FR2735644A1 - Balayage optomecanique pour prise de vue a grand champ - Google Patents
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Abstract
Pour prendre des vues sans flou avec un grand champ (SI.AZ) au moyen d'un dispositif de prise de vue (CA) ayant un champ inférieur (SI.AM) et supporté par une plate-forme (PL) tournant avec une vitesse annulaire constante omega1 , les étapes suivantes sont effectuées pendant une période de trame du dispositif (CA): - tourner depuis une position initiale un miroir (MI) supporté par la plate-forme en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à omega1 /2 pendant un temps d'intégration du dispositif (CA), et - tourner le miroir suivant le sens de rotation (FP) de la plate-forme jusqu'à la position initiale pendant le reste de la période de trame.
Description
Balayage optomécanique
pour prise de vue à grand champ
La présente invention concerne la surveillance en imagerie infrarouge. Plus particulièrement, elle a trait à un procédé de balayage et un dispositif de balayage optomécanique pour prendre des vues avec un grand champ, dites également vues sectorielles ou panoramiques.
pour prise de vue à grand champ
La présente invention concerne la surveillance en imagerie infrarouge. Plus particulièrement, elle a trait à un procédé de balayage et un dispositif de balayage optomécanique pour prendre des vues avec un grand champ, dites également vues sectorielles ou panoramiques.
Le dispositif de balayage comprend un dispositif de prise de vue du type détecteur infrarouge à état solide. Le détecteur est soit linéaire sous la forme d'une barrette de capteurs verticaux, soit surfacique sous la forme d'une matrice de capteurs, et est associé à un objectif. Chaque capteur est une cellule à transfert de charge CCD (Charge Coupled Device). Un circuit de traitement d'image traite les images résultant de prises de vue périodiques effectuées par le détecteur de manière à visualiser des images de scènes ou cibles prédéterminées à identifier. Le détecteur est situé au plan focal de l'objectif, échantillonne spatialement et transforme le rayonnement électromagnétique reçu et focalisé par l'objectif en un signal électrique vidéo.Chaque capteur transmet ainsi un signal électrique représentatif d'un pixel composant une image.
En référence aux figures 1 et 2, un premier dispositif de balayage à grand champ connu comprend une barrette 1 ayant plusieurs dizaines de capteurs infrarouges 11, typiquement 288 capteurs, disposés généralement verticalement en colonne pour couvrir un champ en site SI de 50 à 100 environ.
Un champ AB de seulement quelques centièmes de degré suivant la direction azimutale perpendiculaire à la barrette 1 est couvert par chaque capteur 11.
Pour explorer un champ large en azimut AZ de plusieurs dizaines de degré, le détecteur infrarouge incluant la barrette et l'objectif, ou bien un miroir de balayage devant l'objectif est monté tournant autour de l'axe longitudinal de la barrette. Selon une autre variante, le détecteur est déplacé orthogonalement à l'axe longitudinal de la barrette et suivant l'axe longitudinal d'un mobile, tel qu'aéronef, comportant le détecteur. Le détecteur est ainsi entraîné par un moyen moteur avec une vitesse angulaire constante ' & gt;0 de de l'ordre de 50 à 3000/s, par exemple de la gauche vers la droite selon les figures 1 et 2, puis revient rapidement à la position initiale à gauche sans prendre des images.Le champ observé par la barrette 1 constitue un bandeau qui balaye l'espace pyramidal dont la base SI.AZ est rectangulaire, comme montré à la figure 1 sur laquelle a été projetée schématiquement la barrette 1.
L'image du champ large SI.AZ résulte d'une juxtaposition horizontale d'imagettes de colonne
SI.AB. Toutefois, chacune des imagettes de colonne est prise pendant une durée d'intégration de chacun des capteurs lors du déplacement continu de la barrette 1, ce qui crée un flou dans l'image résultante.
SI.AB. Toutefois, chacune des imagettes de colonne est prise pendant une durée d'intégration de chacun des capteurs lors du déplacement continu de la barrette 1, ce qui crée un flou dans l'image résultante.
Dans un second dispositif de balayage à grand champ connu montré à la figure 3, le détecteur comprend une matrice 12 de capteurs infrarouges 11.
La matrice est constituée par exemple de 288 barrettes 1 accolées horizontalement, intégrées dans une caméra à obturateur rapide et couvre un champ azimutal AM de plusieurs degrés. De manière à remédier au phénomène de flou dans l'image résultante, la matrice 12 avec son objectif est immobilisée pendant le temps d'intégration ti, c'està-dire le temps de prise d'image du détecteur, afin que par rotation pas-à-pas le détecteur balaye par paliers successifs en azimut le grand champ SI.AZ à couvrir (FR-A-2707129).
