FR2858425A1

FR2858425A1 - Satellite observation instrument for remote object, e.g. earth, has calculation unit for processing images to deconvolute combination of images and restore image having spectrum comparable to that obtained by telescope

Info

Publication number: FR2858425A1
Application number: FR0309420A
Authority: FR
Inventors: Frederic Falzon; Philippe Blanc; Eric Thomas
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2003-07-31
Filing date: 2003-07-31
Publication date: 2005-02-04
Anticipated expiration: 2023-07-31
Also published as: FR2858425B1

Abstract

The instrument has a unit to move pupils (2, 4) with respect to a distant object such that a detector records successively n images corresponding to n successive positions of the pupils. A calculation unit employs an algorithm for processing the images to deconvolute the combination of the images and restore an image having a spectrum that is comparable to an image that would be obtained by a telescope of diameter equal to a circle in which the pupils move. An independent claim is also included for method of observing a remote object.

Description

INSTRUMENT D'OBSERVATION A SYNTHESE D'OUVERTURE OPTIQUEOBSERVING INSTRUMENT WITH OPTICAL OPENING SYNTHESIS

A PUPILLES EN MOUVEMENT ET PROCEDE ASSOCIE MOVING RODS AND ASSOCIATED METHOD

DESCRIPTIONDESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUETECHNICAL AREA

L'invention concerne un instrument d'observation à synthèse d'ouverture du type interféromètre imageur destiné, notamment, à l'observation de la terre à partir d'un satellite. 10 L'imagerie de la terre présente des difficultés particulières car elle concerne l'observation de scènes dont l'extension angulaire est plus grande que le champ de l'instrument (objet étendu). De plus, ces scènes contiennent beaucoup de détails fins et donc de hautes 15 fréquences, et ne peuvent être simplement décrites avec quelques paramètres, comme c'est souvent le cas en astronomie où on cherche plus à contraindre des modèles qu'à obtenir de véritables images. The invention relates to a synthetic aperture observation instrument of the interferometer imager type intended in particular for the observation of the earth from a satellite. 10 The imagery of the earth presents particular difficulties because it concerns the observation of scenes whose angular extension is larger than the field of the instrument (extended object). In addition, these scenes contain a lot of fine details and therefore high frequencies, and can not be simply described with some parameters, as is often the case in astronomy where one seeks more to constrain models than to obtain true images.

Plus précisément, elle concerne un instrument 20 d'observation d'un objet distant étendu émettant un rayonnement électromagnétique, comportant une pluralité de pupilles espacées les une des autres pour collecter une partie du rayonnement émis par l'objet et un recombinateur pour superposer les amplitudes complexes 25 du rayonnement électromagnétique collecté par chacune des pupilles sur un détecteur de manière à les faire interférer. More specifically, it relates to an instrument 20 for observing an extended distant object emitting electromagnetic radiation, comprising a plurality of pupils spaced apart from each other to collect a portion of the radiation emitted by the object and a recombiner for superimposing the amplitudes. complex electromagnetic radiation collected by each of the pupils on a detector so as to interfere.

Un instrument optique d'observation tel qu'un télescope peut être vu comme un filtre qui ne laisse 30 passer les fréquences spatiales de l'objet observé que SP 21767 PV jusqu'à une certaine fréquence appelée fréquence de coupure optique. An optical observing instrument such as a telescope can be seen as a filter which allows the SP 21767 PV to pass the spatial frequencies of the observed object to a certain frequency called optical cutoff frequency.

Pour qu'un instrument satisfasse à un cahier des charges en matière de résolution spatiale, il est 5 nécessaire qu'il laisse passer les hautes fréquences spatiales qui correspondent à l'objectif de résolution et, par conséquent, que sa fréquence de coupure optique ne soit pas inférieure à une fréquence minimale correspondant à l'objectif de résolution recherché. For an instrument to meet spatial resolution specifications, it is necessary for it to pass the high spatial frequencies which correspond to the resolution objective and, consequently, that its optical cutoff frequency not less than a minimum frequency corresponding to the desired resolution objective.

La fréquence de coupure d'un télescope à pupille unique est proportionnelle au diamètre de la pupille d'entrée. La recherche d'une haute résolution conduit donc à augmenter le diamètre de cette dernière. The cutoff frequency of a single-pupil telescope is proportional to the diameter of the entrance pupil. The search for a high resolution leads to increase the diameter of the latter.

La difficulté de mise en oeuvre de cette solution croît 15 avec la résolution car la réalisation de grands miroirs est complexe et leur masse est importante. The difficulty of implementing this solution increases with the resolution because the production of large mirrors is complex and their mass is important.

Une autre approche consiste à recourir à l'interférométrie, au sens de la synthèse d'ouverture, en faisant interférer les faisceaux lumineux collectés 20 par plusieurs télescopes afin de mesurer leur cohérence. En particulier, les interféromètres imageurs directs permettent l'observation d'une image de l'objet observé directement au foyer de l'instrument. Le spectre de l'image obtenue par ce procédé contient des 25 hautes fréquences spatiales qui ne sont plus proportionnelles au diamètre des sous-pupilles, mais à la distance séparant les deux points les plus éloignés dans l'ensemble des pupilles. Par suite, la résolution d'un tel instrument ne dépend plus du diamètre des 30 pupilles d'entrée, mais aussi de leur espacement. Another approach is to use interferometry, in the sense of the aperture synthesis, by interfering the light beams collected by several telescopes to measure their coherence. In particular, the direct imaging interferometers allow the observation of an image of the object observed directly at the focus of the instrument. The image spectrum obtained by this method contains high spatial frequencies which are no longer proportional to the sub-pupil diameter but to the distance separating the two furthest points in all the pupils. As a result, the resolution of such an instrument no longer depends on the diameter of the entrance pupils, but also on their spacing.

SP 21767 PV La fonction caractérisant la manière dont un instrument d'observation optique, qu'il soit monopupille ou multi-pupilles, filtre les composantes fréquentielles de l'objet observé est appelée Fonction 5 de Transfert Optique (FTO). Elle est déduite de la pupille du télescope au moyen d'une autocorrélation. SP 21767 PV The function characterizing the manner in which an optical observation instrument, whether monopupill or multi-pupil, filters the frequency components of the observed object is called the Optical Transfer Function (FTO). It is deduced from the pupil of the telescope by means of autocorrelation.

