FR2736492A1 - Procede et systeme pour compenser le deplacement pendant la formation d'image - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé et un système de capture d'image à compensation de déplacement. Le procédé en conformité avec la présente invention comprend les étapes consistant à exposer les colonnes et rangées de pixels d'un réseau (14) à une scène, chaque pixel exposé à la scène stockant une charge représentative de la scène, décaler la charge de chaque pixel dans chaque rangée exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chacune des rangées à une fréquence de transfert dans le sens horizontal, décaler vers le bas la charge de chaque pixel dans chacune des colonnes recouvertes par l'écran de protection à la lumière (30) vers le pixel suivant dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) à une fréquence de transfert dans le sens vertical. Application à tout système de capture d'image embarqué sur un engin en déplacement.
Description
PROCEDE ET SYSTEME POUR COMPENSER LE DEPLACEMENT
PENDANT LA FORMATION D'IMAGE
Cette invention se rapporte en général à des systèmes de formation d'image et, plus particulièrement, à un procédé et à un système pour compenser le déplacement relatif d'un système de formation d'image par rapport à une scène qui est capturée. L'invention peut s'appliquer à tout système de formation d'image embarqué sur un engin de déplacement. Une image capturée peut apparaître floue lorsqu'une scène qui est capturée par un système de formation d'image fixe se déplace ou lorsque la scène qui est capturée est fixe et que le système de formation d'image se déplace, tel que pendant la formation d'image aérienne. Dans la formation d'image aérienne, la valeur du déplacement de l'image est fonction de la vitesse de l'aéronef, du temps d'exposition, de l'altitude et de la focale de l'appareil photographique. Un exemple plus détaillé illustrant le problème de flou des images capturées pendant la formation
d'image aérienne est illustré sur les figures l(a à c).
En se référant à la figure l(a), un aéronef AP comportant un système de formation d'image IS1 avec un objectif Ll est illustré. L'aéronef AP se déplace dans la direction de la flèche X. Une scène fixe, définie par quatre coins A à D, est capturée par le système de
formation d'image IS1.
En se référant à la figure l(b), l'objectif L1 du système de formation d'image IS1 focalise la scène fixe sur un réseau de formation d'image IA1 dans un système de formation d'image. L'objectif L1 est placé à une altitude H au-dessus de la scène fixe et à une distance focale fL du réseau de formation d'image IA1. La scène fixe présente une
vitesse V0 par rapport au système de formation d'image IS1.
La vitesse Vi de l'image de la scène fixe qui doit être capturée sur le réseau de formation d'image IA1 est obtenue
à partir de l'équation suivante: Vi = Vo (fL/H).
La valeur du déplacement de la scène fixe sur le réseau de formation d'image IA1 lorsqu'il existe un déplacement relatif entre la scène fixe et le réseau de formation d'image IA1 est illustrée sur la figure l(c), avec un objet O dans la scène fixe. Le déplacement de l'objet O est obtenu à partir de l'équation suivante: Di = Vi texp, o Di est la valeur du déplacement de l'objet O et texp est la durée minimale d'exposition nécessaire au réseau de formation d'image IA1 pour qu'il puisse capturer en image la scène fixe. Tout déplacement d'image Di amène l'image capturée à apparaître floue ou tachée. Comme on l'a précédemment expliqué, des systèmes de formation d'image ont été développés pour compenser le déplacement vers l'avant, toutefois, ces systèmes de formation d'image ne
sont pas idéaux.
En se référant aux figures 2(a et b), il est représenté un système de formation d'image IS2 de la technique antérieure pour compenser le déplacement d'image Di. Comme il est représenté sur la figure 2(a), le système de formation d'image IS2 comporte un objectif L2 placé à une distance focale fL d'un réseau de formation d'image IA2. L'objectif L2 focalise une scène fixe sur un réseau de formation d'image IA2 qui capture une image de la scène fixe. Un obturateur mécanique MS2 est placé entre l'objectif L2 et le réseau de formation d'image IA2 et commande la durée d'exposition texp de la scène fixe au
réseau de formation d'image IA2.
Comme il est représenté sur la figure 2(b), l'image de la scène fixe sur le réseau de formation d'image IA2 présente une vitesse d'image Vi et se déplace dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image IA2. Comme on l'a décrit précédemment par rapport à la figure l(c), pendant la durée d'exposition texp, l'image de la scène fixe se déplace sur une distance Di qui amène l'image capturée à apparaître floue. En revenant à la figure 2(b), afin de compenser le déplacement de l'image de la scène fixe sur le réseau de formation d'image IA2, le système de formation d'image IS2 déplace physiquement le réseau de formation d'image IA2 à une vitesse VFMC à l'intérieur du système de formation d'image IS2 afin de maintenir la scène fixe centrée sur le réseau de formation d'image IA2 pendant la durée d'exposition minimale texp. De préférence, VFMC = Vi, d'une manière telle que le déplacement d'image total Di = 0. Une fois que la durée d'exposition minimale texp s'est écoulée, l'obturateur mécanique MS2 isole la scène fixe du réseau de formation d'image IA2 et la charge stockée dans le réseau de formation d'image IA2 représentant la scène fixe est sortie par cadencement par horloge dans le sens vertical. Pendant le temps o l'obturateur mécanique MS2 est fermé, le
système de formation d'image IS2 ne capture pas d'image.