Comme montré à la figure 4, le déplacement du détecteur 12 est périodique. A chaque période tc, le détecteur est immobile pendant le temps d'intégration ti pour prendre une vue avec un champ proportionnel à la hauteur et la largeur de la matrice, puis est mobile pendant l'intervalle restant ta = tc-ti de la période. Pendant cet intervalle, le moteur qui peut animer en rotation le capteur, doit d'abord accélérer le capteur 12, puis décélérer le capteur 12, et présente ainsi un fonctionnement saccadé.
Le balayage saccadé sollicite par à-coups les pièces mécaniques du dispositif de balayage. Il exige des moteurs d'autant plus puissants et coûteux que le dispositif de prise de vue, tel qu'une caméra renfermant la matrice, est lourd. En effet, les temps "morts" ta entre les temps de prise ti des imagettes typiquement à 288 x 288 pixels sont d'autant plus longs que la masse du capteur et donc son moment d'inertie sont élevés. Des vitesses de balayage élevées sont très difficiles à atteindre. En pratique, la vitesse angulaire maximale VM qu'atteint le détecteur selon les figures 3 et 4 doit être 2 à 3 fois plus élevée que la vitesse angulaire constante w0 du détecteur à barrette selon les figures 1 et 2 pour balayer le même grand champ SI.AZ.
Pour pallier ces inconvénients, un déplacement continu de la matrice 12 pourrait être envisagé, comme celui de la barrette 1. Ce déplacement continu conduit à un flou important dans l'image résultante.
Par exemple, pour une vitesse w0 = 60 /s et une matrice de 256.256 pixels correspondant à un champ
SI.AM de 5 .5 , un temps d'intégration ti = 2 ms correspond à un angle de balayage 60.2.10-3 = 0,120, soit une "largeur de flou" de (256/5)0,12 = 6,15 pixels.
SI.AM de 5 .5 , un temps d'intégration ti = 2 ms correspond à un angle de balayage 60.2.10-3 = 0,120, soit une "largeur de flou" de (256/5)0,12 = 6,15 pixels.
La présente invention vise à fournir un balayage d'un grand champ en remédiant au flou d'image et aux inconvénients mécaniques selon la technique antérieure. Selon l'invention, le balayage d'un grand champ au moyen d'un dispositif de prise de vue standard est effectué à vitesse constante élevée comme dans le premier dispositif de balayage connu, tout en conservant avantageusement le principe de prises de vue fixes dans le second dispositif de balayage connu.
Selon une première réalisation de l'invention, un procédé de balayage pour prendre des vues avec un grand champ au moyen d'un dispositif de prise de vue ayant un champ inférieur audit grand champ et supporté par une plate-forme tournant avec une vitesse angulaire constante 1 pour balayer optiquement le grand champ, est caractérisé par deux étapes successives cycliques suivantes
- tourner depuis une position initiale un miroir supporté par la plate-forme en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à < 0î/2 pendant un premier temps prédéterminé, et
- tourner le miroir suivant le sens de rotation de la plate-forme jusqu'à la position initiale pendant un second temps prédéterminé.
- tourner depuis une position initiale un miroir supporté par la plate-forme en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à < 0î/2 pendant un premier temps prédéterminé, et
- tourner le miroir suivant le sens de rotation de la plate-forme jusqu'à la position initiale pendant un second temps prédéterminé.
Pour cette première réalisation, un dispositif de balayage pour prendre des vues avec un grand champ comprend un dispositif de prise de vue ayant un champ inférieur audit grand champ, une plate-forme tournante supportant le dispositif de prise de vue, un premier moyen moteur pour entrainer en rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire constante pour que le dispositif de prise de vue balaye optiquement le grand champ, un miroir pour réfléchir une scène dans le grand champ vers le dispositif de prise de vue, et un second moyen moteur supporté par la plate-forme pour tourner le miroir cycliquement d'abord en sens contraire de la rotation de la plateforme avec la moitié de la vitesse angulaire de la plate-forme, puis suivant le sens de rotation de la plate-forme.
Selon une seconde réalisation de l'invention, un procédé de balayage pour prendre des vues avec un grand champ au moyen d'un dispositif de prise de vue ayant un champ inférieur audit grand champ et supporté par une plate-forme tournant avec une vitesse angulaire constante w0 pour balayer optiquement le grand champ, est caractérisé par deux étapes successives cycliques suivantes:
- tourner depuis une position initiale un miroir et un système optique de grossissement supportés par la plate-forme en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à G.X2/2 pendant un premier temps prédéterminé, G dénotant le grandissement du système optique de grossissement, et
- tourner le miroir suivant le sens de rotation de la plate-forme jusqu'à la position initiale, pendant un second temps prédéterminé.
