FR2692369A1 - Omnidirectional monitoring device with optimal coverage of the surrounding space by joining fields. - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE VEILLE OMNIDIRECTIONNEL A COUVERTURE
OPTIMALE DE L'ESPACE ENVIRONNANT PAR JONCTION DE
CHAMPS .COVERED OMNIDIRECTIONAL SLEEP DEVICE
OPTIMUM OF THE SURROUNDING SPACE BY JOINING
FIELDS.
L'invention se rapporte au domaine de la prise de vue ou de l'observation nécessitant une couverture angulaire importante. De telles observations sont requises, par exemple, lorsqu'il s'agit d'effectuer de la veille ou de la surveillance panoramique. Le domaine spectral concerné est celui des radiations visibles ou infrarouges suivant les conditions de fonctionnement (de nuit, de jour, dans l'espace, au sol). Le choix du type de détecteurs utilisés (détecteurs CCD au silicium, détecteurs hybrides infrarouges, intensificateurs de lumière, tube vidicon, etc...) est alors déterminé en fonction notamment de la coïncidence entre son domaine spectral de sensibilité et le domaine des radiations visé. The invention relates to the field of shooting or observation requiring significant angular coverage. Such observations are required, for example, when it comes to monitoring or panoramic surveillance. The spectral range concerned is that of visible or infrared radiation depending on the operating conditions (night, day, in space, on the ground). The choice of the type of detectors used (silicon CCD detectors, infrared hybrid detectors, light intensifiers, vidicon tube, etc.) is then determined in particular as a function of the coincidence between its spectral range of sensitivity and the domain of radiation targeted. .
L'objet de l'invention concerne, plus particulièrement, un dispositif de veille omnidirectionnelle couvrant la totalité de l'espace environnant à l'aide de champs d'observation jointifs. The object of the invention relates, more particularly, to an omnidirectional watch device covering the entire surrounding space using adjoining observation fields.
L'invention s'applique aussi bien à la veille aéroportée que terrestre, sans limitation du domaine spectral
- en veille aéroportée, l'observation couvre alors 4E stéradians
- en version sol-air, la couverture est alors limitée au demi espace supérieur
- la bande spectrale couverte est fonction du type de mission dédiée : par exemple, la bande spectrale concernée est 3 - 5 pm par la mise en oeuvre d'un détecteur au platine-silicium (Pt-Si) lorsque l'on s'at tache plus particulièrement à la détection de points chauds, tels que des missiles ou des propulseurs.The invention applies both to airborne and terrestrial surveillance, without limiting the spectral range
- in airborne standby, the observation then covers 4E steradians
- in ground-air version, the cover is then limited to the upper half space
- the spectral band covered is a function of the type of dedicated mission: for example, the spectral band concerned is 3 - 5 pm by the use of a detector with platinum-silicon (Pt-Si) when one attains task more particularly to the detection of hot spots, such as missiles or propellants.
Pour obtenir une couverture d'espace angulaire importante, deux méthodes sont à l'heure actuelle utilisées. Ces méthodes d'observation s'analysent tant sur le plan de la couverture spatiale fournie, que sur le plan de la résolution angulaire et de la cadence d'exploration obtenues. Two methods are currently used to obtain significant angular space coverage. These observation methods can be analyzed both in terms of the spatial coverage provided and in terms of the angular resolution and the rate of exploration obtained.
La première méthode consiste à associer un objectif fixe à très grand champ, appelée classiquement 'fish eye" dans le domaine de la photographie, à un détecteur bidimensionnel de type matriciel. L'utilisation dans la bande infrarouge d'un tel objectif (avec un champ de 1120 et une ouverture à F/1,2) associée à une matrice détectrice Pt-Si de 512 x 512 capteurs élémentaires est décrite dans le Journal SPIE volume 1488, pages 368 à 375. The first method consists in associating a fixed very wide field objective, conventionally called "fish eye" in the field of photography, with a two-dimensional detector of the matrix type. The use in the infrared band of such a objective (with a field of 1120 and an opening at F / 1.2) associated with a Pt-Si detector matrix of 512 × 512 elementary sensors is described in the Journal SPIE volume 1488, pages 368 to 375.