Son module est la Fonction de Transfert de Modulation (FTM). Its module is the Modulation Transfer Function (FTM).

Si la FTM s'annule à une fréquence inférieure à 10 la fréquence de coupure optique, le spectre de l'image de l'objet observé sera nul par morceaux. Il sera alors difficile de restaurer une image de bonne qualité si les zones nulles sont nombreuses ou d'aires trop grandes. La seule solution connue est la recherche de 15 la compacité des pupilles d'entrée, en imposant une distance de séparation entre elles inférieure à leur diamètre, de manière à ne laisser subsister aucune zone d'annulation de la FTM. Cette compacité des pupilles se traduit par une détérioration du ratio encombrement/résolution. If the MTF vanishes at a frequency less than 10 the optical cutoff frequency, the spectrum of the image of the observed object will be zero in pieces. It will then be difficult to restore an image of good quality if the null zones are numerous or areas too large. The only known solution is the search for the compactness of the entrance pupils, by imposing a separation distance between them smaller than their diameter, so as to leave no cancellation zone of the MTF. This compactness of the pupils results in a deterioration of the congestion / resolution ratio.

L'invention a pour objet un instrument d'observation optique multipupilles qui remédie à ces inconvénients en permettant d'atteindre une haute résolution spatiale sans qu'il soit nécessaire 25 d'augmenter la compacité, et donc le nombre, des pupilles. The object of the invention is a multipupillic optical observation instrument which overcomes these drawbacks by making it possible to achieve a high spatial resolution without it being necessary to increase the compactness, and hence the number, of the pupils.

Ce but est atteint par le fait que l'instrument d'observation de l'invention comporte des moyens pour déplacer tout ou partie des pupilles par rapport à 30 l'objet distant de manière à ce que le détecteur enregistre successivement n images correspondant à n SP 21767 PV positions successives de la ou des pupilles mobiles; et une unité de calcul, incorporant un algorithme de traitement des images enregistrées par le détecteur pour chacune des n positions des pupilles mobiles, pour 5 déconvoler la combinaison de ces images et restaurer une image dont le spectre est comparable à celui de l'image qui aurait été obtenue avec un télescope dont le diamètre est égal au cercle dans lequel les pupilles élémentaires sont inscrites. This object is achieved by the fact that the observation instrument of the invention comprises means for moving all or part of the pupils relative to the remote object so that the detector successively records n images corresponding to n SP 21767 PV successive positions of the mobile pupil (s); and a computing unit, incorporating an algorithm for processing the images recorded by the detector for each of the n positions of the moving pupils, to deconvolate the combination of these images and restore an image whose spectrum is comparable to that of the image which would have been obtained with a telescope whose diameter is equal to the circle in which the elementary pupils are inscribed.

Selon le procédé : - on déplace les pupilles mobiles dans n positions successives; - on effectue un enregistrement (une prise de vue) des images issues de la superposition sur le 15 détecteur des amplitudes du rayonnement électromagnétique reçu par les pupilles pour chacune de ces positions successives des pupilles mobiles, chaque position fournissant un support élémentaire de la fonction de transfert de modulation; - on traite les signaux enregistrés par le détecteur dans une unité de calcul par un algorithme de calcul assurant la déconvolution, le filtrage et la sommation des images afin de restaurer un spectre énergétique correspondant à l'image de la globalité de 25 l'objet distant. According to the method: the moving pupils are moved in n successive positions; recording (taking a picture) of the images coming from the superposition on the detector of the amplitudes of the electromagnetic radiation received by the pupils for each of these successive positions of the mobile pupils, each position providing an elementary support of the function of the modulation transfer; the signals recorded by the detector are processed in a calculation unit by a calculation algorithm ensuring the deconvolution, the filtering and the summation of the images in order to restore an energy spectrum corresponding to the image of the globality of the distant object .

Grâce à ces caractéristiques, on densifie et on rend isotrope la FTM globale de l'instrument, c'est-àdire la FTM résultant d'une combinaison des FTMs élémentaires correspondant à chacune des positions des 30 pupilles mobiles. La modification de la position d'une ou de plusieurs d'entre elles se traduit par une SP 21767 PV nouvelle FTM, et par conséquent par un nouveau support de FTM. La FTM globale, résultant de la combinaison des FTMs élémentaires, peut ainsi être rendue isotrope. With these features, the overall MTF of the instrument is densified and made isotropic, i.e. the MTF resulting from a combination of the elementary FTMs corresponding to each of the mobile pupil positions. Changing the position of one or more of them results in a new SP 21767 PV FTM, and therefore a new FTM support. The overall MTF, resulting from the combination of elementary FTMs, can thus be rendered isotropic.

Elle est en outre dense parce que la combinaison des 5 autocorrélations élémentaires permet de combler les zones nulles. Ainsi, la FTM globale ne s'annulle pas à une fréquence inférieure à la fréquence de coupure optique quelles que soient les directions fréquentielles. It is also dense because the combination of elementary autocorrelations makes it possible to fill the null zones. Thus, the global MTF does not cancel at a frequency lower than the optical cutoff frequency whatever the frequency directions.

L'instrument et le procédé permettent d'atteindre une haute résolution grâce à un espacement important des pupilles sans cependant faire appel à une forte densité pupillaire. L'instrument offre une haute résolution pour un poids et un encombrement modestes. The instrument and the method make it possible to achieve a high resolution thanks to a large spacing of the pupils without, however, using a high pupil density. The instrument offers high resolution for modest weight and bulk.

Les prises de vue ne sont pas nécessairement effectuées à des intervalles de temps réguliers. En outre, le mouvement des pupilles ne s'arrête pas nécessairement pendant ces prises de vue. Shoots are not necessarily shot at regular intervals of time. In addition, the movement of the pupils does not necessarily stop during these shots.

