou la zone de lecture pouvant être remise à zéro, ou vidée, entre des intégrations et/ou des lectures successives.

Comme dans toute caméra, il est évident qu'une caméra à couplage de charge doit pouvoir s'adapter à des changements d'éclairage ou de luminosité de l'objet ou à la scène visualisée par cette caméra, non seulement pour éviter des phénomènes de saturation en présence d'un degré de luminosité élevé, mais aussi afin de fournir un signal vidéo d'une amplitude aussi constante que possible lorsque se produisent des variations de la lumière ambiante ou de l'illumination d'un objet.

D'une manière classique, un tel réglage de sensibilité peut être obtenu au moyen d'un iris ou obturateur mécanique à commande manuelle ou électrique. Un tel système de réglage présente une grande capacité de réglage, mais présente de nombreux inconvénients, notamment en ce qui concerne la durée du temps de réponse qui peut être beaucoup trop longue, le manque de résistance aux chocs ou aux vibrations, le coût qui, vu la complexité et la précision des éléments qui le composent, est relativement élevé, et, finalement, l'encombrement, qui, notamment avec la miniaturisation des caméras, constitue également un inconvénient.

Ceci est d'autant plus vrai quand on considère les domaines d'application de telles caméras parmi lesquels, sans que cette liste soit exhaustive, on peut mentionner la surveillance de lieux soumis à de fortes variations d'éclairage, surtout dans le domaine industriel, les caméras embarquées où les chocs et les vibrations sont importants, et aussi le domaine les caméras de petites dimensions, où l'objectif ne possède pas d'iris ou d'obturateur.

Une autre technique couramment utilisée pour stabiliser l'amplitude d'un signal vidéo consiste à contrôler de manière automatique le gain appliqué sur le signal par une boucle de contre-réaction asservie au niveau du signal de sortie vidéo de la caméra (contrôle automatique de gain). Le temps de réponse d'un tel système est relativement rapide, mais sa capacité de réglage est relativement limitée, et son utilisation, surtout aux extrêmes de ses capacités, peut conduire à une dégradation du rapport signal/bruit du signal en sortie de la caméra. En plus, une grande rapidité n'est pas souhaitable parce que, du fait qu'il peut réagir au cours d'une trame, un tel amplificateur aurait tendance à mettre tous les points vidéo au même niveau, et donc à fortement réduire le contraste.

Une troisième solution, utilisée de façon systématique elle aussi, consiste à adapter la sensibilité des éléments photosensibles eux-mêmes par variation du temps d'intégration, la quantité de charge intégrée, et par conséquent le niveau du signal électrique à leur sortie, étant fonction de ce temps.

Dans un capteur standard, ce temps d'intégration des charges est défini par la séquence de lecture, et il est égal soit à la période trame, soit à la période image. Une commande ou variation est obtenue en évacuant les charges accumulées dans le capteur pendant une partie de la période trame ou de la période image, cette partie étant réglable.

Une telle solution est décrite dans le document GB-A2 083 968, qui concerne une caméra fonctionnant en transfert de trame. Cette solution, apparemment simple, ne constitue pas, cependant, une solution idéale au problème de régulation du niveau du signal de sortie d'une caméra de ce type. En premier lieu, la variation obtenue ne peut être, comme on pourrait l'imaginer, continue puisque l'évacuation des charges (à travers un drain dans le silicium), ne peut se faire qu'à des instants précis (en l'occurrence en l'absence d'un signal en sortie du capteur, soit à la fin de la période trame, soit à la fin de la période ligne), une évacuation à tout autre instant provoquant un signal parasite sur la sortie du capteur à couplage de charge, ce qui est très gênant, et n'est pas acceptable dans la pratique. Une variation continue n'est donc pas possible.

Même en technique interligne, qui est le cas concernant plus particulièrement la présente invention, une telle évacuation n'est pas possible pendant les périodes de sortie du signal, c'est-à-dire pendant une durée d'environ 52 As sur les 64 sss que représente la période ligne, dans le cas d'un fonctionnement selon la norme CCIR. Le nombre de temps d'intégration possible est donc fini: sa valeur maximale est en effet égale au nombre de lignes constituant l'image et cette technique présente donc l'inconvénient de ne permettre cette adaptation ou variation que d'une façon discontinue, ou par sauts, ces discontinuités se traduisant par des sauts du niveau moyen du signal de sortie du capteur.D'autre part, afin de s'assurer d'une rapidité suffisante du système, il est souhaitable que ce nombre de temps d'intégration ne soit pas trop grand, chaque commutation, avec son temps de réponse correspondant, nécessitant un certain laps de temps.