L'avantage principal de cette méthode réside ' dans le fait qu'elle permet de s'affranchir de l'utilisation d'un dispositif de balayage optomécanique : en effet, un détecteur matriciel capte directement toute l'image de la scène observée, sans nécessiter de balayage par projection de cette image sur le détecteur à l'aide d'un groupe optique de focalisation adapté. L'exploration du paysage peut ainsi stef- fectuer à une cadence très élevée, limitée seulement par les temps d'intégration des charges libérées au niveau du capteur proportionnellement à l'éclairement qu'il reçoit, selon la technique CCD bien connue. The main advantage of this method lies in the fact that it eliminates the use of an optomechanical scanning device: in fact, a matrix detector directly captures the entire image of the scene observed, without require scanning by projection of this image on the detector using a suitable focusing optical group. Exploration of the landscape can thus take place at a very high rate, limited only by the integration times of the charges released at the level of the sensor in proportion to the illumination it receives, according to the well-known CCD technique.
L'inconvénient majeur de ce type de solution est sa faible résolution angulaire. La résolution angulaire se définit classiquement comme l'angle minimal pour lequel deux objets, situés à une distance correspondant à une portée donnée, sont vus distinctement par un même capteur. Plus le champ à couvrir est impor tant, plus la résolution est médiocre. Dans le cas de détecteurs matriciels et pour un champ donné, la résolution est en fait directement limitée par la surface des capteurs élémentaires du détecteur matriciel et donc, pour une matrice de dimension donnée, par le nombre de capteurs élémentaires dans cette matrice. D'autre part, cette résolution ne peut être considérée comme constante que le long du champ, c'est-à-dire pour les capteurs situés au centre de la matrice et dont les champs objets conjugués ne subissent pratiquement pas de distorsion. The major drawback of this type of solution is its low angular resolution. Angular resolution is conventionally defined as the minimum angle for which two objects, located at a distance corresponding to a given range, are seen distinctly by the same sensor. The larger the field to be covered, the poorer the resolution. In the case of matrix detectors and for a given field, the resolution is in fact directly limited by the area of the elementary sensors of the matrix detector and therefore, for a matrix of given dimension, by the number of elementary sensors in this matrix. On the other hand, this resolution can only be considered constant along the field, that is to say for the sensors located in the center of the matrix and whose conjugate object fields suffer practically no distortion.
Une deuxième méthode, plus classiquement utilisée dans le domaine de l'infrarouge, met en oeuvre un système optomécanique de balayage associé à un détecteur permettant de couvrir un champ plus large. A second method, more conventionally used in the infrared field, implements an optomechanical scanning system associated with a detector making it possible to cover a wider field.
Le détecteur se présente alors sous la forme d'une barrette longitudinale comportant un nombre réduit de rangées de capteurs élémentaires. Le système optomécanique effectue le balayage de la barrette sur une image intermédiaire formée par un système optique de tête qui, suivant les dimensions de la barrette, est effectué selon une direction (balayage trame) ou deux directions (balayage ligne et trame). Le balayage est réalisé à l'aide d'un miroir oscillant ou d'un prisme tournant avec une certaine période définissant la cadence de balayage. I1 a été par exemple réalisé un système à tête de balayage par miroir assurant une couverture de 1200 x 800 dans le domaine des radiations infrarouges à une cadence de 2 hertz. Un système à balayage par prisme est par ailleurs décrit dans le Journal SPIE volume 782, pages 300, 38 et suivantes.Ce prisme assure une exploration de 3,3 stéradians à une fréquence de 3,6 hertz. The detector then takes the form of a longitudinal strip comprising a reduced number of rows of elementary sensors. The optomechanical system performs the scanning of the strip on an intermediate image formed by an optical head system which, depending on the dimensions of the strip, is carried out in one direction (raster scanning) or two directions (line and raster scanning). The scanning is carried out using an oscillating mirror or a rotating prism with a certain period defining the scanning rate. I1 was for example made a system with a scanning head mirror providing coverage of 1200 x 800 in the field of infrared radiation at a rate of 2 hertz. A prism scanning system is also described in the Journal SPIE volume 782, pages 300, 38 et seq. This prism provides exploration of 3.3 steradians at a frequency of 3.6 hertz.
