FR3130369A1 - Caméra multispectrale à acquisition instantanée - Google Patents

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Abstract

Dispositif d’acquisition (1) comportant une mosaïque de filtres (2) comprenant des super-macropixels (SM), comportant chacun une pluralité de macropixels (M) comprenant chacun une pluralité de pixels élémentaires (Pe), chaque super-macropixel étant tel que : chaque macropixel dudit super-macropixel forme un filtre passe-bande global laissant passer une bande spectrale globale, les bandes spectrales globales étant distinctes et successives ; chaque pixel élementaire de chaque macropixel forme un filtre passe-bande élémentaire laissant passer une bande spectrale élémentaire (Be1, Be2, Be3, Be4), les bandes spectrales élémentaires étant distinctes et successives ;pour tout couple de deux macropixels ayant un côté commun ou une portion de côté commune, les bandes spectrales globales associées aux deux macropixels ne sont pas adjacentes. FIGURE DE L’ABREGE : Fig.1

Description

Caméra multispectrale à acquisition instantanée
L’invention concerne le domaine des caméras multispectrales, et, en particulier, des caméras multispectrales utilisées pour réaliser des opérations de décamouflage.
ARRIERE PLAN DE L’INVENTION
Il est connu, pour réaliser une opération de décamouflage d’une cible (un véhicule blindé par exemple), d’utiliser la technique de l’imagerie multispectrale.
L’imagerie multispectrale consiste à acquérir de façon discrète l’énergie réfléchie ou émise par une surface dans une pluralité de bandes spectrales contigües ou non (classiquement entre 3 et 20 bandes spectrales).
L’acquisition est réalisée par un dispositif d’acquisition multispectrale comprenant un capteur multispectral capable de mesurer des spectres (de réflectance ou de luminance notamment) dans des gammes de longueurs d’onde correspondant à des bandes spectrales situées par exemple dans le domaine du visible et/ou dans le domaine de l'infrarouge.
Pour améliorer les performances du décamouflage, il est intéressant d’utiliser aussi des images issues d’un dispositifs d’acquisition d’images de type VJC (pour Voie Jour Couleurs). Un dispositif d’acquisition VJC fournit des images très proches de ce que voit un être humain. Ces images sont notamment pertinentes pour connaître le « contexte » du décamouflage, c’est-à-dire pour restituer les caractéristiques de la scène (de la végétation en particulier) dans laquelle est située la cible.
On a donc envisagé, pour réaliser le décamouflage, d’utiliser un système d’acquisition comprenant un dispositif d’acquisition multispectrale, un dispositif d’acquisition VJC, et une unité de traitement. Le dispositif d’acquisition multispectrale produit des images multispectrales, le dispositif d’acquisition VJC produit des images VJC, et l’unité de traitement combine les images multispectrales et les images VJC pour réaliser le décamouflage.
Cependant, l’utilisation en opération d’un système comprenant deux caméras distinctes n’est pas aisée. Le système est à la fois volumineux et présente une consommation élevée.
Par ailleurs, la combinaison de ces images est complexe à réaliser.
L’acquisition multispectrale et l’acquisition VJC présentent en effet des comportements radiométriques très différents.
Comme les deux dispositifs d’acquisition ne sont pas intégrés dans une même caméra, il n’y a pas de voie support pour le décamouflage, ce qui engendre des difficultés pour harmoniser et corriger les voies VJC et multispectrale, ainsi que des difficultés de calage spatio / temporel.
Par ailleurs, la technique d’acquisition VJC sur petits pixels engendre des difficultés de calibration. Les images VJC sont très sensibles au bruit du fait de la taille des pixels.
OBJET DE L’INVENTION
L’invention a pour objet un dispositif d’acquisition permettant d’acquérir de manière combinée des images multispectrales et des images de type VJC, et qui ne présente pas les inconvénients qui viennent d’être cités.
