FR2716596A1 - Dispositif de poursuite du centre d'une cible. - Google Patents

Abstract

On cadre une image vidéo dans une fenêtre et on utilise la donnée de l'intensité se trouvant sur une trame de l'image pour calculer une valeur de seuil, que l'on applique à l'image reçue ensuite. Les points d'une cible qui possèdent une intensité supérieure à la valeur de seuil (4) sont sélectionnés et les coordonnées de leur centre sont calculées (5, 6, 7, 8). On peut centrer la fenêtre sur le centre calculé et sur la cible poursuivie.

Description

Cette invention concerne un dispositif de poursuite de centre.

IL s'agit d'un dispositif de poursuite du type qui sépare une cible vis-àvis de L'arrière-fond d'une image et calcule son centre. Le dispositif de poursuite peut ensuite suivre la cible tandis qu'elle se déplace sur l'arrière-fond et afficher l'image sur un écran vidéo. De semblables dispositifs de poursuite sont ordinairement utilisés en relation avec des moyens de formation d'image de type optique, thermique ou autres.

Dans un dispositif de poursuite de centre selon la technique antérieure, la scène vidéo faisant fonction de signal d'entrée subit un traitement différentiel afin que soit souligné tout bord existant dans la scène. Le dispositif de poursuite manoeuvre ensuite jusqu'au point milieu des meilleurs bords et suppose que celui-ci est le point milieu de la cible. De semblables systèmes utilisent un traitement analogique et donnent debonsrésultats lorsque la cible apparaît contre un arrière-fond constant. Toutefois, lorsque la cible approche un autre arrière-fond, par exemple des nuages, le système de poursuite peut aisément être trompé puisque les bords des nuages peuvent donner un meilleur signal de différence de représentation d'un bord que La cible elle-même.

Selon l'invention, il est proposé un procédé de poursuite de centre comportant les opérations qui consistent à traiter une image numérique de telle façon que des points d'image possédant une valeur, pour un paramètre choix, supérieure àune valeur de seuil soient choisis, et calculer les coordonnées du centre des points de l'image choisis, caractérisé en ce que la donnée venant d'une première image reçue est utilisée pour déterminer le niveau de seuil qui est appliqué à une ou plusieurs images reçues ensuite.

L'image est de préférence une image vidéo obtenue par balayage et la donnée relative à une première trame de l'image balayée est utilisée pour déterminer la valeur de seuil qui est appliquée à une ou plusieurs images complètes suivantes. Le paramètre choisi est de préférence l'intensité de chaque point d'image.

Pour chaque trame de l'image, on peut sélectionner une cible en utilisant la valeur de seuil résultant de la trame précédente et déterminer une nouvelle valeur de seuil en vue de son application à la trame suivante. Ainsi, la cible continue d'être distinguée vis-à-vis de l'arrière-fond, indépendamment des variations de l'in- tensité globale oudes conditions ambiantes.

Le niveau de seuil doit être suffisamment élevé pour qu'il extraie par segmentation les seules données de la cible et non pas des données de l'arrière-fond, mais il ne doit pas être élevé au point de trop segmenter l'image de la cible.

L'image vidéo peut être associée à une fenêtre et les données se trouvant à l'extérieur de la fenêtre seront rejetées dans le calcul du niveau de seuil. Typiquement, si Va est l'intensité moyenne des éléments d'image sur l'aire de la fenêtre et que Vmax est l'intensité maximale des éléments d'image à l'intérieur d'une fenêtre, un niveau de seuil convenable se trouve alors entre un quart et trois quart de (Va+Vmax), bien que celui-ci puisse varier en fonction de la cible choisie et des conditions ambiantes. De préférence, le réglage idéal est (Va+Vmax)/2.