Les inconvénients des systèmes basés sur une exploration par balayage sont multiples
- les cadences d'exploration sont faibles : elles sont limitées par les besoins en portée qui imposent un champ objet élémentaire exploré faible durant le temps d'intégration des charges du détecteur ; la résolution que doit fournir le système (typiquement 0,50) ne peut dès lors être atteinte qu'au détriment de la vitesse de balayage
- les rendements de balayage sont médiocres : au cours du balayage, les capteurs élémentaires voisins sont amenés à "voir" des portions d'espace identiques de sorte que la couverture angulaire de l'espace n'est pas optimale ; de même l'obtention d'une résolution constante dans le champ impose généralement des rendements de balayage faible
- ce type de système à très large champ de vision nécessite des hublots de fermeture (dômes) de réalisation complexe et de coût élevé.The drawbacks of systems based on scanning by scanning are manifold
- the exploration rates are low: they are limited by the range requirements which impose a low explored elementary object field during the integration time of the detector charges; the resolution which the system must provide (typically 0.50) can therefore only be achieved at the expense of the scanning speed
- the scanning yields are poor: during scanning, the neighboring elementary sensors are led to "see" identical portions of space so that the angular coverage of the space is not optimal; similarly obtaining a constant resolution in the field generally imposes low scanning yields
- This type of system with a very wide field of vision requires closing portholes (domes) of complex construction and high cost.
Mais, que ce soit avec ou sans système opto-mécanique de balayage, les systèmes antérieurs n'offrent pas une couverture totale de tout l'espace environnant. Afin d'obtenir une telle couverture, avec une bonne résolution angulaire et à une cadence de "ra fraîchissement" d'image élevée, l'invention propose d'utiliser plusieurs objectifs à grand champ du type "fish eye", chaque objectif étant associé à un détecteur bidimensionnel pour former un module de détection, l'ensemble des modules de détections couvrant de manière optimale un espace objet de dimension aussi grande que voulue ; de plus, la distorsion de chaque objectif est adaptée de manière à rendre les champs objets de deux mosaïques détectrices jointives sans se chevaucher, le nombre de modules de détection étant déterminé en fonction de l'espace à couvrir. However, whether or not with an opto-mechanical scanning system, the prior systems do not offer total coverage of the entire surrounding space. In order to obtain such coverage, with good angular resolution and at a high "refresh" rate, the invention proposes using several wide-field objectives of the "fish eye" type, each objective being associated a two-dimensional detector to form a detection module, the set of detection modules optimally covering an object space of dimension as large as desired; in addition, the distortion of each objective is adapted so as to make the object fields of two adjoining detector mosaics without overlapping, the number of detection modules being determined as a function of the space to be covered.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de veille omnidirectionnel à couverture optimale de l'espace environnant par jonction de champs, comportant des moyens optiques de formation d'images sur au moins un détecteur bidimensionnel du type CCD capable de délivrer un signal vidéo de visualisation de l'image projetée, caractérisé en ce que les moyens optiques comprennent plusieurs objectifs grand angulaire de type "fish eye", chaque objectif grand angulaire étant associé à un détecteur bidimensionnel pour former un module de détection, en ce que le nombre de modules de détection est adapté à la dimension globale de l'espace environnant à couvrir, et en ce que chaque objectif grand angulaire possède une loi de distorsion choisie pour rendre jointifs les champs objets limités couverts par deux détecteurs voisins. More specifically, the subject of the invention is an omnidirectional watch device with optimal coverage of the surrounding space by joining fields, comprising optical means for forming images on at least one two-dimensional detector of the CCD type capable of delivering a signal. video for viewing the projected image, characterized in that the optical means comprise several wide angle objectives of the "fish eye" type, each wide angle objective being associated with a two-dimensional detector to form a detection module, in that the number of detection modules is adapted to the overall dimension of the surrounding space to be covered, and in that each wide angle lens has a distortion law chosen to make the limited object fields covered by two neighboring detectors join.
