FR2661583A1 - Systeme opto-electronique d'analyse d'images video obtenues par balayage d'une barrette detectrice. - Google Patents

Abstract

Système permettant de remédier efficacement aux effets de lignage en utilisant l'image elle-même comme référence de température. Le mode de balayage est modifié pour que chaque détecteur de la barrette analyse successivement deux zones différentes de l'image au cours de chaque cycle, et que chacune de ces zones est vue par deux détecteurs voisins. Dans le cas préféré d'un balayage circulaire excentré on obtient une trajectoire épicycloïdale pour chaque détecteur (D3,D4) et en choisissant les paramètres, des coïncidences de zones (R3,R'4). On peut ainsi comparer les signaux relatifs à une même zone et effectuer l'égalisation en continu et, éventuellement, celle du gain, de détecteur à détecteur.

Description

SYSTEME OPTO-ELECTRONIQUE D'ANALYSE D'IMAGES VIDEO

OBTENUES PAR BALAYAGE D'UNE BARRETTE DETECTRICE

La présente invention concerne un système opto-électronique

d'analyse d'images vidéo obtenues par balayage d'une barrette photo-

détectrice. L'invention s'applique principalement aux cas o le balayage utilisé est de type circulaire, mais peut convenir aussi pour un balayage linéaire uniaxe, transversal à la barrette Elle concerne plus précisément la réalisation de moyens de correction dans le but de supprimer les défauts d'image dûs aux variations individuelles de caractéristiques des différents éléments détecteurs de la barrette, en corrigeant, à chaque image et pour chaque élément détecteur, les

évolutions de niveau continu et de gain.

L'utilisation de l'invention est envisagée plus particulièrement

pour des systèmes autodirecteurs de missile à imagerie infrarouge.

Dans un système d'imagerie vidéofréquence utilisant un bala-

yage d'image à l'aide d'une barrette comportant plusieurs éléments photodétecteurs, l'image est constituée d'un assemblage de lignes, chacune correspondant à un détecteur différent de la barrette Ces lignes sont des cercles concentriques en balayage circulaire et des

segments de droites parallèles en balayage linéaire uniaxe trans-

versa I à la barrette.

Compte-tenu du fait qu'en infrarouge (notamment dans la bande 8-12 microns), l'amplitude de la modulation qui constitue la

partie utile du signal, n'est que de l'ordre du millième de l'amplitude-

totale du signal en sortie du détecteur, une très faible variation des caractéristiques d'un détecteur, de son facteur de réponse en particulier, entraîne une modification très sensible du signal utile détecté. -i Dans le cas d'une barrette comprenant plusieurs détecteurs, les variations de caractéristiques d'un détecteur au suivant, dues par exemple à de faibles variations de température de la barrette, sont en général différentes, ce qui se traduit par l'apparition de lignage dans l'image, lignage qui peut dégrader ou masquer le contenu utile

de cette image.

La solution classiquement utilisée pour supprimer ce lignage consiste à supprimer la composante continue du signal en sortie de chaque détecteur, à l'aide d'un filtrage par condensateur monté en série par exemple, et de restituer une composante continue relative

de ligne à ligne à l'aide d'un dispositif d'alignement des détecteurs.

Ce dispositif d'alignement est nécessaire, car les détecteurs analysant des zones différentes de l'image, peuvent produire, en particulier sur des images contrastées, des signaux dont la valeur moyenne de modulation est très différente de ligne à ligne ce qui

donne à nouveau un effet de lignage sur l'image.

Une méthode d'alignement consiste, par exemple, à faire balayer par la barrette une partie de structure à température uniforme (référence de température) placée en bord de champ, à mesurer le signal correspondant issu de chaque détecteur, et à

ajouter ou retrancher sur chacune des voies une composante con-

tinue telle que les signaux corrigés correspondant à la structure de référence, soient tous égaux Une solution de ce genre est décrite

dans la publication de brevet FR-A-2 477 349.

Un tel procédé de correction s'applique aisément au cas du balayage linéaire uni-axe, au prix d'une augmentation de complexité opto-mécanique, mais il s'avère difficilement transposable au cas d'un balayage circulaire Par ailleurs, cette solution d'alignement présente l'inconvénient de corriger le niveau continu pour une température de référence qui est généralement différente de la température moyenne de la scène, ce qui entraîne un lignage

résiduel de l'image dû aux écarts de gain entre les détecteurs.

L'invention a pour but de supprimer le lignage d'image, en

permettant de corriger les écarts de niveau continu ainsi qu'éven-

tuellement les écarts de gain, de détecteur à détecteur.

L'invention s'applique plus particulièrement aux systèmes d'analyse procédant par balayage circulaire de champ avec une barrette photodétectrice, et notamment à de tels systèmes montés sur des autodirecteurs de missile à imagerie (ou pseudo-imagerie) infrarouge.