En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif d’acquisition comportant :
  • une mosaïque de filtres comprenant des super-macropixels identiques, chaque super-macropixel comportant une pluralité de macropixels comprenant chacun une pluralité de pixels élémentaires, chaque super-macropixel étant tel que :
    • chaque macropixel dudit super-macropixel forme un filtre passe-bande global laissant passer une bande spectrale globale, les bandes spectrales globales étant distinctes et successives ;
    • chaque pixel élementaire de chaque macropixel dudit super-macropixel forme un filtre passe-bande élémentaire laissant passer une bande spectrale élémentaire, les bandes spectrales élémentaires étant distinctes et successives ;
    • pour tout couple de deux macropixels appartenant audit super-macropixel et ayant un côté commun ou une portion de côté commune, les bandes spectrales globales associées aux deux macropixels ne sont pas adjacentes ;
  • une matrice de capteurs associés chacun à un pixel élémentaire ;
  • une unité de traitement agencée pour produire une image multispectrales à partir de signaux de sortie des capteurs, l’image multispectrale comprenant des hyperpixels associés chacun à un pixel élémentaire, chaque hyperpixel comprenant des composantes spectrales correspondant chacune à une bande spectrale élémentaire distincte.
Le dispositif d’acquisition selon l’invention est donc capable, en utilisant des bandes spectrales globales pertinentes, de produire sur une seule voie à la fois des images multispectrales et des images en couleur et infrarouge. On peut donc mettre en œuvre une opération de décamouflage efficace en utilisant une seule caméra dans laquelle est intégré le dispositif d’acquisition ; on obtient donc une réduction de coût, de volume et de consommation.
La configuration particulière de chaque super-macropixel, et les positions relatives des macropixels, permettent de réduire très nettement la diaphonie et les problèmes de bruit, ce qui améliore la précision et la fiabilité du décamouflage.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel chaque super-macropixel a la forme d’un carré et comporte quatre macropixels ayant aussi chacun la forme d’un carré, les macropixels comprenant un premier macropixel laissant passer une première bande spectrale globale Bg1, un deuxième macropixel laissant passer une deuxième bande spectrale globale Bg2, un troisième macropixel laissant passer une troisième bande spectrale globale Bg3 et un quatrième macropixel laissant passer une quatrième bande spectrale globale Bg4, les macropixels étant tels que :
Bg1 < Bg2 < Bg3 < Bg4.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel, lorsque la mosaïque de filtres est vue de face et orientée selon une orientation prédéfinie, chaque super-macropixel est agencé de sorte que le premier macropixel est situé en haut à gauche, le deuxième macropixel est situé en bas à droite, le troisième macropixel est situé en bas à gauche, et le quatrième macropixel en haut à droite dudit super-macropixel.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel la première bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale bleue, la deuxième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale verte, la troisième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale rouge, et la quatrième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale du proche infrarouge.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel chaque macropixel comporte un premier pixel élémentaire laissant passer une première bande spectrale élémentaire Be1, un deuxième pixel élémentaire laissant passer une deuxième bande spectrale élémentaire Be2, un troisième pixel élémentaire laissant passer une troisième bande spectrale élémentaire Be3, et un quatrième pixel élémentaire laissant passer une quatrième bande spectrale élémentaire Be4, les pixels élémentaires étant tels que :
Be1 < Be2 < Be3 < Be4.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel, lorsque la mosaïque de filtres est vue de face et orientée selon l’orientation prédéfinie, chaque macropixel est agencé de sorte que le premier pixel élémentaire est situé en haut à gauche, le deuxième pixel élémentaire est situé en haut à droite, le troisième pixel élémentaire est situé en bas à gauche, et le quatrième pixel élémentaire est situé en bas à droite dudit macropixel.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel l’unité de traitement est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale de l’hyperpixel associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur égale au signal de sortie du capteur associé au pixel élémentaire appartenant audit super-macropixel particulier et laissant passer la bande spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel l’unité de traitement est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale de l’hyperpixel associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur obtenue par interpolation des signaux de sortie des capteurs associés à des pixels élémentaires voisins du pixel élémentaire particulier et laissant passer la bande spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel l’unité de traitement est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale de l’hyperpixel associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur égale au signal de sortie du capteur associé à un pixel élémentaire, laissant passer la bande de spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale, ledit pixel élémentaire appartenant à une fenêtre glissante ayant la taille d’un super-macropixel et à laquelle appartient le pixel élémentaire particulier.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, l’unité de traitement étant en outre agencée pour produire une image en couleur et infrarouge à partir des signaux de sortie des capteurs.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel l’unité de traitement est agencée, pour produire l’image en couleur et infrarouge, pour mettre en œuvre une opération de regroupement spatial de pixels élémentaires, puis un algorithme de reproduction de couleur, l’opération de regroupement de pixels élémentaires consistant à associer une unique valeur intermédiaire à chaque macropixel de chaque super-macropixel, ladite valeur intermédiaire étant obtenue par pondération des signaux de sortie des capteurs associés aux pixels élémentaires dudit macropixel.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, comprenant en outre un filtre coupe-bande, positionné au niveau d’une pupille d’une caméra dans laquelle est intégré le dispositif d’acquisition, le filtre coupe-bande étant conçu pour couper une bande spectrale frontière située entre la troisième bande spectrale globale et la quatrième bande spectrale globale.