Selon une forme de réalisation, le dispositif de veille omnidirectionnelle selon l'invention couvre une sphère objet complète, c'est-à-dire un angle solide de 4E stéradians, à l'aide de six objectifs grands angulaires associés à six détecteurs pour former six modules de détection disposés sur les faces d'un cube. According to one embodiment, the omnidirectional watch device according to the invention covers a complete object sphere, that is to say a solid angle of 4E steradians, using six wide angle objectives associated with six detectors to form six detection modules arranged on the faces of a cube.
Le dispositif selon l'invention offre une résolution angulaire satisfaisante et uniforme quelle que soit la position de l'objet observé dans l'espace environnant. En effet, la multiplication du nombre d'objectifs restreignant le champ couvert par chacun, par exemple de l'ordre de 2 stéradians dans la forme de réalisation proposée, la résolution angulaire n'est pas entachée ( < 0,50) et reste uniforme du fait de la distorsion relativement conservative des objectifs grand angulaire utilisés. The device according to the invention offers a satisfactory and uniform angular resolution whatever the position of the object observed in the surrounding space. Indeed, the multiplication of the number of objectives restricting the field covered by each, for example of the order of 2 steradians in the proposed embodiment, the angular resolution is not tainted (<0.50) and remains uniform due to the relatively conservative distortion of the wide angle lenses used.
L'invention autorise des cadences d'exploration importantes (100 Hz à 1 KHz) pour une complexité mécanique minimale, sans nécessiter de dôme de fermeture de conception délicate, ni de système de balayage. The invention allows significant exploration rates (100 Hz to 1 KHz) for minimum mechanical complexity, without the need for a closing dome of delicate design, nor for a scanning system.
Avantageusement, lorsque les détecteurs présentent des taux de remplissage de capteurs élémentaires insuffisants, il est adjoint à chaque détecteur un élément de microbalayage, du type à lame tournante, pour supprimer les zones de l'espace objet rendues inaccessibles du fait de l'existence de zones aveugles situées entre les capteurs élémentaires du détecteur. Advantageously, when the detectors have insufficient filling rates of elementary sensors, there is added to each detector a micro-scanning element, of the rotating blade type, to remove the areas of the object space made inaccessible due to the existence of blind zones located between the elementary sensors of the detector.
L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées qui représentent respectivement
- à la figure 1, un exemple d'objectif grand angulaire de type "fish eye " utilisé par l'invention
- à la figure 2, un mode de réalisation de l'invention permettant de couvrir un espace de 4E stéradians
- à la figure 3, un schéma illustrant la couverture angulaire d'un objectif grand angulaire lorsque les champs couverts par deux objectifs voisins du dispositif selon l'invention sont jointifs
- à la figure 4, une lame à faces parallèles de microbalayage pour un détecteur bidimensionnel
- aux figures 5a à 5d, quatre positions d'un capteur élémentaire du même détecteur bidimensionnel au cours du microbalayage.The invention will be better understood and other characteristics and advantages will appear on reading the description which follows, made with reference to the appended figures which respectively represent
- in Figure 1, an example of a wide angle lens of the "fish eye" type used by the invention
- in FIG. 2, an embodiment of the invention making it possible to cover a space of 4E steradians
- in Figure 3, a diagram illustrating the angular coverage of a wide angle lens when the fields covered by two neighboring objectives of the device according to the invention are contiguous
- in Figure 4, a blade with parallel faces of microscanning for a two-dimensional detector
- In Figures 5a to 5d, four positions of an elementary sensor of the same two-dimensional detector during microbay.