- tourner depuis une position initiale un miroir et un système optique de grossissement supportés par la plate-forme en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à G.X2/2 pendant un premier temps prédéterminé, G dénotant le grandissement du système optique de grossissement, et
- tourner le miroir suivant le sens de rotation de la plate-forme jusqu'à la position initiale, pendant un second temps prédéterminé.
Dans cette seconde réalisation, un dispositif de balayage pour prendre des vues avec un grand champ diffère de la première réalisation par le fait qu'il comprend un moyen de grossissement ayant un grandissement prédéterminé, un miroir solidaire du moyen de grossissement pour réfléchir à travers le moyen de grossissement une scène dans le grand champ vers le dispositif de prise de vue, et un second moyen moteur supporté par la plate-forme pour tourner le miroir avec le moyen de grossissement cycliquement d'abord en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale au produit de la moitié de la vitesse angulaire de la plate-forme par le grandissement prédéterminé, puis suivant le sens de rotation de la plate-forme.
Lorsque le dispositif de prise de vue est une caméra définissant une période de trame d'image et un temps d'intégration au cours duquel la matrice de capteurs inclus dans la caméra est exposé à la lumière, le premier temps prédéterminé est un temps d'intégration de trame du dispositif de prise de vue, et la somme des premier et second temps prédéterminés est une période de trame d'image du dispositif de prise de vue.
Au lieu de prendre des trames de scènes sensiblement justaposées dans le grand champ à surveiller, N vues peuvent être prises successivement par le dispositif de prise de vue en tournant, pendant chaque cycle desdites deux étapes successives, la plate-forme d'un angle égale au quotient de l'angle de champ vu par le dispositif de prise de vue à travers le miroir suivant le sens de rotation de la plate-forme sur le nombre entier N.
Les N vues, telles que trames, sont alors décalées angulairement dudit quotient. Les portions de vues superposées correspondant à une même scène, c'est-à dire à un même angle de prise de vue, sont traitées en fonction des objectifs de la surveillance. Par exemple au plus N intensités de chaque pixel commun aux N vues, c'est-à-dire compris dans la 1/Nième portion de scène commune aux N vues, sont moyennées pour constituer l'intensité du pixel correspondant dans l'image résultante à visualiser, ce qui améliore le rapport signal/bruit. Selon un autre exemple, les 1/Nième portions superposées de N vues sont soustraites l'une de l'autre pour détecter des objets en mouvement dans la 1/Nième portion de scène.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante de plusieurs réalisations préférées de l'invention en référence aux dessins annexés correspondants dans lesquels
- la figure 1, déjà commentée, est une vue schématique verticale du grand champ à balayer par une barrette de capteurs infrarouges selon la technique antérieure;
- la figure 2, déjà commentée, est un diagramme temporel de la vitesse constante de balayage de la barrette selon la figure 1;
- la figure 3, déjà commentée, est une vue schématique verticale du grand à balayer par une matrice de capteurs infrarouges selon la technique antérieure;
- la figure 4, déjà commentée, est un diagramme temporel de la vitesse de balayage saccadée de la matrice selon la figure 3;;
- la figure 5 est une vue en pespective schématique d'un dispositif de balayage à grand champ selon une première réalisation de l'invention;
- la figure 6 est un diagramme cinématique schématique du pointage d'un miroir de contre balayage pour trois positions angulaires de la caméra pendant une période de trame dans le dispositif de balayage selon la figure 5;
- la figure 7 est un diagramme temporel de la vitesse angulaire constante d'une plate-forme dans le dispositif de balayage de la figure 5;
- la figure 8 est un diagramme temporel de la vitesse angulaire du miroir de contre-balayage inclus dans le dispositif de balayage de la figure 5;
- la figure 9 est un diagramme temporel de la vitesse apparente du miroir;
- la figure 10 est un diagramme temporel de l'angle de pointage du miroir;;
- la figure 11 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de balayage à grand champ selon une seconde réalisation de l'invention; et
- la figure 12 est un schéma montrant la sommation et le moyennage de portions d'images prises successivement.