On propose de plus un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit, dans lequel la bande spectrale frontière appartient au moins partiellement à la bande spectrale rouge, et dans lequel la troisième bande spectrale globale est décalée de manière à ne pas présenter de recouvrement avec la bande spectrale frontière.
On propose de plus une caméra comprenant un dispositif d’acquisition tel que précédemment décrit.
L’invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d’un mode de mise en œuvre particulier non limitatif de l’invention.
Il sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :
la représente un dispositif d’acquisition selon l’invention ;
la représente une mosaïque de filtres et un super-macropixel ;
la représente un super-macropixel ;
la illustre une méthode de sous-échantillonnage pouvant être mise en œuvre pour obtenir des hyperpixels associés aux pixels élémentaires ;
la illustre une méthode d’interpolation pouvant être mise en œuvre pour obtenir des hyperpixels associés aux pixels élémentaires ;
la illustre une méthode de fenêtre glissante pouvant être mise en œuvre pour obtenir des hyperpixels associés aux pixels élémentaires ;
la représente des bandes spectrales des résines et des pixels élémentaires ;
la représente la bande spectrale frontière coupée par un filtre Notch.

Claims (14)

  1. Dispositif d’acquisition (1) comportant :
    • une mosaïque de filtres (2) comprenant des super-macropixels (SM) identiques, chaque super-macropixel comportant une pluralité de macropixels (M) comprenant chacun une pluralité de pixels élémentaires (Pe), chaque super-macropixel étant tel que :
      • chaque macropixel dudit super-macropixel forme un filtre passe-bande global laissant passer une bande spectrale globale (Bg1, Bg2, Bg3, Bg4), les bandes spectrales globales étant distinctes et successives ;
      • chaque pixel élementaire de chaque macropixel dudit super-macropixel forme un filtre passe-bande élémentaire laissant passer une bande spectrale élémentaire (Be1, Be2, Be3, Be4), les bandes spectrales élémentaires étant distinctes et successives ;
      • pour tout couple de deux macropixels appartenant audit super-macropixel et ayant un côté commun ou une portion de côté commune, les bandes spectrales globales associées aux deux macropixels ne sont pas adjacentes ;
    • une matrice de capteurs (3) associés chacun à un pixel élémentaire ;
    • une unité de traitement (4) agencée pour produire une image multispectrales à partir de signaux de sortie des capteurs, l’image multispectrale comprenant des hyperpixels (HP) associés chacun à un pixel élémentaire, chaque hyperpixel comprenant des composantes spectrales (14) correspondant chacune à une bande spectrale élémentaire distincte.
  2. Dispositif d’acquisition selon la revendication 1, dans lequel chaque super-macropixel (SM) a la forme d’un carré et comporte quatre macropixels ayant aussi chacun la forme d’un carré, les macropixels comprenant un premier macropixel (M1) laissant passer une première bande spectrale globale Bg1, un deuxième macropixel (M2) laissant passer une deuxième bande spectrale globale Bg2, un troisième macropixel (M3) laissant passer une troisième bande spectrale globale Bg3 et un quatrième macropixel (M4) laissant passer une quatrième bande spectrale globale Bg4, les macropixels étant tels que :
    Bg1 < Bg2 < Bg3 < Bg4.