Un exemple d'architecture optique d'un objectif grand angulaire de type "fish eye", opérant dans la bande spectrale 3 à 5 Um, est fournie à la figure I. Cet objectif comporte un groupe optique d'entrée divergent 1 associé, le long d'un même axe optique
XX', à un second groupe optique globalement convergent 2. Un tel objectif ouvert à F/1 couvre un champ de 1100 ; les rayons lumineux provenant de ce champ tels que ceux symbolisés par des traits fléchés sur la fi gure 1, traversent les groupes optiques 1 et 2 de façon à être projetés sur un détecteur D. Le plan de la pupille de sor tie Ps du système optique coïncide avec l'écran froid d'un cryostat de refroidissement C dans lequel est disposé le détecteur D, de sorte que ce dernier ne "voit" que le flux utile provenant du champ d'observation.An example of optical architecture of a wide angle lens of the "fish eye" type, operating in the spectral band 3 to 5 μm, is provided in FIG. I. This objective comprises an associated divergent optical group 1, the along the same optical axis
XX ', to a second globally convergent optical group 2. Such an objective open to F / 1 covers a field of 1100; the light rays coming from this field such as those symbolized by arrowed lines in FIG. 1, pass through the optical groups 1 and 2 so as to be projected onto a detector D. The plane of the exit pupil Ps of the optical system coincides with the cold screen of a cooling cryostat C in which the detector D is placed, so that the latter only "sees" the useful flux coming from the field of observation.
L'association entre un objectif grand angulaire du type décrit et un détecteur de type bidimensionnel est appelé dans ce qui suit un module de détection. Un détecteur matriciel classique de 256 x 256 capteurs élémentaires formant un réseau de pas spatial égal à 50 Mm peut être utilisé dans un tel module dans ces conditions, l'objectif possède alors une distance focale de l'ordre de 8,2 mm et un diamètre de pupille de sortie de même valeur, pour une ouverture
F/1.The association between a wide angle lens of the type described and a two-dimensional type detector is called in the following a detection module. A conventional matrix detector of 256 x 256 elementary sensors forming a network of spatial pitch equal to 50 Mm can be used in such a module under these conditions, the objective then has a focal distance of the order of 8.2 mm and a diameter of exit pupil of the same value, for an opening
F / 1.
Une association de six modules de détection; tel que celui qui vient d'être décrit constitue une forme de réalisation du dispositif de veille omnidirectionnel selon l'invention. Cette forme de réalisation est représentée à la figure 2. Sur cette figure, chacun des six modules de détection, EF1 à EF6, chaque module est composé d'un objectif grand angulaire, respectivement 01 à 06, et d'un détecteur D1 à D6 possède un axe de symétrie qui traverse perpendiculairement et en son centre, une face, respectivement F1 à
F6, d'un cube K. Les axes de symétrie de deux ensembles de focalisation opposés sont confondus et forment trois axes X1 X6, X2 X4 et X3 X5 qui se croisent au centre 0 du cube.A combination of six detection modules; such as that which has just been described constitutes an embodiment of the omnidirectional standby device according to the invention. This embodiment is shown in Figure 2. In this figure, each of the six detection modules, EF1 to EF6, each module is composed of a wide angle lens, respectively 01 to 06, and a detector D1 to D6 has an axis of symmetry which crosses perpendicularly and in its center, a face, respectively F1 to
F6, of a cube K. The axes of symmetry of two opposite focusing sets are merged and form three axes X1 X6, X2 X4 and X3 X5 which intersect at the center 0 of the cube.
Les cryostats de refroidissement des détecteurs (non représentés) peuvent être soit indépendants, soit regroupés pour ne former qu'un seul système de refroidissement commun. Les circuits de traitement vidéo des détecteurs forment six séquences d'images visualisées simultanément sur six moniteurs différents, ou bien peuvent, par commutation, former alternativement une des séquences d'images sur un seul moniteur. The detector cooling cryostats (not shown) can be either independent or grouped together to form a single common cooling system. The video processing circuits of the detectors form six sequences of images viewed simultaneously on six different monitors, or else can, by switching, alternately form one of the sequences of images on a single monitor.
La réalisation de tels systèmes de refroidissement ou de tels circuits de commutation est à la portée de l'homme du métier.The realization of such cooling systems or such switching circuits is within the reach of the skilled person.