Les pupilles mobiles peuvent être mobiles en 20 rotation, en translation ou combiner un mouvement de rotation et un mouvement de translation. D'autres trajectoires de pupilles peuvent également être envisagées, l'important étant de modifier la position relative des pupilles les unes par rapport aux autres 25 afin de modifier la FTM de manière à couvrir l'ensemble des zones fréquentielles. The mobile pupils may be movable in rotation, in translation, or combine rotational and translational motion. Other pupil trajectories can also be envisaged, the important thing being to modify the relative position of the pupils relative to each other in order to modify the MTF so as to cover all the frequency zones.

L'image finale est obtenue suite au filtrage inverse de chacune des acquisitions par tout moyen approprié, notamment au moyen d'un filtre de Wiener 30 adapté à ce problème. The final image is obtained following the inverse filtering of each of the acquisitions by any appropriate means, in particular by means of a Wiener filter adapted to this problem.

SP 21767 PV D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisation donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées. Other features and advantages of the invention will become apparent on reading the following description of exemplary embodiments given by way of illustration with reference to the appended figures.

Sur ces figures: - la figure 1 illustre le principe d'une configuration à trois pupilles fixes et une pupille satellite en mouvement de rotation autour des pupilles 10 fixes, représentée à deux instants successifs; - la figure 2 représente le support de la fonction de transfert de modulation correspondant aux deux positions de la pupille mobile illustrées sur la figure 1; - la figure 3 représente la trace des neuf positions successives d'un exemple de configuration conforme à la configuration en mouvement schématisée par la figure 1, avec B0=llD0/10, Bl=5D0/2, Dl=2D0/5 et dé égal à 20,17 ; - la figure 4 représente les zones fréquentielles vues lors des neuf positions successives de la pupille mobile de l'exemple de configuration représenté par la figure 3; - la figure 5 représente la superposition des 25 supports de la FTM de la configuration illustrée par la figure 3; - la figure 6 illustre le principe d'une configuration à trois pupilles centrales et une pupille satellite en mouvement de rotation, représentée à deux 30 instants successifs; SP 21767 PV - la figure 7 représente le support de la fonction de transfert de modulation correspondant aux deux positions des pupilles illustrées sur la figure 6; - la figure 8 représente la trace des neuf positions successives d'un exemple de configuration conforme à la configuration en mouvement schématisée par la figure 7, avec B0=llD0/10, Bl=5D0/2, Dl=2D0/5 et dO égal à 18 0 - la figure 9 représente les zones fréquentielles vues lors des neuf positions successives des quatre pupilles mobiles de l'exemple de configuration représenté par la figure 8; - la figure 10 illustre le principe d'une 15 configuration à trois pupilles centrales mobiles en rotation, représentée à deux instants successifs; - la figure 11 représente le support de la fonction de transfert de modulation correspondant aux deux positions des pupilles illustrées sur la figure 20 10; - la figure 12 représente la trace des dix positions successives d'un exemple de configuration conforme à la configuration en mouvement schématisée par la figure 10, avec B0=llD0/10 et dO égal à 18 ; - la figure 13 représente les zones fréquentielles vues lors des dix positions successives des pupilles mobiles de l'exemple de configuration représenté par la configuration de la figure 12; - la figure 14 illustre le principe d'une 30 configuration à trois pupilles mobiles simultanément en SP 21767 PV rotation et en translation, représentée à deux instants successifs; la figure 15 représente le support de la fonction de transfert de modulation correspondant aux 5 deux positions des pupilles illustrées sur la figure 14; - la figure 16 représente la trace des douze positions successives d'un exemple de configuration conforme à la configuration en mouvement schématisée 10 par la figure 14, avec B0 variant régulièrement de 11D0/10 à 5D0 et dO égal à 16,37 ; - la figure 17 représente les zones fréquentielles vues lors des positions successives des trois pupilles mobiles de l'exemple de configuration 15 représenté par la figure 16; - la figure 18 représente les composantes, dans l'espace de Fourier, du filtre de Wiener Gk correspondant à la configuration de la figure 3. In these figures: FIG. 1 illustrates the principle of a configuration with three fixed pupils and a satellite pupil in rotational movement around the fixed pupils, represented at two successive instants; FIG. 2 represents the support of the modulation transfer function corresponding to the two positions of the mobile pupil illustrated in FIG. 1; FIG. 3 represents the trace of the nine successive positions of an exemplary configuration conforming to the configuration in motion schematized in FIG. 1, with B0 = 11D0 / 10, B1 = 5D0 / 2, D1 = 2D0 / 5 and equal die at 20.17; FIG. 4 represents the frequency zones seen during the nine successive positions of the mobile pupil of the exemplary configuration represented by FIG. 3; FIG. 5 shows the superposition of the FTM supports of the configuration illustrated in FIG. 3; FIG. 6 illustrates the principle of a configuration with three central pupils and a satellite pupil in rotational motion, represented at two successive instants; Figure 7 shows the support of the modulation transfer function corresponding to the two positions of the pupils illustrated in Figure 6; FIG. 8 represents the trace of the nine successive positions of an exemplary configuration conforming to the configuration in motion schematized in FIG. 7, with B0 = 11D0 / 10, B1 = 5D0 / 2, D1 = 2D0 / 5 and d0 equal to at 18 0 - Figure 9 shows the frequency zones seen in the nine successive positions of the four mobile pupils of the exemplary configuration shown in Figure 8; FIG. 10 illustrates the principle of a configuration with three central pupils movable in rotation, represented at two successive instants; FIG. 11 shows the support of the modulation transfer function corresponding to the two positions of the pupils illustrated in FIG. 10; FIG. 12 represents the trace of the ten successive positions of an exemplary configuration in accordance with the moving configuration shown schematically in FIG. 10, with B0 = 11D0 / 10 and d0 equal to 18; FIG. 13 represents the frequency zones seen during the ten successive positions of the mobile pupils of the exemplary configuration represented by the configuration of FIG. 12; FIG. 14 illustrates the principle of a configuration with three pupils simultaneously moving in SP 21767 PV rotation and in translation, represented at two successive instants; Fig. 15 shows the support of the modulation transfer function corresponding to the two positions of the pupils illustrated in Fig. 14; FIG. 16 represents the trace of the twelve successive positions of an exemplary configuration conforming to the moving configuration shown diagrammatically in FIG. 14, with B0 regularly varying from 11D0 / 10 to 5D0 and dO equal to 16.37; FIG. 17 represents the frequency zones seen during the successive positions of the three mobile pupils of the configuration example represented by FIG. 16; FIG. 18 represents the components in the Fourier space of the Wiener Gk filter corresponding to the configuration of FIG. 3.