Bien que ce système de formation d'image IS2 agit pour réduire ou éliminer le flou, ce système de formation d'image IS2 demande un obturateur mécanique MS2 et un système mécanique (non représenté) pour déplacer le réseau de formation d'image IA2 afin de compenser le déplacement vers l'avant ce qui augmente la complexité et le coût du
système de formation d'image IS2 et réduit sa fiabilité.
En se référant aux figures 3(a et b), il y est représenté un autre système de formation d'image IS3 de la technique antérieure servant à compenser le déplacement d'image Di. Comme il est représenté sur la figure 3(a), le système de formation d'image IS3 comporte un objectif L3, un obturateur mécanique MS3, un réseau de formation d'image IA3 et un système de cadencement par horloge dans le sens vertical VCS. L'objectif L3, l'obturateur mécanique MS3 et le réseau de formation d'image IA3 fonctionnent de la même manière que l'objectif L2, l'obturateur mécanique MS2 et le réseau de formation d'image IA2 comme décrit par référence aux figures 2(a et b). Le système de cadencement par horloge dans le sens vertical VCS est couplé au réseau de formation d'image IA3 et comme expliqué ci-dessous, cadence par horloge le déplacement de la charge stockée dans le réseau de formation d'image IA3 afin de compenser le déplacement de l'image de la scène fixe sur le réseau de
formation d'image IA3.
En se référant à la figure 3(b), l'image de la scène fixe sur le réseau de formation d'image IA3 présente de nouveau une vitesse de Vi et ceci a pour résultat un déplacement d'image de Di pendant la durée d'exposition minimale texp. Le système de cadencement par horloge dans le sens vertical VCS cadence par horloge le déplacement de la charge stockée dans le réseau de formation d'image IA3 à une vitesse de transfert dans le sens vertical VCCD afin de compenser le déplacement relatif de la scène fixe par rapport au réseau de formation d'image IA3. De préférence, VCCD = Vi d'une manière telle que le déplacement d'image total Di = 0. Une fois que la durée d'exposition minimale texp s'est écoulée, l'obturateur mécanique MS3 isole la scène fixe du réseau de formation d'image IA3 et la charge stockée dans le réseau de formation d'image IA3 représentant la scène fixe est sortie par horloge. Pendant le temps o l'obturateur mécanique MS3 est fermé, le
système de formation d'image IS3 ne capture pas d'image.
Bien que ce système de formation d'image IS3 élimine le besoin d'un système mécanique pour déplacer le réseau de formation d'image IA3 à une vitesse Vi, le système de formation d'image IS3 demande toujours un obturateur mécanique MS3 pour limiter le temps d'exposition ce qui augmente la complexité et le coût du système de formation d'image et diminue sa fiabilité. Un exemple d'un tel système de formation d'image de la technique antérieure est décrit dans le brevet U.S. n 5 155 597 de Lareau et al,
lequel est incorporé ici par référence.
On a en conséquence toujours besoin d'un système qui peut compenser le déplacement relatif du système de formation d'image par rapport à une scène qui doit être capturée sans avoir besoin soit d'un obturateur mécanique, soit d'un système mécanique pour déplacer le réseau de formation d'image. On a également toujours besoin d'un système qui puisse capturer en continu les images sans interruption, même lorsqu'il existe un déplacement relatif entre le système de formation d'image et la scène qui est
capturée.
Un système de formation d'image en conformité avec la présente invention compense le déplacement relatif du système de formation d'image par rapport à une scène qui doit être capturée. Le système de formation d'image comprend un réseau, un écran de protection à la lumière, un objectif, un système de cadencement par horloge dans le sens horizontal et un système de cadencement par horloge dans le sens vertical. Le réseau comprend au moins deux colonnes et rangées de pixels, chaque pixel exposé à la
scène stockant une charge représentative de la scène.
L'écran de protection à la lumière est connecté au réseau et couvre une colonne sur deux de pixels. L'objectif est à une distance focale du réseau et focalise la scène sur le réseau. Le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal est couplé à chaque pixel dans chaque rangée du réseau et décale la charge de chaque pixel dans chaque rangée exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chaque rangée selon une fréquence de transfert dans le sens horizontal. Le système de cadencement par horloge dans le sens vertical est couplé à chaque pixel dans chaque colonne couverte par l'écran de protection à la lumière et décale la charge de chaque pixel dans chacune des colonnes couvertes par l'écran de protection à la lumière vers le pixel suivant dans chaque colonne couverte par l'écran de protection à la lumière selon une fréquence de transfert dans le sens vertical. Le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal arrête le décalage de la charge entre les pixels adjacents dans chaque rangée lorsque le temps d'exposition pour capturer la scène s'est écoulé. Le système de formation d'image peut également comprendre un système de commande de formation d'image qui détermine une vitesse de transfert de déplacement qui est la vitesse à laquelle la scène se déplace vers le bas d'un pixel dans chaque colonne vers le pixel suivant dans chaque
colonne.