Selon l'invention, la distorsion de chaque objectif grand angulaire est adaptée pour que les champs objets de deux détecteurs voisins soient jointifs sans se chevaucher. Le schéma de la figure 3 qui représente la couverture angulaire d'un fish eye permet de définir les conditions pour que les champs couverts par deux objectifs voisins soient jointifs. Sur cette figure, a été représenté le cube K précédent, centré au point 0, et les sommets MNPQ de la face frontale F3 traversée par l'axe X30X5 des modules de détection frontale et arrière. Les modules de détection EF1 à EF6 de la figure 2 ne sont pas représentés sur la figure 3 pour des raisons de clarté. According to the invention, the distortion of each wide angle lens is adapted so that the object fields of two neighboring detectors are joined without overlapping. The diagram in FIG. 3 which represents the angular coverage of a fish eye makes it possible to define the conditions so that the fields covered by two neighboring objectives are contiguous. In this figure, the preceding cube K has been represented, centered at point 0, and the vertices MNPQ of the front face F3 crossed by the axis X30X5 of the front and rear detection modules. The detection modules EF1 to EF6 of FIG. 2 are not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
Chacun des objectifs grand angulaire doit couvrir un champ minimal pour que la somme de tous ces champs couvre tout l'espace environnant. Ce champ minimal est en même temps maximal pour que les champs explorés par les six modules de détection restent jointifs sans se chevaucher sur 4S stéradians. Par exemple sur la figure 3, le module de détection frontale couvre l'angle solide centré sur O et s'appuyant sur les sommets M, N, P, Q du cube K. Dans ces conditions, le demi angle maximal de champ jointif pour l'objectif frontal est défini par l'angle (OX3, ON) et vaut
8maux = Arc cos (1/X--3) 5 54,7350 ce qui correspond à un champ maximal d'ouverture double, c'est-à-dire d'environ 109,50. Each of the wide angle objectives must cover a minimum field so that the sum of all these fields covers all of the surrounding space. This minimum field is at the same time maximum so that the fields explored by the six detection modules remain contiguous without overlapping on 4S steradians. For example in FIG. 3, the frontal detection module covers the solid angle centered on O and resting on the vertices M, N, P, Q of the cube K. Under these conditions, the maximum half angle of joined field for the front objective is defined by the angle (OX3, ON) and is
8maux = Arc cos (1 / X - 3) 5 54.7350 which corresponds to a maximum field of double opening, that is to say approximately 109.50.
Afin d'obtenir des champs jointifs, l'angle de champ couvert par chacun des objectifs grand angulaire d'un dispositif de veille omnidirectionnelle selon l'invention est modulé en adaptant la distorsion provoquée par chacun des objectifs grand angulaire. In order to obtain contiguous fields, the field angle covered by each of the wide angle objectives of an omnidirectional standby device according to the invention is modulated by adapting the distortion caused by each of the wide angle objectives.
Une telle adaptation dans l'exemple de réalisation proposée peut résulter d'un calcul basé sur une loi générale de distorsion du type p = k (e).f.e dans laquelle
e est le demi-angle d'ouverture de champ
k(0) est un coefficient d'adaptation fonc
tion de 8
f est la focale paraxiale
k(e).f est la focale équivalente
p est la distance à l'axe d'un capteur
élémentaire du détecteur.Such an adaptation in the proposed embodiment may result from a calculation based on a general law of distortion of the type p = k (e) .fe in which
e is the half-angle of field of view
k (0) is a coefficient of adaptation
tion of 8
f is the paraxial focal
k (e) .f is the equivalent focal length
p is the distance to the axis of a sensor
elementary of the detector.