On a représenté sur la figure 1, un premier 20 exemple de réalisation d'une configuration pupillaire destinée à un instrument d'observation conforme à l'invention. Il comporte trois pupilles fixes 2 disposées aux sommets d'un triangle équilatéral de centre C. Les trois pupilles, de même diamètre DO, sont 25 réparties sur un cercle 3. La distance entre les centres de deux pupilles 2, appelée "base", est désignée par la référence B0. FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a pupillary configuration for an observation instrument in accordance with the invention. It comprises three fixed pupils 2 arranged at the vertices of an equilateral triangle of center C. The three pupils, of the same diameter OD, are distributed over a circle 3. The distance between the centers of two pupils 2, called "base", is designated by the reference B0.

Une pupille mobile unique 4, de diamètre Dl, tourne autour des trois pupilles fixes 2 selon un 30 cercle 5 de centre C et de rayon lB1. La position de la pupille 4 est repérée par ses coordonnées polaires B1 SP 21767 PV et 0(t) liées au lieu du centre de la pupille mobile à l'instant t. On a désigné par les références 4a et 4b deux positions successives de la pupille 4 correspondant à une rotation d'un angle dO. A single mobile pupil 4, of diameter D1, rotates around the three fixed pupils 2 in a circle 5 of center C and of radius 1B1. The position of pupil 4 is indicated by its polar coordinates B1 SP 21767 PV and 0 (t) linked to the location of the center of the mobile pupil at time t. The references 4a and 4b designate two successive positions of the pupil 4 corresponding to a rotation of an angle d0.

On a représenté sur la figure 2 le support de la FTM correspondant aux deux positions de la pupille mobile 4. Ce support est constitué de l'autocorrélation des trois pupilles fixes 2 qui forme un ensemble 6 de six cercles 8 de diamètre 2D0 répartis aux sommets d'un 10 hexagone régulier et d'un septième cercle 10 de même diamètre centré en O. Le support de la FTM est en outre constitué de deux motifs périphériques 12 constitués chacun de trois cercles 14 de diamètre D0+D1, dont le centre est situé sur un cercle de rayon B10 centré en 15 O. La corrélation de la pupille mobile 4 avec les pupilles centrales 2 génère deux motifs 12 identiques, diamétralement opposés. Chaque position de la pupille mobile réplique ces motifs triangulaires identiques et diamétralement opposées, angulairement décalés d'un 20 angle égal à l'angle entre les deux positions successives de la pupille mobile 4. La présence du motif triangulaire étend le support de la FTM. Le mouvement de rotation de la pupille satellite déplace cette extension et permet donc à l'instrument 25 d'acquérir de la visibilité sur une nouvelle zone fréquentielle qui ne lui serait pas accessible si les pupilles étaient fixes. Toutefois, le support de la FTM représenté sur la figure 2 ne tient pas compte de l'amplitude des fréquences. FIG. 2 shows the support of the MTF corresponding to the two positions of the mobile pupil 4. This support consists of the autocorrelation of the three fixed pupils 2 which form an assembly 6 of six circles 8 of diameter 2D0 distributed at the vertices a regular hexagon and a seventh circle 10 of the same diameter centered at O. The support of the FTM is further constituted by two peripheral patterns 12 each consisting of three circles 14 of diameter D0 + D1, whose center is located on a circle of radius B10 centered at 15 O. The correlation of the mobile pupil 4 with the central pupils 2 generates two identical patterns 12, diametrically opposed. Each position of the mobile pupil replicates these identical and diametrically opposed triangular patterns, angularly offset by an angle equal to the angle between the two successive positions of the mobile pupil 4. The presence of the triangular pattern extends the support of the MTF. The rotational movement of the satellite pupil displaces this extension and thus allows the instrument 25 to acquire visibility on a new frequency zone which would not be accessible to it if the pupils were fixed. However, the support of the MTF shown in FIG. 2 does not take into account the amplitude of the frequencies.

Enfin, le support de la FTM inclut un petit cercle 16, centré en O et inclus dans le cercle 10, SP 21767 PV correspondant au support de la FTM résultant de la seule pupille mobile 4. Finally, the support of the FTM includes a small circle 16, centered at O and included in the circle 10, SP 21767 PV corresponding to the support of the MTF resulting from the single mobile pupil 4.

On a représenté sur la figure 3 neuf positions successives de la pupille satellite 4 correspondant à 5 un exemple de configuration en mouvement suivant le principe décrit par la figure 1. Dans cet exemple, B0=llD0/10, Bl=5D0/2, Dl=2D0/5 et dO égal à 20,17 . FIG. 3 shows nine successive positions of the satellite pupil 4 corresponding to an example of a configuration in motion according to the principle described in FIG. 1. In this example, B0 = 11D0 / 10, B1 = 5D0 / 2, D1 = 2D0 / 5 and dO equal to 20.17.

Dans ce cas, le diamètre Dl de la pupille mobile 4 est plus petit que le diamètre DO de la pupilles 2, mais 10 cette caractéristique n'est pas impérative. Chacune de ces positions enrichit le support de la FTM de deux motifs triangulaires tels que décrits en référence à la figure 2 orientés suivant l'angle 0(t) lié au lieu du centre de la pupille mobile à l'instant t. De cette 15 manière, on densifie la FTM par réplication en rotation du même motif. Pour un nombre suffisant de positions successives de la pupille mobile, toutes les directions fréquentielles sont couvertes, ce qui permet de donner au support de la FTM des propriétés identiques dans 20 toutes les directions. Dans l'exemple, neuf positions de la pupille mobile, espacées angulairement de plus de 20 dépassent 180 . Comme chaque autocorrélation produit deux motifs 12 opposés, la totalité de la circonférence est parcourue. In this case, the diameter D1 of the mobile pupil 4 is smaller than the diameter OD of the pupil 2, but this characteristic is not imperative. Each of these positions enriches the support of the MTF two triangular patterns as described with reference to Figure 2 oriented at the angle 0 (t) related to the location of the center of the mobile pupil at time t. In this way, the FTM is densified by rotational replication of the same pattern. For a sufficient number of successive positions of the mobile pupil, all frequency directions are covered, which makes it possible to give the support of the MTF identical properties in all directions. In the example, nine positions of the mobile pupil, angularly spaced by more than 20, exceed 180. As each autocorrelation produces two opposite patterns 12, the entire circumference is traversed.

