FR2969455A1 - Dispositif actif d'observation d'une scene a travers un milieu diffusant, utilisation de ce dispositif et procede d'observation - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif (10) actif d'observation d'une scène, comportant une source lumineuse (12) adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique en direction de la scène à observer, et un détecteur (14) adapté à mesurer au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène observée. Le rayonnement électromagnétique émis par la source lumineuse (12) est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres, et en ce que le détecteur (14) est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. Un tel dispositif (10) actif d'observation est particulièrement adapté pour l'observation par temps de brouillard ou par temps de pluie. La présente invention concerne également un procédé (50) d'observation.

Description

La présente invention appartient au domaine de l'observation de scènes. Plus particulièrement, la présente invention concerne un dispositif et un procédé particulièrement adaptés pour l'observation d'une scène au travers d'une atmosphère chargée en particules d'aérosols, comme c'est le cas par exemple par temps de brouillard ou de pluie, ou en présence de fumée, etc. De nombreux dispositifs d'observation sont connus, mais ceux-ci sont peu adaptés à l'observation au travers d'une atmosphère chargée de particules d'aérosols. On distingue deux catégories de dispositifs d'observation : les dispositifs passifs et les dispositifs actifs.

Les dispositifs passifs se contentent de mesurer un rayonnement électromagnétique émis par la scène observée, tandis que les dispositifs actifs émettent un rayonnement électromagnétique en direction de ladite scène, et mesurent le rayonnement électromagnétique renvoyé par ladite scène. Les dispositifs passifs sont généralement constitués d'une ou de plusieurs caméras, qui mesurent le rayonnement électromagnétique dans le domaine des longueurs d'ondes visibles et/ou infrarouges. Toutefois, les performances d'un dispositif passif sont liées aux niveaux de luminance d'éventuels objets à détecter dans la scène. En outre, le contraste des objets sur le fond de la scène est très variable de sorte qu'il est très souvent complexe de différencier le fond de la scène d'un objet à détecter. De plus, pour un dispositif passif sensible dans le domaine des longueurs d'ondes visibles uniquement, l'observation au cours de la nuit est difficile. Ces limitations des dispositifs passifs sont en outre amplifiées par temps de brouillard, pluie, etc., dans la mesure où la présence de particules d'aérosols dans l'atmosphère augmente l'atténuation subie par le rayonnement électromagnétique émis par la scène observée. Les dispositifs actifs d'observation présentent l'avantage d'avoir des portées généralement supérieures à celles des dispositifs passifs. Il est connu, notamment dans le domaine de l'aide à la conduite de véhicules, de mettre en oeuvre des dispositifs actifs de type radar ou lidar. Les radars et les lidars sont des dispositifs actifs qui fonctionnent dans des domaines de longueurs d'ondes différents du spectre électromagnétique. Les radars émettent des impulsions dans le domaine radioélectrique, tandis que les lidars émettent des impulsions dans le domaine optique. Le domaine optique comprend notamment le domaine des longueurs d'ondes infrarouge et le domaine des longueurs d'ondes visibles. Le domaine radioélectrique correspond à des ondes électromagnétiques de longueurs d'ondes supérieures à celles du domaine infrarouge. En pratique, les radars sont peu sensibles aux conditions météorologiques, du fait que les longueurs d'ondes considérées sont généralement supérieures aux dimensions des particules d'aérosols dans le milieu atmosphérique par temps de pluie, de brouillard, etc.

Les radars présentent cependant plusieurs limitations. Tout d'abord, les radars sont des dispositifs onéreux. Ensuite, les radars détectent avec difficulté les objets à faible SER (Surface Equivalente Radar) tels que, dans le domaine de l'aide à la conduite de véhicules, les piétons, les véhicules à deux roues, etc. De plus, dans un environnement complexe tel qu'un environnement urbain, la présence d'échos multiples rend l'analyse desdits échos multiples très complexe. Les lidars sont généralement peu onéreux comparés aux radars, et sont constitués principalement d'une source lumineuse, émettant une impulsion lumineuse dans le domaine optique, et d'un détecteur.

Toutefois, les lidars présentent également des limitations. Tout d'abord, les performances des lidars sont très variables en fonction de la SEL (Surface Equivalente Laser) des objets de la scène. En outre, les lidars présentent une performance très dégradée dans certaines conditions météorologiques, en particulier par temps de brouillard.