La commutation d'un temps d'intégration à un autre se manifeste donc par des sauts du niveau ou de l'amplitude de sortie du capteur photosensible et, par conséquent, de la caméra, phénomène qui est visible et gênant quand l'image est visualisée sur écran, surtout en présence de variations rapides et fréquentes de la luminosité frappant l'élément photosensible.

On peut imaginer que le système électronique de contrôle automatique de gain, présenté plus haut, et qui est placé de façon habituelle dans la chaine de traitement du signal vidéo, compense ce saut d'amplitude. Un retour assez rapide au niveau précédant est effectivement obtenu, mais la constante de temps d'un tel système de contrôle automatique de gain, nécessairement assez grande devant la période image, ne permet pas, dans la pratique, de masquer cette variation d'amplitude du signal qui apparaît au moment de la commutation de période d'intégration. En outre, il est difficile de coordonner exactement le fonctionnement d'un tel amplificateur avec la commande du capteur photosensible qui, en partie, est responsable des variations que le contrôle automatique de gain est amené à corriger.

Dans sa demande de brevet français 89.17252, la requérante a décrit un procédé de régulation du signal de sortie d'une caméra à éléments à couplage de charge (CCD), par variation discrète du temps d'intégration de ces éléments, dans lequel les variations brusques ou sauts d'amplitude du signal de sortie de la caméra, à la suite d'une commutation du temps d'intégration, sont éliminés par l'utilisation d'un circuit à gain variable interposé entre les éléments à couplage de charge et la sortie vidéo de la caméra, et dans lequel le gain du circuit à gain variable est multiplié dans le rapport inverse de la variation du temps d'intégration, annulant ainsi le saut de l'amplitude du signal par une variation de gain dans le sens opposé à ce saut.

Un des buts de la présente invention est de proposer un nouveau procédé pour éliminer les variations du niveau du signal de sortie d'une caméra CCD au moyen d'un contrôle de gain dont le temps de réaction est presque instantané et dont le retard peut être réduit à un maximum d'une seule trame, et est parfaitement coordonné avec la commande du capteur photosensible qui, comme il a été mentionné plus haut est en partie responsable des variations que le contrôle automatique de gain est amené à corriger.

Un autre but de 1 invention est de proposer un procédé de régulation du signal de sortie d'une caméra à capteur à couplage de charge mettant en oeuvre une gestion numérique et qui permette une grande simplification de la chaîne analogique du signal vidéo dans une caméra le mettant en oeuvre.

Un autre but encore de l'invention est de proposer un système de régulation du signal de sortie d'une caméra à capteur à couplage de charge qui regroupe la gestion, à la fois, de ce capteur et de la fonction de commande de gain automatique.

Un autre but encore de l'invention est de proposer un système de régulation du signal de sortie d'une caméra à capteur à couplage de charge et de commande de ce capteur qui permette l'utilisation de moyens programmables permettant une grande flexibilité de commande et l'adjonction de nouvelles fonctionalités.

Un autre but de 1 invention est de proposer une caméra comportant un circuit de contrôle automatique de gain ayant une grande rapidité et précision de réponse ainsi qu'une relative simplicité et une large gamme dynamique.

A cet effet, selon l'invention, la commande des moyens de contrôle automatique de gain est asservie au signal même qui commande la variation discrète du temps d'intégration du capteur photosensible, et la grandeur du signal de correction du circuit de contrôle automatique de gain est calculée numériquement en permanence.

De cette manière, on peut obtenir la correction de gain à appliquer à chaque instant, et ceci en parfaite coordination avec la commande du capteur photosensible, notamment lors d'une commutation d'un temps d'intégration discret à un autre temps d'intégration.