Lorsque la taille de la cible varie, par exemple lorsque la cible s'approche ou s'éloigne de l'appareil de formation d'image, ou bien, peutêtre, lorsqu'un aéronef vire, on peut faire varier l'aire dela fenêtre. De préférence, on augmente ou on diminue l'aire de la fenêtre d'une certaine quantité lorsque le rapport de l'aire de la fenêtre à l'aire correspondant à la taille de la cible devient respectivement inférieur ou supérieur à une valeur choisie. Dans les modes de réalisation préférés, lorsque le rapport devient supé- rieur à 16:1, on réduit l'aire de la fenêtre d'un facteur 2 et, lorsque le rapport devient inférieur à 4:1, on augmente l'aire de la fenêtre d'un facteur 2. Il est donc établi un rapport d'équilibre nominal autour de 8:1.

Suivant un deuxième aspect de l'invention, celle-ci fournit un appareil de poursuite de centre comportant un moyen d'entrée servant à recevoir séquentiellement des données d'image numériques, caractérisé par un moyen servant à utiliser la donnée reçue d'une première trame d'image reçue pour déterminer un niveau de seuil relativement à un paramètre choisi, un moyen servant à emmagasiner le niveau de seuil, un moyen servant à sélectionner et emmagasiner Les coordonnées des points d'une image ultérieurement reçue qui possèdent une valeur du paramètre choisi dépassant la valeur de seuil emmagasinée, et un moyen servant à calculer les coordonnées du centre des points de L'image choisis.

La description suivante, conçue à titre d'illustration, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: - la figure 1 montre sous forme de schéma de principe l'ap- pareil selon l'invention; - la figure 2 montre schématiquement comment un centre peut être calculé après l'application de la valeur de seuil; et - la figure 3 représente le tracé de la densité de niveau de gris d'une image typique, indiquant une valeur de seuil.

Un système conçu pour utiliser le procédé de l'invention est représenté sur la figure 1. Il faut noter que seul l'appareil d'ap- plication de seuil et de calcul de centre de ce système est repré- senté sur la figure, l'ensemble du système pouvant être utilisé avec un appareil connu de formation d'image vidéo et de création d'une fenêtre.

On met d'abord sous forme numérique un signal video indicatif de l'image, sur la base d'une résolution de 512 éléments d'image par ligne et 256 lignes par trame, par exemple. Le niveau de gris du signal, qui est une mesure de l'intensité, est quantifié sur une échelle à 8 bits, c'est-àdire possède 256 niveaux de gris.

L'invention peut naturellement être également appliquée à des affichages en couleur. On applique une fenêtre aux données numéri- ques par des techniques connues et on les fournit à un inverseur commandé 1. Le système vidéo peut présenter un contraste positif ou négatif, c'est- à-dire offrir, respectivement, une image sombre sur un arrière-fond plus clair ou bien une image claire sur un arrière-fond plus sombre, selon le type de moyen de formation d'image utilisé. Si la donnée présente un contrastepositif, elle est transmise par l'inverseur commandé 1 sans être inversée et, si la donnée a un contraste négatif, elle passe par l'inversion. Ainsi, la donnée délivrée par l'inverseur offrira toujours un contraste positif au niveau de l'étage de sortie.

La donnée à contraste positif est délivrée à un accumulateur d'addition à fenêtre 2 et à un détecteur de maximum à fenêtre 3.

L'accumulateur d'addition à fenêtre 2 prend comme signal d'entrée la valeur de l'intensité de chacun des éléments d'image se trouvant à l'intérieur de la fenêtre, additionne chacune de ses valeurs et les divise par l'aire de la fenêtre pour produire une valeur d'in- tensité moyenne Va pour cette trame particulière. La valeur obtenue est délivrée à une unité de seuil 4.

Le détecteur de maximum 3 analyse l'intensité de chaque élément et détermine la valeur maximale Vmax, pour chaque trame. Vmax est également appliquée à l'unité de seuil 4, o elle est combinée avec Va suivant la formule: T = (Va+Vmax)/2 o T représente la valeur de seuil. On peut naturellement calculer cette valeur à l'aide d'une formule différente si la valeur de seuil doit dépendre, d'une manière différente, des paramètres choisis.