Pour comprendre les raisons de cette dégradation des performances, il faut analyser la propagation d'une impulsion lumineuse au travers d'une atmosphère chargée de particules d'aérosols. Les particules d'aérosols ont principalement deux effets distincts sur la propagation de l'impulsion lumineuse. D'une part, l'impulsion lumineuse est atténuée en transmission. D'autre part, une partie de l'impulsion lumineuse incidente est renvoyée par les particules d'aérosols en direction de la source lumineuse : c'est l'effet de rétrodiffusion, qui donne naissance à un voile lumineux d'éblouissement. La combinaison de ces deux effets contribue à réduire le contraste des objets dans la scène observée. Ainsi, la distinction entre l'information (luminance apparente des objets dans la scène) et le bruit (luminance rétrodiffusée par les particules d'aérosols) devient très difficile.

Il est connu, pour réduire l'influence des photons rétrodiffusés sur les performances en termes de contraste, des dispositifs d'observation actifs à « crénelage temporel ». De tels dispositifs comportent également une source lumineuse et un détecteur, et reposent sur un principe de multiplexage temporel des activations de ladite source lumineuse et dudit détecteur. Lorsque la source lumineuse émet une impulsion lumineuse, le détecteur est désactivé (éteint ou masqué par un obturateur), de sorte que le détecteur n'est pas ébloui par les photons rétrodiffusés par les particules d'aérosols à proximité immédiate du détecteur. Le détecteur est activé ultérieurement au cours d'un intervalle de temps prédéfini, ledit intervalle de temps prenant fin préalablement à l'émission suivante d'une impulsion lumineuse. Au cours de cet intervalle de temps, le détecteur mesure le rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène. On comprend que l'effet d'éblouissement est diminué, dans la mesure où les échos renvoyés par les particules d'aérosols à proximité immédiate de la source lumineuse ne sont pas mesurés par le détecteur. Toutefois, les dispositifs actifs à crénelage temporel ne permettent d'observer qu'une partie de la scène se trouvant dans un intervalle limité de distances par rapport à la source lumineuse. Ledit intervalle de distances correspond aux distances pour lesquelles le temps de propagation aller/retour d'une impulsion lumineuse est compris dans l'intervalle de temps prédéfini d'activation du détecteur. SEn outre, de tels dispositifs actifs à crénelage temporel doivent comporter une électronique de commande complexe et onéreuse. La présente invention vise à proposer une solution pour l'observation active d'une scène, qui permette d'avoir de bonnes performances en milieu atmosphérique diffusant, en particulier par temps de brouillard, et qui soit simple et peu onéreuse à mettre en oeuvre. En outre, la présente invention vise à proposer une solution qui permette, dans certains cas, d'observer une scène y compris à proximité immédiate d'un dispositif d'observation selon l'invention, contrairement aux dispositifs actifs à crénelage temporel qui sont limités à l'observation d'un intervalle prédéfini de distances éloigné de ces dispositifs.

Pour atteindre les objectifs susmentionnés, la présente invention concerne, selon un premier aspect, un dispositif actif d'observation pour détecter un objet dans une scène, comportant une source lumineuse adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique en direction de la scène à observer, et un détecteur adapté à mesurer au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène observée. Le rayonnement électromagnétique émis par la source lumineuse est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres, et en ce que le détecteur est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge dans la bande d'observation. De préférence, la bande d'observation est constituée de longueurs d'ondes comprises entre 10 micromètres et 12 micromètres. Un avantage lié à l'utilisation de cette bande d'observation réside notamment dans le fait que la rétrodiffusion est faible par temps de brouillard pour ces longueurs d'ondes. Par conséquent, l'effet d'éblouissement est fortement réduit par l'utilisation de longueurs d'ondes comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres, de sorte que la distance de visibilité du dispositif d'observation est très supérieure, par temps de brouillard, à la distance de visibilité météorologique.

Alternativement, la bande d'observation est de longueurs d'ondes comprises entre 2.7 micromètres et 2.9 micromètres, ou comprises entre 5.8 micromètres et 6.2 micromètres. Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif d'observation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : le dispositif comporte un moyen d'élargissement d'un faisceau infrarouge émis par la source lumineuse, - le dispositif est configuré pour activer le détecteur simultanément à l'émission d'un rayonnement infrarouge par la source lumineuse, le dispositif est configuré pour activer la source lumineuse et le détecteur de façon continue lors des opérations d'observation active, la source lumineuse est une source laser CO2 ou une diode QCL (« Quantic Cascade Laser »), le détecteur est une caméra thermique, les axes de la source lumineuse et du détecteur sont sensiblement parallèles.

Selon un second aspect, l'invention concerne une utilisation du dispositif d'observation selon l'invention pour l'observation d'une scène au travers d'une atmosphère chargée en particules d'aérosol, plus particulièrement pour l'observation d'une scène par temps de brouillard ou par temps de pluie.