Un calcul simple de k pour des valeurs extrêmes de p, c'est-à-dire pour les capteurs élémentaires situés en bordure du détecteur à un sommet et à un milieu des côtés d'un détecteur matriciel supposé carré et supposé disposé près du centre 0, correspondant par exemple aux ouvertures angulaires de champ respectivement OX3, OP et OX3, OI, montre que le coefficient k est une fonction faiblement croissante de 8 de 00 à environ 550 : la distorsion adaptée augmente donc la focale équivalente en bordure de champ, ce qui correspond à une distorsion de type coussinet.Plus exactement, pour un détecteur matriciel carré de demi-côté a et pour un capteur élémentaire quelconque de ce détecteur matriciel repéré à l'aide de coordonnées cartésiennes y et z par rapport au centre de la mosaïque, le coefficient k varie selon la loi suivante
Cette loi fournit des valeurs de k proches de 1, en variant de 1,273 pour les capteurs situés en bordure du détecteur matriciel sur les milieux des côtés de la matrice (0 = 450), à k = 1,480 pour les capteurs situés aux sommets de la matrice (e=emax-550). This law provides values of k close to 1, varying from 1.273 for the sensors located on the edge of the matrix detector on the midpoints of the sides of the matrix (0 = 450), to k = 1.480 for the sensors located at the vertices of the matrix (e = emax-550).
Dans ces conditions la loi de distorsion est proche de la loi p= f.0 et le champ élémentaire couvert par chaque objectif grand angulaire est alors relativement conservatif : la résolution, qui peut être mesurée, pour une portée donnée, par la dimension du champ élémentaire correspondant à un capteur élémentaire du détecteur via l'objectif grand angulaire, est donc relativement conservative c'est-à-dire uniforme le long de chaque champ objet correspondant à chaque objectif grand angulaire. Ainsi, pour un détecteur matriciel de 256 x 256 capteurs élémentaires, supposés jointifs, une résolution angulaire uniforme de 0,370 sur 4E stéradians peut être obtenue. Under these conditions the law of distortion is close to the law p = f.0 and the elementary field covered by each wide angle lens is then relatively conservative: the resolution, which can be measured, for a given range, by the dimension of the field elementary corresponding to an elementary sensor of the detector via the wide angle lens, is therefore relatively conservative, that is to say uniform along each object field corresponding to each wide angle lens. Thus, for a matrix detector of 256 x 256 elementary sensors, assumed to be contiguous, a uniform angular resolution of 0.370 on 4E steradians can be obtained.
En réalité les capteurs élémentaires des détecteurs bidimensionnels ne sont pas jointifs. Pour des raisons d'ordre technologique, ils sont séparés par des zones aveugles non photosensibles. Pour accéder à l'information perdue par ces zones aveugles, il est connu d'effectuer un microbalayage permettant de capter les flux lumineux normalement destinés à ces zones aveugles mais déviés, grâce à ce microbalayage, sur les capteurs élémentaires photosensibles. De tels microbalayages sont obtenus à l'aide de lames à faces parallèles dont la mise en oeuvre est décrite par exemple dans les brevets FR 2 647 995 ou EP 289 182. In reality, the elementary sensors of the two-dimensional detectors are not contiguous. For technological reasons, they are separated by non-photosensitive blind zones. To access the information lost by these blind areas, it is known to carry out a micro-scan making it possible to capture the light fluxes normally intended for these blind areas but diverted, by virtue of this micro-scan, on the elementary photosensitive sensors. Such microbayings are obtained using blades with parallel faces, the implementation of which is described for example in patents FR 2 647 995 or EP 289 182.
Pour obtenir une couverture totale sans zone de champ aveugle dans l'espace objet, correspondant aux zones aveugles des détecteurs, il est proposé d'adjoindre une lame à faces parallèles dans le flux convergent de chaque module de détection, par exemple entre la pupille de sortie de chaque objectif grand champ et le détecteur associé, selon une mise en oeuvre particulière illustrée à la figure 4. Sur cette figure, une lame à face parallèle L a une épaisseur e et est inclinée selon un très petit angle a, exagérément agrandi sur la figure à des fins de clarté. La lame L est entraînée en rotation autour de l'axe optique XX' et est placée en faisceau convergent de chaque objectif grand angulaire du système de veille. Un moteur, par exemple un moteur asynchrone, effectue la rotation de la lame à l'aide d'une pignonerie adaptée. To obtain total coverage without a blind field zone in the object space, corresponding to the blind zones of the detectors, it is proposed to add a blade with parallel faces in the convergent flow of each detection module, for example between the pupil of output of each wide field objective and the associated detector, according to a particular implementation illustrated in FIG. 4. In this figure, a blade with parallel face L has a thickness e and is inclined at a very small angle a, exaggeratedly enlarged on figure for clarity. The blade L is rotated about the optical axis XX 'and is placed in a convergent beam of each wide angle objective of the standby system. A motor, for example an asynchronous motor, performs the rotation of the blade using a suitable gear.