De préférence, la grandeur du signal de commande de ce circuit de contrôle automatique de gain est établie sur la base du signal qui est caractéristique du niveau du signal de sortie du capteur photosensible sur la totalité ou une partie de l'image sur une période de temps correspondant à une ou plusieurs trames et d'un signal de consigne de niveau. La valeur du signal caractéristique, dans le cas de son établissement sur une partie uniquement de la trame ou par combinaison de valeurs acquises sur des trames successives, peut être corrigée afin de correspondre à une valeur représentative d'une trame entière ou unique.

De cette manière, il devient possible d'assurer la commande des moyens de contrôle automatique de gain en fonction de la totalité de l'image, ou uniquement d'une partie particulièrement significative de l'image, à l'extrême jusqu'au niveau d'un seul pixel ou de cette partie considérée sur une période de temps supérieure à une trame.

De préférence, la grandeur du signal de correction du circuit de contrôle automatique de gain est générée à partir de deux composants, dont l'un correspond à la fonction traditionnelle de contrôle automatique de gain et l'autre est une correction unique appliquée au moment du changement du temps d'intégration.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, on stocke dans des moyens de mémoire au moins une trame, créant ainsi un retard égal à au moins la durée de cette trame entre la sortie du capteur photosensible et l'entrée du circuit de contrôle automatique de gain afin de pouvoir réduire encore le temps de réaction ou le "retard" de la correction.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les valeurs de seuil qui déterminent les changements de temps d'intégration et leur nombre peuvent être calculées par les moyens de calcul numérique afin de pouvoir passer directement d'un temps d'intégration discret à un autre sans passer par le ou les temps d'intégration intermédiaire(s).

L'invention propose également une caméra munie de moyens permettant la mise en oeuvre du procédé, comportant un capteur photosensible à couplage de charge et des moyens asservis de contrôle automatique de gain insérés entre la sortie du capteur photosensible CCD et la sortie du signal vidéo de la caméra, et des moyens pour mesurer le niveau du signal de sortie du capteur photosensible sur au moins une partie d'une trame, un microcontrôleur incorporant au moins un microprocesseur et des moyens de mémoire programmables, le microcontrôleur recevant sous forme analogique ou numérique un signal caractéristique du niveau du signal de sortie du capteur et élaborant, sous la commande du programme stocké dans les moyens de mémoire programmables, des signaux commandant le changement du temps d'intégration du capteur photosensible et le gain des moyens asservis de contrôle automatique de gain.

Dans un mode de réalisation préféré, la caméra comporte une mémoire de trame interposée entre la sortie du capteur photosensible et l'entrée des moyens asservis de contrôle automatique de gain.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est un schéma synoptique très simplifié
illustrant le principe de commande du
capteur à couplage de charge et du contrôle
automatique de gain dans une caméra clas
sique;
- la figure 2 est un schéma synoptique également très
simplifié d'une caméra mettant en oeuvre la
commande du capteur à couplage de charge et
la commande du gain selon l'invention;
- la figure 3 illustre, selon un mode de réalisation
préférée de l'invention, plus en détail des
éléments indiqués sur la figure 2;
- la figure 4 représente une variante du schéma selon la
figure 2 utilisant une mémoire de trame; ;
- la figure 5 illustre, à titre d'exemple, le principe de
fonctionnement de la chaîne de commande du
capteur et du niveau du signal vidéo dans
une caméra selon l'invention.

Si on se réfère maintenant à la figure 1, on a représenté très schématiquement les grands principes de commande du capteur, CCD, et de contrôle de gain dans une caméra classique. Dans ce circuit simplifié, le signal de sortie du capteur CCD est fourni à l'entrée d'un échantillonneur 1 et le signal de sortie de ce dernier est adressé d'un part à l'entrée d'un amplificateur de contrôle automatique de gain 2 et d'autre part à l'entrée d'un circuit de mesure et d'un circuit de commande du capteur CCD, représenté schématiquement par la référence 3.Dans ce circuit, les boucles constituées essentiellement d'une part par le capteur CCD, l'échantillonneur 1 et le circuit de mesure et de commande 3, et d'autre part par l'amplificateur de contrôle automatique de gain 2, constituent des boucles à contre-réaction, dont l'une est commandée par le niveau du signal, après échantillonnage, en sortie du capteur
CCD et dont l'autre est commandée par le niveau du signal vidéo en sortie de la caméra.