Selon un troisième aspect, l'invention concerne un procédé d'observation d'une scène, ledit procédé comportant les étapes d'émission d'un rayonnement électromagnétique par une source lumineuse en direction de la scène à observer, et de mesure par un détecteur d'au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène en direction de ladite source lumineuse. Le rayonnement électromagnétique émis au cours de l'étape d'émission est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres et, au cours de l'étape de mesure, le détecteur mesure un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. Alternativement, la bande d'observation est de longueurs d'ondes comprises entre 2.7 micromètres et 2.9 micromètres, ou comprises entre 5.8 micromètres et 6.2 micromètres. Suivant des modes particuliers de mise en oeuvre, le procédé 30 d'observation comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : la bande d'observation est constituée de longueurs d'ondes comprises entre 10 micromètres et 12 micromètres, - l'étape de mesure par le détecteur est exécutée simultanément à l'étape d'émission par la source lumineuse, - l'étape d'émission et l'étape de mesure sont exécutées de façon continue lors des opérations d'observation active.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en se référant aux figures suivantes, lesquelles ne sont pas à l'échelle et représentent : Figure 1 : une représentation schématique d'un dispositif actif d'observation selon l'invention, Figure 2 : une représentation schématique de paramètres utilisés dans un modèle analytique de simulation, - Figure 3: des courbes illustrant la variation de coefficients d'extinction PE et de rétrodiffusion PB avec la longueur d'onde, pour différents types de brouillard, Figure 4 : des courbes illustrant les différents types de brouillards considérés dans la figure 3, Figure 5 : des courbes illustrant le rapport signal sur bruit obtenu pour deux longueurs d'ondes différentes, pour différents types de brouillard, - Figure 6 : des courbes illustrant la variation d'un rapport PEIPB avec la longueur d'onde, pour différents types de brouillard, Figures 7a à 7c : des images obtenues en chambre de brouillard illustrant les améliorations apportées par la mise en oeuvre d'un dispositif d'observation selon l'invention, Figure 8 : des résultats expérimentaux obtenus avec un dispositif d'observation selon un mode préféré de réalisation, Figure 9: un diagramme illustrant les principales étapes d'un procédé d'observation selon l'invention. La figure 1 représente schématiquement un dispositif 10 actif 30 d'observation selon l'invention, qui comporte principalement une source lumineuse 12 et un détecteur 14. La source lumineuse 12 est adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique en direction d'une scène. La scène est par exemple constituée par un objet 20 à détecter plongé dans un milieu diffusant 30 du type atmosphère chargée de particules d'aérosols, plus particulièrement par temps de brouillard. Dans la suite de la description, on se place de manière non limitative, et sauf mention contraire, dans le cas d'une observation d'une scène par temps de brouillard. Selon l'invention, le rayonnement électromagnétique émis par la source lumineuse 12 est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres (pm) et 15 pm.

Le détecteur 14 est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation, et est agencé de sorte à mesurer au moins une partie d'un rayonnement infrarouge renvoyé par la scène en direction de ladite source lumineuse 12. On comprend donc que la bande d'observation est comprise dans une bande spectrale correspondant aux longues longueurs d'ondes infrarouge, connues sous l'acronyme LWIR (de l'anglais « Long Wavelength InfraRed »). On verra par la suite qu'un tel choix de longueurs d'ondes permet d'avoir de bonnes performances par temps de brouillard. De préférence, la bande d'observation est constituée de longueurs d'ondes comprises entre 10 pm et 12 pm (on verra par la suite qu'un tel choix de longueurs d'ondes permet d'améliorer les performances du dispositif 10 d'observation). II est à noter que, dans le contexte de l'invention, la bande d'observation est une bande spectrale commune à la source lumineuse 12 et au détecteur 14, c'est-à-dire une bande spectrale dans laquelle la source lumineuse 12 est adaptée à émettre et dans laquelle le détecteur 14 est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge. On comprend que rien n'exclut, pour la source lumineuse 12, d'émettre un rayonnement électromagnétique dans une bande spectrale plus large que la bande d'observation, pouvant comporter des longueurs d'ondes non toutes comprises entre 10 pm et 12 pm, voire entre 8 pm et 15 pm. De même, rien n'exclut, pour le détecteur 14, de mesurer un rayonnement électromagnétique dans une bande spectrale plus large que la bande d'observation.

Toutefois, on comprend que pour des raisons d'efficacité du dispositif 10 d'observation, les bandes spectrales d'émission (de la source lumineuse 12) et de mesure (du détecteur 14) sont de préférence sensiblement les mêmes. De préférence, la bande spectrale d'émission est comprise dans la bande spectrale de mesure, de sorte que tout le rayonnement infrarouge émis par la source lumineuse 12 peut être mesuré par le détecteur 14. De telles dispositions permettent d'avoir un dispositif 10 d'observation présentant un rendement et une efficacité améliorés.

