FR3132584A1 - Process for reconstructing an image of a scene - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de reconstruction d’une image d’une scène par un système d’antenne et comprenant, pour chaque pixel de l’image : a. recevoir des échantillons de signaux temporels à large bande rétrodiffusés par des réflecteurs de la scène ; b. pour chaque direction parmi une pluralité de directions, déterminer, à partir des échantillons reçus, des nouveaux échantillons d’un nouveau signal temporel respectivement associé à ladite chaque direction, chaque nouveau signal correspondant respectivement à une onde plane à large bande dans ladite chaque direction ; c. pour chaque direction parmi la pluralité de directions, sélectionner, parmi les nouveaux échantillons du nouveau signal temporel respectif, des échantillons correspondant à un temps de trajet aller et retour dudit nouveau signal depuis une origine de l’image jusqu’au dudit chaque pixel ; et d. déterminer une intensité lumineuse dudit chaque pixel à partir des échantillons retardés.[Fig. 5]The present invention relates to a method for reconstructing an image of a scene by an antenna system and comprising, for each pixel of the image: a. receive broadband temporal signal samples backscattered from stage reflectors; b. for each of a plurality of directions, determining, from the received samples, new samples of a new time signal respectively associated with said each direction, each new signal respectively corresponding to a broadband plane wave in said each direction; vs. for each direction among the plurality of directions, selecting, among the new samples of the respective new temporal signal, samples corresponding to a round trip time of said new signal from an origin of the image to said each pixel; and D. determining a light intensity of said each pixel from the delayed samples. [Fig. 5]
Description
La présente invention concerne le domaine de l’imagerie sonar ou radar, et la détection d’objets à partir d’un système d’antenne, sonar ou radar, notamment un système à ouverture synthétique.The present invention relates to the field of sonar or radar imaging, and the detection of objects from an antenna, sonar or radar system, in particular a synthetic aperture system.
La connaissance d’un environnement aquatique représente un enjeu majeur pour un grand nombre d’applications. Par exemple, l’exploration de l’environnement sous-marin joue un rôle très important dans de nombreux domaines, tels que l’industrie pétrolière ou le déploiement de navires civils ou militaires. Une imagerie précise d’objets immergés et/ou des fonds marins permet notamment d’inspecter des structures et de détecter des objets sous la surface de l’eau, tels que des épaves de navires ou des mines sous-marines, des câbles sous-marins ou encore des objets en mouvement.Knowledge of an aquatic environment represents a major challenge for a large number of applications. For example, the exploration of the underwater environment plays a very important role in many fields, such as the oil industry or the deployment of civil or military ships. Precise imaging of submerged objects and/or the seabed makes it possible to inspect structures and detect objects under the water surface, such as ship wrecks or underwater mines, underwater cables. sailors or moving objects.
Contrairement aux ondes électromagnétiques qui se propagent difficilement dans un milieu aquatique, les ondes acoustiques sont bien adaptées à la détection sous-marine et se sont rapidement imposées dans ce domaine. Les systèmes de sonar (pour « SOund Navigation And Ranging », en anglais) sont ainsi devenus des moyens privilégiés pour la bathymétrie et la détection d’objets dans des milieux aquatiques. La résolution angulaire d’un système sonar est liée à deux principaux paramètres : la fréquence de l’onde acoustique, et la longueur de l’antenne, composée d’un ou plusieurs capteurs. En augmentant la fréquence de l’onde acoustique, la résolution est améliorée, mais la portée du système diminue, de sorte que les possibilités d’applications sur des longues distances sont fortement réduites.Unlike electromagnetic waves which propagate with difficulty in an aquatic environment, acoustic waves are well suited to underwater detection and have quickly established themselves in this field. Sonar systems (for “SOund Navigation And Ranging”, in English) have thus become favored means for bathymetry and the detection of objects in aquatic environments. The angular resolution of a sonar system is linked to two main parameters: the frequency of the acoustic wave, and the length of the antenna, made up of one or more sensors. By increasing the frequency of the acoustic wave, the resolution is improved, but the range of the system decreases, so that the possibilities for applications over long distances are greatly reduced.
Inspirés par les travaux réalisés dans le domaine du radar (pour « RAdio Detection And Ranging » en anglais), des systèmes de sonar à ouverture synthétique (ou sonar à synthèse d’ouverture, ou SAS, pour « Synthetic Aperture Sonar » en anglais) ont commencé à émerger dans les années 1970. Le principe d’un système SAS est d’augmenter virtuellement la taille de l’antenne, en combinant les signaux issus de la rétrodiffusion d’impulsions sonores (aussi appelées « pings » en anglais) successives, et ainsi d’améliorer la résolution du système sonar.Inspired by work carried out in the field of radar (for “RAdio Detection And Ranging” in English), synthetic aperture sonar systems (or synthetic aperture sonar, or SAS, for “Synthetic Aperture Sonar” in English) began to emerge in the 1970s. The principle of a SAS system is to virtually increase the size of the antenna, by combining signals from the backscattering of successive sound pulses (also called “pings” in English). , and thus improve the resolution of the sonar system.
Un exemple de système SAS est représenté sur la
Il est conceptuellement très commode de traiter l’objet 102 comme une source fictive rayonnant vers le véhicule avec une vitesse du son fictive égale à la vitesse réelle divisée par deux (ce modèle est connu en sismique sous le nom de « modèle du réflecteur explosant », ou « exploding reflector model » en anglais). Le facteur deux est introduit pour compenser la différence entre le trajet aller-retour dans le cas réel et le trajet simple dans le cas fictif. L’imagerie s’apparente alors à la reconstruction d’un champ de telles sources. Lorsque ce champ ne comporte qu’une seule source ponctuelle, située par exemple en 102, l’image correspondante s’appelle la fonction d’étalement du point (« point spread function » en anglais), ou réponse impulsionnelle spatiale, et suffit à caractériser complètement le système d’imagerie, par le principe de superposition des systèmes linéaires.It is conceptually very convenient to treat the object 102 as a fictitious source radiating towards the vehicle with a fictitious speed of sound equal to the real speed divided by two (this model is known in seismics as the "exploding reflector model") , or “exploding reflector model” in English). The factor two is introduced to compensate for the difference between the round trip in the real case and the one-way trip in the fictitious case. The imagery is then akin to the reconstruction of a field of such sources. When this field includes only one point source, located for example at 102, the corresponding image is called the point spread function, or spatial impulse response, and is sufficient to completely characterize the imaging system, by the principle of superposition of linear systems.