On a représenté sur la figure 4 les zones fréquentielles vues lors des différentes prises de vue dans le plan des fréquences (plan de Fourier). Le point 0 correspond à la moyenne de l'image (fréquence nulle). FIG. 4 shows the frequency zones seen during the different shots in the frequency plane (Fourier plane). The point 0 corresponds to the average of the image (zero frequency).

Les régions les plus éloignées du point 0 30 correspondent, au contraire, aux fréquences élevées, c'est-à-dire aux détails fins de l'image. On constate SP 21767 PV que par la réplication des motifs, particulièrement du motif 8 issu de la corrélation de la pupille mobile 4 avec les trois pupilles 2, sur 3600, la zone fréquentielle globale résultant de l'ensemble des 5 prises de vue couvre entièrement, sans zone nulle, une zone circulaire centrée au point 0. The regions furthest from the point 0 correspond, on the contrary, to the high frequencies, that is to say to the fine details of the image. It can be seen that by the replication of the patterns, particularly of the pattern 8 resulting from the correlation of the mobile pupil 4 with the three pupils 2, out of 3600, the overall frequency area resulting from all the shots fully covers , without a null zone, a circular zone centered at the point 0.

A titre de comparaison, on a représenté sur la figure 5 la superposition du support de la FTM d'un système composé uniquement de la pupille satellite 10 (référence 18); du support de la FTM d'un système composé uniquement d'une des pupilles 2 du motif central 6 (référence 20) ; du support de la FTM d'un système composé uniquement des trois pupilles centrales 2 (référence 22) ; du support de la FTM résultant de la 15 rotation de la pupille satellite (référence 24). By way of comparison, FIG. 5 shows the superposition of the FTM support of a system composed solely of the satellite pupil 10 (reference 18); the MTF support of a system consisting solely of one of the pupils 2 of the central motif 6 (reference 20); the FTM support of a system composed solely of the three central pupils 2 (reference 22); the support of the MTF resulting from the rotation of the satellite pupil (reference 24).

On a représenté sur la figure 6 un deuxième exemple de réalisation d'une configuration pupillaire destinée à un instrument d'observation conforme à l'invention. Elle comporte trois pupilles centrales 2 20 de diamètre DO régulièrement réparties sur un cercle de centre C. La distance entre les centres de deux pupilles 2 est désignée par la référence B0. Dans cette réalisation, les pupilles centrales ne sont pas fixes, mais mobiles en rotation autour du point O. La configuration comporte une pupille satellite unique 4, de diamètre Dl, située à la distance B1 du centre C et qui tourne autour de O en même temps que les trois pupilles centrales 2 selon un cercle 5 de centre C et de rayon ElB1. Elle est repérée par ses 30 coordonnées polaires B1 et 8 (t) liées au lieu du centre C de la pupille mobile à l'instant t. Ainsi, SP 21767 PV cette réalisation ne comporte aucune pupille fixe. On a représenté sur la figure deux positions successives de la pupille 4 correspondant à une rotation d'un angle dé. Un avantage mécanique peut être mis en avant pour 5 cette configuration car il peut être plus aisé de faire tourner tout l'instrument plutôt qu'une de ses sousparties. FIG. 6 shows a second exemplary embodiment of a pupillary configuration intended for an observation instrument in accordance with the invention. It comprises three central pupils 20 of diameter OD regularly distributed over a circle of center C. The distance between the centers of two pupils 2 is designated by the reference B0. In this embodiment, the central pupils are not fixed, but mobile in rotation about the point O. The configuration comprises a single satellite pupil 4, of diameter D1, located at the distance B1 of the center C and which turns around O at the same time that the three central pupils 2 in a circle 5 of center C and radius ElB1. It is identified by its polar coordinates B1 and 8 (t) related to the location of the center C of the mobile pupil at time t. Thus, SP 21767 PV this embodiment has no fixed pupil. The figure shows two successive positions of the pupil 4 corresponding to a rotation of a dice angle. A mechanical advantage can be put forward for this configuration because it may be easier to rotate the whole instrument rather than one of its subparts.

On a représenté sur la figure 7 le support de la FTM correspondant aux deux positions du système 10 pupillaire de la figure 6. Ce support est constitué, d'abord, de l'autocorrélation 11 des trois pupilles centrales 2. Etant donné que les pupilles sont mobiles en rotation, le support 11 est constitué de deux ensembles de six cercles 8 de diamètre 2D0 répartis aux 15 sommets d'un hexagone régulier et d'un septième cercle de même diamètre centré en O. Par ailleurs, le support de la FTM est constitué de quatre motifs périphériques 26 constitués chacun de trois cercles 14 de diamètre D0+D1, dont le centre est situé sur un 20 cercle de rayon B10 centré en O. La corrélation de la pupille satellite 4 avec les pupilles centrales 2 génère deux motifs 26 identiques, diamétralement opposés. Chaque position de la pupille mobile génère deux motifs triangulaires identiques et diamétralement 25 opposés, angulairement décalés d'un angle égal à l'angle entre les deux positions successives de la pupille mobile 4. De la même manière que pour la première configuration, la présence du motif triangulaire étend le support de la FTM. Le mouvement 30 de rotation déplace cette extension et permet donc à l'instrument d'acquérir de la visibilité sur une SP 21767 PV nouvelle zone fréquentielle qui ne lui serait pas accessible si les pupilles étaient fixes. FIG. 7 shows the support of the MTF corresponding to the two positions of the pupillary system of FIG. 6. This support consists, first of all, of the autocorrelation 11 of the three central pupils 2. Since the pupils are rotatable, the support 11 consists of two sets of six circles 8 of diameter 2D0 distributed at the 15 vertices of a regular hexagon and a seventh circle of the same diameter centered at O. Moreover, the support of the FTM consists of four peripheral patterns 26 each consisting of three circles 14 of diameter D0 + D1, whose center is situated on a circle of radius B10 centered at O. The correlation of the satellite pupil 4 with the central pupils 2 generates two patterns 26 identical, diametrically opposed. Each position of the mobile pupil generates two identical and diametrically opposed triangular patterns, angularly offset by an angle equal to the angle between the two successive positions of the mobile pupil 4. In the same way as for the first configuration, the presence triangular pattern extends the support of the FTM. The rotational movement moves this extension and thus allows the instrument to gain visibility on a new SP 21767 PV frequency zone that would not be accessible to him if the pupils were fixed.