On décrit à présent un modèle analytique de luminance, et on présente des résultats de simulation obtenus avec ce modèle analytique, qui illustrent les avantages liés à l'utilisation de la bande d'observation susmentionnée.

Le modèle analytique de luminance exposé ci-après repose sur la théorie de Mie sur la diffusion de la lumière. Cette théorie est supposée connue de l'homme de l'art, et on pourra se référer notamment à la référence suivante : Bohren C. F., Huffman D. R., « Absorption and Scattering of Light by Small Particles », Wiley & Sons (1983).

La figure 2 représente schématiquement des paramètres du modèle analytique, dans le cas d'un dispositif actif comprenant : - un émetteur Tx éclairant une tranche de brouillard,

un récepteur Rx visant une portion de ladite tranche de brouillard. La luminance LB rétrodiffusée par le brouillard et reçue par le récepteur Rx peut être approchée par l'expression suivante : LB = f PB - Ps p(Tr - 8(z)) - cos(e(z» - exp(- 2 - hE - z) - «z) - dz o Tr - (RS + z2 - tant (es)) 4 - rr expression dans laquelle :

P5, Rs et es sont respectivement la puissance lumineuse, le rayon et l'ouverture angulaire de l'émetteur Tx,

8 est l'angle entre le centre optique O de la zone visée par le récepteur Rx à la distance z considérée et l'axe optique de 30 l'émetteur Tx,

est un coefficient donnant la zone de recouvrement entre le faisceau issu de l'émetteur Tx et le faisceau du récepteur Rx, PB, PE et p sont respectivement le coefficient de rétrodiffusion, le coefficient d'extinction et la fonction de phase dépendant du brouillard, donnés par la théorie de Mie.

La validité de l'approximation précédente a été vérifiée notamment dans la publication scientifique suivante : Taillade F., Belin E., Dumont E., « An Analytical Model for Backscattered Luminance in Fog : Comparisons with Monte Carlo Simulations and Experimental Results », Measurement Science and Technology, (2008).

En outre, si l'on considère un objet dans le brouillard dans la scène observée, éclairé par l'émetteur Tx, sa luminance Lo vue par le récepteur Rx peut être approchée par l'expression suivante : Lo=p 0P P D2 -exp(-2-uE-D) expression dans laquelle : p est l'albédo de l'objet à la longueur d'onde considérée, - D est la distance entre le dispositif comprenant l'émetteur Tx et le récepteur Rx ; exp(-2-pE-D) représente alors l'atténuation de la lumière sur le trajet aller/retour entre ledit dispositif et l'objet. II est à noter que le coefficient d'extinction IJE est approximativement égal à 3%, où Vm est la distance de visibilité météorologique. La distance de visibilité météorologique Vm est définie pour l'homme de l'art comme étant la distance pour laquelle la luminance transmise au travers de l'atmosphère est atténuée à 95%. On définit le rapport signal sur bruit S/B qui dépend du rapport des luminances Lo de l'objet et LB rétrodiffusée par le brouillard, s'exprimant par exemple sous la forme suivante : S/B= 10-log(Lo/LB) La distance de visibilité du dispositif actif d'observation, comprenant l'émetteur Tx et le récepteur Rx, est définie comme étant la distance pour laquelle le rapport S/B est nul lorsqu'exprimé en décibels (c'est-à-dire lorsque le signal est égal au bruit).