Le traitement des données dans un système SAS nécessite une connaissance précise des différences de marche entre les signaux rétrodiffusés reçus à différentes positions de l’antenne, et donc en particulier les mouvements du véhicule sous-marin autonome. Toutefois, une telle connaissance est difficile à obtenir, comme le montre la
De manière schématique, il existe dans l’art antérieur deux types de méthodes utilisées pour la formation d’images dans les systèmes SAS : les méthodes temporelles (c’est-à-dire les méthodes dans lesquelles les données sont traitées uniquement dans le domaine temporel), et les méthodes fréquentielles (c’est-à-dire les méthodes dans lesquelles les données sont traitées uniquement dans le domaine fréquentiel).Schematically, there are in the prior art two types of methods used for the formation of images in SAS systems: temporal methods (i.e. methods in which data is processed only in the domain temporal), and frequency methods (i.e. methods in which data is processed only in the frequency domain).
Les méthodes temporelles, telles que l’algorithme de rétroprojection (ou « backprojection » en anglais), aussi appelé filtrage spatial par retard et sommation (ou « delay and sum beamforming » en anglais), intègrent avantageusement toutes les différences de marche déterminées, conduisant ainsi à une reconstruction très précise du fond marin et de l’objet. Globalement, l’algorithme de rétroprojection repose sur le calcul de la somme des signaux reçus par les différents capteurs de l’antenne à différentes positions, auxquels on a appliqué des retards respectifs pour compenser leurs temps de propagation aller-retour depuis le capteur jusqu’au pixel de l’image considéré. Dans ce qui suit, une telle application d’un retard à un signal pour compenser son temps de propagation est appelée « rétropropagation », « rétroprojection » ou encore « migration » (terminologie empruntée du domaine de la sismique). Dans l’algorithme de migration, les signaux reçus sont modélisés par des ondes cylindriques ou sphériques, que l’on migre vers l’endroit où est supposée être localisée la source et que l’on somme, pour obtenir un nouveau signal dont on peut ensuite calculer l’énergie afin d’en déduire la puissance de diffusion de la source (et donc l’intensité du pixel de l’image associé à cette source). De telles méthodes sont très coûteuses en termes de calcul. En effet, à cause de la courbure des surfaces d’onde, on ne peut pas migrer les ondes vers tout un groupe de pixels à la fois, par exemple toute une ligne ou toute une colonne de l’image. Il faut recommencer la migration, et les interpolations associées, pour chaque pixel de l’image, ce qui nécessite un calculateur ayant un poids et une consommation d’énergie élevés. Ces contraintes ne sont pas acceptables dans le cadre d’applications embarquées sur des véhicules marins ou sous-marins autonomes.Temporal methods, such as the backprojection algorithm, also called spatial filtering by delay and sum beamforming, advantageously integrate all the determined path differences, leading thus to a very precise reconstruction of the seabed and the object. Overall, the rear projection algorithm is based on the calculation of the sum of the signals received by the different sensors of the antenna at different positions, to which respective delays have been applied to compensate for their round trip propagation times from the sensor to at the pixel of the image considered. In what follows, such application of a delay to a signal to compensate for its propagation time is called “backpropagation”, “backprojection” or even “migration” (terminology borrowed from the field of seismics). In the migration algorithm, the received signals are modeled by cylindrical or spherical waves, which are migrated towards the place where the source is supposed to be located and which are summed, to obtain a new signal from which we can then calculate the energy in order to deduce the diffusion power of the source (and therefore the intensity of the pixel of the image associated with this source). Such methods are very computationally expensive. Indeed, because of the curvature of the wave surfaces, we cannot migrate the waves towards an entire group of pixels at the same time, for example an entire row or an entire column of the image. It is necessary to restart the migration, and the associated interpolations, for each pixel of the image, which requires a calculator with a high weight and energy consumption. These constraints are not acceptable in the context of on-board applications on autonomous marine or underwater vehicles.
D’un autre côté, les méthodes fréquentielles, telles que l’algorithme Omega-k (ou ω-k), sont bien plus rapides car elles nécessitent beaucoup moins de calculs et requièrent une consommation électrique plus faible. Ces méthodes reposent principalement sur le théorème de diffraction de Fourier, qui utilise des ondes planes monochromatiques, i.e. des ondes planes à bande étroite (plus précisément, ce théorème fournit la transformée de Fourier du champ diffusé ou rétrodiffusé associé à un objet insonifié par une onde plane monochromatique). Cependant, le théorème de diffraction de Fourier présuppose une antenne « idéale », i.e. une antenne suivant un mouvement rectiligne uniforme. Pour cette raison, les méthodes fréquentielles prennent difficilement en compte les déformations d’antenne (c’est-à-dire les erreurs de trajectoire et d’angle évoquées plus haut) et encore plus difficilement leur variation dans le temps, c’est-à-dire les déformations dynamiques. Dans les méthodes fréquentielles existantes, des approximations sont réalisées pour intégrer les erreurs de trajectoire estimées et des algorithmes de « compensation de mouvement » sont utilisés, mais les résultats obtenus restent nettement moins bons que ceux des méthodes temporelles.On the other hand, frequency methods, such as the Omega-k (or ω-k) algorithm, are much faster because they require much less calculations and require lower power consumption. These methods are mainly based on the Fourier diffraction theorem, which uses monochromatic plane waves, i.e. narrow-band plane waves (more precisely, this theorem provides the Fourier transform of the scattered or backscattered field associated with an object insonified by a wave monochromatic plane). However, Fourier's diffraction theorem presupposes an "ideal" antenna, i.e. an antenna following a uniform rectilinear movement. For this reason, frequency methods have difficulty taking into account antenna deformations (i.e. the trajectory and angle errors mentioned above) and even more difficult their variation over time, i.e. i.e. dynamic deformations. In existing frequency methods, approximations are made to integrate the estimated trajectory errors and “motion compensation” algorithms are used, but the results obtained remain significantly worse than those of temporal methods.
Il y a donc un besoin pour une méthode de formation d’image qui soit à la fois rapide, précise, et à faible consommation énergétique, pour être mise en œuvre au sein d’un système SAS embarqué sur un véhicule autonome pourvu de ressources limitées.There is therefore a need for an image formation method that is both fast, precise, and low energy consumption, to be implemented within a SAS system onboard an autonomous vehicle with limited resources. .