- la figure 1, déjà commentée, est une vue schématique verticale du grand champ à balayer par une barrette de capteurs infrarouges selon la technique antérieure;
- la figure 2, déjà commentée, est un diagramme temporel de la vitesse constante de balayage de la barrette selon la figure 1;
- la figure 3, déjà commentée, est une vue schématique verticale du grand à balayer par une matrice de capteurs infrarouges selon la technique antérieure;
- la figure 4, déjà commentée, est un diagramme temporel de la vitesse de balayage saccadée de la matrice selon la figure 3;;
- la figure 5 est une vue en pespective schématique d'un dispositif de balayage à grand champ selon une première réalisation de l'invention;
- la figure 6 est un diagramme cinématique schématique du pointage d'un miroir de contre balayage pour trois positions angulaires de la caméra pendant une période de trame dans le dispositif de balayage selon la figure 5;
- la figure 7 est un diagramme temporel de la vitesse angulaire constante d'une plate-forme dans le dispositif de balayage de la figure 5;
- la figure 8 est un diagramme temporel de la vitesse angulaire du miroir de contre-balayage inclus dans le dispositif de balayage de la figure 5;
- la figure 9 est un diagramme temporel de la vitesse apparente du miroir;
- la figure 10 est un diagramme temporel de l'angle de pointage du miroir;;
- la figure 11 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de balayage à grand champ selon une seconde réalisation de l'invention; et
- la figure 12 est un schéma montrant la sommation et le moyennage de portions d'images prises successivement.
Un dispositif de balayage à grand champ DB selon une première réalisation de l'invention comprend une caméra vidéo standard à état solide 2 incluant un objectif OB et un détecteur matriciel de capteurs infrarouges CCD du type montré à la figure 3.
A titre d'exemple, la caméra CA comprend une matrice carrée de 288 lignes x 288 colonnes de capteurs élémentaires infrarouges couvrant un champ limité à SI.AM = 250.250. La caméra vidéo CA produit classiquement des images par entrelacement de trames de lignes paires et de trames de lignes impaires alternées à la période de trame PT = 20 ms correspondant à une fréquence de trame de 50 Hz, bien que selon une autre variante, la fréquence de trame est égale à 60 Hz. Une trame est prise par la caméra pendant un temps d'intégration TI compris entre 1 et 5 ms, soit selon une réalisation préférée TI = 2 ms pendant lequel les capteurs de la matrice sont exposés à la lumière.La matrice de capteurs est ensuite obturée pendant un temps mort TA = TC - TI = 18 ms et la trame est mémorisée dans des circuits de traitement et mémorisation d'image de manière à entrelacer la trame avec la trame prise et mémorisée pendant la période suivante PT pour constituer une image et visualiser cette image avec d'autres images prises successivement dans un champ large SI.AZ, comme cela sera expliqué ci-après.
En référence à la figure 5, le dispositif de balayage DB comprend, outre la caméra CA en tant que dispositif de prise de vue, une plate-forme discoïde horizontale PL et un miroir vertical MI. La plateforme PL tourne avec une vitesse angulaire constante w1 = 25/0,02 = 12500/s autour d'un axe vertical central YY sous l'action d'un moteur électrique MP.
Le bottier de la caméra CA et un petit moteur électrique MM sont fixés sur la plate-forme PL. Le moteur MM a son arbre supportant le miroir MI, afin que le miroir tourne autour d'un axe vertical yy.
L'axe de rotation yy du miroir MI est sécant de l'axe optique OO de la caméra CA. Le miroir MI est de faible dimension, typiquement avec un diamètre ou un côté de carré de 150 mm, et peut osciller de +2,50 par rapport à l'axe optique OO de la caméra.
Comparativement à la masse de la caméra CA, de l'ordre de 4 à 5 kg, le miroir MI est très léger, de l'ordre de quelques dizaines de grammes. Le moteur d' entraînement MM du miroir a ainsi une puissance relativement faible et est capable d'animer rapidement par à-coups le miroir, notamment avec un débattement sensiblement en va-et-vient. Par contre, la caméra CA et la plate-forme PL présentent ensemble un moment d'inertie élevé. La rotation de la plate forme à vitesse constante au moyen du moteur MP ne fatiguera pas inutilement les pièces de transmission entre le moteur MP et la plate-forme PL.