Un procédé pour compenser le déplacement relatif du système de formation d'image par rapport à la scène en conformité avec la présente invention comprend les étapes consistant à exposer les colonnes et rangées des pixels dans le réseau à la scène, chaque pixel exposé à la scène stockant une charge représentative de la scène, décaler la charge de chaque pixel dans chaque rangée exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chacune des rangées selon une fréquence de transfert dans le sens horizontal et décaler vers le bas la charge de chaque pixel dans chacune des colonnes couvertes par l'écran de protection à la lumière vers le pixel suivant dans chaque colonne couverte par l'écran de protection à la lumière selon une fréquence de transfert dans le sens vertical. Le procédé peut également comprendre l'étape consistant à continuer d'exposer les colonnes et rangées de pixels dans le réseau à la scène, décaler la charge de chaque pixel dans chacune des rangées exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chaque rangée à la fréquence de transfert dans le sens horizontal et décaler la charge de chaque pixel dans chaque colonne couverte par l'écran de protection à la lumière vers le pixel suivant dans chacune des colonnes couvertes par l'écran de protection à la lumière à une fréquence de transfert dans le sens vertical jusqu'à ce que le temps
d'exposition minimal se soit écoulé.
Un système et procédé de formation d'image en conformité avec la présente invention procure de nombreux avantages. Avec le système et procédé de formation d'image, la compensation du déplacement de la scène par rapport au système de formation d'image peut être accomplie sans obturateur mécanique ou système mécanique pour déplacer le réseau de formation d'image. Il s'ensuit que le système de formation d'image est plus simple et plus fiable et moins coûteux que les systèmes de formation d'image antérieurs du fait qu'il comporte moins de composants. De plus, du fait qu'un obturateur mécanique n'est pas nécessaire, le système de formation d'image peut capturer en continu des images
sans interruption.
La figure l(a) est une vue illustrée d'un système de formation d'image de la technique antérieure dans un
aéronef capturant une scène fixe.
La figure l(b) est un schéma synoptique partiel du système de formation d'image de la technique antérieure comportant un objectif et un réseau de formation d'image et
montrant également la scène fixe.
La figure l(c) est un diagramme du réseau de formation
d'image représenté sur la figure l(b) pendant l'exposition.
La figure 2(a) est un schéma synoptique partiel d'un
système de formation d'image de la technique antérieure.
La figure 2(b) est un diagramme d'un réseau de formation d'image dans le système de formation d'image de
la technique antérieure représenté sur la figure 2(a).
La figure 3(a) est une vue en coupe d'une partie d'un
système de formation d'image de la technique antérieure.
La figure 3(b) est un diagramme d'un réseau de formation d'image dans le système de formation d'image de
la technique antérieure représenté sur la figure 3(a).
La figure 4(a) est une vue illustrée d'un système de formation d'image dans un aéronef capturant une scène fixe
en conformité avec la présente invention.
La figure 4(b) est un schéma synoptique partiel du
système de formation d'image représenté sur la figure 4(a).
La figure 4(c) est un schéma synoptique d'un réseau de formation d'image dans le système de formation d'image représenté sur la figure 4(b). La figure 4(d) est une vue simplifiée agrandie de la partie entourée du réseau de formation d'image représenté
sur la figure 4(c).
La figure 5(a) est un chronogramme servant à expliquer le décalage dans le sens horizontal et vertical de la charge dans le réseau de formation d'image par rapport au temps d'exposition des pixels représenté sur la figure 4(d), et La figure 5(b) est un autre chronogramme illustrant le décalage dans le sens horizontal et vertical de la charge
par rapport au temps d'exposition des pixels.
Un système de formation d'image 10 en conformité avec la présente invention est illustré sur la figure 4(b). Le système de formation d'image 10 comprend un objectif 12, un réseau de formation d'image 14, une mémoire 16, un système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 et un système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20
ainsi qu'un système de commande de formation d'image 22.
Avec le système de formation d'image 10, la compensation du déplacement de la scène par rapport au système de formation d'image 10 peut être obtenue sans obturateur mécanique ou système mécanique afin de déplacer le réseau de formation d'image 14. Il s'ensuit que le système de formation d'image est plus simple et plus fiable et moins coûteux que les systèmes de formation d'image antérieurs du fait qu'il comporte moins de composants. De plus, du fait que l'obturateur mécanique n'est pas nécessaire, le système de formation d'image 10 peut capturer en continu des images
sans interruption.
En se référant à la figure 4(a), une vue illustrée du système de formation d'image 10 monté dans un aéronef AP se
déplaçant dans la direction de la flèche Y est illustrée.
Le système de formation d'image 10 est couplé à un système de commande d'aéronef 24 dans l'aéronef AP. Le système de commande de l'aéronef 24 délivre des signaux d'entrée au système de formation d'image 10 qui comprennent l'altitude de l'aéronef, la vitesse par rapport au sol et le temps d'exposition désiré. Le système de formation d'image 10 comprend également un objectif 12 qui focalise une scène fixe, définie aux coins par les lettres A à D sur le réseau
de formation d'image 14 représenté sur la figure 4(b).
L'objectif 12 est placé à une altitude H au-dessus de la scène fixe, comme cela est représenté sur la figure 4(a) et à une distance focale fL du réseau de formation d'image 14,
comme il est représenté sur la figure 4(b).
