FR2712394A1 - Simulateur de scène, en particulier pour examiner des détecteurs infrarouges dans des têtes chercheuses de cibles. - Google Patents
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Abstract
Un simulateur de sène destiné à engendrer des informations d'image en temps réel pour le test de détecteurs à résolution d'image, en particulier pour examiner des détecteurs infrarouges dans des têtes à chercheuses de cibles, comprend une série de miroirs micromécaniques (20) constituée d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir déplaçables par commande entre une première et une seconde position de commande. Un dispositif d'illumination (10) est susceptible d'illuminer la série de miroirs (20) régulièrement. La lumière du dispositif d'illumination (10) est guidée, dans une première position de commutation d'un élément de miroir, à côté d'un détecteur à examiner (32), et est réflétée, dans la seconde position de commutation de l'élément de miroir, dans là voie des rayons (26) du détecteur (32). Des moyens de commande (34, 36) sont destinés à commander les éléments de miroir dès la première ou la seconde position de commutation de sorte que le détecteur à examiner observe une scène d'objet simulée.
Description
DESCRIPTION
L'invention concerne un dispositif destiné à engendrer des informations d'image en temps réel pour le test de détecteurs à résolution d'image, en particulier pour examiner des détecteurs infrarouges dans des têtes chercheuses de cibles. On sait examiner des détecteurs infrarouges à résolution d'image, en particulier dans des têtes chercheuses de cibles infrarouges, au moyen de scènes d'objet simulées dans des conditions dynamiques. Ceci est effectué dans des soi- disant installations HIL (Hardware-in-the Loop). Le vol d'un missile téléguidé est alors simulé de l'atterrissage jusqu'à l'approche de la cible. Depuis la tête chercheuse, on voit ceci comme une "explosion d'image": Vu de la tête chercheuse, un objet simulé devient de plus en plus grand lors de l'approche. Il faut simuler la séquence de scènes apparaissant lors du vol en temps réel, c'est-à-dire avec des fréquences
d'images permettant une représentation quasi-continue.
Pour la représentation de la scène d'objet ou de cible dans un domaine spectral infrarouge, comme il est nécessaire pour des têtes chercheuses infrarouges, on demande une résolution élevée. Il faut que la simulation permette la représentation d'une dynamique élevée du niveau de radiation dans les éléments individuels d'image (pixel). Il faut que
les niveaux de radiation puissent varier dans une large zone.
Typiquement, le niveau de radiation maximum représentable dans une scène d'objet devrait être supérieur d'un facteur 2000 par rapport au niveau de radiation minimum représentable. Il faut pouvoir monter et démonter les niveaux de radiation, y compris les niveaux de radiation élevés, en quelques secondes. Le niveau de radiation maximum peut alors
- se situer directement à côté du niveau de radiation minimum.
Il est alors particulièrement important d'éviter une diaphonie. Ces fortes variations du niveau de radiation sont nécessaires en particulier pour la représentation de rayons
perturbateurs (flares).
La représentation d'objets rapidement variables ou mobiles comme des rayons perturbateurs modulés (Jammers) ou des pales du rotor d'hélicoptères demande, en plus, une dynamique temporelle élevée, c'est-à-dire des faibles constantes de temps lors de la montée et l'affaiblissement de
la radiation.
On sait engendrer, dans des simulateurs de scènes infrarouges, l'information d'image dans le domaine spectral infrarouge par l'échauffement ponctuel de résistances et de feuilles. Cependant, la dynamique ainsi représentable dans les niveaux de signal et dans les constantes de temps n'atteint pas du tout les valeurs exigées dans les dispositions connues de ce type. Il y a également une forte diaphonie indésirée. L'énergie de chaleur destinée à produire la radiation infrarouge apparaît à l'intérieur de la matrice d'image représentant la scène d'objet. Cette énergie de chaleur se répartit sur la matrice d'image. Ceci provoque des signaux de diaphonie perturbateurs. Dans les simulateurs de scènes infrarouges connus, il faut affaiblir ces signaux de diaphonie par des dispositifs de refroidissement complexes et lourds. Ceci complique le montage du simulateur de scène infrarouge sur un châssis de mouvement de cible comme il est
normalement prévu dans des installations HIL.
En outre, on sait produire l'information d'image par un laser dont le faisceau lumineux effectue un mouvement bidimensionnel d'exploration. A cette fin, le faisceau lumineux est conduit par un système de miroir. Il faut qu'un tel système de miroir soit très rapide. Le système de miroir est ainsi assez complexe. Ici, la dynamique représentable des niveaux de radiation est également limitée. La synchronisation du mouvement de la tâche lumineuse produite par le faisceau lumineux avec la tête chercheuse à examiner
pose des problèmes.