Selon l'invention il est proposé de réaliser un système opto-

électronique d'analyse d'images vidéo obtenues par balayage d'une

barrette d'éléments photodétecteurs, comportant une optique récep-

trice qui produit l'image d'un champ observé dans un plan o est positionnée la barrette, des moyens opto-mécaniques pour produire

cycliquement un balayage d'image déterminé dans ce plan et per-

mettre l'analyse zone par zone par lesdits éléments détecteurs de la totalité de l'image, des moyens de traitement des signaux détectés dotés de circuits d'alignement pour remédier au lignage de l'image, caractérisé en ce que lesdits moyens opto-mécaniques sont agencés pour que, au cours de chaque cycle de balayage d'image, chacun desdits éléments détecteurs analyse successivement deux

zones différentes de l'image au cours de deux demi-cycles succes-

sifs, et en sorte que chacune desdites zones est vue successivement, au moins partiellement, par deux éléments détecteurs distincts au cours de chaque cycle, par un premier élément détecteur au cours d'un premier demicycle et par un deuxième élément détecteur au

cours du deuxième demi-cycle, lesdits moyens de traitement com-

portant des circuits d'alignement du continu, procédant par compa-

raison des signaux détectés par chaque paire de détecteurs analysant une même zone, pour élaborer des signaux de correction qui égalise

les valeurs moyennes des signaux détectés par les éléments détec-

teurs.

Les particularités et avantages de la présente invention appa-

raîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple à l'aide

des figures annexées qui représentent:

Fig 1, un schéma relatif à l'élaboration d'un balayage circu-

laire par un dispositif optique tournant; Fig 2, la trajectoire épicycloidale obtenu pour un balayage circulaire avec excentrement, conformément à la présente invention; Fig 3, un schéma d'un balayage circulaire non excentré, en

utilisant une barrette positionnée diamétralement et non symétri-

quement par rapport au centre de rotation pour assurer le recou-

vrement de la totalité de l'image; Figs 4 et 5, des schémas des trajectoires épicycloidales inver- sées obtenues dans le cas du montage de la Fig 3 avec, en sus, excentrement; Fig 6, un diagramme général d'un système optoélectronique d'analyse d'images vidéo conforme à l'invention; Figs 7 et 8, des exemples de réalisation d'un système selon la Fig 6 selon des versions gyrostabilisées utilisables notamment pour constituer des autodirecteurs;

Fig 9, un diagramme d'une réalisation des circuits de trai-

tement utilisés pour l'alignement du niveau continu des détecteurs; Fig 10, diagramme d'une réalisation des circuits de traitement utilisés pour l'alignement du gain des détecteurs; Figs il et 12, des schémas partiels relatifs à des variantes de réalisation du système utilisant une barrette radiale linéaire ou en quinconce; Fig 13, un schéma relatif au balayage décalé devant être produit devant la barrette dans le cas d'un défilement linéaire de l'image, transversal à la barrette; Fig 14, un schéma relatif au circuit de commutation des voies de détection dans le cas d'un balayage linéaire uniaxe;

Fig 15, un schéma partiel d'une réalisation de la partie opto-

mécanique pour l'obtention d'un balayage linéaire uniaxe.

Le principe mis en oeuvre selon Pinvention consiste à utiliser l'image elle-même comme référence de température Pour cela, le mode de balayage de l'image est modifié de façon que chaque élément photodétecteur de la barrette analyse, au cours de chaque cycle de balayage, au moins deux zones différentes de l'image De

plus, on s'arrange pour que deux éléments détecteurs voisins quel-

conques voient, chacun leur tour, une même zone d'image au cours d'un même cycle d'analyse considéré Il devient ainsi possible de comparer les signaux relatifs à cette même zone d'image issus des

deux éléments détecteurs et d'en déduire les différences de carac-

téristiques de gain et de niveau continu des deux détecteurs considérés. En appliquant ce type de correction à tous les éléments détecteurs pris deux à deux successivement (élément de rang j avec celui de rang j+l, puis ce dernier avec celui de rang j+ 2, etc), on

peut corriger la totalité de l'image vidéo détectée.

La comparaison des signaux issus des détecteurs d'ordre j et j+ 1 dans la zone de recouvrement peut être faite de la façon suivante: on mesure la valeur moyenne de chacun des signaux détectés et l'on corrige le niveau continu de l'une des voies de détection par rapport à l'autre, en déterminant une valeur de correction telle que les nouvelles valeurs moyennes soient égales; on mesure, par ailleurs, la valeur efficace des signaux détectés et on détermine un coefficient multiplicateur pour corriger les défauts de gain On peut également effectuer la correction de gain en comparant la valeur crête à crête de la modulation du signal

détecté dans chaque voie, c'est-à-dire par chaque élément.

Ce procédé s'applique plus aisément aux systèmes opto-élec-

troniques o l'analyse de l'image vidéo est obtenue par balayage

circulaire de la barrette et est décrit, a priori, dans un tel cadre.

L'analyse circulaire d'une image est obtenue en faisant tourner

autour de son axe invariant un dispositif optique anisotrope, inver-

seur selon un certain plan longitudinal et non inverseur selon le plan

longitudinal perpendiculaire, l'axe invariant étant la droite d'inter-

section de ces deux plans.

La Fig l rappelle les caractéristiques nécessaires et suffi-

santes pour produire le balayage circulaire par un dispositif optique

tournant Dans un plan de coupe longitudinale, dit plan non inver-

seur PNI, le dispositif forme une image directe d'un objet; ainsi l'objet CB à, pour image C'B' de même sens Dans un deuxième plan de coupe longitudinale, dit plan inverseur Pl et perpendiculaire au précédent, le dispositif optique forme une image inversée d'un

objet; ainsi, l'objet CA aura pour image C'A' de direction inversée.