Enfin, comme précédemment, le support de la FTM inclut un cercle 16, centré en O, correspondant au 5 support de la FTM résultant de la seule pupille mobile 4. Finally, as before, the support of the FTM includes a circle 16, centered at O, corresponding to the support of the MTF resulting from the single mobile pupil 4.

On a représenté sur la figure 8 dix positions successives des trois pupilles centrales 2 et de la pupille satellite 4 correspondant à un exemple de 10 configuration en mouvement suivant le principe décrit par la figure 6. Dans cet exemple, B0=llD0/10, Bl=5D0/2, Dl=2D0/5 et dO=18 . On a figuré en pointillés une première position des quatre pupilles. Dans cette première position, la pupille satellite est désignée 15 par la référence 41 et les trois pupilles centrales par la référence 21. L'ensemble de ces quatre pupilles tourne et occupe successivement les positions angulaires symbolisées par les cercles 42, 43, etc. On a représenté en traits hachurés une dixième position 20 des quatre pupilles sensiblement diamétralement opposée à la première position. Dans cette dixième position, la pupille satellite est désignée par la référence 410 et les trois pupilles centrales par la référence 210. FIG. 8 shows ten successive positions of the three central pupils 2 and the satellite pupil 4 corresponding to an example of a moving configuration according to the principle described in FIG. 6. In this example, B0 = 11D0 / 10, B1 = 5D0 / 2, D1 = 2D0 / 5 and d0 = 18. The first position of the four pupils was dotted. In this first position, the satellite pupil is designated by the reference 41 and the three central pupils by the reference 21. The set of these four pupils rotates and successively occupies the angular positions symbolized by the circles 42, 43, etc. Hatched lines represent a tenth position of the four pupils substantially diametrically opposed to the first position. In this tenth position, the satellite pupil is designated by the reference 410 and the three central pupils by the reference 210.

Chacune de ces positions enrichit le support de 25 la FTM des deux ensembles de six cercles 8 de diamètre 2D0 répartis aux sommets d'un hexagone régulier et du septième cercle 10 de même diamètre centré en O décrits en référence à la figure 7. Par ailleurs, le support de la FTM est également enrichit de deux motifs 30 triangulaires 26 constitués chacun de trois cercles 14 de diamètre D0+Dl. De cette manière,pour un nombre SP 21767 PV suffisant de positions successives des pupilles mobiles, toutes les directions fréquentielles sont couvertes, ce qui permet de donner au support de la FTM des propriétés identiques dans toutes les directions. Each of these positions enriches the support of the MTF of the two sets of six circles 8 of diameter 2D0 distributed at the vertices of a regular hexagon and the seventh circle 10 of the same diameter centered at O described with reference to FIG. the support of the MTF is also enriched with two triangular patterns 26 each consisting of three circles 14 of diameter D0 + D1. In this way, for a sufficient number of successive positions of the mobile pupils, all the frequency directions are covered, which makes it possible to give the support of the MTF identical properties in all directions.

On a représenté sur la figure 9 les zones fréquentielles vues lors des différentes prises de vue dans le plan des fréquences (plan de Fourier). De la même manière que pour la première configuration, par la réplication en rotation des motifs, particulièrement du 10 motif 26 issu de la corrélation de la pupille satellite 4 avec les trois pupilles centrales 2, sur 360 , la zone fréquentielle globale résultant de l'ensemble des prises de vue couvre entièrement, sans zone nulle, une zone circulaire centrée au point 0. FIG. 9 shows the frequency zones seen during the different shots in the frequency plane (Fourier plane). In the same manner as for the first configuration, by the rotational replication of the patterns, particularly of the pattern 26 resulting from the correlation of the satellite pupil 4 with the three central pupils 2, out of 360, the overall frequency area resulting from the set of shots completely covers, without a null area, a circular area centered at the point 0.

On a représenté sur la figure 10 un troisième exemple de réalisation d'une configuration pupillaire destinée à un instrument d'observation conforme à l'invention. Elle comporte seulement trois pupilles centrales 2 de diamètre DO régulièrement réparties sur 20 un cercle de centre C et mobiles en rotation autour de ce centre C. En revanche, il n'y a pas de pupille satellite. Ainsi, cette réalisation, comme la précédente ne comporte que des pupilles tournantes. On a représenté sur la figure deux positions successives 25 des pupilles correspondant à une rotation d'un angle 0. FIG. 10 shows a third exemplary embodiment of a pupillary configuration intended for an observation instrument in accordance with the invention. It comprises only three central pupils 2 of diameter OD regularly distributed over a circle of center C and mobile in rotation about this center C. On the other hand, there is no satellite pupil. Thus, this embodiment, like the previous one has only rotating pupils. There is shown in the figure two successive positions of the pupils corresponding to a rotation of an angle θ.