La figure 3 représente la variation des coefficients d'extinction PE et de rétrodiffusion pB avec la longueur d'onde considérée (désignée sur les figures par « À »). Les courbes illustrées par la figure 3 ont été obtenues, par simulation avec le modèle analytique de luminance, pour trois types de brouillards différents, désignés respectivement par type Ti, type T2 et type T3. Ces types de brouillards sont modélisés par des lois log-normales illustrées par la figure 4 (une telle modélisation par une loi log-normale est connue par exemple de : Deirmendjian D., « Scattering and Polarization Properties of Water Clouds and Naze in the Visible and Infrared », Applied Optics, Vol. 3 - 1964, page 187). Le brouillard de type TI correspond à une granulométrie centrée sur 1 pm (c'est-à-dire que les particules d'aérosols de rayon « r » égal 1 pm sont les plus nombreuses). Le brouillard de type T2 correspond à une granulométrie centrée sur 5 pm, et le brouillard de type T3 correspond à une granulométrie centrée sur 10 pm. Les concentrations de particules d'aérosols sont normalisées de sorte que la distance de visibilité météorologique Vm, dans le visible pour une longueur d'onde de 0.5 pm (qui correspond approximativement au maximum de sensibilité de l'ceil humain), est sensiblement égale à 100 mètres pour chaque type de brouillard. Sur la figure 3, on voit que le coefficient d'extinction PE varie fortement avec la longueur d'onde et avec la granulométrie du brouillard. Avec le brouillard de type TI, on constate que la valeur du coefficient d'extinction PE est plus faible pour les longueurs d'ondes comprises entre 8 pm et 15 pm que pour une longueur d'onde de 0.5 pm. Le coefficient d'extinction pE est sensiblement égal à 0.005 pour une longueur d'onde de 10.5 pm soit une distance de visibilité météorologique Vm d'environ 600 mètres à 10.5 pm. A mesure que la granulométrie du brouillard augmente, les variations du coefficient d'extinction PE diminuent pour les longueurs d'ondes représentées. Par exemple, avec le brouillard de type T3, la distance de visibilité météorologique Vm varie peu avec la longueur d'onde. De manière surprenante, le comportement du coefficient de rétrodiffusion PB avec la longueur d'onde est très différent de celui du coefficient d'extinction PE. On constate en effet que, dans une bande de longueurs d'ondes comprises entre 8 pm et 15 pm, les valeurs du coefficient de rétrodiffusion PB sont très inférieures à la valeur dudit coefficient de rétrodiffusion pB à 0.5 pm, et ce quel que soit le type de brouillard considéré (T1, T2 ou T3). La figure 5 représente le rapport signal sur bruit S/B obtenu par simulation en fonction du rapport DNm (Vm considéré à 0.5 pm), pour un dispositif actif d'observation de longueur d'onde 0.5 pm, et pour un dispositif actif d'observation de longueur d'onde 10.6 pm. On constate que le rapport signal sur bruit S/B est nettement amélioré dans le cas du dispositif 10 de longueur d'onde 10.6 pm. Par exemple, dans le cas où le rapport DNm = 1 et quel que soit le type de brouillard considéré, la mise en oeuvre d'un dispositif actif de longueur d'onde 10.6 pm introduit théoriquement un gain de 40 décibels (dB) sur le rapport signal sur bruit S/B, par rapport à un dispositif actif de longueur d'onde 0.5 pm. En outre, on constate que, pour des valeurs de rapport DNm inférieures à 1, tandis que le plus faible coefficient d'extinction pE à 10.6 pm était obtenu pour le brouillard de type T1, c'est avec le brouillard de type T1 que l'amélioration du rapport signal sur bruit S/B est la moins importante en mettant en oeuvre le dispositif 10 d'observation selon l'invention (amélioration de l'ordre de 10 dB). En revanche, pour des valeurs de rapport DNm supérieures à 1 et pour le brouillard de type T1, l'amélioration du rapport signal sur bruit S/B est plus importante que pour les autres types de brouillard en mettant en oeuvre le dispositif 10 d'observation selon l'invention. Pour le brouillard de type T1, l'amélioration du rapport signal sur bruit SIB à 10.6 pm est en partie due à l'augmentation de la luminance Lo du fait que le coefficient d'extinction IDE est plus faible à 10.6 pm comparé à 0.5 pm. La figure 6 représente les variations du rapport pE/pB en fonction de la longueur d'onde considérée.