En se référant à la figure 4(b), le système de formation d'image 10 comprend un système de commande d'aéronef 24. Le système de commande d'aéronef 24 est couplé au dispositif d'entrée/sortie (I/O) 26 et entre des signaux dans le dispositif d'entrée/sortie 26, lesquels comprennent l'altitude de l'aéronef, la vitesse et le temps d'exposition désiré. Le dispositif d'entrée/sortie 26 est couplé à un bus 28 qui est couplé au système de commande de
formation d'image 22.
Le système de commande de formation d'image 22 est également couplé à la mémoire 16, au système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 et au système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20 par l'intermédiaire du bus 28. Le système de commande de formation d'image 22 est un système d'ordinateur programmé qui comprend une unité centrale (non représentée) et une mémoire (non représentée) et exécute un ensemble d'instructions pour compenser tout déplacement relatif quelconque de la scène qui est capturée par rapport au réseau de formation d'image 14. Les fonctions du système de commande de formation d'image comprennent la détermination d'une vitesse de transfert de déplacement, d'une fréquence de transfert dans le sens horizontal pour le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 et d'une fréquence de transfert dans le sens vertical pour le système de cadencement par horloge dans le sens vertical , de même que du nombre de cycles de transfert de charge
afin d'obtenir l'exposition désirée.
La vitesse de transfert de déplacement est la vitesse à laquelle la même partie de l'image de la scène sur le réseau de formation d'image 14 se déplace d'un pixel vers le pixel suivant en raison du déplacement relatif de la scène par rapport au réseau de formation d'image 14. La vitesse de transfert de déplacement est calculée en multipliant la vitesse relative de la scène par la distance focale de l'objectif et en la divisant par l'altitude. Le transfert de déplacement est utilisé pour définir la fréquence des transferts de charge dans les sens horizontal et vertical. Si la vitesse de transfert de déplacement est exprimée comme L lignes par seconde, les fréquences de transfert de charge seront égales à L transferts par seconde. Les transferts dans les sens horizontal et vertical se produisent pratiquement à la même fréquence mais sont déphasés temporellement l'un par rapport à l'autre d'une manière telle qu'un transfert dans le sens vertical suit chaque transfert dans le sens horizontal comme cela est représenté sur les figures 5(a et b). Bien que sur les figures 5(a et b), l'impulsion de transfert dans le sens vertical suive immédiatement l'impulsion de transfert dans le sens horizontal, il peut exister un retard après l'impulsion de transfert dans le sens
horizontal si désiré.
Le transfert de charge dans le sens horizontal déplace la charge dans chaque pixel de formation d'image dans chaque rangée du réseau 14 vers une colonne adjacente de pixels recouverte par un écran de protection à la lumière 30. Le transfert de charge dans le sens vertical déplace vers le bas la charge accumulée dans chaque pixel dans chaque colonne recouverte par l'écran de protection à la lumière vers le pixel suivant dans la colonne. Chaque cycle de transfert dans le sens horizontal suivi par un transfert dans le sens vertical devrait être synchronisé avec la vitesse de transfert de déplacement. De préférence, le temps nécessaire pour déplacer horizontalement et verticalement la charge est nettement inférieur au temps nécessaire pour que la scène se déplace d'une rangée de pixels à la suivante et est inférieur au temps d'exposition
minimal pour un pixel.
Un exemple de calcul d'une vitesse de transfert de déplacement est présenté ci-dessous. On considère un aéronef volant à une altitude de 1000 m à une vitesse de m/sec. Un appareil photographique comportant un objectif d'une distance focale égale à 0,5 m est monté dans l'aéronef. L'appareil photographique comporte un réseau avec un pas de pixels de 9 micromètres. La vitesse de transfert de déplacement obtenue dans ce cas peut être exprimée comme: Vitesse de Transfert de Déplacement =
[(200 m/s)x(0,5 m)/(1000 m)]xl ligne/9E-6 m = 11,111 lignes/sec.
En conséquence, les fréquences de transferts dans les sens horizontal et vertical sont toutes les deux de 11,111
transferts par seconde.
Le système de formation d'image 10 comprend également un réseau de formation d'image 14 qui est positionné à une distance focale nné à une distance focale fL de l'objectif 12 et est couplé au système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18, au système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20 et à un registre à décalage 32. Le réseau de formation d'image 14 est un dispositif à transfert de charge qui comprend une pluralité de colonnes et de rangées de pixels. Comme il est représenté sur la figure 4(c), le réseau de formation d'image 14 comporte seize colonnes de pixels C1 à C16 et treize rangées de pixels R1 à R13, bien que le nombre de colonnes et de rangées de pixels dans le réseau de formation d'image 14 peut varier comme nécessaire. L'écran de protection à la lumière 30 est fixé au réseau de formation d'image 14 et couvre une colonne sur deux des pixels C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16. Dans ce mode de réalisation particulier, le réseau de formation d'image 14 est un dispositif à transfert de charge interligne tel que le KAI-1000 de Kodak. Comme il est représenté sur la figure 4(d), le pas entre le centre des colonnes C13 et C15 comportant les pixels exposés est de 9 pm et le pas entre le centre des rangées R13 et R12 des pixels est également d'environ 9 pm, bien que la distance entre les colonnes et
entre les rangées peut varier comme nécessaire.