De l'EP-A-0 469 293 on connait une série de miroirs bistable déformable formée par des éléments individuels de miroir du type pixel. Les éléments individuels de miroir sont chacun articulés de manière pivotable et peuvent être pivotés par des signaux de commande dans une première ou une seconde position. L'invention a pour but d'obtenir, dans un simulateur de scène opérant dans un domaine spectral infrarouge, une dynamique élevée des niveaux de radiation et des faibles constantes de temps. La diaphonie entre deux éléments d'image adjacents doit être largement affaiblie. Le poids du simulateur de scène doit être réduit, de sorte que le simulateur de scène puisse être pivoté dans une installation
HIL avec une dynamique élevée.
Conformément à l'invention, ce problème est résolu par (a) une série de miroirs micromécaniques constituée d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir déplacables par commande entre une première et une seconde position de commande, (b) un dispositif d'illumination susceptible d'illuminer la série de miroirs régulièrement, et - dont la lumière est guidée, dans une première position de commutation d'un élément de miroir, à côté d'un détecteur à examiner, et est reflétée, dans la seconde position de commutation de l'élément de miroir, dans la voie des rayons du détecteur, (c) des moyens de commande destinés à commander les éléments de miroir des la première ou la seconde position de commutation de sorte que le détecteur à examiner observe une
scène d'objet simulée.
On a alors prévu une source lumineuse rayonnant en permanence, émettant p.ex. une radiation infrarouge. L'image est produite en pivotant des éléments de miroir différents de la série de miroirs de la première dans la seconde position de commande par les moyens de commande. Dans la première position de commande, les éléments de miroir guident la radiation à côté du détecteur à résolution d'image à examiner. Le détecteur "voit" ces éléments de miroir comme "froid". Dans la seconde position de commande, la lumière tombant de la source lumineuse sur l'élément de miroir est guidée sur un élément de détecteur associé du détecteur à résolution d'image. Le détecteur voit alors l'élément de
miroir comme "chaud".
Dans une telle disposition, il n'y a pratiquement pas de diaphonie. La série de miroirs permet une haute résolution. Des séries de miroirs micromécaniques peuvent, p.ex., être assemblées avec 2048 x 2048 éléments de miroir, la longueur d'arête de chaque élément de miroir étant de 20 pun. Le renversement des éléments de miroir peut être effectué avec une constante de temps très petite. En outre, une telle disposition permet également une variation du niveau de radiation dans de très larges limites par une commande appropriée. La variation du niveau de radiation d'un objet simulé peut être effectuée par le fait que le détecteur à résolution d'image à examiner présente des éléments de détecteur qui additionnent chaque fois l'énergie de radiation incidente dans un temps d'intégration, et qui sont triés en cadence de ce temps d'intégration; par le fait que les éléments de miroir sont susceptibles d'être commandés en cadence dans un temps de cycle beaucoup plus court que le temps d'intégration des éléments de détecteur du détecteur; et par le fait que le nombre de cycles dans lequel, lors du temps d'intégration, des éléments de miroir sont commutés par les moyens de commande dans le second état de commutation, est modifiable
afin de varier l'intensité d'objet simulée.
A la place de cela ou en plus, il est possible de munir le détecteur à résolution d'image à examiner, d'éléments de détecteur auxquels la radiation du dispositif d'illumination est appliquée par l'intermédiaire d'une pluralité d'éléments de miroir de la série de miroirs, et de varier le nombre des éléments de miroir associés à un élément de détecteur et commutés par les moyens de commande dans le second état de
commutation, afin de varier l'intensité d'objet simulée.
Un exemple d'exécution de l'invention est expliqué plus
en détail ci-après en référence aux dessins associés.
La fig. 1 montre schématiquement un simulateur de scène infrarouge muni d'une tête chercheuse à examiner d'un missile autoguidé. La fig. 2 montre une partie d'une série de miroirs reproduite sur un élément de détecteur d'un détecteur à résolution d'image situé dans une tête chercheuse, correspondant alors à un pixel, lors de la simulation d'un objet avec un niveau de radiation minimum. La fig. 3 montre les signaux de commande pour une ligne de la série de miroirs, dans laquelle un seul élément de miroir reflète de la lumière sur le détecteur de la tête chercheuse à examiner, et pour les autres lignes dans lesquelles tous les éléments de miroir reflètent la lumière
incidente à côté de la tête chercheuse.
La fig. 4 montre une partie de la série de miroirs de la fig. 2 lors de la simulation d'un objet avec un niveau de
radiation maximum.
La fig. 5 montre les signaux de commande pour les lignes de la série de miroirs lorsque celle-ci se trouve dans l'état
de la fig. 4.