On a représenté sur la figure 11 le support de la FTM correspondant aux deux positions du système pupillaire de la figure 10. Ce support est constitué seulement de l'autocorrélation des trois pupilles 30 centrales 2 constituée de deux ensembles de six cercles 8 de diamètre 2D0 répartis aux sommets d'un hexagone SP 21767 PV régulier et d'un septième cercle 10 de même diamètre centré en O. On a représenté sur la figure 12 dix positions successives des trois pupilles centrales 2 des trois 5 pupilles centrales 2 mobiles en rotation correspondant à un exemple de configuration en mouvement suivant le principe décrit par la figure 10. Dans cet exemple, B0=11D0/10 et dO=18 . On a figuré en pointillés une première position des trois pupilles. Dans cette 10 première position, les trois pupilles centrales sont désignées par la référence 21. Ces trois pupilles tournent ensemble et occupent successivement les positions angulaires symbolisées par les cercles 22, 23, etc. On a représenté en traits hachurés une position 15 des trois pupilles sensiblement diamétralement opposée à la première position. Dans cette position, les trois pupilles centrales sont désignées par la référence 2n. FIG. 11 shows the support of the MTF corresponding to the two positions of the pupillary system of FIG. 10. This support consists only of the autocorrelation of the three central pupils 2 consisting of two sets of six circles 8 of diameter 2D0. distributed at the vertices of a hexagon SP 21767 regular PV and a seventh circle 10 of the same diameter centered at O. There is shown in Figure 12 ten successive positions of the three central pupils 2 of the three central pupils 5 rotating in rotation corresponding an example of a configuration in motion according to the principle described in FIG. 10. In this example, B0 = 11D0 / 10 and dO = 18. The first position of the three pupils was dashed. In this first position, the three central pupils are designated by the reference 21. These three pupils rotate together and successively occupy the angular positions symbolized by the circles 22, 23, and so on. Hatched lines are a position 15 of the three pupils substantially diametrically opposed to the first position. In this position, the three central pupils are designated by the reference 2n.

Chacune de ces positions enrichit le support de la FTM des deux ensembles de six cercles 8 de diamètre 20 2D0 répartis aux sommets d'un hexagone régulier et du septième cercle 10 de même diamètre centré en O décrits en référence à la figure 10. De cette manière, pour un nombre suffisant de positions successives de la pupille mobile, toutes les directions fréquentielles sont 25 couvertes, ce qui permet de donner au support de la FTM des propriétés identiques dans toutes les directions. Each of these positions enriches the support of the MTF of the two sets of six circles 8 of diameter 20 2D0 distributed at the vertices of a regular hexagon and the seventh circle 10 of the same diameter centered in O described with reference to FIG. In this way, for a sufficient number of successive positions of the mobile pupil, all frequency directions are covered, which makes it possible to give the support of the MTF identical properties in all directions.

On a représenté sur la figure 13 les zones fréquentielles vues lors des différentes prises de vue dans le plan des fréquences (plan de Fourier). Ces 30 zones sont constituées de la superposition des zones vues par une pupille centrale unique et des zones vues SP 21767 PV par un système composé des trois pupilles centrales 2 tournantes. Comme le support de la FTM de la figure 11, ces zones sont moins étendues que dans les deux premiers exemples en raison de l'absence de pupille satellite. FIG. 13 shows the frequency zones seen during the different shots in the frequency plane (Fourier plane). These zones consist of the superimposition of the zones seen by a single central pupil and zones seen by a system consisting of three central pupils 2 rotating. As the support of the MTF of Figure 11, these areas are less extensive than in the first two examples because of the absence of satellite pupil.

On a représenté sur la figure 14 un quatrième exemple de réalisation d'une configuration pupillaire destinée à un instrument d'observation conforme à l'invention. Elle comporte trois pupilles 30 de 10 diamètre DO régulièrement réparties sur un cercle de centre C. Dans cette réalisation, les pupilles sont mobiles à la fois en rotation autour du point C et en translation, en s'éloignant du point C. Ainsi, cette réalisation, comme les deux précédentes, ne comporte 15 que des pupilles mobiles. Les positions des pupilles 30 sont repérées par leurs coordonnées polaires B0(t) et 0(t). On a représenté par 30a la position initiale des trois pupilles 30 (coordonnées polaires B0(0) et 0) et par 30b la position à l'instant t des trois pupilles 30 20 (coordonnées polaires B0(t) et 0(t)). L'intérêt de cette réalisation réside dans la dilution progressive d'une configuration compacte par extension des bases. FIG. 14 shows a fourth exemplary embodiment of a pupillary configuration intended for an observation instrument in accordance with the invention. It comprises three pupils 30 of 10 diameter OD regularly distributed over a circle of center C. In this embodiment, the pupils are mobile both in rotation about the point C and in translation, away from the point C. Thus, this As in the previous two, only the mobile pupils are involved. The positions of the pupils 30 are identified by their polar coordinates B0 (t) and 0 (t). 30a shows the initial position of the three pupils 30 (polar coordinates B0 (0) and 0) and 30b the position at the instant t of the three pupils 30 (polar coordinates B0 (t) and 0 (t)) . The interest of this realization lies in the progressive dilution of a compact configuration by extension bases.

Elle est particulièrement adaptée à l'obtention d'images à haute résolution avec un faible nombre de 25 pupilles. It is particularly suitable for obtaining high resolution images with a small number of pupils.

On a représenté sur la figure 15 le support de la FTM correspondant aux deux positions du système pupillaire de la figure 14. Ce support est constitué, d'abord, de l'autocorrélation des trois pupilles 30 30 dans leur position initiale 30a formée d'un ensemble 32 de six cercles 34 de diamètre 2D0 répartis aux sommets SP 21767 PV d'un hexagone régulier et d'un septième cercle 36 de même diamètre centré en O. Par ailleurs, le support de la FTM est constituée d'un second ensemble 38 de six cercles 40, également de diamètre 2D0 répartis aux 5 sommets d'un hexagone régulier. Les six cercles 40 sont plus espacés en raison de l'éloignement des pupilles 30 du point C. La figure 16 montre la trace des douze positions successives des trois pupilles centrales en 10 mouvement conjoint de rotation et de dilatation de la base, correspondant à un exemple de configuration en mouvement suivant le principe décrit par la figure 14. FIG. 15 shows the support of the MTF corresponding to the two positions of the pupillary system of FIG. 14. This support consists, first of all, of the autocorrelation of the three pupils 30 in their initial position 30a formed of an assembly 32 of six circles 34 of diameter 2D0 distributed at the vertices SP 21767 PV of a regular hexagon and a seventh circle 36 of the same diameter centered at O. Furthermore, the support of the FTM consists of a second set 38 of six circles 40, also of diameter 2D0 distributed at the 5 vertices of a regular hexagon. The six circles 40 are further apart because of the distance of the pupils 30 from the point C. FIG. 16 shows the trace of the twelve successive positions of the three central pupils in joint movement of rotation and expansion of the base, corresponding to a example of a configuration in motion according to the principle described in FIG.