En revenant à la figure 4(c), lorsque le réseau de formation d'image 14 est exposé à la scène, chaque pixel dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15 peut convertir la lumière reçue en provenance de la scène qui doit être capturée en charge, laquelle est stockée dans un puits de potentiel dans chaque pixel. Les charges stockées dans les pixels du réseau de formation d'image 14 contiennent des informations concernant la scène qui a été capturée. Les pixels dans les colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16 sont recouverts par l'écran de protection à la lumière 30 et ainsi ne sont pas exposés à la scène. Le fonctionnement particulier des dispositifs à transfert de charge tel que le réseau de formation d'image 14, en ce qui concerne le stockage de charge représentative d'une scène est bien connu et est décrit dans les articles standard
tels que Solid State Electronic Devices, Chp. 9, Prentice-
Hall, Inc. (1980), pages 355 à 361 et dans MicroElectronics, Sec. 9-8, pages 298 à 312, McGraw-Hill Book Company (1979), lesquels sont incorporés ici par référence. Le système de formation d'image 10 comprend également un registre à décalage 32 qui est couplé à chaque pixel dans la dernière rangée Ri des pixels du réseau de formation d'image 14 et à la mémoire 16. Le registre à décalage 32 décale et sort la charge représentative de l'image capturée de la scène en provenance du réseau de formation d'image 14 vers la mémoire 16 pour stockage à une vitesse de transfert de décalage. La mémoire 16 peut être tout type de dispositif de mémorisation quelconque, tel qu'une mémoire à semi- conducteurs, un disque dur ou une bande magnétique. De préférence, la vitesse de transfert de décalage est plus rapide ou pratiquement égale à la vitesse
de transfert de déplacement.
En se référant aux figures 4(b et c), le système de formation d'image 10 comprend des systèmes de cadencement par horloge dans les sens horizontal et vertical 18 et 20, lesquels sont couplés au réseau de formation d'image 14 et au système de commande de formation d'image 22 par l'intermédiaire du bus 28. Les systèmes de cadencement par horloge dans les sens horizontal et vertical 18 et 20 comprennent une horloge maître (non représentée), des compteurs (non représentés) et des amplificateurs d'horloge (non représentés) pour chaque colonne et rangée de pixels couplées aux systèmes de cadencement par horloge dans les sens horizontal et vertical 18 et 20. Le processus de transfert de charge dans un dispositif à transfert de charge, tel que le réseau de formation d'image 14, est bien connu et peut être trouvé dans des articles standard tels que Solid State Electronic Devices, Chp. 9, Prentice-Hall,
Inc. (1980), pages 355 à 361 et dans MicroElectronics, Sec.
9-8, pages 298 à 312, McGraw-Hill Book Company (1979) et également dans le brevet U.S. n 5 155 597 de Lareau et ai,
ceux-ci étant tous incorporés ici par référence.
Comme il est représenté sur la figure 4(c), le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 est couplé à chaque pixel dans chaque rangée R1 à R13 dans le réseau de formation d'image 14, bien que seulement à des fins d'illustration les connexions du système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 à chaque pixel dans la rangée R13 soient illustrées. De manière similaire, le système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20 est couplé à chaque pixel dans chaque colonne C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16 recouverte par l'écran de protection à la lumière 30, bien que seulement à des fins d'illustration les connexions du système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20 aux pixels dans la colonne C2 soient illustrées. Les systèmes de cadencement par horloge dans les sens horizontal et vertical 18 et 20 commandent les fréquences de transferts dans les sens horizontal et vertical, respectivement, auxquelles la charge stockée dans les pixels dans le réseau de formation d'image est transférée horizontalement et verticalement. Les fréquences de transferts dans les sens horizontal et vertical sont utilisées pour synchroniser le déplacement de la charge stockée dans les pixels avec le déplacement de la scène par rapport au réseau de formation d'image 14 afin d'empêcher le flou. De préférence, les fréquences de transferts dans les sens horizontal et vertical sont synchronisées d'une manière telle que le déplacement de l'image sur le réseau de formation d'image 14 pendant le temps d'exposition minimal texp est
pratiquement égal à zéro.
En se référant aux figures 4(a à d), on illustrera le fonctionnement du système de formation d'image 10. Afin de capturer une image aérienne, l'aéronef AP doit tout d'abord se positionner au-dessus de la scène fixe qui doit être capturée. Comme il est représenté sur la figure 4(a), l'aéronef AP est disposé au-dessus de la scène fixe définie par les quatre coins A à D. A mesure que l'aéronef AP se déplace dans la direction de la flèche Y, le système de commande d'aéronef 24 délivre des signaux d'entrée au système de formation d'image, lesquels comprennent l'altitude de l'aéronef, la vitesse par rapport au sol et
le temps d'exposition désiré. Comme on l'expliquera ci-
dessous, ces signaux d'entrée sont nécessaires pour déterminer la vitessede transfert de déplacement, la fréquence de transfert dans le sens horizontal et la fréquence de transfert dans le sens vertical ainsi que le
nombre de transferts de formation d'image.