Il n'a pas été tenu compte du grandissement sur ce schéma Il apparaît que le dispositif est équivalent à une symétrie par rapport à une droite dans le plan image Si l'on fait tourner le dispositif optique D d'un angle 6, l'image tourne dans le même sens d'un angle double 20, cette propriété étant générale pour tous ces types de dispositifs. Pour obtenir une image parfaitement circulaire, il faut que l'axe de rotation (à vitesse w) du dispositif optique, soit confondu ou parallèle à son axe invariant (dans le cas d'un système de type afocal); dans ce cas, le centre instantané de rotation de l'image est fixe en un point O correspondant à la trace de l'axe mécanique de rotation dans le plan image Si cette condition n'est pas remplie, c'est-à-dire si l'axe de rotation de l'optique n'est pas parallèle à celle de l'axe invariant, le mouvement de rotation de l'image (à vitesse 2 w) est modifié par un mouvement superposé de déplacement circulaire (à vitesse W dans le même sens) du centre de rotation

instantané O' selon un cercle centré sur le point O précité.

La trajectoire d'un point de l'image (ou celle ramenée dans le plan objet d'un point de la barrette) n' est alors plus un cercle de centre O, mais une épicycloide de centre instantané O' comme

représenté sur la Fig 2.

Un calcul géométrique simple montre que cette trajectoire peut être assimilée avec une bonne approximation (si Ro > 2 e) à une courbe formée de quatre portions de cercles: un premier cercle de centre C et de rayon R (de a à b) un second cercle de centre A' et de rayon Ro (de b à c) un troisième cercle de centre C' et de rayon R'(de c à d)

un quatrième cercle de centre A et de rayon Ro (de d à a).

Avec Ro: rayon du point M tournant à la vitesse 2 par rapport au centre de rotation instantané O', e: excentrement, rayon du cercle centré sur O et sur lequel se déplace le point O' à la vitesse de rotation w, -I Ix C = -x C' = e (I I 1/i 2 > y C = y C' = o rx A = x A' = o Iy A = -y A' = e /f(az 2 1) R =Ro + e/ v R'= Ro e//2 = 2 e (G 1)

Le point M considéré dans le plan image va parcourir l'épicy-

cloïde au cours d'une période de balayage d'image Cette période, ou

cycle peut être subdivisée en deux demi-cycles.

Durant le premier demi-cycle, le centre O ' se déplace de 1800 sur le cercle de rayon e centré en 0, par exemple de O '1 à O '2 dans le sens indiqué en prenant O '1 comme position d'origine, tandis que le point M parcourt 360 allant de M I position considérée à l'origine,

jusqu'en M 2, en passant par les points b,c Au cours du second demi-

cycle, le point O ' parcours le demi-cercle restant de O '2 à O '1 et le point M effectue un nouveau tour allant de M 2 à MI en passant

cette fois par les points d et a successivement.

En effectuant, conformément à l'invention, l'analyse de l'ima-

ge avec une barrette disposée de façon diamétrale par rapport au

centre de rotation de l'image, les trajectoires des points pairs (c'est-

à-dire ceux correspondants aux détecteurs d'un côté du centre) et

impairs (les détecteurs de l'autre côté du centre) sont des épicy-

cloïdes inversées (décalées d'un demi-tour), ce qui permet, avec un choix judicieux des paramètres, de faire coïncider deux à deux les

cercles représentatifs des trajectoires des points consécutifs.

Ceci est montré à l'aide des figures suivantes 3 et 4.

La Fig 3 montre une barrette disposée diamétralement avec les détecteurs numérotés impairs DI, D 3, vers le haut et ceux numérotés pairs D 2,D 4, vers le bas Pour assurer le recouvrement, la barrette n'est pas disposée symétriquement par rapport au point O correspondant à la trace de l'axe de rotation, mais décalée par

translation le long de l'axe x en sorte que chaque paire de détec-

teur D, Dj+l, ou: Dj, Dj-l, présente une zone commune d'analyse.

J Le décalage appelé rl est mesuré du centre du détecteur Dl le plus proche de O, à ce point Sa valeur est avantageusement rl = P/2 On a considéré dans cette représentation un balayage circulaire de centre O sans excentrement Le paramètre P représente le pas de l'image correspondant à la moitié du pas de la barrette (distance 2 P entre les centres de deux détecteurs successifs) La zone circulaire hachurée représente celle de recouvrement présentée entre deux

détecteurs successifs, D 2 et D 3 par exemple.

La Fig 4 correspond à une disposition diamétrale de la bar-

rette détectrice avec, cette fois, un balayage circulaire excentré.

L'excentrement OO' de laxe de rotation 0 ' a pour valeur

e = Pl par rapport à l'axe invariant en O et le décalage rn = P/2.

Les trajectoires représentées correspondent aux détecteurs D 3 et D 4 symbolisées par leur centre respectif Les cercles de rayons R 3 et R'4 sont représentés voisins Leur coïncidence exacte est obtenue

avec les valeurs précitées des paramètres e et rn.

Il est équivalent pour le raisonnement de considérer l'image fixe et la barrette entraînée en rotation avec excentrement pour

effectuer le balayage de Pimage De plus, en première approxi-

mation et à titre de simplification, on considère que l'épicycloïde se traduit par les cercles R et R' au cours de deux trames successives

d'un cycle de balayage.