Afin d'illustrer le déplacement relatif en contre-balayage du miroir MI relativement à la caméra
CA pendant un cycle de période PT = TI + TA, l'angle de champ en azimut AM balayé par la caméra CA correspondant à un angle de rotation ET de la plateforme pendant la période de trame PT a été exagérément agrandi dans le diagramme cinématique montré à la figure 6. En pratique, l'angle de rotation ET est par exemple égal à 25 , c'est-à-dire au plus égal à l'ouverture de champ en site et azimut
SI.AM de la caméra CA afin que les images prises successivement soient accolées ou sensiblement chevauchantes sur leurs bords verticaux.Le dispositif de balayage DB peut servir à une exploration sectorielle ce qui correspond à AZ (1800 comme montré à la figure 5, ou à exploration beaucoup plus vaste, voire une exploration panoramique avec un tour complet de la plate-forme PL, soit AZ =3600. En fin d'exploration sectorielle, la plate-forme revient rapidement à sa position initiale de début de secteur, ou bien selon une autre variante, termine rapidement son tour pour atteindre sa position initiale. Une unité de commande programmable UC commande à cet effet les moteurs MP et MM en synchronisme avec les prises de trame d'image par la caméra CA, au cours de chaque cycle décrit ci-après.
CA pendant un cycle de période PT = TI + TA, l'angle de champ en azimut AM balayé par la caméra CA correspondant à un angle de rotation ET de la plateforme pendant la période de trame PT a été exagérément agrandi dans le diagramme cinématique montré à la figure 6. En pratique, l'angle de rotation ET est par exemple égal à 25 , c'est-à-dire au plus égal à l'ouverture de champ en site et azimut
SI.AM de la caméra CA afin que les images prises successivement soient accolées ou sensiblement chevauchantes sur leurs bords verticaux.Le dispositif de balayage DB peut servir à une exploration sectorielle ce qui correspond à AZ (1800 comme montré à la figure 5, ou à exploration beaucoup plus vaste, voire une exploration panoramique avec un tour complet de la plate-forme PL, soit AZ =3600. En fin d'exploration sectorielle, la plate-forme revient rapidement à sa position initiale de début de secteur, ou bien selon une autre variante, termine rapidement son tour pour atteindre sa position initiale. Une unité de commande programmable UC commande à cet effet les moteurs MP et MM en synchronisme avec les prises de trame d'image par la caméra CA, au cours de chaque cycle décrit ci-après.
En référence à la figure 6, il est supposé que la caméra CA part d'une position initiale CA1 au début d'une période de trame PT, puis passe à la position CA2 après rotation de la plate-forme PL d'un angle eî = wo.TI = 2,50 pendant le temps d'intégration TI = 2 ms de la caméra, et finalement atteint la position CA3 après rotation de la plateforme PL d'un angle OA = OC - Oî = 22,5 pendant le temps mort d'acquisition de trame TA dans les circuits de traitement et mémorisation d'image inclus et reliés à la caméra CA.Pendant cette période de trame et les périodes de trame suivantes, la plateforme PL d'axe YY tourne suivant le sens des aiguilles d'une montre indiqué par la flèche FP et à la vitesse angulaire constante w1 = 1250 0/s.
Pendant le temps d'intégration TI, une trame d'image d'une scène prédéterminée est prise suivant une direction prédéterminée A1 A la position CA1, le miroir MI est à une position initiale MI1 de telle sorte que le rayonnement lumineux issu de la scène prédéterminée suivant la direction A1 soit réfléchi suivant la direction de l'axe optique OO de la caméra qui est fixée sur la plate-forme PL. A la position initiale MI1, l'angle d'incidence (ou de réflexion) du miroir MI est il.
Selon l'invention, pendant le temps d'intégration TI entre les positions CA1 et CA2 de la caméra, le miroir MI tourne autour de l'angle yy sous l'action du moteur MM afin de pointer constamment vers la scène prédéterminée suivant la direction A1 La même scène fixe est constamment réfléchie par le miroir MI pour que la caméra CA intègre la trame d'image fixe correspondante pendant le temps TI malgré la rotation de la plate-forme PL et donc le changement de direction de l'axe optique OO de la caméra par rapport à la direction Al de la scène fixe. Tout se passe comme si la caméra était pointée vers la direction de scène Al pendant la rotation 81 de la plate-forme, ce qui évite toute altération de la trame d'image par du flou.
Si le miroir MI était immobile pendant la rotation GI, celui-ci verrait la scène en direction avec un angle i1 + GI, alors que l'angle d'incidence i1 avec l'axe optique de la caméra à la position CA2 serait conservé, comme indiqué en trait interrompu court dans la figure 6. A la position CA2 de la caméra, le miroir est à une position MI2 telle que l'angle d'incidence i2 est égal à (i1 + GI + i1)/2 pour que l'image suivant la direction A1 soit encore réfléchie vers la caméra.Le miroir MI tourne d'un angle (2i1 + Ou)/2 - i1 = OI/2 = 1,250 suivant le sens contraire des aiguilles d'une montre indiqué par la flèche FM, c'est-à-dire contraire au sens de rotation de la plate-forme PL entre les positions MI1 et MI2, avec une vitesse angulaire constante OI/(2TI) égale à la moitié 1/2 de la vitesse angulaire de la plate-forme.