En se référant à la figure 4(b), le système de commande de formation d'image 22 reçoit les signaux d'altitude et de vitesse de scène à partir du système de commande d'aéronef 24 et la distance focale fL à partir de la mémoire (non représentée) dans le système de commande de formation d'image 22 et, en réponse à ceux-ci, détermine la vitesse de transfert de déplacement comme on l'a décrit précédemment. A partir de la vitesse de transfert de déplacement, le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 détermine la fréquence de transfert dans le sens horizontal comme décrit précédemment. De manière similaire, à partir de la vitesse de transfert de déplacement, le système de cadencement par horloge dans le sens vertical 20 calcule la fréquence de transfert dans le sens vertical comme on l'a décrit précédemment. De préférence, la fréquence de transfert dans le sens horizontal est pratiquement égale, mais déphasée, à la fréquence de transfert dans le sens vertical. De plus, le système de commande de formation d'image 22 reçoit les signaux d'exposition désirés à partir du système de commande d'aéronef 24 et, à partir de la vitesse de transfert de déplacement calculée, calcule le nombre total de transferts pour l'image. Dans l'intervalle, l'objectif 12 dans le système de formation d'image 10 focalise la scène fixe, définie par les coins A à D, sur le réseau de
formation d'image 14.
En se référant à la figure 4(c), l'image de la scène fixe sur le réseau de formation d'image 14 présente une vitesse Vi et se déplace dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image. Comme on l'a expliqué précédemment par référence aux figures l(a à c), le flou de l'image capturée se produira si celle-ci n'est pas compensée du fait que la scène fixe ne reste pas sur les mêmes pixels du réseau de formation d'image 14 pendant la durée de l'exposition minimale texp nécessaire pour capturer l'image de la scène. En conséquence, les informations se rapportant à une partie particulière de l'image de la scène seront de manière caractéristique représentées par une charge stockée dans un certain nombre de pixels consécutifs. Comme on l'expliquera ci-dessous, les fréquences de transferts dans les sens horizontal et vertical déterminées ci-dessus sont utilisées pour synchroniser le déplacement de la charge stockée dans les pixels avec le déplacement de la scène par rapport au
réseau de formation d'image 14 pour empêcher le flou.
Lorsque la scène fixe est initialement focalisée sur les pixels dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15, les pixels stockent la charge qui représente les informations concernant la scène qui est capturée. Les impulsions de la ligne d'exposition des pixels sur le chronogramme de la figure 5(b) illustrent la durée pendant laquelle la charge est stockée. Du fait que les pixels dans les colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16 sont recouverts par l'écran de protection à la lumière 30, ces pixels ne stockent pas la charge représentative de la scène. Une fois qu'une charge représentant une partie de l'image est stockée, la charge dans les pixels dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15 est alors décalée horizontalement dans les pixels des colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16 à une fréquence de transfert dans le sens horizontal. Une fois que le décalage dans le sens horizontal est achevé, la charge dans chaque pixel dans les colonnes C2, C4, C6, C8, ClO, C12, C14 et C16 est alors décalée vers le bas d'un pixel dans les colonnes C2, C4, C6, C8, ClO, C12, C14 et C16 à la fréquence de transfert dans le sens vertical. Les impulsions des lignes de transfert dans le sens horizontal et de transfert dans le sens vertical sur le chronogramme de la figure 5(b) représentent la durée pendant laquelle la charge est transférée horizontalement et verticalement, respectivement. Dans l'intervalle, l'image de la scène s'est décalée vers le bas d'une rangée de pixels en raison du déplacement de la scène par rapport au réseau de formation d'image 14 à la vitesse de transfert de déplacement. Les pixels dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15, un pixel plus bas que les pixels précédents dans chaque colonne C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15, sont exposés à la même partie
de la scène précédemment exposée aux pixels directement au-
dessus de ces pixels. Les pixels dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15 stockent une charge représentant une partie de la même partie de l'image. La charge stockée dans les pixels dans les colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15 est ensuite décalée horizontalement dans les pixels des colonnes C2, C4, C6, C8, ClO, C12, C14 et C16 à la fréquence de transfert dans le sens horizontal. La charge décalée est combinée avec la charge déjà dans les pixels des colonnes C2, C4, C6, C8, ClO, C12, C14 et C16 qui a été précédemment transférée vers le bas. Cette technique de décalage vers le bas et de combinaison des charges est bien connue et est équivalente
à une intégration de temps de retard.
Le processus de décalage de charge horizontalement et verticalement se répète jusqu'à ce que le temps d'exposition minimal requis texp pour capturer la scène fixe se soit écoulé. Une fois que le temps d'exposition requis s'est écoulé, alors, le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 ne décale plus la charge horizontalement à partir des colonnes C1, C3, C5, C7, C9, Cll, C13 et C15 vers les colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16. Le décalage dans le sens vertical des charges se poursuit jusqu'à ce que la charge dans les pixels des colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16 atteigne l'extrémité des colonnes C2, C4, C6, C8, C10, C12, C14 et C16. Lorsque les charges dans le réseau de formation d'image 14 atteignent la rangée R1, elles sont transférées dans le registre à décalage 32. Le registre à décalage 32 décale et sort les charges vers la mémoire 16 à la vitesse
de transfert de déplacement.