On constate que le rapport pE/pB tend vers zéro pour une longueur d'onde de 0.5 pm. Le rapport pE/pB est plus important dans la bande d'observation susmentionnée. On constate par exemple que, pour des brouillards de type T2 et T3, le rapport pE/pB est supérieur à 50 pour des longueurs d'ondes comprises entre 8 pm et 15 pm, supérieur à 150 pour des longueurs d'ondes comprises entre 10 pm et 12 pm. La bande spectrale des longueurs d'ondes comprises entre 10 pm et 12 pm présente également un intérêt pour le brouillard de type T1, dans la mesure où le rapport pE/pg présente un maximum local dans cette bande spectrale (aux alentours de 11.5 pm). On comprend donc les avantages liés à l'utilisation de la bande d'observation dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 pm et 15 pm, voire entre 10 pm et 12 pm. En effet, on s'attend à avoir une distance de visibilité nettement améliorée par temps de brouillard, du fait principalement d'une rétrodiffusion très faible à ces longueurs d'ondes. Dans un mode particulier de réalisation du dispositif 10 d'observation selon l'invention, la source lumineuse 12 est un laser CO2. Cet exemple n'est pas limitatif, et on comprend que d'autres types de sources lumineuses peuvent être mis en oeuvre pour émettre un rayonnement infrarouge dans la bande spectrale LWIR, telles que des diodes QCL. De préférence, le dispositif 10 d'observation comporte un moyen d'élargissement d'un faisceau infrarouge émis par la source lumineuse 12, telle qu'une lentille 16 infrarouge divergente. Une telle lentille 16 est représentée schématiquement sur la figure 1. On comprend que la mise en oeuvre d'un tel moyen d'élargissement permet d'augmenter l'angle solide éclairé par la source lumineuse 12, et ainsi augmenter le champ de vision par temps de brouillard, sous réserve que le détecteur 14 soit adapté à mesurer le rayonnement infrarouge renvoyé par toute la partie éclairée de la scène. De préférence, le détecteur 14 est un détecteur matriciel adapté à former en une mesure une image bidimensionnelle de la scène observée, tel qu'une caméra thermique LWIR. Suivant d'autres exemples, le détecteur 14 est un microbolomètre, une caméra infrarouge à base de Mercure-Cadmium- Tellure (MCT), etc. Dans un mode particulier de réalisation, compatible avec l'un quelconque des modes de réalisation précédents, le dispositif 10 d'observation est configuré pour activer le détecteur 14 simultanément à l'émission d'un rayonnement infrarouge par la source lumineuse 12. En d'autres termes, le dispositif 10 d'observation comporte une électronique de commande, de type connu en soi et non illustrée par les figures, qui commande le détecteur 14 de sorte à ce qu'il mesure le rayonnement infrarouge de la scène y compris en cours d'émission d'un rayonnement infrarouge par la source lumineuse 12. On comprend que l'activation du détecteur 14 simultanément à l'émission d'un rayonnement infrarouge par la source lumineuse 12 est rendue possible par l'utilisation de longueurs d'ondes comprises dans la bande d'observation susmentionnée (entre 8 pm et 15 pm, voire entre 10 pm et 12 pm), puisque la rétrodiffusion et l'effet d'éblouissement y sont très faibles. De telles dispositions permettent d'avoir une électronique de commande simple, dans la mesure où le détecteur 14 peut être activé de façon continue lors des opérations d'observation active. En particulier, l'électronique de commande est plus simple que dans le cas de dispositifs actifs à crénelage temporel. De plus, l'activation du détecteur 14 de façon continue permet de ne pas limiter l'observation de la scène à un intervalle limité de distances, comme c'est le cas pour les dispositifs actifs à crénelage temporel. Un exemple de détecteur fonctionnant de façon continue est une 20 caméra thermique CCD, qui produit des images successives de la scène, à une fréquence prédéfinie. La source lumineuse 12 peut être activée de sorte à éclairer de façon continue ou discontinue la scène observée. De préférence, la source lumineuse 12 est activée de façon continue, afin de réduire la complexité de 25 l'électronique de commande. Par « éclairer de façon discontinue », on entend que la source lumineuse 12 émet des impulsions lumineuses. Par « éclairer de façon continue », on entend que la source lumineuse 12 est activée en permanence lors des opérations d'observation active. Rien 30 n'exclut, d'acquérir avec le dispositif 10 d'observation une première image de façon passive, c'est-à-dire la source lumineuse 12 éteinte, puis d'acquérir une seconde image de façon active avec la source lumineuse 12 activée en permanence pendant toute l'acquisition de ladite seconde image.

Les figures 7a à 7d représentent des images d'une scène obtenues expérimentalement en chambre de brouillard. Lesdites images ont été obtenues dans des conditions réelles avec un dispositif 10 d'observation selon un mode préféré de réalisation dans lequel ledit dispositif comporte : - une source lumineuse 12 de type Laser CO2 (COHERENT- Diamond C-30A) émettant un rayonnement à 10.6 pm, une lentille de focale 25 millimètres pour élargir le faisceau infrarouge émis par la source lumineuse 12 (approximativement 1 mètre de diamètre à 25 mètres, un détecteur 14 de type caméra thermographique (FLIR A320) de 320x240 pixels de microbolomètres non refroidis, de résolution en température de 50 mK à 30°C, adaptée à mesurer un rayonnement infrarouge entre 7.5 pm et 13 pm. Pour l'obtention de ces résultats, le laser CO2 et la caméra thermographique ont été agencés de sorte que leurs axes étaient sensiblement parallèles (c'est-à-dire qu'ils sont dirigés sensiblement vers une même zone de la scène observée), espacés d'approximativement 0.5 mètres. Les figures 7a et 7b représentent des images obtenues avec la source lumineuse 12 éteinte, et la figure 7c représente une image obtenue avec la 20 source lumineuse 12 activée, conformément à l'invention. La figure 7a représente une image obtenue en l'absence de brouillard. On a disposé dans la scène observée divers éléments visibles sur la figure 7a : une plaque PI rectangulaire, portée à une température de 30°C, située à 10 mètres du dispositif 10 d'observation, 25 un panneau P2 triangulaire, porté à une température de 27°C, situé à 25 mètres du dispositif 10 d'observation. Le fond de la scène est à une température de l'ordre de 27°C, de sorte que la plaque PI et le panneau P2 ont des contrastes thermiques CT différents, respectivement CT 0.11 et CT = 0 (il est à noter que le contour du panneau P2 30 a été ajouté pour localiser le panneau dans l'image, ledit panneau n'étant pas visible du fait que son contraste thermique CT est nul). La figure 7b représente une image obtenue, la source lumineuse 12 étant éteinte, en présence de brouillard (granulométrie centrée entre environ 0.5 pm et 1 pm de rayon des particules d'aérosols) avec une distance de visibilité météorologique Vm de 8 mètres. On constate que la plaque PI est visible. Le panneau P2 n'est lui pas visible. La figure 7c représente une image obtenue dans les mêmes conditions que la figure 7b, mais avec la source lumineuse 12 activée. On constate tout d'abord l'absence attendue d'effet d'éblouissement. Ensuite, on constate que le panneau P2 (de contraste thermique C-r nul) est visible sur la figure 7c alors qu'il ne l'était pas sur la figure 7b, la luminance mesurée pour ledit panneau allant jusqu'à saturer le détecteur 14.

La figure 8 représente l'évolution de la distance de visibilité VIR, obtenue avec le dispositif 10 d'observation, en fonction de la distance de visibilité météorologique Vm. La distance de visibilité V1R est estimée comme décrit ci-après. En l'absence totale de brouillard, la source lumineuse 12 étant activée, on mesure le contraste maximum Co du panneau P2 en prenant comme température de référence celle du fond de la scène. Puis, en présence de brouillard et pour différentes valeurs de la distance de visibilité météorologique Vm, on mesure comme précédemment le contraste apparent CA du panneau P2, avec la source lumineuse 12 activée. La distance de visibilité VIR est déterminée d'après l'expression suivante : VR 3 . In(CA/Co) expression dans laquelle D est la distance entre le panneau P2 et le dispositif 10 d'observation, soit 25 mètres. Sur cette figure 8, on a représenté, pour chaque distance de visibilité météorologique Vm considérée, deux valeurs de la distance de visibilité VIR (représentées respectivement par un cercle et une croix). Ces deux valeurs de la distance de visibilité V1R sont obtenues en considérant, pour déterminer le contraste apparent CA du panneau P2, deux zones de référence différentes du fond de la scène. On constate à la lecture de la figure 8 que, pour une distance de visibilité météorologique Vm de 20 mètres, le contraste des objets dans le domaine spectral choisi (autour de 10.6 pm) est celui qui aurait été obtenu pour des objets situés entre 300 et 800 mètres (sous réserve que les objets soient D assez gros pour être résolus par le détecteur 14). En conclusion, le dispositif 10 d'observation selon l'invention permet d'atteindre un gain d'un facteur 15 à 40 entre la distance de visibilité VRR (obtenue avec ledit dispositif) et la distance de visibilité météorologique VR,.

En outre le dispositif 10 d'observation permet de détecter des objets de contraste thermique CT nul, sous réserve que ces objets à détecter aient un albédo non nul dans la bande spectrale considérée (entre 8 pm et 15 pm). Les résultats expérimentaux corroborent les résultats obtenus par simulation, de sorte que les approximations ou les imperfections éventuelles du modèle analytique de luminance, utilisé pour les simulations, ne sauraient remettre en cause l'invention, dans la mesure où il a été vérifié que celle-ci procure effectivement les avantages identifiés par simulation avec ledit modèle analytique de luminance. La figure 9 représente schématiquement les principales étapes d'un procédé 50 d'observation selon l'invention, lesquelles sont : 52 émission d'un rayonnement électromagnétique par la source lumineuse 12 en direction de la scène à observer, 54 mesure par le détecteur 14 d'au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène en direction de ladite source lumineuse. Tel qu'indiqué précédemment, le rayonnement électromagnétique émis au cours de l'étape 52 d'émission est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans la bande d'observation (entre 8 pm et 15 pm, voire entre 10 pm et 12 pm) et le détecteur 14 mesure un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation au cours de l'étape 54 de mesure. De préférence, l'étape 54 de mesure est exécutée simultanément à l'étape 52 d'émission. L'étape 54 de mesure est avantageusement exécutée de façon continue lors des opérations d'observation active. De préférence, l'étape 52 d'émission est également exécutée de façon continue, c'est-à-dire que la source lumineuse 12 éclaire la scène observée de façon continue (par opposition à un éclairage par des impulsions lumineuses). La présente invention propose un dispositif 10 d'observation particulièrement adapté à l'observation par temps de brouillard, en particulier un brouillard de granulométrie supérieure à 5 pm. En outre, il a également été vérifié que le dispositif 10 d'observation présentait de bonnes performances par temps de pluie, notamment par simulation avec le modèle analytique susmentionné, en considérant des particules d'aérosols avec une granulométrie centrée approximativement sur 200 pm. On comprend cependant que le dispositif 10 d'observation peut également être utilisé dans d'autres contextes, y compris par temps clair, en présence de fumée, etc. Le dispositif 10 d'observation selon l'invention peut être utilisé dans de nombreux domaines. Par exemple, le dispositif 10 d'observation est embarqué dans un véhicule (automobile, aéronef, bateau, etc.) pour aider à la conduite par temps de brouillard. Suivant un autre exemple non limitatif, le dispositif 10 d'observation est porté par un utilisateur pour l'aider à se déplacer ou à se repérer par rapport à son environnement par temps de brouillard.

De manière plus générale, on constate, à la lecture de la figure 6, que le rapport PEIPB présente un maximum local entre 2.7 pm et 2.9 pm, et entre 5.8 pm et 6.2 pm. En outre, à la lecture de la figure 6, on constate que le coefficient d'extinction PE est plus faible aux alentours de 2.8 pm ou de 6 pm, qu'aux alentours de 0.5 pm, On comprend donc que, d'après les résultats de simulation, on s'attend également à avoir une distance de visibilité nettement améliorée par temps de brouillard avec un dispositif actif de longueur d'onde sensiblement égale à 2.8 pm ou 6 pm. Ainsi, la présente invention concerne également, suivant d'autres modes de réalisation, des dispositifs actifs fonctionnant entre 2.7 pm et 2.9 pm ou entre 5.8 pm et 6.2 pm. Toutefois, la bande d'observation de longueurs d'ondes comprises entre 8 pm et 15 pm correspond à un mode préféré de réalisation et de mise en oeuvre de l'invention.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS1 Dispositif (10) actif d'observation d'une scène, comportant une source lumineuse (12) adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique en direction de la scène à observer, et un détecteur (14) adapté à mesurer au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène observée, caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique émis par la source lumineuse (12) est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres, et en ce que le détecteur (14) est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. 2 Dispositif (10) actif d'observation d'une scène, comportant une source lumineuse (12) adaptée à émettre un rayonnement électromagnétique en direction de la scène à observer, et un détecteur (14) adapté à mesurer au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène observée, caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique émis par la source lumineuse (12) est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre

   2.7 micromètres et 2.9 micromètres, ou entre 5.8 micromètres et 6.2 micromètres, et en ce que le détecteur (14) est adapté à mesurer un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. 3 Dispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (16) d'élargissement d'un faisceau infrarouge émis par la source lumineuse (12). 4 - Dispositif (10) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré pour activer le détecteur (14) simultanément à l'émission d'un rayonnement infrarouge par la source lumineuse (12). 5 - Dispositif (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est configuré pour activer la source lumineuse (12) et le détecteur (14) de façon continue lors des opérations d'observation active. 6 Utilisation du dispositif (10) d'observation selon l'une des revendications précédentes pour l'observation active d'une scène par temps de brouillardou par temps de pluie. 7 - Procédé (50) d'observation d'une scène, ledit procédé comportant les étapes de : (52) émission d'un rayonnement électromagnétique par une source lumineuse (12) en direction de la scène à observer, (54) mesure par un détecteur (14) d'au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène en direction de ladite source lumineuse (12), caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique émis au cours de l'étape (52) d'émission est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 8 micromètres et 15 micromètres, et en ce que, au cours de l'étape (54) de mesure, le détecteur (14) mesure un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. 8 - Procédé (50) d'observation d'une scène, ledit procédé comportant les étapes de : - (52) émission d'un rayonnement électromagnétique par une source lumineuse (12) en direction de la scène à observer, - (54) mesure par un détecteur (14) d'au moins une partie du rayonnement électromagnétique renvoyé par la scène en direction de ladite source lumineuse (12), caractérisé en ce que le rayonnement électromagnétique émis au cours de l'étape (52) d'émission est un rayonnement infrarouge au moins partiellement compris dans une bande spectrale, dite « bande d'observation », dont les longueurs d'ondes sont comprises entre 2.7 micromètres et 2.9 micromètres, ou entre 5.8 micromètres et 6.2 micromètres, et en ce que, au cours de l'étape (54) de mesure, le détecteur (14) mesure un rayonnement infrarouge dans ladite bande d'observation. 9 - Procédé (50) selon l'une des revendications 7 à 8, caractérisé en ce que l'étape (54) de mesure par le détecteur (14) est exécutée simultanément à l'étape (52) d'émission par la source lumineuse (12).10 - Procédé (50) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape (52) d'émission et l'étape (54) de mesure sont exécutées de façon continue lors des opérations d'observation active.