Cette lame inclinée provoque un décalage des faisceaux optiques. Par exemple le rayon central,
RC, représenté par un trait fléché sur la figure 4, est réfracté en traversant la lame à faces parallèles L selon un angle a' et ressort de la lame avec un décalage A égal à e sin(a-a')/cosa'. L'angle a est calculé pour que la rotation de la lame imprime au champ élémentaire, correspondant à chaque capteur élémentaire, une nutation permettant la couverture des zones de champ aveugle. Ceci se traduit par une nutation "virtuelle" correspondante de chaque capteur élémentaire permettant la couverture des zones aveugles situées sur le détecteur.This inclined blade causes an offset of the optical beams. For example the central radius,
RC, represented by an arrowed line in FIG. 4, is refracted by crossing the blade with parallel faces L at an angle a 'and comes out of the blade with an offset A equal to e sin (a-a') / cosa '. The angle a is calculated so that the rotation of the blade prints on the elementary field, corresponding to each elementary sensor, a nutation allowing the coverage of the blind field zones. This results in a corresponding "virtual" nutation of each elementary sensor allowing the coverage of the blind zones located on the detector.
Sur les figures 5a à 5d, ont été représentées quatre positions extrêmes "virtuelles", d'un capteur élémentaire, RSTU, successivement prises au cours de la rotation de la lame à faces parallèles. Les zones hachurées, qui représentent les zones aveugles entourant le capteur élémentaire, sont successivement balayées par portion au cours de la rotation de la lame. In FIGS. 5a to 5d, four extreme "virtual" positions have been shown, of an elementary sensor, RSTU, successively taken during the rotation of the blade with parallel faces. The hatched areas, which represent the blind areas surrounding the elementary sensor, are successively scanned by portion during the rotation of the blade.
L'angle d'inclinaison a de la lame est calculé pour que, par exemple, le point S effectue la nutation repré sentée sur la figure 5a par la courbe circulaire dessinée en pointillés, pendant la rotation de la lame.The angle of inclination a of the blade is calculated so that, for example, point S performs the nutation represented in FIG. 5a by the circular curve drawn in dotted lines, during the rotation of the blade.
Pour adapter la résolution du système à la dimension des capteurs élémentaires "virtuels", l'intégration des charges est effectuée entre les différentes positions extrêmes a, b, c, d de la figure 5. L'intégration se fait alors quatre fois par tour de lame. La cadence de rafraîchissement de l'image complète s'effectuant à chaque tour de lame, la cadence d'exploration est divisée par quatre dans l'exemple de réalisation proposée. Par exemple, pour des temps d'intégration entre chaque passage de l'ordre de 2,5 millisecondes, soit 400 KHz, les cadences d'exploration obtenues sont de 100 KHz, ce qui reste bien supérieur aux performances des systèmes à balayage (de l'ordre de quelques hertz. To adapt the resolution of the system to the dimension of the "virtual" elementary sensors, the integration of the charges is carried out between the different extreme positions a, b, c, d of FIG. 5. The integration is then done four times per revolution of soul. The refresh rate of the complete image being effected at each turn of the blade, the exploration rate is divided by four in the proposed embodiment. For example, for integration times between each pass of the order of 2.5 milliseconds, or 400 KHz, the exploration rates obtained are 100 KHz, which remains much higher than the performance of scanning systems (from the order of a few hertz.
Dans le cas où les objets à détecter sont au moins de l'ordre de grandeur de la dimension des capteurs élémentaires, le microbalayage n' est bien entendu plus nécessaire. In the case where the objects to be detected are at least of the order of magnitude of the dimension of the elementary sensors, the micro-scanning is of course no longer necessary.
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