Ainsi, au cours d'un cycle complet de balayage, le détec-

teur D 3 décrit pendant la première trame un cercle de rayon R 3 tandis que le détecteur D 4 décrit un cercle de rayon R'4 égal à R 3, puis pendant la deuxième trame, un cercle de rayon R'3 inférieur à

R 3 tandis que le détecteur D 4 décrit un cercle de rayon R 4 supé-

rieur a R'3 Dans ce raisonnement les détecteurs sont considérés

ponctuels, ramenés à leur centre.

Il y a donc, pendant une première moitié de cycle, ou première trame, coïncidence entre les trajectoires des détecteurs 3 et 4 sur l'image, ce qui permet d'exploiter les signaux issus de ces deux

détecteurs pendant cette moitié de cycle pour calculer les correc-

tions à appliquer.

J En considérant la situation de l'ensemble des détecteurs de la barrette, on peut distinguer les deux trames différentes d'un cycle complet d'analyse: les trames paires (premier demi-cycle) o l'on a coïncidence entre les détecteurs numéros 1 et 2, 3 et 4, 5 et 6, etc, et les trames impaires (deuxième demi-cycle) o s'effectue la coïncidence entre les détecteurs numéros 2 et 3, 4 et 5, 6 et 7, etc La Fig 5 illustre ces coïncidences respectives de trajectoires pour les valeurs de paramètre e et r I considérées A la fin d'un cycle complet, il a été possible de comparer deux à deux tous les

détecteurs de la barrette Avec des valeurs différentes des para-

mètres, la coïncidence des trajectoires des détecteurs dans la zone de comparaison peut être améliorée; ainsi, dans l'exemple considéré sur la Fig 5 on pourra jouer sur l'excentrement et lui donner une

valeur légèrement supérieure à P/,/fpour aller dans ce sens.

L'invention est applicable à tout type de balayage circulaire.

On considère par exemple le montage représenté de manière sché-

matique et simplifié sur la Fig 6, comportant une optique récep-

trice 1-2 qui produit l'image du champ observé dans un plan o se

trouve localisée une barrette photodétectrice 3 L'optique récep-

trice est un montage Cassegrain avec un miroir principal 1 qui réfléchit le rayonnement vers un miroir secondaire 2 constitué par

un dièdre réflecteur L'axe 2 représente l'axe optique ou axe inva-

riant du montage qui focalise le rayonnement sur la barrette 3

disposée diamétralement dans le plan focal.

Un dièdre rectangle constitué de deux miroirs plan placés dans un chemin optique fournit une image symétrique par rapport à la

droite d'intersection des deux faces du dièdre, dite arête du dièdre.

Cette propriété d'optique géométrique est bien connue et si l'on considère un axe de rotation perpendiculaire à l'arête, on dispose d'un plan inverseur contenant l'axe de rotation et perpendiculaire à l'arête du dièdre et d'un plan non inverseur contenant l'axe de rotation et l'arête du dièdre Le montage à dièdre droit tournant

résout donc le problème du balayage circulaire du champ.

J Dans le montage Cassegrain considéré le dièdre, ou l'ensemble de l'optique 1 et 2 comme représenté est entraîné en rotation; cette solution convient particulièrement bien à une intégration sur un

autodirecteur à imagerie Le bloc 4 symbolise les moyens d'entrai-

nement en rotation, ces moyens pouvant être constitués par la

toupie d'un gyroscope dans une version gyrostabilisée Confor-

mément à l'invention l'axe de rotation Zo est incliné par rapport à

l'axe invariant Z d'un angle a, ce qui entraîne le parcours épicy-

cloidal décrit précédemment; l'optique tournante 1 2 est réglée de façon que l'écart angulaire entre l'axe de rotation Zo et l'axe invariant Z de l'optique soit égal à e/2 F radians (e = excentrement ramené dans le plan image, F = longueur focale de l'optique) L'autre

condition satisfaite est le positionnement de la barrette de détec-

teurs 3 diamétralement par rapport au point O' du plan image percé par l'axe de rotation Zo de l'équipage mobile en respectant la distance r I entre le centre du premier détecteur Dl et le centre

instantané de rotation O'.

Des circuits 6 de détection angulaire sont prévus pour produire un signal de synchronisation ST permettant ensuite lors du traitment de distinguer les trames paire et impaire successives au cours de la période T d'image correspondant à un tour de rotation Ceci peut être réalisé avec une piste optique et un ensemble de diodes

photoémissive et photoréceptrice Le signal ST comporte une premi-

ère impulsion de durée T/2 correspondant a un premier demi-cycle et une deuxième impulsion de signe opposé représentant la durée T/2

du deuxième demi-cycle.

Dans le cas de solutions gyrostabilisées, tels les exemples représentés sur les Figs 7 et 8, l'optique 1-2 est entraînée en rotation par la toupie et un moyen simple d'effectuer le réglage de l'écart angulaire a est de modifier l'équilibrage dynamique de la toupie Des vis dans des logements taraudés sont généralement prévues pour régler, dans le cas d'utilisation habituel, la coïncidence précise des axes Z et Zo; par action sur ces éléments on obtient de la même façon le décalage a désiré conformément au procédé utilisé dans la présente invention Ce décalage reste dans la pratique

de faible valeur, de l'ordre du milliradian par exemple.