Sur la figure 2, on a représenté de façon simplifiée le schéma d'une caméra à éléments sensibles à couplage de charge selon l'invention comportant essentiellement un élément ou capteur à couplage de charge CCD et un microcontrôleur 5 commandant à la fois la chaîne d'amplification du capteur, constituée essentiellement par le multiplicateur analogique 6, et le fonctionnement du capteur lui même. Le microcontrôleur 5 reçoit une ou plusieurs valeurs caractéristiques VC établies par une unité 4 dont la fonction est de fournir ces valeurs à partir du signal fourni par le capteur CCD pendant la totalité ou plusieurs parties de chaque trame sur une ou plusieurs trames successives, et une valeur de niveau de consigne, notée
Vref, établie manuellement ou automatiquement et indiquant la valeur qu'on désire avoir à la sortie de la chaine d'amplification.La commande du capteur CCD est toujours réalisée à travers une boucle à contre-réaction, alors que la fonction d'amplification, réalisée par le multiplicateur analogique 6, n'est plus commandée par le niveau du signal vidéo de sortie, mais par le microcontrôleur 5, qui commande la boucle de commande du capteur CCD. Il est à noter que ce montage en "feed forward" plutôt qu'en contre-réaction de la fonction d'amplification exige une certaine précision de la chaîne d'amplification, de l'ordre de 1%, car les erreurs ne sont plus corrigées par la contre-réaction. Ceci est néanmoins tout à fait réalisable, surtout grâce à l'utilisation des techniques numériques dans le microcontrôleur 5 et à la linéarité du multiplicateur analogique 6.Ce multiplicateur analogique 6 peut également, en plus de sa fonction d'amplification, remplir des fonctions analogiques supplémentaires telles que la correction linéaire et/ou la correction gamma de l'image.

Dans la suite de cette description et pour en faciliter la compréhension, la valeur caractéristique VC sera supposée unique: saisie sur une seule partie de l'image et pour une seule trame, la prise en compte des valeurs caractéristiques sur plusieurs trames successives pouvant être obtenue à l'aide des moyens de mémoire et de la programmation du microcontrôleur.

En ce qui concerne la signification de cette valeur caractéristique VC, elle peut correspondre, dans le cas le plus général, à une valeur moyenne du signal de sortie du capteur CCD pendant une trame, mais elle peut également correspondre, par exemple, à une valeur de crête plutôt qu'à une valeur moyenne. Plus particulièrement elle peut correspondre à une valeur caractéristique d'une certaine partie, uniquement définie par des pixels spécifiques, de la trame.

Ceci serait typiquement le cas quand on veut asservir le niveau de sortie de la caméra à la luminosité d'un objet particulier se trouvant dans le champ de vision, le fond de l'image présentant un intérêt très réduit. Le principe d'obtention de Vc sur la totalité ou une partie de l'image sera explicité plus loin, en relation avec la figure 3.

On a représenté sur la figure 3, donnée à titre d'exemple d'un mode de réalisation préféré de l'invention, les mêmes éléments que sur la figure 2, avec notamment des détails des éléments qui constituent le microcontrôleur 5 et, uniquement à titre d'exemple simplifié, les éléments constituant l'élément 4 qui extrait le signal Vc à partir du signal de sortie du capteur CCD.

Le microcontrôleur 5 comprend notamment un microprocesseur 14, une mémoire PROM 15 comportant le programme de commande, des interfaces 10, 11, 12 qui seront décrits plus loin, et une interface d'entrée/sortie 13 qui reçoit des signaux de commande de déviation horizontale HD et verticale
VD et des bits d'état et adresse des signaux de commande du capteur CCD sur la ligne 7 et adresse également un signal de commande de fermeture d'un moyen de commutation S, dont le rôle sera expliqué plus loin. Le microcontrôleur 5 peut communiquer avec le monde extérieur, notamment sur un bus de données, à travers des interfaces de communication programmables réprésentées globalement par la référence 9.

Le fonctionnement d'un mode de réalisation du circuit de commande du capteur CCD et du dispositif d'amplification selon l'invention va maintenant être décrit en référence notamment à la figure 3.

Le signal en sortie du capteur CCD est fourni d'un part à l'entrée à l'amplificateur de contrôle automatique de gain constitué par un simple multiplicateur analogique 6 et d'autre part au circuit 4 dont le rôle est d'extraire une valeur caractéristique à partir du signal de sortie du capteur CCD.