En se référant aux figures 4(d) et 5(a), il y est illustré un autre exemple montrant comment le système de formation d'image 10 compense le déplacement relatif de la
scène fixe par rapport au réseau de formation d'image 14.
L'objectif 12 du système de formation d'image 10 focalise de nouveau l'image de la scène fixe sur le réseau de formation d'image 14. L'image de la scène fixe se déplace à une vitesse Vi dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image 14. Lorsque l'image de la scène fixe est focalisée sur le réseau de formation d'image 14, une partie spécifique de l'image est focalisée sur un pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R13. Le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R13 stocke une charge représentative de cette partie spécifique de l'image de la scène fixe. L'impulsion de la première ligne de pixel exposé sur la figure 5(a) représente le temps pendant lequel le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R13 est exposé à cette partie de l'image. A mesure que la partie spécifique de l'image de la scène fixe se déplace dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image 14, la charge dans le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée C13 est décalée horizontalement dans le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R13 à une fréquence de transfert dans le sens horizontal comme il est représenté sur la première ligne de transfert dans le sens horizontal sur la figure (a). Une fois que la charge est décalée horizontalement vers le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R13, elle est décalée vers le bas à partir du pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R13 vers le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R12 à une fréquence de transfert dans le sens vertical comme il est représenté sur la première ligne de transfert dans le sens
vertical sur la figure 5(a).
Dans l'intervalle, la partie spécifique de l'image précédemment focalisée sur le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R13 s'est maintenant déplacée vers le bas vers le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R12. Le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R12 mémorise la charge représentative de cette partie spécifique pendant l'impulsion de la seconde ligne de pixel exposé sur la figure 5(a). De nouveau, à mesure que cette partie spécifique de l'image de la scène fixe se déplace dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image 14, la charge dans le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R12 est décalée horizontalement dans le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R12 à la fréquence de transfert dans le sens horizontal et est combinée avec la charge déjà présente provenant du décalage vers le bas précédent du pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R13 comme il est représenté sur la seconde ligne de transfert dans le sens horizontal sur la figure 5(a). Cette technique de combinaison est bien connue et est équivalente à une intégration de temps de retard. La charge dans le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R12 est décalée vers le bas dans le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée Rll à la fréquence de transfert dans le sens vertical comme il est représenté sur la seconde ligne de transfert dans le sens vertical sur la figure 5(b). La partie spécifique de l'image précédemment focalisée sur le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R12 s'est maintenant déplacée vers le bas vers le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée Rll. Le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée Rll stocke la charge représentative de cette partie spécifique. A mesure que la partie spécifique de l'image de la scène fixe continue à se déplacer dans la direction de la flèche adjacente au réseau de formation d'image 14, la charge dans le pixel au niveau de la colonne C13 et de la rangée R11 est décalée horizontalement dans le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R11 à la fréquence de transfert dans le sens horizontal et est combinée avec la charge déjà présente provenant du transfert vers le bas précédent du pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée R12. Le processus de décalage de charge dans le sens horizontal de la colonne C13 à la colonne C14 se poursuit jusqu'à ce que le temps d'exposition minimal texp pour capturer la scène fixe se soit écoulé. Lorsque le temps d'exposition minimal texp pour capturer la scène fixe s'est écoulé, le système de cadencement par horloge dans le sens horizontal 18 ne cadence plus par horloge la charge de la colonne C13 à la colonne C14. La charge qui a été accumulée dans la colonne C14 est sortie par décalage dans le registre à décalage 30 à la fréquence de transfert dans le sens vertical lorsque la charge atteint le pixel au niveau de la colonne C14 et de la rangée Rll. La charge dans le registre à décalage 32 est décalée et sortie vers la mémoire 16 à la vitesse de
transfert de décalage.
En conséquence, avec le système de formation d'image , la compensation du déplacement de la scène par rapport au réseau de formation d'image 14 est obtenue sans aucun obturateur mécanique quelconque ou autre système mécanique
quelconque pour déplacer le réseau de formation d'image 14.
Sans l'obturateur mécanique ou système mécanique pour déplacer le réseau de formation d'image 14, le système de formation d'image 10 est moins complexe et moins coûteux et plus fiable du fait qu'il y a moins de composants qui peuvent mal fonctionner. De plus, du fait que le système de formation d'image 10 ne demande pas d'obturateur, le système de formation d'image 10 peut capturer en continu
des images sans interruption.
Ayant ainsi décrit le concept de base de l'invention,
il sera apparent à l'homme de l'art que la description
détaillée précédente est destinée à être présentée à titre seulement d'exemple et n'est pas limitative. Divers changements, améliorations et modifications apparaîtront à l'homme de l'art mais ne sont pas énoncés explicitement ici. Ces modifications, changements et améliorations sont envisagés être suggérés par celle-ci et sont à l'intérieur de la portée et de l'esprit de l'invention. En conséquence,
l'invention est limitée seulement par les revendications
suivantes et équivalents de celles-ci.