Après le temps TI, la plate-forme PL tourne autour de l'axe YY avec un angle GA = 22,50 nettement plus grand que l'angle 81, dans un rapport de 4 à 20 environ selon le type de caméra, pour atteindre la position CA3 qui est équivalente à la position CA1 pour la période de trame suivante.Le moteur MM tourne le miroir MI suivant le sens de rotation de la plate-forme, c'est-à-dire le sens contraire à celui indiqué par la flèche FM pendant le temps TI, afin que le miroir MI forme de nouveau un angle d'incidence i3 = il avec l'axe optique de caméra OO mais également avec une direction A3 d'une scène fixe suivante, faisant un angle GT avec la direction Api. Pendant le temps TA, la rotation du miroir suivant les aiguilles d'une montre peut être lente et durer tout le temps TA, ou être plus rapide et s'effectuer par exemple au milieu du temps TA.Le diagramme de la variation de la vitesse angulaire du miroir montré à la figure 8 peut être ainsi une courbe discontinue avec des paliers à vitesse constante, comme montré en trait interrompu court, ou une courbe continue en sinusoïde avec accélération et décélération progressives pendant le temps TA comme montré en trait plein.
Selon une seconde réalisation de l'invention, montrée à la figure 11, un dispositif de balayage à grand champ db est analogue au dispositif DB et comprend en plus un système optique de grossissement afocal SG de grandissement G supérieur à 1, par exemple égal à 5. Le système optique SG est fixé sur un support tournant SU qui supporte également un miroir mi remplaçant le miroir MI et qui est solidaire de l'arbre d'un moteur mm remplaçant le moteur MM. Le support SU peut tourner dans les deux sens autour de l'axe yy.L'axe optique SS du système optique SG est positionné par rapport au miroir mi avec l'angle d'incidence i1 = i3 et est ainsi dirigé suivant la direction ô1, a 3 de la scène à prendre, lorsque le miroir est à une position initiale P1, P3 au début d'une période de trame PT = 20 ms.
A cause du système optique de grandissement SG, le champ de scène à prendre par la caméra CA est réduit en site et azimut à si.am = (250/G).(250G) = 5 .5 . Le balayage sectoriel ou panoramique est effectué sur une hauteur en site si = 5 et par scènes successives de largeur azimutale au plus égale à am = 5 .
Cette réduction des scènes prises a deux conséquences.
D'une part, le miroir mi a ses dimensions réduites en proportion du grandissement G par rapport au miroir MI, et typiquement a un diamètre ou un côté de carré de 30 mm. La masse du miroir est également réduite dans le même rapport de grandissement. Le moment d'inertie du petit miroir mi avec le système optique de grandissement SG est en pratique nettement inférieur à celui du grand miroir MI, ce qui requiert un moteur de rotation de miroir mm moins puissant. La plate-forme PL avec la caméra CA et le miroir mi, le moteur mm et le système SG est plus léger, et par suite, un moteur d'entratnement de plate-forme mp remplaçant le moteur MP est moins puissant pour une vitesse angulaire constante réduite à 2 = w1/G = 2500/s.
D'autre part, à vitesse angulaire constante de la plate-forme et avec un miroir fixe sur la plateforme, le miroir MI dans le dispositif de balayage DB selon la première réalisation balaye un angle en azimut dans la scène prédéterminée proportionnellement G = 5 fois plus petit que l'angle en azimut balayé par le miroir mi dans la scène produite et agrandie ; la vitesse de contre-balayage du miroir mi est donc G = 5 fois plus grande que celle du miroir MI.
Ainsi en revenant à la seconde réalisation, le miroir mi dans le dispositif de balayage db tourne à une vitesse G = 5 fois plus grande que la moitié de la vitesse de la plate-forme PL, soit à G.X2/2 = 6250/s, et balaye un angle Ai/2 = 1,250 suivant le sens contraire au sens de rotation de la plate-forme pendant le temps d'intégration TI = 2 ms. De même, pendant le temps TA, le miroir mi peut tourner à une vitesse constante cinq fois plus grande que celle d'un miroir non précédé par un système de grossissement SG.
Selon des variantes des première et seconde réalisations la plate-forme PL balaye pendant une période PT = 20 ms un champ en azimut égal à une fraction du champ couvert par la caméra, soit égal à
AM/N, selon la première réalisation, ou couvert par le système de grandissement SG, soit égal à am/N, selon la seconde réalisation, N étant un entier par exemple compris entre 2 et 10 typiquement égal à 4.