Dans ce circuit 4, donné à titre d'exemple, I est un générateur de courant d'amplitude proportionelle au niveau du signal vidéo du capteur, qui charge le condensateur C pendant la totalité ou une partie de l'image. Ce générateur de courant I est sous la commande du microcontrôleur 5 et peut, notamment, être remis à zéro (afin de maintenir la charge dans le condensateur C) par ce dernier à travers son interface d'entrée/sortie 13 et la ligne 8. Le commutateur S, également sous la commande du microcontrôleur 5 et à travers l'interface d'entrée/sortie 13 de ce dernier, décharge ce condensateur à chaque signal VD commandant le début d'une nouvelle trame.

A chaque fin de trame, ou d'une partie de la trame, la tension (notée Vc) aux bornes du condensateur C, est une image de l'intégrale du signal vidéo du capteur, apparu dans cette même trame ou partie de trame. Cette tension Vc peut être codée grace à un convertisseur analogique/numérique situé soit en 12 dans le microcontrôleur soit à l'extérieur de celui-ci, et en relation avec une valeur de consigne de niveau, Vref, qui est fixe ou réglable soit automatiquement, soit au moyen d'une commande manuelle, et est codée également dans un convertisseur analogique/numérique 10 dans le microcontrôleur 5 ou extérieur à celui-ci, permet le pilotage à la fois du capteur CCD et du gain du multiplicateur analogique 6.

En ce qui concerne cette deuxième fonction, c'est-à-dire la commande de gain du multiplicateur analogique 6, à chaque fin de trame et pendant la période intertrame le microcontrôleur calcule un coefficient de correction K, où K = Vref/ Vc, destiné à être appliqué, dans le cas considéré ici, à la trame suivante. La commande de gain exerce ainsi une action rapide avec un retard maximum d'une trame, et un "trainage" qui est presque invisible, à la visualisation de l'image.

Concernant la première fonction, celle de commande du capteur CCD, on considère, en référence à la figure 5, le cas où le niveau du signal de sortie du capteur CCD, représenté par la ligne épaisse (b), augmente à la suite du changement du niveau de luminosité, représenté par la courbe (a), frappant ce capteur, et dépasse un des seuils, S1, S2, utilisé de façon traditionnelle comme critère de décision de changement de temps d'intégration. Sur la figure 5, l'abscisse représente des trames successives Tu 1' Tj, Tj+1 etc. définies par le signal de déviation verticale VD.

Bien que le signal de sortie du capteur, ligne (b), dépasse le seuil S2 au début de la trame T. 1' le signal VC, représenté par la ligne (c), est émis de façon discrète à la fin de chaque trame, et ne dépasse ce seuil qu'au début de la trame suivante, Tj Le "traSnage", indiqué sur la figure 5 par "x", entre la courbe (b) représentant la sortie vidéo du capteur et la courbe (c) représentant le signal Vc qui commande le microcontrôleur 5, correspond donc à une trame dans le cas considéré ici à titre d'exemple.Le signal VC dépassant alors le seuil S2, le microcontrôleur 5 prend la décision de changer le temps d'intégration du capteur CCD, et dans le cas de l'exemple considéré ici, de le diviser approximativement par deux. I1 est à noter qu'un nombre limité de temps discrets d'intégration, égal à 8 ou 9, est utilisé, le rapport de ces temps suit d'ailleurs une loi approchant celle des divisions successives par 2, c'est-à-dire, avec par exemple 500 lignes constituant l'image, des périodes dans un rapport 500, 250, 125, . etc., ce qui correspond plus ou moins aux rapports d'obturation utilisés dans la photographie classique.

Ce changement de temps d'intégration ne produit d'effet sur le signal vidéo qu'au début de la trame suivante.