Dans la fig. 1, une source lumineuse déstinée à produire une radiation infrarouge intensive est désignée par 10. La radiation de la source lumineuse 10 est dirigée en parallèle par une lentille de collimateur 12. Un filtre spectral 16 est disposé dans le faisceau lumineux parallèle 14 ainsi formé derrière la lentille de collimateur 12. Le filtre spectral 16 limite la radiation du faisceau lumineux 14 à la largeur de
bande spectrale d'une tête chercheuse à examiner 18.
Le faisceau lumineux 14 parallèle tombe sous un angle sur une série de miroirs 20 micromécaniques. La série de miroirs micromécaniques est formée à la manière de l'EP-A-0 469 293. De telles séries de miroirs micromécaniques sont disponibles selon les usages du commerce chez Texas Instruments Incorporated, Dallas, Texas sous la désignation "Digital Micromirror Device" ou DMD. La série de miroirs micromécaniques 20 est une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir 22 (fig. 2). Chacun des éléments de miroir 22 peut être commuté par un signal de commande binaire entre une première et une seconde position de commutation. La
série de miroirs comprend 2048 x 2048 éléments de miroir 22.
Chaque élément de miroir est carré avec une longueur d'arête de 20 pm. Par un signal de commande "0", l'élément de miroir 22 est mis dans sa première position de commutation dans laquelle il réfléchit la lumière incidente de la source lumineuse 10 dans la direction du faisceau lumineux 24 illustré dans la fig. 1 par des lignes interrompues. Par un signal de commande "1", l'élément de miroir 22 est mis dans sa seconde position de commutation dans laquelle il réfléchit la lumière incidente de la source lumineuse 10 dans la direction de la tête chercheuse 18 à examiner. La lumière est
dirigée dans la direction du faisceau lumineux parallèle 26.
Le faisceau lumineux 26 est guidé par un système optique intermédiaire 28 du système optique de reproduction 30 de la tête chercheuse de cible 18. Le système optique de reproduction engendre une image de la série de miroirs 20 sur un détecteur à résolution d'image 32. Le système optique de reproduction de la tête chercheuse 18 est formé de sorte que, dans l'opération normale, il reproduit une scène d'objet située dans l'infini sur le détecteur 32 à résolution d'image. Le système optique intermédiaire 28 fait en sorte que le détecteur 32 "voit" dans l'infini la série de miroirs
20 située dans le fini.
Les signaux de commande pour les différents éléments de miroir 22 sont déterminés par un calculateur d'image 34. En fonction de quoi les éléments de miroir 22 sont commandés
par une électronique d'excitateur 36.
Le détecteur 32 à résolution d'image est un détecteur de matrice avec une disposition bidimensionnelle de 64 x 64 éléments de détecteur. Ces détecteurs de matrice sont en
principe connuset pour cela non décrits ici plus en détail.
Pour un tel détecteur 32, un simulateur de cible de 128 x 128
éléments d'image est suffisant dans le traitement d'image.
Dans une série de miroirs 20 de 2048 x 2048 éléments de miroir 22, on peut alors joindre respectivement 16 x 16 de
ces éléments de miroir à un pixel. Cette 16 x 16 "sous-
matrice" est reproduite sur un élément de détecteur associé.
Chaque pixel comprend ainsi 256 éléments de miroir 22.
A l'aide des fig. 2 à 5 on explique comment on peut modifier le niveau de radiation d'un pixel par la commande
dans l'espace des éléments de miroir 22.
Une sous-matrice 38 de la série de miroirs 20 est illustrée dans les fig. 3 et 4. La sous-matrice 38 comprend 16 x 16 éléments de miroir de la série de miroirs 20. La sous-matrice 38 est complètement reproduite sur un élément de détecteur associé du détecteur 32 à résolution d'image.
D'autres sous-matrices sont reproduites de manière non-
illustrée sur d'autres éléments de détecteur de la série de miroir. La sous-matrice 38 correspond alors à un élément
d'image (pixel) détecté par l'élément de détecteur.
Cette sous-matrice 38 ne peut être commandée que de sorte qu'un seul élément de miroir 22A se trouve dans le second état de commutation. Ainsi, seulement cette radiation infrarouge de la source lumineuse 10 tombe sur l'élément de détecteur qui est guidée par cet élément de miroir 22A. Tous les autres éléments de miroir 22 de la sous- matrice 38 sont dans le premier état de commutation et ne réfléchissent pas
de radiation de la source lumineuse 10 sur le détecteur 32.
Le signal de commande 40 est schématiquement illustré dans la fig. 3, signal qui est appliqué aux éléments de miroir de la ligne de la sous-matrice 38 comprenant l'élément de miroir 22A, contrairement aux signaux de commande 42 d'une autre ligne dans laquelle tous les éléments de miroir 22 se trouvent dans le premier état de commutation. La courbe 40 correspond au niveau de signal le plus bas représentable de
cette manière.