AM/N, selon la première réalisation, ou couvert par le système de grandissement SG, soit égal à am/N, selon la seconde réalisation, N étant un entier par exemple compris entre 2 et 10 typiquement égal à 4.
En référence à la figure 12, comme précédemment, pendant la période de trame TC, une trame de scène fixe est prise pendant le temps d'intégration TI pendant lequel le miroir MI, mi tourne en contrebalayage.
Chaque fraction de trame formant une colonne de largeur azimutale AM/N ou am/N est prise N = 4 fois à compter de la Nième trame prise à partir du début de la rotation de la plate-forme PL, comme montré à la figure 12. Dans les circuits de mémorisation et de traitement d'image associés à la caméra CA est prévu un circuit de sommation et moyennage CM. Pour chaque composante de couleur d'un pixel dans une première fraction de trame fixe donnée, le circuit CSM mémorise et additionne les intensités dudit pixel et des N-1 pixels correspondants dans les trames prises dans les N-1 périodes PT précédentes en une somme d'intensité, et divise la somme des intensités par N pour fournir une moyenne d'intensité, qui est l'intensité dudit pixel dans l'image résultante.
Ainsi par exemple en référence à la portion hachurée dans la figure 12, l'intensité d'un pixel de l'image résultante situé dans un quatrième quart de l'image résultante est égal à la moyenne des intensités de ce pixel situé dans le dernier quart de la première trame prise TR1, dans le troisième quart de la seconde trame prise TR2, dans le second quart de la troisième trame prise TR3 et dans le premier quart de la quatrième trame prise TR4.
L'accumulation des intensités de pixel par superposition partielle de N trames décalées contribue à augmenter le rapport signal sur bruit et à réduire la cadence du traitement des trames. Les vitesses angulaires de la plateforme et du miroir sont réduites du facteur N, soit 1/N et w1/(2N) pour la plateforme et le miroir MI selon la première réalisation, soit wZ/N et w2/(2N) pour la plate-forme et le miroir mi selon la seconde réalisation.
Selon d'autres variantes, le circuit CSM n'additionne les intensités d'un même pixel prises que dans des trames en nombre inférieur à N. Par exemple, pour former une trame paire dans l'image résultante, les intensités d'un pixel dans le troisième quart de la seconde trame et dans le premier quart de la quatrième trame selon la figure 12 sont additionnées et moyennées.
Selon des variantes du traitement d'images superposées dans la figure 12, le circuit de sommation et moyennage CM est remplacé par des soustracteurs ou des corrélateurs à au plus N entrées, à la place des ensembles de sommation et division par N. Relativement à une 1/Nième portion de scène, telle la portion hachurée dans la figure 12, au plus N vues sont soustraites l'une de l'autre ou corrélées afin de détecter des mobiles ou des objets prédéterminés dans cette 1/Nième portion de scène.
Claims (6)
1 - Procédé de balayage pour prendre des vues avec un grand champ (AZ) au moyen d'un dispositif de prise de vue (CA) ayant un champ (AM) inférieur audit grand champ et supporté par une plate-forme (PL) tournant avec une vitesse angulaire constante w1 pour balayer optiquement le grand champ, caractérisé par deux étapes successives cycliques suivantes:
- tourner depuis une position initiale (MI1) un miroir (MI) supporté par la plate-forme (PL) en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à w1/2 pendant un premier temps prédéterminé (TI), et
- tourner le miroir (MI) suivant le sens de rotation de la plate-forme (PL) jusqu'à la position initiale (MI3 = MI1) pendant un second temps prédéterminé (TA).
2 - Procédé de balayage pour prendre des vues avec un grand champ (AZ) au moyen d'un dispositif de prise de vue (CA) ayant un champ (AM) inférieur audit grand champ et supporté par une plate-forme (PL) tournant avec une vitesse angulaire constante w2 pour balayer optiquement le grand champ, caractérisé par deux étapes successives cycliques suivantes:
- tourner depuis une position initiale un miroir (mi) et un système optique de grossissement (SG) supportés par la plate-forme (PL) en sens contraire de la rotation de la plate-forme avec une vitesse angulaire égale à G.U2/2 pendant un premier temps prédéterminé (TI), G dénotant le grandissement du système optique de grossissement, et
- tourner le miroir (mi) suivant le sens de rotation de la plate-forme (PL) jusqu'à la position initiale pendant un second temps prédéterminé (TA).