Les signaux vidéo détectés sont préamplifiés avant d'être transmis à un ensemble de circuits de traitement 5 pour procéder à l'égalisation des valeurs moyennes de niveau continu ainsi qu'éven- tuellement à la compensation des différences de gain, de détecteur

à détecteur A cet effet, l'ensemble 5 comporte un circuit d'ai-

guillage 50 constitué par un commutateur analogique contrôlé par le signal de synchronisation ST, ce commutateur est donc commandé en synchronisme avec la rotation pour effectuer les appairages corrects des signaux détectés en même temps que les coïncidences

décrites précédemment au cours des trames successives Le cir-

cuit 51 en aval du commutateur effectue l'égalisation des niveaux continus moyens Si l'on désire en sus agir sur les gains respectifs, un

deuxième circuit 52 est mis en place en amont du commutateur 50.

Dans chacun de ces circuits pour chaque voie résultant d'un appai-

rage de détecteurs, un circuit, tel le circuit 12 ou 24 élabore un signal de compensation Dans le cas de la compensation du niveau continu, ce signal SCN est sommé dans un circuit sommateur, tel 15, avec le signal détecté Dans le cas de la compensation de gain, le

signal SCG correspondant contrôle le gain d'un amplificateur corres-

pondant, tel 22 Ces circuits seront analysés en détail ulté-

rieurement. En revenant à la Fig 7 qui représente un mode d'utilisation du

système d'analyse d'image sur un autodirecteur à imagerie infra-

rouge Le dispositif opto-mécanique de balayage est constitué par

l'optique réceptrice Cassegrain 1-2 à dièdre, entraînée par la tou-

pie 30 En aval du plan focal une optique de transposition d'image permet de reporter la barrette au centre du gyroscope et de la monter solidaire du corps du missile Cette optique complémentaire se compose d'un diaphragme 31 qui délimite le champ observé, d'une première lentille 32 qui constitue avec le montage Cassegrain 1-2 un système optique afocal, et d'une deuxième lentille 33 qui reprend le

faisceau parallèle issu de 32 pour le focaliser sur la barrette 3.

Cette dernière est disposée à l'intérieur d'un dispositif de refroi-

dissement 34, par exemple un cryostat L'ensemble est représenté en position canonique, c'est-à-dire aligné sur l'axe longitudinal du missile Les éléments optiques 1-2-31-32 sont entraînés en rotation par la toupie, ou rotor 30 Les pièces de la partie tournante sont représentées à l'aide de pointillés au lieu de hachures et celle de la partie fixe ont été laissées en clair, en sorte de mieux distinguer ces parties et simplifier la représentation Les roulements à billes 35 permettent de découpler mécaniquement l'optique terminale 33 de la rotation de la toupie Celle-ci comporte un aimant annulaire 36

qui subit les effets magnétiques des bobines de précession 37 mon-

tées fixes sur un support mécanique qui est solidaire du corps 38 La demipartie supérieure représente une coupe longitudinale passant par l'axe gisement YG du montage cardan et la partie inférieure correspond à une coupe longitudinale, à 90 de la précédente, passant par l'axe site XS, ceci pour mieux visualiser la suspension a la cardan Des paliers de roulement 41 et 42 autorisent les rotations respectives en gisement et en site Le miroir 2 est supporté par

l'intermédiaire de bras 43 de faible épaisseur qui le relie mécani-

quement à la toupie Le diaphragme 31 permet de limiter l'entrée de rayonnement parasite En outre, les lentilles 32 et 33 comportent un dépôt central correspondant à la zone non utilisée pour la réception

par ce montage Cassegrain.

La Fig 8 montre selon un schéma partiel un autre mode de

réalisation, sans optique complémentaire, avec le détecteur 3 dis-

posé directement dans le plan focal de l'optique réceptrice Cassegrain 12 Le détecteur est découplé de la rotation par les

roulements à billes 35.

Chaque signal détecté S Oj d'image se compose d'une compo-

sante continue correspondant à la valeur moyenne et due essen-

tiellement au bruit, et d'une composante variable (de valeur moyen-

ne nulle) représentant essentiellement le signal utile La non unifor-

mité de sensibilité d'un détecteur à l'autre se traduit pour un même fond continu analysé par des réponses différentes, défaut auquel il est nécessaire de remédier ce qui est produit par le circuit 51 qui

égalise les niveaux continus des différents détecteurs de la barrette.

Par contre, une disparité de réponse pour une même composante

utile variable résulte des différences de gain des éléments détec-

teur; les défauts de cet ordre sont moins prononcés et la mise ne

place d'un circuit de correction 52 prévu à cet effet n'est généra-

lement pas indispensable.

La Fig 9 montre un bloc-diagramme du circuit 51 de correc-

tion de niveau continu (dit offset selon une appelation anglo-

saxonne) On a considéré les trois voies détectrices de rang 1,2 et 3, les suivantes se déduisant de la même manière; le circuit concerne un traitement en analogique dans le cas d'une barrette 3 à éléments discrets Ce schéma fonctionnel peut être aisément transposé à d'autres cas de figure, tel que celui d'un détecteur à éléments

multiplexés ou au cas d'un traitement numérique des signaux.