On emmagasine ensuite la valeur de T dans l'unité de seuil 4 pour l'utiliser lors de la trame vidéo suivante pour le traitement de la donnée du signal.

Au cours de la réception de la trame vidéo suivante, les signaux à contraste positif venant de l'inverseur 1 sont de nouveau séquentiellement fournis à l'accumulateur 2 et au détecteur 3 dans le but de calculer et d'emmagasiner, à la fin de la durée de récep- tion de la trame, une nouvelle valeur de T qui sera utilisée pour renouveler et remettre à jour l'ancienne valeur. La donnée à con- traste positif est également séquentiellement délivrée via l'unité de seuil 4, et la valeur T est utilisée pour traiter la donnée de la manière suivante.

Chaque élément d'image est analysé afin qu'il soit déterminé si son niveau de gris est ou non supérieur à la valeur de seuil T. Le niveau de gris et la donnée de position des éléments d'image se trouvant au-dessus de la valeur de seuil sont délivrés à un accu- mulateur d'addition desnuméros des éléments d'image 5, à un accumu- lateur d'addition desnuméros deslignes 6 et à un compteur d'"'élément d'image plus grand que le seuil" 7. Lorsque la donnée représentative de chaque élément d'image arrive, l'accumulateur 5 d'addition des numéros des éléments d'image additionne toutes les positions des éléments d'image qui setrouvent au-dessus de la valeur de seuil T. Comme représenté sur la figure 2, le numéro de l'élément d'image représente la colonne de l'ensemble des éléments d'image dans Laquelle un élément d'image choisi est situé. L'accumulateur 6 d'addition desnumérosdes lignes additionne toutes les positions des lignes des éléments d'image qui se trouvent au-dessus de la valeur de seuil T. Le compteur 7 des "éléments d'image plus grands que le seuil" compte simplement le nombre total des éléments d'image ayant un niveau de gris supérieur à la valeur T. A la fin de la trame, les valeurs obtenues dans les accumulateurs et 6 et dans le compteur 7 sont utilisées pour déterminer les coordonnées du centre de l'image, lequel est calculé par un moyen de traitement normal, représenté schématiquement sous la forme de l'unité 8 sur la figure 1. Un exemple d'un tel calcul va main- tenant être présenté en relation avec la figure 2, qui montre une image simplifiée à l'intérieur d'une fenêtre, présentant des coor- données x allant de 30 à 39 et des coordonnées y allant de 27 à 36.

On voit clairement que les coordonnées du centre de l'image sont données par les relations

X N N

X = 1 - = N Nt Xn ' NtYn n=1 n=l o Xn=X; Yn=Y si Q(X,Y)>T Xn=O; Yn=O si Q(X,Y)=<T X et Y sont les coordonnées x et y de chaque élément d'image se trouvant à l'intérieur de l'image, Q(x,y) le niveau d'intensité de gris du point, et Nt le nombre d'élémentsd'image se trouvant à l'intérieur de la fenêtre qui dépassent la valeur de seuil. Si l'on rapporte tout cela à l'appareil ordinairement considéré, on voit que la coordonnée X du centre est donnée par la valeur contenue dans l'accumulateur 5 d'addition desnuméros des éléments d'image, divisée par la valeur contenue dans le compteur 7, et que la valeur Y est donnée par la valeur emmagasinée dans l'accumulateur 6 d'ad- dition des numéros des lignes, divisée par celle du compteur 7. La vaLeur pns emmagasinée dans L'accumulateur 5 est égale à : pns = 31+(3x32)+(3x33) +(3x34)+35=363 et la valeur lns emmagasinée dans l'accumulateur 6 est Lns = (3x28)+(5x29)+(3x30)=319 si bien que la coordonnée X vaut X = 363/11 = 33 Y vaut Y = 319/11 = 29 Par conséquent, la coordonnée du centre est, dans cet exemple sim- plifié, 33, 29. Ce calcul est fait dans l'appareil à la fin de La réception de chaque trame, et la fenêtre vidéo se centre sur la position calculée pour le centre, sous l'action d'un moyen qui n'est pas représenté, mais qui est bien connu de l'homme de l'art. S'il y a plus d'une seule image à l'intérieur d'une fenêtre qui possède des éléments d'image ayant un niveau de gris supérieur à la valeur de seuil T, alors il faut réduire la dimension de la fenêtre et la centrer sur la cible voulue.