Dans cet exemple, dO est égal à 16,37 et B0 varie régulièrement de 11D0/10 à 5D0. Comme on le remarque, 15 la trajectoire des pupilles a la forme d'une spirale. In this example, dO is equal to 16.37 and B0 regularly varies from 11D0 / 10 to 5D0. As noted, the trajectory of the pupils is in the form of a spiral.

Enfin, la figure 17 représente les zones fréquentielles vues lors des différentes prises de vue dans le plan des fréquences. La totalité de la zone fréquentielle est couverte sans zone nulle. Finally, FIG. 17 represents the frequency zones seen during the different shots in the frequency plan. The entire frequency area is covered without a null zone.

Les signaux enregistrés doivent être filtrés afin de distinguer le signal émis par l'objet observé du bruit de mesure. On cherche à estimer l'image O de l'objet à partir de n observations bruitées Ik correspondant à n positions successives de la 25 configuration de pupilles en mouvement. La réponse impulsionnelle correspondant à chaque position successive de l'instrument est notée hk et on fait l'hypothèse que les bruits additifs bk dans chacune des directions sont décorrélés. On a ainsi 30 Ik (x) =hk*O(x)+ bk(x) SP 21767 PV Le symbole * désignant l'opérateur de convolution, et l'on cherche ensuite les n filtres optimaux gk tels que: n Ow(x)= E'gk*Ik(x) k=l Ow vérifiant: E[(Ow(x)-O(x)) I2 minimum, l'opérateur E[.] désignant l'espérance mathématique. The recorded signals must be filtered in order to distinguish the signal emitted by the observed object from the measurement noise. An attempt is made to estimate the image O of the object from n noisy observations Ik corresponding to n successive positions of the moving pupil configuration. The impulse response corresponding to each successive position of the instrument is denoted hk and it is assumed that the additive noises bk in each of the directions are decorrelated. We have 30 Ik (x) = hk * O (x) + bk (x) SP 21767 PV The symbol * denoting the convolution operator, and we then look for the n optimal filters gk such that: n Ow ( x) = E'gk * Ik (x) k = l Ow satisfying: E [(Ow (x) -O (x)) I2 minimum, the operator E [.] denoting the expected value.

Cela revient à chercher le filtre de Wiener 10 (filtre inverse) à n composantes liées aux n directions angulaires de la pupille satellite ou de l'instrument total, qui autorise la restitution de l'image Ow à partir de n observations Ik. Le filtre de Wiener est le filtre linéaire optimal au sens des moindres carrés 15 permettant de déconvoler un signal ou une image. Il conduit à l'erreur quadratique moyenne la plus faible entre le signal original et le signal déconvolé (voir Papoulis, A. Signal analysis, Mc Graw-Hill International Editions). On a représenté sur la figure 20 18 les neuf composantes, dans l'espace de Fourier, du module de la transformée de Fourier Gk du filtre de Wiener gk correspondant au système pupillaire de la figures 3. Bien entendu, d'autres méthodes de traitement du signal peuvent être utilisées sans sortir 25 du cadre de l'invention SP 21767 PV This amounts to looking for the Wiener filter 10 (inverse filter) with n components related to the n angular directions of the satellite pupil or the total instrument, which allows the reproduction of the image Ow from n observations Ik. The Wiener filter is the least squares optimal linear filter for deconvolating a signal or image. It leads to the smallest mean squared error between the original signal and the deconvolated signal (see Papoulis, A. Signal analysis, McGraw-Hill International Editions). FIG. 18 shows the nine components in the Fourier space of the Fourier transform module Gk of the Wiener filter gk corresponding to the pupil system of FIG. 3. Of course, other methods of treatment of the signal can be used without departing from the scope of the invention SP 21767 PV

Claims

CLAIMS CATIONS

An observation instrument for an extended remote object emitting electromagnetic radiation, comprising a plurality of spaced apart pupils (2, 4, 30) and a recombiner where the magnitudes of the electromagnetic radiation collected by each of the pupils ( 2, 4, 30) are superimposed on a detector so as to interfere with them, characterized in that it comprises - means for moving all or some of the pupils (2, 4, 30) relative to the remote object of whereby the detector successively records n images corresponding to n successive positions of the mobile pupil (s) (2, 4, 30); and a calculation unit, incorporating an algorithm for processing the images recorded by the detector for each of the n positions of the mobile pupils (2, 4, 30), to deconvolate the combination of these images and restore an image whose spectrum is comparable to that of the image which would have been obtained with a telescope whose diameter is equal to the circle in which the pupils (2, 4, 30) elementary are inscribed.

2. Observation instrument according to claim 1, characterized in that the mobile pupils (2, 4, 30) are movable in rotation.

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3. Observation instrument according to claim 1, characterized in that the mobile pupils (2, 4, 30) are movable in translation.

4. Observation instrument according to claim 1, characterized in that the mobile pupils (30) combine a rotational movement and a translational movement.

5. A method of observing an extended distant object emitting electromagnetic radiation by means of an observation instrument comprising a plurality of pupils (2, 4, 30) spaced from each other, some of which are at least movable relative to the remote object and a recombiner where the amplitudes of the electromagnetic radiation collected by each of the pupils (2, 4, 30) are superimposed on a detector so as to interfere with them, characterized in that: - one moves the pupils (2, 4, 30) moving in n successive positions; a recording (a shot) is taken of the images obtained from the superposition on the detector of the amplitudes of the electromagnetic radiation received by the pupils (2, 4, 30) for each of these successive positions of the pupils (2, 4, 30); ) each position providing basic support for the modulation transfer function; the signals recorded by the detector are processed in a calculation unit by a calculation algorithm ensuring the deconvolution, the filtering and the summation of the images in order to restore an energy spectrum corresponding to the image of the distant object .

The method of claim 5, wherein the image filtering is performed by means of a Wiener filter.

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