3 - Procédé de balayage conforme à la revendication 1 ou 2, selon lequel le premier temps prédéterminé est un temps d'intégration de trame (TI) du dispositif de prise de vue (CA), et la somme des premier et second temps prédéterminés (TI+TA = PT) est une période de trame d'image du dispositif de prise de vue (CA).
4 - Procédé de balayage conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel, pendant les deux étapes successives (TI, TA) la plate-forme (PL) tourne d'un angle égal au quotient de l'angle de champ (AM, am) vu par le dispositif de prise de vue (CA) à travers le miroir (MI, mi) suivant le sens de rotation de la plate-forme sur un nombre entier N, afin de superposer N vues prises successivement par le dispositif de prise de vue (CA) et décalées angulairement dudit quotient (AM/N, am/N).
5 - Dispositif de balayage pour prendre des vues avec un grand champ (AM) pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 1, comprenant un dispositif de prise de vue (CA) ayant un champ (AM) inférieur audit grand champ (AZ), une plate-forme tournante (PL) supportant le dispositif de prise de vue, et un premier moyen moteur (MP) pour entraîner en rotation la plate-forme avec une vitesse angulaire constante (X1) pour que le dispositif de prise de vue balaye optiquement le grand champ, caractérisé en ce qu'il comprend un miroir (MI) pour réfléchir une scène dans le grand champ vers le dispositif de prise de vue, et un second moyen moteur (MM) supporté par la plate-forme pour tourner le miroir cycliquement d'abord en sens contraire de la rotation de la plateforme (PL) avec la moitié (X1/2) de la vitesse angulaire de la plate-forme, puis suivant le sens de rotation de la plate-forme.
6 - Dispositif de balayage pour prendre des vues avec un grand champ (AM) pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la revendication 2, comprenant un dispositif de prise de vue (CA) ayant un champ (AM) inférieur audit grand champ (AZ), une plateforme tournante (PL) supportant le dispositif de prise de vue, et un premier moyen moteur (mp) pour entraîner en rotation la plate-forme avec une vitesse angulaire constante (X2) pour que le dispositif de prise de vue balaye optiquement le grand champ, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen de grossissement (SG) ayant un grandissement prédéterminé (G), un miroir (mi) solidaire du moyen de grossissement pour réfléchir à travers le moyen de grossissement une scène dans le grand champ vers le dispositif de prise de vue, et un second moyen moteur (MM) supporté par la plate-forme pour tourner le miroir (mi) avec le moyen de grossissement (SG) cycliquement d'abord en sens contraire de la rotation de la plate-forme (PL) avec une vitesse angulaire (G.o2/2) égale au produit de la moitié de la vitesse angulaire de la plate-forme par le grandissement prédéterminé, puis suivant le sens de rotation de la plate-forme.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507118A FR2735644B1 (fr) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Balayage optomecanique pour prise de vue a grand champ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9507118A FR2735644B1 (fr) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Balayage optomecanique pour prise de vue a grand champ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2735644A1 true FR2735644A1 (fr) | 1996-12-20 |
| FR2735644B1 FR2735644B1 (fr) | 1997-07-11 |
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ID=9480013
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9507118A Expired - Fee Related FR2735644B1 (fr) | 1995-06-13 | 1995-06-13 | Balayage optomecanique pour prise de vue a grand champ |
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|---|---|
| FR (1) | FR2735644B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2947132A1 (fr) * | 2009-06-18 | 2010-12-24 | Hgh Systemes Infrarouges | Procede et systeme d'imagerie d'une scene etendue mettant en oeuvre un appareil d'imagerie a champ de vue limite |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5338933A (en) * | 1993-02-02 | 1994-08-16 | Spar Aerospace Limited | Scanning optical sensor |
| FR2709631A1 (fr) * | 1992-10-20 | 1995-03-10 | Thomson Csf | Procédé d'imagerie panoramique de surveillance et d'identification intégrant une caméra à balayage et système de mise en Óoeuvre. |
-
1995
- 1995-06-13 FR FR9507118A patent/FR2735644B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2709631A1 (fr) * | 1992-10-20 | 1995-03-10 | Thomson Csf | Procédé d'imagerie panoramique de surveillance et d'identification intégrant une caméra à balayage et système de mise en Óoeuvre. |
| US5338933A (en) * | 1993-02-02 | 1994-08-16 | Spar Aerospace Limited | Scanning optical sensor |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| FR2947132A1 (fr) * | 2009-06-18 | 2010-12-24 | Hgh Systemes Infrarouges | Procede et systeme d'imagerie d'une scene etendue mettant en oeuvre un appareil d'imagerie a champ de vue limite |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2735644B1 (fr) | 1997-07-11 |
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