La sous-matrice 38 peut -si l'on prend l'extrême inverse- être commandée de sorte que tous les 256 éléments de
miroir 22 se trouvent dans le second état de commutation.
Ceci est illustré dans la fig. 4. Chacune des seize lignes recoit des signaux de commande 44 (fig. 5). Ceci correspond
au niveau de signal maximum représentable de cette manière.
Entre ceux-ci, on peut représenter 256 étapes du niveau de
signal pour le pixel concerné.
Les éléments individuels de miroirs 22 peuvent typiquement être commandés dans 10 microsecondes. La fréquence d'image complète représentable s'élève ainsi à
environ 10 kilohertz.
Dans des détecteurs à résolution d'image dans des têtes chercheuses, on utilise normalement des éléments de détecteur intégrant. Les éléments de détecteur intègrent les signaux engendrés par la radiation incidente (courant) par une
période d'intégration prédéterminée et sont ensuite triés.
Cette période d'intégration s'élève typiquement de 80 microsecondes à une milliseconde. Dans une période d'intégration de l'élément de détecteur se situent alors 8 à cycles de commutation de la série de miroirs micromécanique 20. La radiation tombant lors de chaque période d'intégration sur un élément de détecteur, peut également être variée en mettant les éléments individuels de miroirs 22 de la sous-matrice 38 pour des cycles de commutation à nombre différent de la série de miroirs 20 micromécanique dans le second état de commutation. Ainsi, on peut engendrer, en plus des 256 étapes résultant du nombre des éléments de miroir activés de la sous-matrice, jusqu'à cent étapes intermédiaires supplémentaires. Avec cela, on peut obtenir une dynamique de signal de 25 600 maximum. On obtient le signal le plus bas lorsqu'un seul élément de miroir 22 est mis dans le second état pour un seul cycle de commutation de 100 cycles de commutation de la série de miroirs 20. Le signal maximum de la série de détecteur est obtenu lorsqu'à la manière de la fig. 4, tous les éléments de miroir 22 sont pour tous les cent cycles de commutation de la série de miroirs 20 dans le second état de commutation. Les quantités de radiation tombant alors, lors de chaque période d'intégration, sur l'élément de détecteur et conformément les
signaux triés sont dans la relation de 1 à 25 600.
Comme la série de miroirs micromécanique réfléchit la radiation incidente, il n'y a pas d'échauffement non-désiré de la série de miroirs 20 micromécanique. On n'a pas besoin de systèmes de refroidissement complexes et lourds. Ainsi, on
peut réaliser le système avec un faible poids.
Claims (3)
1. Dispositif destiné à engendrer des informations d'image en temps réel pour le test de détecteurs à résolution d'image, en particulier pour examiner des détecteurs infrarouges dans des têtes à chercheuses de cibles, caractérisé par le fait que (a) une série de miroirs micromécaniques (20) constituée d'une disposition bidimensionnelle d'éléments de miroir (22) déplacables par commande entre une première et une seconde position de commande, (b) un dispositif d'illumination (10) susceptible d'illuminer la série de miroirs (20) régulièrement, et - dont la lumière est guidée, dans une première position de commutation d'un élément de miroir (22), à côté d'un détecteur à examiner (32), et est réflétée, dans la seconde position de commutation de l'élément de miroir (22A), dans la voie des rayons (26) du détecteur (32), (c) des moyens de commande (34, 36) destinés à commander les éléments de miroir (22) des la première ou la seconde position de commutation de sorte que le détecteur à examiner
observe une scène d'objet simulée.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que (a) le détecteur (32) à résolution d'image à examiner présente des éléments de détecteur additionnant l'énergie de radiation incidente respectivement par un temps d'intégration, les éléments de détecteur étant triés en cadence de ce temps d'intégration, (b) les éléments de miroir (22) sont susceptibles d'être commandés en cadence avec un temps de cycle beaucoup plus court que le temps d'intégration des éléments de détecteur du détecteur, et (c) le nombre de cycles dans lequel, lors du temps d'intégration, des éléments de miroir (22) sont commutés par les moyens de commande (34,36) dans le second état de commutation, est variable afin de varier l'intensité d'objet simulée.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que (a) le détecteur (32) à résolution d'image à examiner présente des éléments de détecteur auxquels la radiation du dispositif d'illumination (10) est appliquée par l'intermédiaire d'une pluralité (38) d'éléments de miroir (22) de la série de miroirs (20), et (b) le nombre des éléments de miroir (22) associés à un élément de détecteur et commutés par les moyens de commande (34,36) dans le second état de commutation, est variable afin
de varier l'intensité d'objet simulée.
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