Les courbes (d) à la figure 5 illustrent l'action du microcontrôleur 5 dans l'élaboration du signal de correction K à appliquer au multiplicateur analogique 6. Le signal de correction K est généré à partir de deux composantes, dont l'une K2 correspond à la fonction traditionnelle de contrôle automatique de gain et l'autre, K1 est une correction unique appliquée au moment du changement du temps d'intégration. Plus spécifiquement, et toujours en référence à la figure 5, le coefficient K2 suit le signal VC, mais dans le sens inverse, et donc le niveau de sortie du capteur CCD avec le "traînage" d'une trame mentionné plus haut.Au moment du changement du temps d'intégration, au début de la trame T. le microcontrôleur 5 applique au coefficient K1 une correction qui correspond à la valeur inverse du changement de ce temps d'intégration (en d'autres termes, si le temps d'intégration a été divisé par deux, la valeur de K1 sera multipliée par deux). Ces deux paramètres, K1, K2 étant gérés par le microcontrôleur, toute source d'erreur telle que celle résultant de temps d'intégration qui ne seraient pas exactement dans un rapport de 1 à 2 ou des retards de réaction dans le circuit ou le capteur peuvent être pris en compte et éliminés.

Au début de Tu+2, VC donne une mesure de l'effet réel produit par la commutation du temps d'intégration Ti. Le microcontrôleur peut alors calculer instantanément le bon rapport K2 = Vref/VC en ramenant la valeur de K1 à 1.

Le système a donc rejoint un état stable deux trames après la commutation du temps d'intégration au lieu des quelques secondes typiquement nécessaires en cas d'utilisation d'un contrôle de gain classique et est prêt à commuter à nouveau de façon correcte. De même, la durée minimum autorisée entre deux commutations a été reduit à seulement 2 trames. I1 est à remarquer que le temps de ratrappage du système d'amplification de contrôle automatique de gain étant indépendant de l'amplitude de variation dynamique, il est tout à fait possible de passer d'un temps d'intégration Tin à un autre temps d'intégration Ti +x qui ne soit pas le suivant Tin+l, en
n+x sautant le ou les temps d'intégration intermédiaires.Ainsi, pour mieux répondre à des variations d'intensité lumineuse importantes qui pourraient se produire dans, par exemple, le cas d'une caméra embarquée, les seuils S1 et S2 peuvent être multipliés en nombre et en valeur très facilement, en utilisant les fonctionalités introduites par le microprocesseur et la programmation, pour piloter des sauts de Ti directement dans des rapports supérieures à 2/4 ou 4/8, etc. Ceci permet de sauter directement certaines commutations, la seule limitation étant imposée par l'amplitude possible du facteur de correction K.

Afin de réduire encore plus l'effet de "traînage" dans le circuit selon les figures 2 et 3 qu'on vient de décrire à titre d'exemple, dû au fait, entre autre, que les calculs sont effectués pendant une trame afin de décider de l'action à entreprendre au début de la trame suivante, la figure 4 illustre un circuit employant les mêmes principes que celui de la figure 2 mais comportant une mémoire de trame 16 interposée entre la sortie du capteur photosensible CCD et l'entrée du multiplicateur analogique 6. Dans ce cas, et en profitant pleinement des possibilités de programmation et de calcul du microcontrôleur 5, il devient possible d'appliquer des mesures effectuées pendant la trame "N" et essentiellement représentées par le signal VC à cette même trame "N" à sa sortie de la mémoire de trame 16, dès le début de cette même trame ou à n'importe quel instant ultérieur, fixé par exemple par une temporisation déterminée par programmation.

Les possibilités de programmation du microcontrôleur (par simple remplacement du boîtier PROM 15, dans les modes de réalisation considérées ici) permet la mise en oeuvre de diverse fonctions supplémentaires. Ainsi, un réglage de la vitesse de réaction de l'une ou de l'autre des deux boucles d'asservissement, celle du capteur CCD ou celle de la commande de gain automatique ou les deux, fait suite à une variation de la valeur caractéristique VC. Typiquement, on prend plusieurs valeurs de VC, et au lieu d'appliquer une correction à la trame suivante après l'établissement de chaque valeur, on partage une correction K établie sur la base de plusieurs valeurs, sur plusieurs trames.

De la même manière, en profitant des possibilités de programmation et de la possibilité d'avoir accès au signal d'asservissement Vc, la commande de gain et/ou de l'obturation (temps d'intégration) de l'extérieur de la caméra est facilement réalisable, notamment pendant la recherche d'une bonne valeur de consigne Vref, et ceci pendant plusieurs trames.