Après amplification, le signal de chaque détecteur est découpé par le commutateur analogique 50 synchrone de la rotation de la toupie. La Fig 9 le représente sur la position A correspondant à la trame paire, B étant la position durant la trame impaire suivante, et ainsi de suite Le circuit est conçu de façon que les dérives de niveaux continus de chaque détecteur soient corrigés et que le niveau moyen de Pimage reste constant, égal à une valeur de référence VR correspondant à une température prédéterminée

d'image.

Les circuits 11,12,13 (Fig 7) d'élaboration des signaux de compensation sont constitués avec un intégrateur mémorisateur d'entrée, tel 60 et 61 respectivement pour les signaux SDI et SD 2 durant la trame paire considérée Les entrées SDI et SD 2 peuvent être écrites sous la forme SD 1 = 01 + 512 et SD 2 = 02 + 521, o'O O et 02 sont les composantes continues(ou offsets) intégrées en 50 et 51 et 512 et 521 les composantes utiles de valeur moyenne nulle et qui, de plus, pour cette paire de détecteurs, correspondent durant la

trame paire à une même zone d'image; en conséquence, les va-

leurs 512 et 521 sont égales et les sorties des intégrateurs repré-

sentent pratiquement (aux erreurs de gain près) les valeurs continues

01 et 02 Le circuit soustracteur 62 qui suit délivre la diffé-

rence 01-02 des signaux intégrés, donc l'écart d'offset entre les détecteurs DI et D 2 En rajoutant dans un circuit sommateur 63

l'écart d'offset du détecteur Dl par rapport à une valeur de réfé-

rence OM, soit OM 01, celui-ci délivre l'écart d'offset du détec-

teur D 2 par rapport à OM, soit OM 02 Cette valeur constitue le signal de compensation d'offset à appliquer au signal SD 2 pour l'aligner sur la valeur OM de référence, cette dernière opération est

réalisée dans le circuit sommateur 15.

Le circuit Il qui donne la référence d'alignement est conçu différemment Il comporte l'intégrateur 64 qui reçoit le signal SDI durant la trame impaire (commutateur 50 sur la position B) et un

circuit soustracteur 65 o la composante d'offset de DI est sous-

traite à une valeur de référence Cette composante d'offset a été indiquée 01 à titre de simplification, mais sa valeur peut s'en écarter étant donné que l'analyse durant la trame impaire ne correspond pas à la même zone d'image pour ce détecteur que durant la trame paire D'autre part, il faut considérer que le fond continu analysé peut présenter des variations importantes aussi bien pour l'ensemble de l'image qu'au niveau d'un détecteur (cas d'un point brillant) Pour remédier à tout ceci, l'organisation de la référence d'alignement tient compte de l'écart d'offset de la totalité de l'image par rapport à une référence VR Ceci est obtenu dans le circuit 53 qui comporte successivement, un sommateur d'entrée 66

pour sommer l'ensemble des signaux SDI à S Dn détectés, un inté-

grateur mémorisateur 67 qui intégre la somme des signaux, un circuit 68 diviseur par N (n étant le nombre d'éléments détecteurs) pour ramener la valeur intégrée à celle d'offset moyen présentée par l'image, et un amplificateur différentiel 69 pour obtenir un signal proportionnel à la différence entre cette valeur continue moyenne

d'image et la valeur de référence VR choisie La sortie OM repré-

sente la dérive d'offset de l'image par rapport à VR et permet par le sommateur 14 de corriger la dérive du détecteur DI Elle est appliquée ensuite au circuit 12 pour corriger avec le circuit 15 la

dérive du détecteur D 2, et ainsi de suite pour corriger le détec-

teur Dj + 1 par rapport au détecteur Dj On note que la valeur OM est reportée de proche en proche; si l'on considère que la sortie de lintégrateur 64 fournit une valeur O'I différente de O 1 telle que O'1 = 01 + d Ol, cet écart d Ol va se retrouver en valeur et en signe

rajouté à la composante OM et l'on obtient de toute façon l'ali-

gnement en continu désiré pour les détecteurs On notera également l'effet de filtrage produit par les circuits intégrateur 60,61,64, vis à vis de variations brutales du signal détecté, cas de points brillants localisés par exemple La voie du détecteur Dl est choisie pour constituer la référence car ce détecteur est le plus proche du centre de rotation O' et la zone d'analyse correspondante est la plus petite

de l'image.

Le circuit de correction de gain 52 est schématisé sur la

Fig 10 Dans ce circuit, on compare pour chaque couple de détec-

teurs la valeur crête à crête de la composante variable corres-

pondant à la modulation, pendant la trame correspondante à la zone de coïncidence, et cette comparaison permet de corriger de proche

en proche les erreurs de gain.

Ce circuit est de préférence placé en amont du circuit de correction de niveau continu 51 car toute différence de gain se traduit par une différence de niveau continu sur une zone limitée d'un signal dont la valeur moyenne sur cette zone est non nulle Il faut donc que les gains soient corrigés avant de corriger les niveaux continus La constante de temps des amplificateurs à gain variable peut être relativement élevée, les variations de gain étant en

général assez lentes.