Pour que la porte de poursuite s'adapte automatiquement à la taille de la cible, on contrôle le rapport de l'aire de la fenêtre au nombre des éléments d'image plus grands que la valeur de seuil.

On peut faire varier continument l'aire de la fenêtre de manière à maintenir constant ce rapport, mais ceci peut fatiguer rapidement l'opérateur si la taille de la cible change rapidement.

Le procédé préféré consiste à introduire un certain degré d'hysté- résis, en utilisant la formule WA = TSxK, oWA est t'aire delafenêtre, TS est la taille de la cible après application du seuil,et K est une constante. Par exemple, on peut concevoir l'appareil de façon que, si le rapport k est compris entre 16:1 et 4:1, il ne se pro- duit aucune variation de la taille de la fenêtre. Si le rapport devient supérieur à 16:1, c'est-à-dire si la taille de la cible devient trop petite, alors on réduit l'aire de la fenêtre. Si le rapport devient inférieur à 4:1, on augmente alors l'aire de la fenêtre. On augmente ou on réduit l'aire de la fenêtre WA d'un facteur égal à 2 à chaque fois que l'appareil détermine qu'un tel changement est nécessaire, si bien que l'on vise un rapport d'équilibre de 8:1.

La figure 3 montre un tracé typique de l'intensité en fonction du degré d'occupation pour une image analysée par le système. La cible est désignée par la partie hachurée de la figure et elle est naturellement la région qui possède la densité la plus élevée. La densité moyenne Va est représentée sur le tracé comme une valeur de seuil typique T qui peut être choisie. On voit que la valeur de T choisie est telle que peu des aires moins intenses de la cible se trouveront au-dessous du seuil et ne seront donc pas distinguées par l'appareil. Ceci peut toutefois être un avantage, puisque ces aires peuvent par exemple être les extrémités des ailes d'un aéronef, qui, puisqu'elles ne sont pas considérées par l'appareil, peuvent se trouver à l'extérieur de l'aire de la fenêtre choisie. Ceci signifie que l'aire de la fenêtre peut se concentrer sur la partie importante de la cible, c'est-a-dire son centre, et non pas sur des parties périphériques relativement peu importantes, alors que, dans les systèmes de la technique antérieure, puisque la discrimi- nation s'effectuait sur ses bords, il était important que l'aire entière de la cible soit vue. Plus le niveau de seuil est élevé, moins il y a de chance que des détails de l'arrière-fond n'affectent le résultat, mais, naturellement, si on choisit un seuil trop élevé, une partie insuffisante de l'image de la cible sera alors extraite et la fenêtre pourra se centrer accidentellement, en particulier dans un système de formation d'image thermique, sur des "points chauds" locaux, tel que des moteurs, et non pas sur le centre de la cible lui-même. La valeur préférée ci- dessus donnée, à savoir T= (Va+Vmax)/2,s'est révélée donner de bons résultats dans la poursuite de cibles.

Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir duprocédé et de l'appareil, dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention.

Claims (20)

REVENDICATIONS

1. Procédé de poursuite de centre, comportant Les opérations qui consistent à traiter une image numérique de façon que des points de l'image pour lesquels un paramètre choisi possède une valeur supé- rieure à une valeur de seuil soient choisis, et calculer les coor- données du centre des points choisis de l'imagecaractérisé en ce que la donnée provenant d'une première image reçue est utilisée pour déterminer Le niveau de seuil qui est appliqué à une ou pLu- sieurs images reçues ensuite.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'image est une image vidéo balayée et la donnée se trouvant dans une trame de l'image balayée est utilisée pour déterminer la valeur de seuil qui est appliquée à une ou plusieurs trames suivantes.