LISTES DES COMPOSANTS
système de formation d'image 12 objectif 14 réseau de formation d'image 16 mémoire 18 système de cadencement par horloge dans le sens horizontal système de cadencement par horloge dans le sens vertical 22 système de commande de formation d'image 24 système de commande de l'aéronef 26 dispositif d'entrée/sortie 28 bus écran de protection à la lumière 32 registre à décalage
Claims (16)
1. Système de formation d'image (10) pour enregistrer une image d'une scène, le système de formation d'image (10) compensant le déplacement relatif du système de formation d'image (10) par rapport à la scène, ledit système de formation d'image (10) comprenant: un réseau (14) d'au moins deux colonnes et rangées de pixels, chaque pixel exposé à la scène stockant une charge représentative de la scène; un écran de protection à la lumière (30) connecté audit réseau (14), ledit écran de protection à la lumière (30) couvrant une colonne de pixels sur deux; un système (18) de cadencement par horloge dans le sens horizontal couplé à chaque pixel dans chaque rangée dudit réseau, ledit système (18) de cadencement par horloge dans le sens horizontal décalant la charge de chaque pixel dans chaque rangée exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chaque rangée à une fréquence de transfert dans le sens horizontal; et un système (20) de cadencement par horloge dans le sens vertical couplé à chaque pixel dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière, ledit système (20) de cadencement par horloge dans le sens vertical décalant la charge de chaque pixel dans chacune desdites colonnes recouvertes par ledit écran de protection à la lumière (30) vers ledit pixel suivant dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) à une fréquence de transfert dans le sens vertical.
2. Système de formation d'image (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fréquence de transfert dans le sens horizontal est pratiquement égale à
ladite fréquence de transfert dans le sens vertical.
3. Système de formation d'image (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un système (22) de commande de formation d'image qui détermine ladite vitesse de transfert de déplacement en réponse à l'altitude de l'aéronef, à la vitesse relative de
la scène et à la distance focale de l'objectif.
4. Système de formation d'image (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système (18) de cadencement par horloge dans le sens horizontal arrête le décalage de la charge entre lesdits pixels adjacents dans chaque rangée lorsque le temps d'exposition pour
capturer la scène s'est écoulé.
5. Système de formation d'image (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un objectif (12) à une distance focale dudit réseau (14), ledit objectif (12) focalisant la scène sur ledit réseau
(14).
6. Système de formation d'image (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus: une mémoire (16) pour mémoriser la charge représentative de la scène; et un registre à décalage (32) pour décaler et sortir la charge à partir desdites colonnes recouvertes par ledit écran de protection à la lumière (30) vers ladite mémoire
(16) à la vitesse de transfert de décalage.
7. Système de formation d'image (10) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite vitesse de transfert par décalage est inférieure ou égale à une
vitesse de transfert de déplacement.
8. Système de formation d'image (10) selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit réseau (14)
est un dispositif à transfert de charge interligne.
9. Système de formation d'image (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit système de formation d'image (10) est installé dans un véhicule
capable de se déplacer.
10. Procédé pour enregistrer une image d'une scène avec un système de formation d'image (10) qui compense le déplacement relatif de la scène par rapport au système de formation d'image (10), le système de formation d'image (10) comprenant un réseau (14) d'au moins deux colonnes et rangées de pixels, chacun des pixels exposés à la scène stockant une charge représentative de la scène et un écran de protection à la lumière (30) connecté audit réseau (14) qui couvre une colonne de pixels sur deux, le procédé comprenant les étapes consistant à: exposer les colonnes et rangées des pixels dans le réseau (14) à la scène, chaque pixel exposé à la scène stockant une charge représentative de la scène; décaler la charge de chaque pixel dans chaque rangée exposée à la scène à chaque pixel adjacent dans chaque rangée à une fréquence de transfert dans le sens horizontal; et décaler la charge de chaque pixel dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) audit pixel suivant dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) à une fréquence
de transfert dans le sens vertical.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite fréquence de transfert dans le sens horizontal est pratiquement égale à ladite fréquence de
transfert dans le sens vertical.
12. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape consistant à poursuivre l'exposition des colonnes et des rangées de pixels dans le réseau (14) à la scène, décaler la charge à partir de chaque pixel vers chaque rangée exposée à la scène vers chaque pixel adjacent dans chaque rangée à une fréquence de transfert dans le sens horizontal et décaler la charge de chaque pixel dans chacune desdites colonnes recouvertes par ledit écran de protection à la lumière (30) dans ledit pixel suivant dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) à une fréquence de transfert dans le sens vertical jusqu'à ce qu'un temps
d'exposition minimal se soit écoulé.
13. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape consistant à poursuivre de décaler la charge de chaque pixel dans chacune desdites colonnes recouvertes par ledit écran de protection à la lumière (30) dans ledit pixel suivant dans chaque colonne recouverte par ledit écran de protection à la lumière (30) à une fréquence de transfert vertical lorsque ledit temps
d'exposition s'est écoulé.
14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend de plus les étapes consistant à: décaler la charge du dernier pixel dans chaque colonne dudit réseau (14) dans un registre à décalage (32); et décaler et sortir la charge dans le registre à décalage (32) vers une mémoire à une fréquence de transfert
de décalage.
15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite fréquence de transfert dans le sens horizontal est pratiquement égale à ladite fréquence de
transfert dans le sens vertical.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que ladite vitesse de transfert de décalage est inférieure ou égale à ladite vitesse de transfert de déplacement.
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