Il est noté que, si les principes et les modes de réalisation décrits se révèlent particulièrement avantageux dans le domaine des sonars à antenne synthétique, ils sont aussi applicables dans domaine des radars à antenne synthétique (ou radars à synthèse d’ouverture, ou SAR, pour « Synthetic Aperture Radar » en anglais) et présentent les mêmes avantages en termes de consommation énergétique, de rapidité de calcul et de précision. En outre, même si l’invention est particulièrement avantageuse dans le cadre des systèmes d’antenne à ouverture synthétique, elle est applicable pour d’autres types de systèmes d’antenne, notamment des systèmes comprenant une antenne physique émettant un ensemble d’impulsions et recevant des signaux rétrodiffusés en réponse à ces impulsions. De tels systèmes sont notamment utilisés dans l’imagerie médicale ultrasonore.It is noted that, if the principles and embodiments described prove to be particularly advantageous in the field of synthetic antenna sonars, they are also applicable in the field of synthetic antenna radars (or synthetic aperture radars, or SAR, for “Synthetic Aperture Radar” in English) and have the same advantages in terms of energy consumption, calculation speed and precision. Furthermore, even if the invention is particularly advantageous in the context of synthetic aperture antenna systems, it is applicable for other types of antenna systems, in particular systems comprising a physical antenna emitting a set of pulses and receiving backscattered signals in response to these pulses. Such systems are particularly used in ultrasound medical imaging.
Pour répondre à au moins un des problèmes mentionnés ci-dessus, l’invention propose de décomposer des signaux à large bande reçus par un système sonar ou radar à antenne synthétique depuis une source en une pluralité d’ondes planes à large bande dans le domaine temporel, grâce à une méthode de formation de voies temporelle à large bande et en champ lointain. Puis, pour chaque onde plane formée, une migration de cette onde vers un pixel de l’image où est supposée être localisée la source est mise en œuvre, dans le domaine temporel également. Comme détaillé plus bas, ces deux principales étapes peuvent être mises en œuvre avec un coût calculatoire raisonnable. En outre, l’utilisation de signaux à large bande est bien adaptée aux signaux sonar (ainsi qu’à certains systèmes radar), et permet donc des résultats plus précis que les méthodes de l’art antérieur reposant sur des signaux à bande étroite. La méthode proposée est donc à la fois précise et peu coûteuse en termes de calculsTo respond to at least one of the problems mentioned above, the invention proposes to decompose broadband signals received by a sonar or radar system with a synthetic antenna from a source into a plurality of broadband plane waves in the domain temporal, using a broadband and far-field temporal channel forming method. Then, for each plane wave formed, a migration of this wave towards a pixel of the image where the source is supposed to be located is implemented, also in the temporal domain. As detailed below, these two main steps can be implemented with a reasonable computational cost. Furthermore, the use of wideband signals is well suited to sonar signals (as well as some radar systems), and therefore allows more precise results than prior art methods relying on narrowband signals. The proposed method is therefore both precise and inexpensive in terms of calculations.
Il est ainsi proposé un procédé de reconstruction d’une image d’une scène par un système d’antenne, ladite image comprenant une pluralité de pixels, le procédé étant mis en œuvre par ordinateur et comprenant, pour chaque pixel parmi la pluralité de pixels :A method is thus proposed for reconstructing an image of a scene by an antenna system, said image comprising a plurality of pixels, the method being implemented by computer and comprising, for each pixel among the plurality of pixels :
a. recevoir des échantillons de signaux temporels à large bande rétrodiffusés par des réflecteurs de la scène pour un ou plusieurs capteurs du système d’antenne ;has. receive samples of broadband temporal signals backscattered from reflectors in the scene to one or more sensors of the antenna system;
b. pour chaque direction parmi une pluralité de directions, calculer, à partir des échantillons reçus par ledit un ou plusieurs capteurs, des nouveaux échantillons d’un nouveau signal temporel respectivement associé à ladite chaque direction, chaque nouveau signal correspondant respectivement à une onde plane à large bande dans ladite chaque direction ;b. for each direction among a plurality of directions, calculate, from the samples received by said one or more sensors, new samples of a new temporal signal respectively associated with said each direction, each new signal corresponding respectively to a wide plane wave strip in said each direction;
c. pour chaque direction parmi la pluralité de directions, sélectionner, parmi les nouveaux échantillons du nouveau signal temporel respectif, des échantillons correspondant à un temps de trajet aller et retour dudit nouveau signal depuis une origine de l’image jusqu’au dudit chaque pixel ; etvs. for each direction among the plurality of directions, selecting, among the new samples of the respective new temporal signal, samples corresponding to a round trip time of said new signal from an origin of the image to said each pixel; And
d. déterminer une intensité lumineuse dudit chaque pixel à partir des échantillons sélectionnés.d. determine a light intensity of said each pixel from the selected samples.
Par « système d’antenne », il est entendu un système comprenant une antenne physique, ou un système d’antenne à synthèse d’ouverture. Par « scène », il est entendu une portion de l’espace dont on cherche à reconstruire une image. Par exemple, dans le cas d’un système sonar à antenne synthétique, la scène peut désigner une portion limitée du fond marin, dont on veut obtenir une image. Alternativement on peut désirer obtenir une image en continu du fond marin, auquel cas ce fond est découpé au préalable en portions limitées dont des images sont obtenues comme décrit précédemment puis juxtaposées pour faire une image en continu.By “antenna system” is meant a system comprising a physical antenna, or a synthetic aperture antenna system. By “scene”, we mean a portion of the space of which we seek to reconstruct an image. For example, in the case of a sonar system with a synthetic antenna, the scene can designate a limited portion of the seabed, of which we want to obtain an image. Alternatively, one may wish to obtain a continuous image of the seabed, in which case this bottom is cut beforehand into limited portions, images of which are obtained as described previously and then juxtaposed to make a continuous image.
La présente invention utilise avantageusement des signaux à large bande, et permet d’obtenir des résultats plus précis que les méthodes qui présupposent des signaux à bande étroite, cette hypothèse n’étant souvent pas valable dans de nombreuses applications comme l’imagerie du fond marin par exemple.The present invention advantageously uses wideband signals, and makes it possible to obtain more precise results than methods which assume narrowband signals, this assumption often not being valid in many applications such as seafloor imaging. For example.