Le schéma de la Fig 10 correspond à un exemple de réali-

sation Chaque circuit générateur d'un signal de compensation de gain SC Gj, comporte pour chaque voie de détection des circuits de détection crête positive 70, 72 et négative 71,73, avec mémorisation et remise à zéro à la cadence d'image T Les valeurs crêtes Jp détectées sont soustraites dans un circuit associé 74,75 pour obtenir l'amplitude de la modulation de la voie correspondante S Dj durant la

trame de coincidence considérée Un circuit amplificateur diffé-

rentiel terminal 76 délivre le signal de compensation proportionnel à la différence des sorties des soustracteurs 76 et 75 Ce signal, tel SCG 2, est appliqué à l'amplificateur à gain variable 22 de la voie D 2 pour aligner le gain sur celui de la voie Dl Celle-ci pourra ne comporter qu'un amplificateur ordinaire 21, de gain égal au gain

moyen des autres amplificateurs, tel 22.

Une autre solution possible consiste à comparer les valeurs efficaces de la modulation à la place des valeurs crête à crête ce qui rend le circuit moins sensible au bruit, mais les circuits mis en

oeuvre sont plus complexe.

Dans le cas o le signal est multiplexé et numérisé, les mêmes types de traitement sont réalisables en technique numérique cablée, ou en logiciel avec un organe de calcul suffisamment puissant et rapide. En général, la correction de gain n'est pas nécessaire car les variations correspondantes sont faibles et seule la correction de niveau continu est à prévoir A noter également que les chaines d'amplification des signaux issus de la barrette peuvent être à liaison continue ou à liaison capacitive, ce qui peut réduire la

dynamique des signaux à traiter.

L'invention a été décrite dans ce qui précède avec utilisation d'une barrette détectrice rectiligne, montée diamétralement, et en mode de balayage circulaire avec excentrement D'autres variantes

sont envisageables avec des détecteurs à barrette de type différent.

La Fig l montre une autre configuration de détecteur uti-

lisant une barrette rectiligne radiale; il apparaît à nouveau des zones de coïncidence de détecteur à détecteur, mais sur 1/2 tour d'image seulement En outre, pour éviter des zones aveugles, il est nécessaire que les détecteurs soient très rapprochés; pour un pas de

l'ordre de 100 microns par exemple, l'espace inter-détecteurs de-

vrait être de 10 microns environ ce qui représente des difficultés d'exécution. j

L'autre exemple de configuration montré sur la Fig 12 repré-

sente le cas d'une barrette en quinconce radiale Ce type de composant est plus aisément disponible La figure de balayage est un peu plus complexe, mais il y a également une zone de coïncidence sur environ 1/2 tour Outre une zone de recouvrement plus faible présentée par ces deux variantes, l'analyse de l'image est aussi plus

complexe que dans le cas de la barrette diamètrale.

* On considère maintenant le cas de systèmes utilisant un balayage linéaire uniaxe selon une direction orthogonale à celle de fa barrette détectrice Le défilement linéaire de l'image est répété périodiquement et de préférence de façon alternative Un cycle complet comporte ainsi (Fig 13) un balayage horizontal aller de gauche à droite par exemple, la barrette étant considérée verticale,

et un balayage horizontal retour de droite à gauche.

Conformément aux caractéristiques développées précé-

demment le système doit être aménagé dans ce cas pour que le déplacement relatif image-barrette corresponde au décalage entre deux détecteurs successifs, c'est-à-dire au pas de la barrette Ainsi

on obtient la superposition sur l'image des trajectoires des détec-

teurs (zones analysées par ces détecteurs) pairs et impairs alter-

nativement Ce décalage vertical alternatif est obtenue en agissant de préférence sur les moyens de balayage opto-mécanique qui produisent le balayage linéaire uniaxe, plutôt que sur le détecteur, ceci pour des raisons diverses, notamment de commodité Il y a également un décalage d'un demi-cycle entre le passage sur la même

zone d'image de deux détecteurs consécutifs.

Pendant le balayage aller correspondant par exemple à une trame paire, on compare les signaux des détecteurs de rang j avec ceux de rang j-l du balayage retour précédent (D 3 ncomparé avec D 2 (n-1))que l'on aura mémorisés Pendant le balayage retour suivant correspondant à la trame impaire, on compare les signaux de rang j avec ceux de rang j+l du balayage aller précédent (D 3 (n+l)comparé avec D 4 n) que l'on aura mémorisés Les schémas des circuits de correction sont les mêmes que ceux décrits pour le balayage circulaire, avec une différence toutefois au niveau du commutateur

de synchro trame 50 comme représenté sur la Fig 14.

En ce qui concerne la réalisation opto-mécanique du balayage avec translation de trame, le problème est beaucoup moins simple que dans le cas du balayage circulaire Un exemple de réalisation est donné sur la Fig 15 Le principe utilisé consiste à faire osciller le miroir secondaire 82 d'un montage Cassegrain 81-82 d'un petit angle pour obtenir le décalage vertical désiré Le défilement horizontal est lui obtenu par oscillation périodique d'une lame 83 autour d'un

axe vertical R Le mouvement du miroir 82 autour d'un axe hori-

zontal R 2 perpendiculaire au plan de figure est produit à chaque fin de course de la lame 83 ce qui produit le balayage désiré indiqué sur la Fig 13 On utilise pour produire le décalage vertical des vérins piézoélectriques 84 et 85 alimentés en opposition, de façon que l'un se contracte tandis que l'autre se dilate, ce qui permet de ne pas

introduire de défocalisation d'image.