  3. Dispositif d’acquisition selon la revendication 2, dans lequel, lorsque la mosaïque de filtres (2) est vue de face et orientée selon une orientation prédéfinie, chaque super-macropixel est agencé de sorte que le premier macropixel est situé en haut à gauche, le deuxième macropixel est situé en bas à droite, le troisième macropixel est situé en bas à gauche, et le quatrième macropixel en haut à droite dudit super-macropixel.
  4. Dispositif d’acquisition selon la revendication 3, dans lequel la première bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale bleue, la deuxième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale verte, la troisième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale rouge, et la quatrième bande spectrale globale est incluse dans une bande spectrale du proche infrarouge.
  5. Dispositif d’acquisition selon l’une des revendications 2 à 4, dans lequel chaque macropixel comporte un premier pixel élémentaire laissant passer une première bande spectrale élémentaire Be1, un deuxième pixel élémentaire laissant passer une deuxième bande spectrale élémentaire Be2, un troisième pixel élémentaire laissant passer une troisième bande spectrale élémentaire Be3, et un quatrième pixel élémentaire laissant passer une quatrième bande spectrale élémentaire Be4, les pixels élémentaires étant tels que :
    Be1 < Be2 < Be3 < Be4.
  6. Dispositif d’acquisition selon la revendication 5, dans lequel, lorsque la mosaïque de filtres (2) est vue de face et orientée selon l’orientation prédéfinie, chaque macropixel est agencé de sorte que le premier pixel élémentaire est situé en haut à gauche, le deuxième pixel élémentaire est situé en haut à droite, le troisième pixel élémentaire est situé en bas à gauche, et le quatrième pixel élémentaire est situé en bas à droite dudit macropixel.
  7. Dispositif d’acquisition selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’unité de traitement (4) est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale (14) de l’hyperpixel (15) associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur égale au signal de sortie du capteur associé au pixel élémentaire appartenant audit super-macropixel particulier et laissant passer la bande spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale.
  8. Dispositif d’acquisition selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’unité de traitement (4) est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale de l’hyperpixel associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur obtenue par interpolation des signaux de sortie des capteurs associés à des pixels élémentaires voisins du pixel élémentaire particulier et laissant passer la bande spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale.
  9. Dispositif d’acquisition selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel l’unité de traitement (4) est agencée pour conférer, à chaque composante spectrale de l’hyperpixel associé à un pixel élémentaire particulier d’un super-macropixel particulier, une valeur égale au signal de sortie du capteur associé à un pixel élémentaire, laissant passer la bande de spectrale élémentaire correspondant à ladite composante spectrale, ledit pixel élémentaire appartenant à une fenêtre glissante ayant la taille d’un super-macropixel et à laquelle appartient le pixel élémentaire particulier.
  10. Dispositif d’acquisition selon l’une des revendications précédentes, l’unité de traitement (4) étant en outre agencée pour produire une image en couleur et infrarouge à partir des signaux de sortie des capteurs.
  11. Dispositif d’acquisition selon la revendication 10, dans lequel l’unité de traitement (4) est agencée, pour produire l’image en couleur et infrarouge, pour mettre en œuvre une opération de regroupement spatial de pixels élémentaires, puis un algorithme de reproduction de couleur, l’opération de regroupement de pixels élémentaires consistant à associer une unique valeur intermédiaire à chaque macropixel de chaque super-macropixel, ladite valeur intermédiaire étant obtenue par pondération des signaux de sortie des capteurs associés aux pixels élémentaires dudit macropixel.
  12. Dispositif d’acquisition selon la revendication 11 et la revendication 4, comprenant en outre un filtre coupe-bande, positionné au niveau d’une pupille d’une caméra (6) dans laquelle est intégré le dispositif d’acquisition, le filtre coupe-bande étant conçu pour couper une bande spectrale frontière (Bf) située entre la troisième bande spectrale globale et la quatrième bande spectrale globale.
  13. Dispositif d’acquisition selon la revendication 12, dans lequel la bande spectrale frontière (Bf) appartient au moins partiellement à la bande spectrale rouge, et dans lequel la troisième bande spectrale globale est décalée de manière à ne pas présenter de recouvrement avec la bande spectrale frontière.
  14. Caméra (6) comprenant un dispositif d’acquisition (1) selon l’une des revendications précédentes.
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