Plus intéressante encore est la possibilité, déjà évoquée plus haut, de régler le contrôle automatique de gain sur une partie uniquement de l'image. Dans ce cas, et en référence à la figure 3, le commutateur S est fermé, puis ouvert avant le premier pixel ou la première ligne de la partie de l'image concernée, la valeur VC étant lue après le dernier pixel ou la dernière ligne de cette partie, et corrigée soit en multipliant la valeur de I, soit la valeur de Vc lui même, dans le rapport du nombre de pixels ou de lignes de l'image au nombre de pixels ou de lignes constituant cette partie. Typiquement, une zone de mesure pourrait être matérialisée par une ligne de contour ayant un niveau opposé (noir ou blanc) à celui des lignes qui les entourent.Dans le cas d'utilisation d'une partie uniquement de l'image, la caméra peut comporter des moyens permettant l'incrustation, dans le signal vidéo, de la zone image utilisée pour l'asservissement, permettant la visualisation de cette zone.

Bien entendu, l'amplificateur de contrôle automatique de gain qui, dans le cas considéré ici, est un multiplicateur analogique choisi pour sa facilité de mise en oeuvre et agissant sur la tension du signal vidéo, peut, dans le cas d'une conversion analogique/numérique du signal fourni par le capteur CCD, être un amplificateur numérique, agissant de la même manière sur la chaîne numérique entre ce convertisseur et la sortie numérique, ou analogique après conversion ultérieure de la caméra. Evidemment, dans ce cas, le convertisseur analogique/numérique 11 de la figure 3 serait remplacé par une simple interface numérique.

La présente invention peut s'appliquer à toutes les caméras et à tous les dispositifs de prise d'images qui utilisent un capteur à couplage de charge dans lequel le niveau d'obturation de ce capteur est réalisé par des variations discrètes du temps d'intégration desdits capteurs.

Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention.

Claims (13)

REVENDICATIONS

1.- Procédé pour corriger les variations du niveau du signal de sortie d'une caméra à capteur photosensible à couplage de charge (CCD) associées aux variations discrètes, asservies à un signal (VC), du temps d'intégration dudit élément ledit signal étant caractéristique du niveau du signal de sortie dudit capteur et commandant cette variation discrète à chaque dépassement d'une valeur de seuil (S1, S2)' et des moyens de contrôle automatique de gain (6) étant interposés entre la sortie dudit capteur photosensible (CCD) et la sortie de ladite caméra, caractérisé en ce que la commande des moyens de contrôle automatique de gain (6) est asservie au signal (Vc) même qui commande la variation discrète du temps d'intégration du capteur photosensible et en ce que la grandeur (K) du signal de correction de ce circuit de contrôle automatique de gain est calculée numériquement en permanence.

2.- Procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grandeur (K) du signal de correction des moyens de contrôle automatique de gain est établie sur la base du signal (VC) caractéristique du niveau du signal de sortie du capteur photosensible pendant la totalité ou une partie de l'image sur une période de temps correspondant à une ou plusieurs trames et d'un signal de consigne de niveau (Vref) , et en ce que la valeur dudit signal caractéristique (VC), dans le cas de son établissement sur une partie uniquement de la trame ou par combinaison de valeurs acquises sur des trames successives, est corrigée afin de correspondre à une valeur représentative d'une trame entière ou unique.

3.- Procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre de trames s'écoulant entre l'acquisition d'une valeur caractéristique (VC) donnée et l'application d'une correction (K) correspondante audit circuit de contrôle automatique de gain est programmable.

4.- Procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la grandeur (K) du signal de correction des moyens de contrôle automatique de gain est générée à partir de deux composantes, dont l'une (K2) correspond à la fonction traditionnelle de contrôle automatique de gain et l'autre (K1) est une correction unique appliquée au moment du changement du temps d'intégration, lesdites composantes étant élaborées numériquement et correspondant respectivement sensiblement à 1/VC x Vref et 1/tir où VC est ledit signal caractéristique du niveau du signal de sortie du capteur photosensible, Vref est ledit signal de consigne de niveau et

T. est le rapport entre le nouveau et l'ancien temps d'intégration.

5.- Procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on stocke dans des moyens de mémoire (16) au moins une trame, créant ainsi un retard d'au moins une trame entre la sortie dudit capteur photosensible (CCD) et l'entrée dudit circuit de contrôle automatique de gain (6) afin de pouvoir appliquer, à la suite d'une variation du niveau de sortie dudit capteur photosensible se produisant au cours d'une trame N, des corrections correspondantes (K) à ce circuit de contrôle automatique de gain, à partir du début de cette même trame N après son stockage, ou à partir d'un instant défini par programmation après ledit début de trame.