Il est noté que l’étape b correspond typiquement à une étape de formation de voies, qui est une technique bien connue dans le domaine du traitement d’antennes pour localiser des sources, au cours de laquelle les signaux reçus par les différents capteurs sont combinés de sorte à former de nouveaux signaux associés à un ensemble de directions données. La formation de voies consiste à compenser les différences de marche entre les capteurs dans les directions données. Dans les traitements d’antenne synthétique, qui utilisent des signaux reçus de plusieurs émissions successives, il est nécessaire de compenser ces différences de marche sur les trajets aller-retour. Il est possible d’approximer le temps de trajet aller-retour vers un objet 102 par le double du temps de trajet « simple » entre un point géométrique fictif de l’espace, appelé centre de phase, et le dit objet, comme si l’émission et la réception avait lieu au même endroit. Le centre de phase correspond au point milieu entre la position dans l’espace occupée par l’émetteur à l’instant de l’émission et celle occupée par le capteur de réception à l’instant de réception de l’écho de l’objet 102. Cette approximation permet de simplifier l’exposé de l’invention mais elle n’est nullement obligatoire. Il est également possible de calculer exactement les temps de trajet aller-retour en prenant en compte la séparation spatiale entre émission et réception. Dans le cadre de la présente invention, les nouveaux signaux formés correspondent à des ondes planes, comme si l’objet 102 était situé à l’infini. Il s’agit d’une méthode de formation de voies dite en champ lointain. L’emploi d’une telle méthode pour une antenne synthétique fait partie de l’originalité de l’invention car il est bien connu que l’imagerie synthétique s’effectue en champ proche dans la grande majorité des cas. Pour de nombreux systèmes sonar à haute résolution, l’objet 102 est à quelques centaines de mètres du sonar alors que le champ lointain de l’antenne synthétique est à plusieurs kilomètres. C’est pour cette raison que toutes les méthodes temporelles de l’art antérieur utilisent des ondes sphériques ou cylindriques, c’est-à-dire des méthodes de formation de voies dite en champ proche, qui seules permettent d’obtenir en une seule étape une image correctement focalisée. Dans l’invention, la formation de voies en champ lointain n’est qu’une seconde étape b, l’image focalisée étant produite seulement à l’étape suivante c. La décomposition en ondes planes ne vise pas à focaliser une image mais à réduire la charge de calcul.It is noted that step b typically corresponds to a channel formation step, which is a well-known technique in the field of antenna processing for locating sources, during which the signals received by the different sensors are combined so as to form new signals associated with a set of given directions. Lane formation involves compensating for differences in path between sensors in given directions. In synthetic antenna processing, which uses signals received from several successive transmissions, it is necessary to compensate for these differences in operation on the round-trip paths. It is possible to approximate the round-trip travel time to an object 102 by twice the "simple" travel time between a fictitious geometric point in space, called the phase center, and the said object, as if The transmission and reception took place at the same place. The phase center corresponds to the midpoint between the position in space occupied by the transmitter at the time of transmission and that occupied by the receiving sensor at the time of reception of the echo from the object 102. This approximation makes it possible to simplify the presentation of the invention but it is in no way obligatory. It is also possible to accurately calculate round-trip travel times by taking into account the spatial separation between transmission and reception. In the context of the present invention, the new signals formed correspond to plane waves, as if the object 102 were located at infinity. This is a so-called far-field method of channel formation. The use of such a method for a synthetic antenna is part of the originality of the invention because it is well known that synthetic imaging is carried out in the near field in the vast majority of cases. For many high-resolution sonar systems, object 102 is a few hundred meters from the sonar while the far field of the synthetic antenna is several kilometers away. It is for this reason that all the temporal methods of the prior art use spherical or cylindrical waves, that is to say methods of forming channels known as near field, which alone make it possible to obtain in a single stage a properly focused image. In the invention, the formation of far-field channels is only a second step b, the focused image being produced only in the next step c. The plane wave decomposition does not aim to focus an image but to reduce the computational load.
L’étape c correspond à une migration des ondes planes ainsi formées vers les pixels de l’image où sont supposées être situées les sources qui leur ont donné naissance. A la différence des méthodes de l’art antérieur, les ondes migrées sont les ondes planes nouvellement formées et non les ondes sphériques ou cylindriques reçues, ce qui s’avère bien plus efficace en temps de calcul car la migration peut s’effectuer simultanément pour tous les pixels d’une ligne ou une colonne de l’image par une simple dilatation du signal, sans qu’il y ait besoin de recommencer la migration pour chaque pixel.Step c corresponds to a migration of the plane waves thus formed towards the pixels of the image where the sources which gave rise to them are supposed to be located. Unlike the methods of the prior art, the migrated waves are the newly formed plane waves and not the spherical or cylindrical waves received, which turns out to be much more efficient in calculation time because the migration can be carried out simultaneously for all the pixels of a row or column of the image by a simple dilation of the signal, without the need to restart the migration for each pixel.
L’intensité lumineuse d’un pixel peut correspondre à son niveau de gris.The light intensity of a pixel can correspond to its gray level.
Un tel procédé permet avantageusement de construire une image d’une scène observée par un système à synthèse d’ouverture de manière rapide, précise et à faible consommation énergétique.Such a method advantageously makes it possible to construct an image of a scene observed by an aperture synthesis system quickly, precisely and with low energy consumption.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le système d’antenne peut être un radar à synthèse d’ouverture ou un sonar à synthèse d’ouverture.In one or more embodiments, the antenna system may be a synthetic aperture radar or a synthetic aperture sonar.
Dans le cas d’un sonar à synthèse d’ouverture, la scène peut correspondre à une portion limitée d’un fond marin.In the case of a synthetic aperture sonar, the scene can correspond to a limited portion of the seabed.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, le procédé peut en outre comprendre une réception de données relatives à une variation de mouvement du système par rapport à une trajectoire théorique. Les nouveaux échantillons des nouveaux signaux temporels peuvent alors être en outre calculés à partir desdites données. En outre, comme le traitement se fait dans le domaine temporel et non fréquentiel, ces variations de mouvement peuvent elles-mêmes varier rapidement dans le temps sans que la charge de calcul en soit affectée.In one or more embodiments, the method may further include receiving data relating to a variation in movement of the system relative to a theoretical trajectory. The new samples of the new time signals can then be further calculated from said data. Furthermore, as the processing is done in the time and non-frequency domain, these motion variations can themselves vary rapidly over time without the computational load being affected.
Ainsi, le procédé intègre avantageusement les erreurs de mouvement et leur variation dans le temps, et fournit des résultats bien plus précis que les méthodes fréquentielles qui ont beaucoup de difficultés à traiter les déformations dynamiques de l’antenne synthétique.Thus, the method advantageously integrates movement errors and their variation over time, and provides much more precise results than frequency methods which have great difficulty in dealing with the dynamic deformations of the synthetic antenna.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, les nouveaux échantillons des nouveaux signaux temporels peuvent être calculés grâce à une méthode de formation de voies temporelle à large bande et en champ lointain.In one or more embodiments, the new samples of the new temporal signals may be calculated using a wide-band, far-field temporal channeling method.
Dans ces modes des réalisations, la méthode de formation de voies repose sur l’hypothèse que les sources sont situés en champ lointain, c’est-à-dire suffisamment loin des capteurs pour que le front d’onde des signaux reçus puisse être considéré comme plan.In these embodiments, the channel formation method is based on the hypothesis that the sources are located in the far field, that is to say sufficiently far from the sensors so that the wave front of the signals received can be considered as a plan.