3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le paramètre choisi est l'intensité de chaque point de l'image.

4. Procédé selon la revendication 2 ou les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que, avec chaque trame reçue de l'image vidéo, une valeur de centre est calculée à l'aide d'une valeur de seuil résultant de la trame précédente et une nouvelle valeur de seuil est déterminée pour être utilisée avec la trame suivante.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'une aire de l'image vidéo est cadrée dans une fenêtre et en ce que seule la donnée se trouvant à l'intérieur de l'aire cadrée est utilisée pour déterminer la valeur de seuil.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la valeur de seuil est reliée à la valeur moyenne (Va) de l'inten- sité des points de l'image se trouvant à l'intérieur de l'aire cadrée et à l'intensité maximale (Vmax) de points se trouvant à l'intérieur de l'aire cadrée.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la valeur de seuil est donnée par: (Va + Vmax)/2.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'aire cadrée dans la fenêtre augmente ou diminue en fonction de la taille relative de la cible à l'intérieur de la fenêtre.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que L'aire cadrée n'augmente ou ne diminue que lorsque le rapport de l'aire de la fenêtre à la taille de la cible devient respectivement inférieur à une première valeur ou supérieur à une deuxième valeur choisie.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première valeur choisie est 4, la deuxième valeur choisie est 16 et l'aire de la fenêtre augmente ou diminue d'un facteur 2.

11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 10, caractérisé en ce que la fenêtre vidéo est centrée sur les coor- donnees calculées pour le centre.

12. Appareil de poursuite de centre, comportant un moyen d'entrée servant à recevoir séquentiellement des données d'image numériques, caractérisé par un moyen servant à utiliser la donnée provenant d'une première trame d'image reçue pour déterminer un niveau de seuil relativement à un paramètre choisi, un moyen ser- vant à emmagasiner le niveau de seuil, un moyen servant à sélection- ner et à emmagasiner les coordonnées des points d'une image reçue ensuite qui possèdent, pour le paramètre choisi, une valeur supérieure à la valeur de seuil emmagasinée, et un moyen servant à calculer les coordonnées du centre des points choisis de l'image.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de détermination de seuil est conçu pour produire un niveau de seuil associé à chaque trame d'image reçue et pour appliquer le niveau de seuil produit à la première trame d'image reçue ensuite.

14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que chaque image est une trame d'une image vidéo balayée.

15. Appareil selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, caractérisé en ce le paramètre choisi est l'intensité dechaquepoint de l'image.

16. Appareil selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, caractérisé ence qu'il comporte en outre un moyen servant à cadrer dansune fenêtre uneairedel'image vidéo età n'utiliser quela donnée se trouvant à l'intérieur de l'aire cadrée pour déterminer la valeur de seuil.

17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen servant à traiter chaque point de l'image séquen- tiellement afin de déterminer la valeur moyenne (Va) de l'intensité et La vaLeur maximale (Vmax) des points de l'image se trouvant dans une fenêtre ou trame, et à calculer une valeur de seuil reliée à Va et Vmax.

18. Appareil selon la revendication 16 ou 17, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen servant à centrer la fenêtre vidéo sur les coordonnées calculées pour le centre.

19. Appareil selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen servant à agrandir ou réduire la zone cadrée dans une fenêtre.

20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce que le moyen d'agrandissement ou de réduction est conçu pour agrandir ou réduire automatiquement l'aire de la fenêtre d'une quantité choisie si le rapport entre la taille de la cible sélectionnée et la taille de la fenêtre devient inférieur à une première valeur choisie ou supérieur à une deuxième valeur choisie.