J

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Système opto-électronique d'analyse d'images vidéo obte-

nues par balayage d'une barrette ( 3) d'éléments photodétecteurs, comportant une optique réceptrice ( 1-2) qui produit Pimage d'un champ observé dans un plan o est positionné la barrette, des moyens optomécaniques ( 2-4) pour produire cycliquement un bala- yage d'image déterminé dans ce plan et permettre l'analyse zone par zone par lesdits éléments détecteurs de la totalité de l'image, des moyens de traitement ( 5) des signaux détectés dotés de circuits d'alignement pour remédier au lignage de l'image, caractérisé en ce que lesdits moyens opto-mécaniques sont agencés pour que, au cours de chaque cycle de balayage d'image, chacun desdits éléments détecteurs analyse successivement deux zones différentes de l'image au cours de deux demi-cycles successifs, et en sorte que chacune desdites zone est vue successivement, au moins partiellement, par deux éléments détecteurs distincts au cours de chaque cycle, par un premier élément détecteur au cours d'un premier demi-cycle et par un deuxième élément détecteur au cours du deuxième demi-cycle, lesdits moyens de traitement comportant des circuits d'alignement du continu ( 50-51), procédant par comparaison des signaux détectés par chaque paire de détecteurs analysant une même zone, pour

élaborer des signaux de correction qui égalisent les valeurs moyen-

nes des signaux détectés par les éléments détecteurs.

2 Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les

circuits de traitement comportent, en outre, des circuits d'aligne-

ment de gain ( 52) qui élaborent des signaux de correction permet-

tant d'égaliser les gain des éléments photodétecteurs.

3 Système selon la revendication 1 ou 2, et dans lequel les moyens optomécaniques de balayage utilisent un dispositif optique

tournant pour produire un balayage circulaire autour de l'axe inva-

2661583.

riant, caractérisé en ce que l'axe de rotation dudit dispositif optique est incliné (a) par rapport à la direction de l'axe invariant en sorte

que la trajectoire du balayage devient épicycloidale.

4 Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que la barrette ( 3) est positionnée diamétralement avec un décalage (rn) déterminé par rapport à l'axe de rotation lequel présente un excentrement (e) par rapport à l'axe invariant résultant de ladite inclinaison. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que la barrette est disposée diamétralement de part et d'autre de la trace (O) de l'axe invariant, les éléments de rang impair étant considérés sur un rayon et ceux de rang pair sur le rayon opposé, chacune desdites paires de détecteurs comportant un détecteur pair

et un détecteur impair de rang successif.

6 Système selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que lesdits décalage (ri) et excentrement (e) sont déterminés en sorte que l'une quelconque des trajectoires épicycloîdales relative à un premier élément détecteur coïncide, au moins partiellement, durant un premier demi-cyle avec une deuxième trajectoire épicycloidale

relative à un second élément détecteur et, durant le deuxième demi-

cycle avec une troisième trajectoire épicycloïdale relative à un troisième élément détecteur, lesdits second, premier et troisième

éléments détecteurs étant de rang successif.

7 Système selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que l'optique réceptrice est constituée par un montage Cassegrain avec un miroir principal ( 1) et un miroir

secondaire ( 2) constitué par un dièdre droit réfléchissant; ce der-

nier, ou l'ensemble Cassegrain, étant entraîné en rotation pour

produire ledit balayage circulaire excentré.

8 Système selon l'une quelconque des revendications précédentes,

caractérisé en ce que l'optique réceptrice est gyrostabilisée.

9 Système selon l'une quelconque des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les circuits d'alignement en continu comportent un commutateur analogique ( 50) synchrone du balayage pour commuter les paires d'éléments détecteurs durant leur analyse d'une même zone, et qui est suivi d'un circuit d'alignement propre- ment dit ( 51) comprenant une pluralité de circuits comparateurs, un

premier circuit comparateur ( 11) constituant la référence d'ali-

gnement en tenant compte de l'écart en continu de la totalité de

l'image par rapport à une valeur (VR) prédéterminée.

10 Système selon l'ensemble des revendications 2 et 9, carac-

térisé en ce que le circuit d'alignement de gain ( 52) comporte des amplificateurs à gain variable interposés sur les voies de détection

en amont dudit commutateur analogique, et des moyens de compa-

raison formant une boucle de commande de gain pour chaque

amplificateur, l'entrée des boucles étant commutée par le commu-

tateur analogique.

Il Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens opto-mécaniques de balayage produisent un balayage linéaire uniaxe transversal à la barrette avec un décalage égal au pas de la barrette d'un demi-cycle au suivant en sorte que les éléments détecteurs à ordre j et j+l analysent la même zone, le premier au cours d'un premier demi- cycle et le second au cours du

demi-cycle suivant.

12 Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens opto-mécaniques et ceux de réception groupent un montage Cassegrain avec un miroir principal ( 81) et un miroir

secondaire ( 82) pour focaliser le rayonnement, un miroir oscil-

lant ( 83) pour produire le défilement transversal périodique, ledit décalage étant produit par des vérins piézoélectriques ( 84-85) qui

régissent le positionnement du miroir secondaire.

13 Utilisation d'un système selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes pour constituer un autodirecteur de missile dans lequel la toupie d'un gyroscope entraîne une optique réceptrice

Cassegrain.