Par exemple, la formation des voies temporelle à large bande et en champ lointain peut être basée sur un algorithme itératif du genre de celui décrit dans « A fast beamforming algorithm » de Kenneth M. Houston, IEEE Oceans Conference Record 1 (1994) 211-216 ou des algorithmes de même nature qui sont connus de l’homme de l’art.For example, the formation of broadband and far-field temporal channels can be based on an iterative algorithm of the kind described in “A fast beamforming algorithm” by Kenneth M. Houston, IEEE Oceans Conference Record 1 (1994) 211- 216 or algorithms of the same nature which are known to those skilled in the art.
Comme décrit ci-dessous, cet algorithme a une complexité calculatoire en O(Nlog2N), tandis que les méthodes de formation de voies temporelles ont généralement une complexité calculatoire en O(N2). Un tel algorithme permet donc de mettre en œuvre l’étape b de manière rapide.As described below, this algorithm has a computational complexity of O(Nlog 2 N), while temporal pathway forming methods typically have a computational complexity of O(N 2 ). Such an algorithm therefore makes it possible to implement step b quickly.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’étape c peut comprendre une mise en œuvre d’au moins une transformée en Z-Chirp, qui est une transformée permettant de dilater ou comprimer un signal de manière efficace.In one or more embodiments, step c may include an implementation of at least one Z-Chirp transform, which is a transform making it possible to expand or compress a signal efficiently.
La transformée en Z-Chirp a aussi une complexité calculatoire en O(Nlog2N), permettant ainsi une mise en œuvre rapide de l’étape c.The Z-Chirp transform also has a computational complexity of O(Nlog 2 N), thus allowing rapid implementation of step c.
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’intensité lumineuse dudit chaque pixel peut être fonction d’une somme de valeurs des échantillons sélectionnés.In one or more embodiments, the light intensity of said each pixel may be a function of a sum of values of the selected samples.
Un autre aspect de l’invention concerne un dispositif de reconstruction d’une image d’une scène à partir de données issues d’un système d’antenne à synthèse d’ouverture, ladite image comprenant une pluralité de pixels. Ce dispositif peut comprendre :Another aspect of the invention relates to a device for reconstructing an image of a scene from data coming from a synthetic aperture antenna system, said image comprising a plurality of pixels. This device may include:
une interface d’entrée pour :an input interface for:
a. recevoir des échantillons de signaux temporels à large bande rétrodiffusés par des réflecteurs de la scène pour un ou plusieurs capteurs du système d’antenne.has. receive samples of broadband temporal signals backscattered from reflectors in the scene to one or more sensors of the antenna system.
Le dispositif peut en outre comprendre un circuit pour mettre en œuvre, pour chaque pixel parmi la pluralité de pixels :The device may further comprise a circuit for implementing, for each pixel among the plurality of pixels:
b. pour chaque direction parmi une pluralité de directions, calculer, à partir des échantillons reçus par ledit un ou plusieurs capteurs, des nouveaux échantillons d’un nouveau signal temporel respectivement associé à ladite chaque direction, chaque nouveau signal correspondant respectivement à une onde plane à large bande dans ladite chaque direction ;b. for each direction among a plurality of directions, calculate, from the samples received by said one or more sensors, new samples of a new temporal signal respectively associated with said each direction, each new signal corresponding respectively to a wide plane wave strip in said each direction;
c. pour chaque direction parmi la pluralité de directions, sélectionner, parmi les nouveaux échantillons du nouveau signal temporel respectif, des échantillons correspondant à un temps de trajet aller et retour dudit nouveau signal depuis une origine de l’image jusqu’au dudit chaque pixel ; etvs. for each direction among the plurality of directions, selecting, among the new samples of the respective new temporal signal, samples corresponding to a round trip time of said new signal from an origin of the image to said each pixel; And
d. déterminer une intensité lumineuse dudit chaque pixel à partir des échantillons sélectionnés.d. determine a light intensity of said each pixel from the selected samples.
Le dispositif de reconstruction d’une image peut être intégré au système d’antenne à synthèse d’ouverture, ou être un dispositif séparé du système d’antenne à synthèse d’ouverture.The image reconstruction device may be integrated into the synthetic aperture antenna system, or be a separate device from the synthetic aperture antenna system.
Un programme informatique, mettant en œuvre tout ou partie du procédé décrit ci-avant, installé sur un équipement préexistant, est en lui-même avantageux, dès lors qu’il permet d’obtenir une image de la scène de façon précise et avec un coût de calcul relativement réduit.A computer program, implementing all or part of the process described above, installed on pre-existing equipment, is in itself advantageous, since it makes it possible to obtain an image of the scene precisely and with a relatively low computational cost.
Ainsi, la présente invention vise également un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé précédemment décrit, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.Thus, the present invention also targets a computer program comprising instructions for implementing the method described above, when this program is executed by a processor.
Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation (par exemple, un langage objet ou autre), et être sous la forme d’un code source interprétable, d’un code partiellement compilé ou d’un code totalement compilé.This program may use any programming language (for example, an object language or other), and be in the form of interpretable source code, partially compiled code, or fully compiled code.
La
Un autre aspect concerne un support d’enregistrement non-transitoire d’un programme exécutable par ordinateur, comprenant un ensemble de données représentant un ou plusieurs programmes, lesdits un ou plusieurs programmes comprenant des instructions pour, lors de l’exécution desdits un ou plusieurs programmes par un ordinateur comprenant une unité de traitement couplée de manière opérationnelle à des moyens mémoire et à un module d’interface entrées/sorties, pour exécuter tout ou partie du procédé décrit ci-avant.Another aspect relates to a non-transitory recording medium of a computer executable program, comprising a set of data representing one or more programs, said one or more programs comprising instructions for, during the execution of said one or more programs by a computer comprising a processing unit operationally coupled to memory means and to an input/output interface module, to execute all or part of the method described above.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :Other characteristics, details and advantages of the invention will appear on reading the detailed description below. This is purely illustrative and must be read in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Dans ce qui suit, il est supposé dans un premier temps que le dispositif mobile sur lequel est montée l’antenne utilisée pour reconstruire une image, par exemple un véhicule marin ou sous-marin autonome, suit un mouvement théorique rectiligne uniforme. Il est noté que les termes « antenne » et « sonar » sont utilisés de manière interchangeable. Dans ce contexte, le centre de phase du sonar, noté C et défini comme le point situé au milieu de la position occupée par le sonar au moment de la transmission de l’onde acoustique et de la position occupée par le sonar au moment de la réception de l’onde rétrodiffusée par un objet ou par le fond marin dans une direction donnée, se déplace en théorie à vitesse constante le long d’un axe (Ox). Les erreurs de trajectoires présentées précédemment et illustrées à la
La
Comme mentionné plus haut, la plupart des méthodes d’imagerie pour les systèmes SAS sont dérivées de méthodes initialement développées pour des signaux radar, dans le cadre de systèmes SAR. Dans le domaine radar, les signaux utilisés sont généralement considérés comme étant à bande étroite. On rappelle qu’un signal peut être considéré comme étant à bande étroite si le temps que met une onde plane pour insonifier l’ensemble de l’antenne (i.e. la différence entre le temps mis par l’onde pour insonifier le capteur de l’antenne le plus éloigné de la source et le temps mis par l’onde pour insonifier le capteur de l’antenne le plus proche de la source) est très petite devant la durée de l’impulsion sonore (i.e. la durée du ping). Dans ce cas, on considère que tous les capteurs de l’antenne sont insonifiés approximativement en même temps. Par exemple, on peut considérer que cette approximation est valable lorsque le rapport entre le temps que met une onde plane pour insonifier l’ensemble de l’antenne et la durée de l’impulsion sonore est inférieur à 0,1. La condition ci-dessus est souvent vérifiée dans le domaine radar (même si dans certains cas elle n’est pas applicable), de sorte que les méthodes utilisées dans l’imagerie SAR reposant sur des signaux à bande étroite fournissent généralement de bons résultats. Toutefois, elle est généralement non applicable dans le domaine sonar.As mentioned above, most imaging methods for SAS systems are derived from methods initially developed for radar signals, as part of SAR systems. In the radar field, the signals used are generally considered to be narrowband. We recall that a signal can be considered to be narrow band if the time it takes a plane wave to insonify the entire antenna (i.e. the difference between the time taken by the wave to insonify the sensor of the antenna furthest from the source and the time taken by the wave to sonify the sensor of the antenna closest to the source) is very small compared to the duration of the sound pulse (i.e. the duration of the ping). In this case, we consider that all the sensors of the antenna are insonified approximately at the same time. For example, we can consider that this approximation is valid when the ratio between the time it takes a plane wave to insonify the entire antenna and the duration of the sound pulse is less than 0.1. The above condition is often verified in the radar domain (although in some cases it is not applicable), so the methods used in SAR imaging relying on narrowband signals generally provide good results. However, it is generally not applicable in the sonar field.
Les méthodes fréquentielles de l’art antérieur utilisées dans les systèmes SAS, qui sont principalement basées sur le théorème de diffraction de Fourier, utilisent une modélisation par signaux à bande étroite. Le principe du théorème de diffraction de Fourier est décrit par exemple au chapitre 6 du livre « Principles of Computerized Tomographic Imaging » d’Avinash C. Kak et Malcolm Slaney, collection « Classics in applied mathematics, 33 » ou au chapitre 3 de la thèse de Malcolm Slaney « Imaging with diffraction tomography » soutenue à l’Université de Purdue, et est représenté sur la
Sur cette
Cependant, comme évoqué ci-dessus, pour des signaux sonar, la condition pour approximer les signaux reçus par des signaux à bande étroite n’est généralement pas vérifiée. Aussi, les méthodes qui utilisent des signaux à bande étroite (comme les méthodes fréquentielles de l’art antérieur telles que l’algorithme ω-k) sont en réalité mal adaptées à l’imagerie sonar, et fournissent des résultats dégradés. Dans le cadre de la présente invention, il est ainsi proposé une nouvelle méthode d’imagerie SAS à partir de signaux à large bande. Cette nouvelle méthode repose sur une nouvelle écriture du problème à partir de signaux à large bande, qui est maintenant détaillée.However, as mentioned above, for sonar signals, the condition for approximating the signals received by narrow-band signals is generally not verified. Also, methods that use narrow-band signals (such as prior art frequency methods such as the ω-k algorithm) are in reality poorly suited to sonar imaging, and provide degraded results. In the context of the present invention, a new method of SAS imaging using broadband signals is thus proposed. This new method is based on a new writing of the problem using broadband signals, which is now detailed.
Dans ce qui suit, les lettres majuscules sont utilisées pour représenter les fonctions et grandeurs associées à des signaux à bande étroite, tandis que les lettres minuscules sont utilisées pour représenter les fonctions et grandeurs associées à des signaux à large bande.In the following, uppercase letters are used to represent functions and quantities associated with narrowband signals, while lowercase letters are used to represent functions and quantities associated with wideband signals.
Il est supposé que le centre de phase C du sonar se déplace à vitesse constante le long de l’axe
Dans un premier temps, il est supposé que les variables étudiées sont continues et issues d’un signal à bande étroite, par exemple une onde continue monochromatique de nombre d’onde
Le signal
Le temps
Comme détaillé dans l’annexe A, il peut être montré, en utilisant une approximation de phase stationnaire, que :As detailed in Appendix A, it can be shown, using a stationary phase approximation, that:
Cela permet d’étendre l’onde stationnaire cylindrique issue de S’ à une famille d’ondes planes sortantes se déplaçant vers le sonar :This makes it possible to extend the cylindrical standing wave coming from S' to a family of outgoing plane waves moving towards the sonar:
Soit
A partir de la théorie du filtrage adapté et du théorème de convolution, on obtient l’expression suivante pour l’image SAS à bande étroite
Il apparaît de cette formule que l’image SAS à bande étroite
Le principe de la migration d’une onde plane est représenté enFigure 4. Sur cette figure, il est supposé que l’onde plane est issue du point O dans une direction 401 formant un angle θ avec l’axe (Or), la direction 401 étant orthogonale au front d’onde 402. La différence de marche correspond au vecteurOPprojeté dans la direction de propagation de l’onde, qui est aussi égale à la distance OP’, puisque P et P’ sont sur le même plan d’onde. Comme montré sur laFigure 4, cette différence de marche est égale à
L’image SAS à large bande
En d’autres termes, l’image SAS à large bande
Soit
De manière similaire, les données brutes large bande
On introduit en outre la fonction
Le produit de convolution de
On en déduit que l’image SAS large bande
Ainsi, le traitement des données issues du système à ouverture synthétique (SAS ou SAR) peut être effectué directement dans le domaine temporel via une formation de voies à large bande en champ lointain (i.e., en considérant des ondes planes) suivie d’une migration (ou rétropropagation) des ondes planes dans la grille cartésienne (i.e., vers les points/pixels de l’image).Thus, the processing of data from the synthetic aperture system (SAS or SAR) can be carried out directly in the time domain via far-field broadband channel formation (i.e., considering plane waves) followed by migration (or backpropagation) of plane waves in the Cartesian grid (i.e., towards the points/pixels of the image).
On rappelle ici que la formation de voies (ou formation de faisceaux, ou « beamforming » en anglais) est une méthode bien connue de la personne du métier pour extraire d’un signal les composantes se propageant dans une direction donnée
La formation de voies et la migration dans le domaine temporel peuvent être très simplement mises en œuvre pour une onde plane (ou, de manière équivalente, des ondes cylindriques considérées en champ lointain) qui se propage dans la direction perpendiculaire à la trajectoire Ox. En effet, dans ce cas, les fronts d’ondes sont parallèles à l’axe de direction (Ox), et sont donc alignés avec la grille de pixels de l’image. Il suffit donc de choisir la période d’échantillonnage en distance oblique du signal correspondant à l’onde plane égale au pas entre les lignes de l’image pour effectuer la migration sans aucun calcul.Path formation and migration in the time domain can be very simply implemented for a plane wave (or, equivalently, cylindrical waves considered in the far field) that propagates in the direction perpendicular to the Ox trajectory. Indeed, in this case, the wave fronts are parallel to the direction axis (Ox), and are therefore aligned with the pixel grid of the image. It is therefore sufficient to choose the sampling period in oblique distance of the signal corresponding to the plane wave equal to the pitch between the lines of the image to carry out the migration without any calculation.
Dans le cas général d’une onde plane se propageant dans une direction donnée
On en déduit une nouvelle méthode de traitement des signaux issus d’un système à ouverture synthétique, dont un mode de réalisation est représenté à la
Tout d’abord, des données brutes large bande sont reçues au niveau des différents capteurs de l’antenne (étape 501 de la
Par exemple, si la source émet un signal s(t) à un instant t, le signal reçu sur le capteur p peut s’écrire sous la forme :For example, if the source emits a signal s(t) at a time t, the signal received on the sensor p can be written in the form:
Puis, à l’étape 503, des nouveaux signaux temporels à large bande sont déterminés à partir des données reçues, en appliquant une méthode de formation de voies temporelle à large bande et en champ lointain. En champ lointain, les fronts d’onde peuvent être considérés comme plans, de sorte que les nouveaux signaux temporels correspondent à des ondes planes.Then, in step 503, new broadband temporal signals are determined from the received data, by applying a broadband and far-field temporal channeling method. In the far field, wavefronts can be considered planar, so that the new time signals correspond to plane waves.
On rappelle ici que la formation de voies temporelle consiste à retarder les signaux reçus par les différents capteurs (i.e. les données reçues à l’étape 501). On effectue ensuite la somme de l’ensemble des signaux retardés dans une direction θ donnée, pour obtenir un nouveau signal. Par exemple, pour une direction θ, le nouveau signal peut être de la forme :We recall here that the formation of temporal channels consists of delaying the signals received by the different sensors (i.e. the data received in step 501). We then perform the sum of all the signals delayed in a given direction θ, to obtain a new signal. For example, for a direction θ, the new signal can be of the form:
Dans le cadre d’une formation de voies à large bande et en champ lointain, chaque nouveau signal représente une onde plane à large bande reçue dans une direction θ donnée.In broadband, far-field channel forming, each new signal represents a broadband plane wave received in a given direction θ.
En pratique, il est possible d’échantillonner le nouveau signal
A une étape 504, les échantillons obtenus lors de la formation de voies temporelle large bande sont rétropropagés vers les points/pixels de la grille cartésienne de l’image, grâce à une méthode de migration (ou rétropropagation) illustrée sur la
L’image SAS peut alors être reconstruite (étape 505) à partir de ces échantillons rétropropagés. Dans un ou plusieurs modes de réalisation, l’intensité (i.e. le niveau de gris) de l’image d’un pixel donné correspond à la somme de tous les échantillons reçus pour ce pixel, après formation de voies (502) et rétropropagation (503).The SAS image can then be reconstructed (step 505) from these back-propagated samples. In one or more embodiments, the intensity (i.e. the gray level) of the image of a given pixel corresponds to the sum of all the samples received for this pixel, after formation of channels (502) and backpropagation ( 503).
Dans un ou plusieurs modes de réalisation, des données relatives au mouvement réel de l’antenne peuvent être reçues à une étape optionnelle 502. Comme détaillé précédemment, dans le cadre d’un système sonar embarqué, les erreurs de trajectoire de l’antenne par rapport à une trajectoire théorique peuvent être importantes et doivent être prises en compte pour le traitement des données reçues, notamment au niveau de l’étape 503 de formation de voies. Il est noté que les étapes 501 et 502 peuvent être réalisées dans cet ordre, dans l’ordre inverse ou en parallèle.In one or more embodiments, data relating to the actual movement of the antenna can be received at an optional step 502. As detailed previously, in the context of an on-board sonar system, the trajectory errors of the antenna by relation to a theoretical trajectory can be important and must be taken into account for the processing of the data received, in particular at the level of the path formation step 503. It is noted that steps 501 and 502 can be carried out in this order, in reverse order or in parallel.
Il existe dans l’art antérieur des méthodes ayant un faible coût de calcul pour les étapes 503 et 504, permettant ainsi un traitement rapide des données, une consommation énergétique réduite et un faible poids du calculateur.There are methods in the prior art having a low calculation cost for steps 503 and 504, thus allowing rapid processing of data, reduced energy consumption and low weight of the calculator.
Dans un mode de réalisation particulier, il est supposé que l’on dispose des données brutes (issues de l’étape 501 de la
Pour la rétropropagation des ondes planes (étape 504 de la
Pour mettre en œuvre l’étape de migration 504, il est possible d’appliquer successivement aux données issues de la formation de voies :
- une CZT sur la distance orthogonale r : on obtient alors des données en (u,f) ;
- une CZT sur l’azimut x : on obtient alors des données en (x,f) ; et
- une transformée de Fourier inverse sur r : on récupère des données en (x,r).To implement migration step 504, it is possible to successively apply to the data resulting from the formation of channels:
- a CZT on the orthogonal distance r: we then obtain data in (u,f);
- a CZT on the azimuth x: we then obtain data at (x,f); And
- an inverse Fourier transform on r: we recover data in (x,r).
Le principe de la CZT, et notamment la compression ou la dilatation des signaux, est représenté sur la
La
- une dilatation le long des rayons u jusqu’à intersection avec la grille cartésienne : on obtient les échantillons 602 représentés par des triangles ; puis
- une compression le long d’une ligne de la grille cartésienne jusqu’à un point de la grille : on obtient les échantillons 603 représentés par des carrés. L’image SAS s’obtient alors par une transformée de Fourier bidimensionnelle. Contrairement à l’art antérieur, le passage à une grille cartésienne s’obtient seulement par des dilatations 1D, qui sont rapides, et non des interpolations compliquées (comme l’interpolation de Stolt) qui sont très coûteuses en temps de calcul.There
- an expansion along the rays u until intersection with the Cartesian grid: we obtain the samples 602 represented by triangles; Then
- compression along a line of the Cartesian grid to a point on the grid: we obtain samples 603 represented by squares. The SAS image is then obtained by a two-dimensional Fourier transform. Unlike the prior art, the transition to a Cartesian grid is obtained only by 1D dilations, which are fast, and not complicated interpolations (such as Stolt interpolation) which are very costly in calculation time.
LesFigures 7aet7breprésentent respectivement les fonctions d’étalement du point obtenus par la méthode Omega-k d’une part, et par un procédé de reconstruction d’image selon un mode de réalisation de la présente invention d’autre part. Il apparaît de ces figures que la fonction d’étalement du point (ou PSF, pour « point spread function » en anglais) est beaucoup plus étalée pour l’algorithme Omega-k que pour le procédé selon la présente invention, ce qui signifie que la résolution d’un système d’imagerie selon la présente invention est meilleure que la résolution d’un système d’imagerie reposant sur l’algorithme Omega-k . Cela est dû au fait que le procédé selon la présente invention utilise directement des signaux à large bande, tandis que la méthode Omega-k utilise une transformée de Fourier bidimensionnelle et non une formation de voies, et qu’une interpolation, dite interpolation de Stolt, est alors nécessaire dans le plan de Fourier avant la transformée de Fourier inverse, conduisant à une dégradation de la PSF. Figures 7a and 7b respectively represent the point spread functions obtained by the Omega-k method on the one hand, and by an image reconstruction method according to an embodiment of the present invention on the other hand. It appears from these figures that the point spread function (or PSF) is much more spread for the Omega-k algorithm than for the method according to the present invention, which means that the resolution of an imaging system according to the present invention is better than the resolution of an imaging system based on the Omega-k algorithm. This is due to the fact that the method according to the present invention uses broadband signals directly, while the Omega-k method uses a two-dimensional Fourier transform and not channel formation, and that an interpolation, called Stolt interpolation , is then necessary in the Fourier plane before the inverse Fourier transform, leading to a degradation of the PSF.
En effet, un avantage du procédé décrit en
Un autre avantage est qu’il existe des méthodes rapides (en termes de coût de calcul) pour effectuer les étapes 503 et 504 de la
La
Le dispositif peut en outre comporter un circuit 804. Ce circuit peut être, par exemple :The device may also include a circuit 804. This circuit may be, for example:
- un processeur apte à interpréter des instructions sous la forme de programme informatique, ou- a processor capable of interpreting instructions in the form of a computer program, or
- une carte électronique dont les étapes du procédé de l’invention sont décrites dans le silicium, ou encore- an electronic card whose steps of the process of the invention are described in silicon, or even
- une puce électronique programmable, telle qu’une puce FPGA (pour « Field-Programmable Gate Array » en anglais), un SOC (pour « System On Chip » en anglais), un GPU (pour « Graphics Processing Unit » en anglais), ou un ASIC (pour « Application Specific Integrated Circuit » an anglais).- a programmable electronic chip, such as an FPGA chip (for “Field-Programmable Gate Array” in English), a SOC (for “System On Chip” in English), a GPU (for “Graphics Processing Unit” in English) , or an ASIC (for “Application Specific Integrated Circuit” in English).
Les SOC ou système sur puce sont des systèmes embarqués qui intègrent tous les composants d’un système électronique dans une puce unique. Un ASIC est un circuit électronique spécialisé qui regroupe des fonctionnalités sur mesure pour une application donnée. Les ASIC sont généralement configurés lors de leur fabrication et ne peuvent être que simulés par l’utilisateur. Les circuits logiques programmables de type FPGA (Field-Programmable Gate Array) sont des circuits électroniques reconfigurables par l’utilisateur.SOCs or system on a chip are embedded systems that integrate all the components of an electronic system into a single chip. An ASIC is a specialized electronic circuit that brings together tailor-made functionalities for a given application. ASICs are generally configured during manufacture and can only be simulated by the user. FPGA (Field-Programmable Gate Array) type programmable logic circuits are electronic circuits that can be reconfigured by the user.
Le dispositif 800 peut comporter une interface d’entrée 803 pour la réception de données issues du signal rétrodiffusé, et une interface de sortie 806 pour la fourniture de l’image d’un objet situé au fond de la mer et/ou des données de localisation d’un tel objet. Enfin, l’ordinateur peut comporter, pour permettre une interaction aisée avec un utilisateur, un écran 801 et un clavier 802. Bien entendu, le clavier est facultatif, notamment dans le cadre d’un ordinateur ayant la forme d’une tablette tactile, par exemple.The device 800 may include an input interface 803 for receiving data from the backscattered signal, and an output interface 806 for providing the image of an object located at the bottom of the sea and/or data from location of such an object. Finally, the computer can include, to allow easy interaction with a user, a screen 801 and a keyboard 802. Of course, the keyboard is optional, in particular in the context of a computer having the form of a touch tablet, For example.
En fonction du mode de réalisation, le dispositif 800 peut être un ordinateur, un réseau d’ordinateurs, un composant électronique, ou un autre appareil comportant un processeur couplé de manière opérationnelle à une mémoire, ainsi que, selon le mode de réalisation choisi, une unité de stockage de données, et d'autres éléments matériels associés comme une interface de réseau et un lecteur de support pour lire un support de stockage amovible et écrire sur un tel support (non représentés sur la figure). Le support de stockage amovible peut être, par exemple, un disque compact (CD), un disque vidéo/polyvalent numérique (DVD), un disque flash, une clé USB, etc.Depending on the embodiment, the device 800 may be a computer, a computer network, an electronic component, or another device comprising a processor operationally coupled to a memory, as well as, depending on the chosen embodiment, a data storage unit, and other associated hardware elements such as a network interface and a media drive for reading from and writing to removable storage media (not shown in the figure). The removable storage medium may be, for example, a compact disc (CD), a video/digital versatile disc (DVD), a flash disk, a USB key, etc.
En fonction du mode de réalisation, la mémoire, l’unité de stockage de données ou le support de stockage amovible contient des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le circuit de commande 804, amènent ce circuit de commande 804 à effectuer ou contrôler les parties interface d’entrée 803, interface de sortie 806, stockage de données dans la mémoire 805 et/ou traitement de données selon un ou plusieurs modes de réalisation du procédé proposé.Depending on the embodiment, the memory, data storage unit, or removable storage medium contains instructions that, when executed by control circuit 804, cause control circuit 804 to perform or control the input interface 803, output interface 806, data storage in memory 805 and/or data processing parts according to one or more embodiments of the proposed method.
Par ailleurs, le schéma fonctionnel présenté sur la
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d’exemples ; elle s’étend à d’autres variantes. