FR2995484A1

FR2995484A1 - Dispositif optique de prise de vue et procede de prise de vue

Info

Publication number: FR2995484A1
Application number: FR1258623A
Authority: FR
Inventors: Vincent Costes
Original assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2014-03-14
Anticipated expiration: 2032-09-13
Also published as: FR2995484B1

Abstract

L'invention concerne un dispositif (1) optique de prise de vue, configuré pour la prise de vue d'une scène (9), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend : - au moins un détecteur (7) de rayons lumineux, - un prisme (3) disposé en entrée du dispositif (1) optique, - un module (12) de mise en rotation du prisme autour d'un axe, les rayons lumineux issus de la scène (9) et entrant dans le dispositif (1) optique étant déviés par le prisme (3) avec une déviation dépendante de la position en rotation dudit prisme (3), le dispositif étant configuré de sorte que la rotation du prisme (3) permet au détecteur (7) de réaliser une prise de vue dans laquelle la scène (9) est balayée continûment et progressivement par le détecteur.

Description

9954 84 1 DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne un dispositif optique de prise de vue d'une scène, et un procédé de prise de vue d'une scène, mettant en oeuvre ledit dispositif.

ETAT DE L'ART Les satellites d'observation de la Terre embarquent en général un dispositif optique de prise de vue, pour l'observation de scènes de la Terre. Un dispositif optique de prise de vue connu de l'état de la technique 10 est illustré en Figure 1. Ce dispositif comprend un miroir 30 plan, dit miroir de scan. Le miroir 30 est mobile selon différents axes, et son mouvement est contrôlé par un mécanisme 31 comprenant un moteur et différents éléments de transmission du mouvement. 15 Les rayons lumineux 33 issus de la scène à observer sont dirigés vers un détecteur 32. En opération, le miroir est mis en mouvement par le mécanisme 31 de sorte à permettre un scan de l'ensemble de la scène. La séquence d'observation comprend le déplacement du miroir vers la direction désirée, 20 le blocage du miroir en position, et la prise de vue, cette séquence étant répétée de sorte à permettre au détecteur de balayer la scène à observer. Ce type de dispositif, permettant un balayage de la scène à observer, présente toutefois certains inconvénients. Le mécanisme utilisé dans ce dispositif pour le déplacement du miroir 25 est complexe. En outre, les exigences en stabilité du mécanisme sont élevées. En effet, tout bougé du miroir d'un angle a induit un bougé d'un angle 2a vu par le dispositif optique. Par conséquent, la fabrication du miroir et du mécanisme associé, ainsi que leur mise en oeuvre, sont complexes et 30 coûteux.

Enfin, dans ce type de solution, le balayage de la scène est effectué uniquement séquentiellement, ce qui altère la fluidité et la rapidité de la prise de vue.

PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention vise à pallier les inconvénients précités de l'état de la technique. A cet effet, l'invention propose un dispositif optique de prise de vue, configuré pour la prise de vue d'une scène, ledit dispositif étant caractérisé 10 en ce qu'il comprend : - au moins un détecteur de rayons lumineux, - un prisme disposé en entrée du dispositif optique, - un module de mise en rotation du prisme autour d'un axe, les rayons lumineux issus de la scène et entrant dans le dispositif optique 15 étant déviés par le prisme avec une déviation dépendante de la position en rotation dudit prisme, le dispositif étant configuré de sorte que la rotation du prisme permet au détecteur de réaliser une prise de vue dans laquelle la scène est balayée continûment et progressivement par le détecteur. 20 Un procédé de prise de vue d'une scène, mettant en oeuvre un tel dispositif est également décrit. L'invention présente de nombreux avantages. Un avantage de l'invention est de proposer un dispositif optique simple à mettre en oeuvre. 25 Un autre avantage de l'invention est de proposer un dispositif optique présentant une tolérance et une stabilité plus élevées. Un autre avantage encore de l'invention est de proposer un dispositif moins coûteux. 30 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une représentation d'un dispositif optique selon l'art antérieur ; - la Figure 2 est une représentation d'un mode de réalisation d'un dispositif optique selon l'invention; - la Figure 3 est une représentation schématique d'une prise de vue comprenant un balayage de la scène par le détecteur; - la Figure 4 est une représentation schématique d'un mode de réalisation d'un procédé de détection selon l'invention; - la Figure 5 est une représentation schématique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif optique selon l'invention; - la Figure 6 est une représentation schématique d'un détecteur matriciel utilisé dans le dispositif de la Figure 4. DESCRIPTION DETAILLEE On a représenté en Figure 2 un mode de réalisation d'un dispositif 20 optique de prise de vue selon l'invention. Ce dispositif 1 est configure pour la prise de vue d'une scène 9, par exemple, mais non limitativement, d'une scène de la Terre vue d'un satellite. Le dispositif 1 est par exemple du type caméra embarquée à bord d'un satellite. 25 Le dispositif 1 comprend au moins un détecteur 7 de rayons lumineux. De manière classique, le détecteur 7 comprend une surface 5 de détection comprenant des pixels sensibles à la lumière, le détecteur 7 étant apte à convertir la lumière détectée en un signal électrique ou numérique. 30 Le détecteur est par exemple, mais non limitativement, basé sur une technologie CCD («Charge-Coupled Device »), ou CMOS (« Complementary Metal Oxide Semiconductor »).

En général, le détecteur 7 est disposé au niveau du plan focal du dispositif 1. Le dispositif 1 comprend en outre un prisme 3 disposé en entrée du dispositif.

En général, le prisme est disposé dans une pupille 10 d'entrée du dispositif. On rappelle que la pupille d'entrée est l'image du diaphragme d'ouverture du dispositif dans l'espace objet (amont). La pupille de sortie est quant à elle la conjugaison de la pupille 10 d'entrée par le dispositif optique. Les rayons lumineux issus de la scène 9 et traversant le prisme sont déviés vers le détecteur 7 par l'intermédiaire d'un système optique 11. Le système optique 11 comprend de manière classique une succession de lentilles ou d'éléments optiques, permettant de concentrer 15 les faisceaux lumineux captés par le dispositif vers le détecteur 7. Ces systèmes optiques sont classiquement utilisés dans les caméras. Le prisme 3, disposé en entrée du dispositif 1, est monté en rotation autour d'un axe. Il s'agit par exemple de l'axe 6 optique du dispositif. La rotation du prisme autour d'un axe est assurée par un module 12 de rotation 20 du dispositif. Les rayons lumineux issus de la scène 9 et entrant dans le dispositif 1 optique sont déviés par le prisme 3 avec une déviation dépendante de la position en rotation dudit prisme 3. Le module 12 de rotation comprend par exemple des paliers, ou un 25 actionneur rotatif, ou un système à roulement à billes, ou un cardan. D'autres modes de réalisation sont possibles, selon les besoins et les contraintes. La rotation du prisme autour d'un seul axe permet d'obtenir un dispositif simple et stable. En effet, la gestion de ce mouvement continu et à 30 un degré de liberté est plus simple que ce qui était requis dans l'art antérieur.

La simplicité du mouvement du prisme permet d'accroître la durée de vie du dispositif et sa fiabilité. En outre, le mouvement en rotation est en soi plus tolérant que les mouvements de détection utilisés dans l'art antérieur, qui reposaient notamment sur la modification de l'inclinaison d'un miroir de scan. Cette amélioration de la tolérance permet d'améliorer les performances du dispositif optique. Le dispositif 1 est configuré de sorte que la rotation du prisme 3 permet au détecteur 7 de réaliser un scan de la scène 9, correspondant à 10 une prise de vue dans laquelle la scène 9 est balayée continûment et progressivement par le détecteur. Cette détection par balayage de la scène permet au détecteur de produire successivement des images de portions de la scène à observer. Lors de la rotation du prisme, le prisme réfléchit successivement les 15 différents rayons lumineux émis par les différentes portions de la scène à observer. Cette rotation permet au détecteur de scanner la scène de manière continue, en balayant de manière progressive la scène. Ainsi, un effet du prisme peut être vu comme le fait de projeter sur le détecteur les différentes portions de la scène. 20 Le dispositif 1 comprend en outre au moins un processeur 13. Le processeur 13 est configuré pour contrôler la rotation du prisme 3, en coopération avec le module 12 de rotation. Le processeur 13 contrôle également, le cas échéant, l'activation du détecteur 7. On a représenté en Figure 3 un exemple de réalisation dans lequel le 25 détecteur 7 est un détecteur linéaire. Un détecteur linéaire est un détecteur dont les pixels sont disposés principalement ou exclusivement selon un axe. Lorsque le prisme présente un angle de 0° par rapport à un axe de référence du dispositif, le détecteur 7 effectue une prise de vue au niveau de la position A de la scène 9. 30 La configuration du dispositif, et en particulier l'association du prisme avec le détecteur, est équivalente à une configuration dans laquelle le détecteur est en position A par rapport à la scène. Les rayons lumineux issus de la portion de la scène correspond à la position A sur la Figure 3 sont reçus par le détecteur. L'axe de référence du dispositif est par exemple défini comme un axe orthogonal à l'axe 6 optique, dans le plan du prisme 3. L'angle caractérisant la position angulaire de prisme 3 est donc l'angle entre cet axe de référence, et un axe propre au prisme, comme par exemple un axe de symétrie du prisme. Lorsque le prisme a tourné de 900 par rapport à l'axe de référence du dispositif, le détecteur 7 balaye la scène continûment et progressivement 10 jusqu'à la position B. Lorsque le prisme a tourné de 1800 par rapport à l'axe de référence du dispositif, le détecteur 7 balaye la scène continûment et progressivement jusqu'à la position C sur la scène 9. Enfin, lorsque le prisme a tourné de 2700 par rapport à l'axe de 15 référence du dispositif, le détecteur 7 balaye la scène continûment et progressivement jusqu'à la position C sur la scène 9. Ainsi, le détecteur 7 scanne la scène 9 par balayage continu et progressif de ladite scène. Lorsque le prisme 3 est en rotation continue, le balayage de la scène 20 9 par le détecteur 7 s'effectue donc de manière continue. Ainsi, il n'est plus nécessaire de stopper périodiquement le mouvement du prisme 3 pour effectuer des prises de vue de la scène 9. La rotation du prisme s'effectue en général dans son plan. La vitesse de rotation du prisme 3 est réglée de sorte à être 25 compatible avec la vitesse d'acquisition des pixels de la surface 5 de détection du détecteur 7. En effet, si la vitesse de rotation du prisme 3 est trop élevée, lesdits pixels n'ont pas le temps de détecter et d'acquérir les différents rayons lumineux provenant des différentes portions de la scène 9. Dans un mode de réalisation, la vitesse de rotation du prisme 3 est 30 également réglée en fonction de la nature de la scène 9 à observer. Une scène 9 présentant de nombreux détails, ou des détails variant dans le temps, sera observée avec une vitesse de rotation du prisme 3 plus réduite. Cette vitesse de rotation du prisme 3 peut évoluer au cours du temps, en fonction des mouvements dans la scène 9 à observer. En général, un processeur reçoit la pluralité d'images produites par le détecteur grâce au balayage de la scène, pour reconstituer, par traitement 5 d'images classique, une image complète de la scène 9. Ce processeur peut faire partie du dispositif 1 ou être un processeur externe. En général, le balayage de la scène par le détecteur est effectué sur une zone géométrique ayant une forme particulière. Cette zone peut être vue comme la zone de la scène 9 couverte par le détecteur, lors du 10 mouvement en rotation du prisme 3. Dans un mode de réalisation, cette zone géométrique a la forme générale d'une ellipse, d'un disque ou d'un ovale. Ceci permet une couverture sans lacunes de la scène. Dans un mode de réalisation, le dispositif 1 est configuré pour 15 permettre un balayage couvrant complètement la scène 9 présente dans le champ de vue du dispositif 1. Ainsi, aucune portion de la scène présente dans le champ de vue du dispositif n'est ignorée par le détecteur. Cette configuration dépend en particulier de l'angle au sommet du prisme et de l'angle relatif entre le prisme et le dispositif optique. 20 Dans un mode de réalisation, le détecteur 7 de rayons lumineux est un détecteur linéaire. Alternativement, le détecteur 7 comprend une pluralité de détecteurs linéaires. Ceux-ci peuvent par exemple être alignés entre eux. On décrit à présent un procédé de prise de vue d'une scène (cf. 25 Figure 4), mettant en oeuvre un dispositif 1 optique de prise de vue tel que décrit précédemment. Dans une première étape El, le prisme 3 est mis en rotation autour de l'axe 6 optique du dispositif 1. Le processeur 13 contrôle la vitesse de rotation du prisme 3 en fonction de la scène 9 à observer et de la vitesse 30 d'acquisition des pixels du détecteur 7. Simultanément (étape E2), le processeur 13 active le détecteur 7 pour réaliser une prise de vue de la scène par balayage continu et progressif de de la scène.

Etant donné que le prisme 3 a un pouvoir de dispersion de la lumière, les rayons lumineux déviés par le prisme 3 vers le détecteur 7 appartiennent à une bande spectrale donnée. La déviation opérée par le prisme 7 dépend en effet de la longueur d'onde du rayon lumineux incident.

Par conséquent, les images produites par le détecteur 7 appartiennent à une bande spectrale donnée. Cette bande spectrale dépend de la position relative du prisme 3 et du détecteur 7, ainsi que de la taille du détecteur 7. Ces paramètres déterminent la bande spectrale des rayons lumineux qui arrivent sur le détecteur.

Dans un mode de réalisation, illustré en Figure 5, le détecteur 7 de rayons lumineux est un détecteur matriciel. On entend par détecteur matriciel un détecteur couvrant une surface en deux dimensions. Il peut s'agir d'un unique détecteur ou d'une pluralité de détecteurs couvrant ladite surface, par juxtaposition desdits détecteurs.

Le dispositif 1 comprend en outre un filtre 15 de couleurs, dont la fonction de filtrage est variable spatialement. Cette variation peut être linéaire ou par zone. Le filtre 15 de couleurs présente une transmission de la lumière différente selon la longueur d'onde incidente. La fonction de filtrage est variable dans le champ de vue.

Par exemple, le filtre 15 est placé à proximité du détecteur et il est linéairement variable. Par exemple, il s'agit d'un filtre dont un bord transmet uniquement le bleu, et l'autre bord uniquement le rouge. Le pouvoir de transmission de la zone du filtre 15 située entre ces deux bords varie continûment du bleu au 25 rouge. Le filtre 15 peut aussi sélectionner des bandes spectrales différentes par zones. Le filtre 15 est disposé dans le dispositif optique. Lors de la rotation du prisme 3, le prisme 3 transmet vers le détecteur 30 7 matriciel des rayons lumineux de différentes longueurs d'onde. Ces rayons lumineux rencontrent le filtre 15, qui transmet lesdits rayons en fonction de leur longueur d'onde.

Ainsi, comme cela est schématiquement représenté en Figure 6, la zone de détection du détecteur 7 matriciel peut être décomposée en une zone centrale (A), et en zones périphériques (B, C, D, E). Le filtre 15 est conçu pour sélectionner sur chacune des zones une couleur spécifique. Dans la mesure où le prisme a dispersé les rayons lumineux de la scène 9, sélectionner une couleur revient à sélectionner une direction de champ de vue. On peut ainsi composer un choix couplé de couleur et de champ de vue observé à tout instant. Le dispositif 1 est, dans un mode de réalisation, embarqué à bord 10 d'un satellite adapté pour l'observation de la Terre. Il s'agit par exemple d'un satellite géostationnaire, dont une des missions est l'observation de la Terre. Le dispositif 1 permet ainsi de scanner les différentes zones de la scène présente dans le champ de vue du dispositif, de manière simple et efficace.

15 Etant donné que le dispositif 1 présente une tolérance, une stabilité et une simplicité accrue, les performances de prise d'images sont accrues. 20

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (1) optique de prise de vue, configuré pour la prise de vue d'une scène (9), ledit dispositif (1) étant caractérisé en ce qu'il comprend : au moins un détecteur (7) de rayons lumineux, un prisme (3) disposé en entrée du dispositif (1) optique, un module (12) de mise en rotation du prisme autour d'un axe, les rayons lumineux issus de la scène (9) et entrant dans le dispositif (1) optique étant déviés par le prisme (3) avec une déviation dépendante de la position en rotation dudit prisme (3), le dispositif étant configuré de sorte que la rotation du prisme (3) permet au détecteur (7) de réaliser une prise de vue dans laquelle la scène 15 (9) est balayée continûment et progressivement par le détecteur.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le détecteur (7) de rayons lumineux est un détecteur linéaire, ou est constitué d'une pluralité de détecteurs linéaires. 20
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le détecteur (7) de rayons lumineux est un détecteur matriciel, le dispositif comprenant en outre un filtre (15) de couleurs, de filtrage variable spatialement. 25
4. Satellite adapté pour l'observation de la Terre, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif optique de prise de vue selon l'une des revendications 1 à 3.
5. Procédé de prise de vue d'une scène, mettant en oeuvre un dispositif 30 optique de prise de vue comprenant : - au moins un détecteur (7) de rayons lumineux, etun prisme (3) disposé en entrée du dispositif et monté en rotation autour d'un axe, les rayons lumineux issus de la scène (9) et rencontrant le prisme étant déviés par le prisme avec une déviation dépendante de la position en rotation dudit prisme, ledit procédé comprenant les étapes consistant à: mettre (El) en rotation le prisme autour de l'axe optique, activer (E2) le détecteur (7) pour réaliser une prise de vue de la scène, dans laquelle la scène (9) est balayée continûment et progressivement par le détecteur.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le balayage de la scène (9) par le détecteur (7) est effectué sur une zone géométrique ayant la forme d'une ellipse, d'un disque ou d'un ovale.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, dans lequel, pour une scène (9) donnée présente dans le champ de vue du dispositif (1), le balayage de la scène (9) consiste en une couverture complète de ladite scène (9).20