6.- Procédé pour corriger les variations du signal de sortie d'une caméra selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que lesdites valeurs de seuil (S1' S2) qui déterminent les changements de temps d'intégration et leur nombre peuvent être calculés numériquement afin de pouvoir passer directement d'un des temps d'intégration discrets à un autre sans passer par le ou les temps d'intégration intermédiaires, des moyens de calcul numérique (5) générant des valeurs de correction (K) pour le circuit de contrôle automatique de gain d'une amplitude et d'une durée suffisantes pour empêcher lesdites variations du signal de sortie d'une caméra.

7.- Caméra pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un capteur photosensible à couplage de charge (CCD) et des moyens asservis de contrôle automatique de gain (6) insérés entre la sortie dudit capteur photosensible (CCD) et la sortie du signal vidéo de la caméra, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (4) pour mesurer le niveau du signal de sortie du capteur photosensible pendant au moins une partie d'une trame, un microcontrôleur (5) incorporant au moins un microprocesseur (14) et des moyens de mémoire programmables (15), ledit microcontrôleur recevant, sous forme analogique ou numérique, un signal (VC) caractéristique dudit niveau du signal de sortie et élaborant, sous la commande du programme stocké dans lesdits moyens de mémoire programmables (15), des signaux commandant le changement du temps d'intégration dudit capteur photosensible (CCD) et le gain des moyens asservis de contrôle automatique de gain (6).

8.- Caméra selon la revendication 7, caractérisée en ce elle comporte une mémoire de trame (16) interposée entre la sortie du capteur photosensible (CCD) et l'entrée des moyens asservis de contrôle automatique de gain (6), le microcontrôleur (5) étant apte à fournir, sur la base du signal (VC) caractéristique du niveau du signal de sortie du capteur photosensible (CCD) pour la trame N, un signal (K) d'asservissement des moyens de contrôle automatique de gain (6) à appliquer dès le début de cette même trame N, ou à un instant suivant ledit début de trame.

9.- Caméra selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisée en ce que ledit microcontrôleur comporte un microprocesseur (14), une mémoire morte programmable (15), des interfaces de communication programmables (9), des convertisseurs analogique/numérique (12, 10) pour, respectivement, le signal (VC) caractéristique dudit niveau du signal de sortie du capteur photosensible et un signal (Vref) de consigne de niveau, un convertisseur numérique/analogique (11) pour ledit signal (K) d'asservissement des moyens de contrôle automatique de gain (6), et en ce que ces moyens asservis du contrôle automatique de gain sont composés d'un simple multiplicateur analogique (6) éventuellement associé à des fonctions ana logiques complémentaires telles que correction de linéarité et/ou correction gamma.

10.- Caméra selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les moyens (4) pour mesurer le niveau du signal de sortie d'au moins une partie du capteur photosensible comprennent un générateur de courant (I), une capacité (C) et un moyen de commutation (S) qui, sous la commande dudit microcontrôleur est apte à décharger ladite capacité au début de chaque trame ou à n'importe quel instant pendant ladite trame et en ce que, dans ce dernier cas, le microcontrôleur (5) est apte à commander le générateur de courant (I) et à corriger la valeur fournie par ce générateur en fonction de la fraction de trame ainsi définie par la fermeture dudit moyen de commutation (S) et le moment de lecture de la charge accumulé dans ladite capacité.

11.- Caméra selon l'une quelconque des revendications 7 à 10, caractérisée en ce que des moyens sont prévus pour agir extérieurement sur ledit microcontrôleur (5) afin de pouvoir commander l'élément sensible (CCD) et/ou le gain desdits moyens (6) en agissant de l'extérieur sur ledit signal caractéristique (VC).

12.- Caméra selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce qu' elle est munie de moyens d'incrustation dans le signal vidéo permettant la visualisation de la zone image utilisée pour l'asservissement du signal vidéo.

13.- Caméra munie de moyens permettant la mise en oeuvre du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6.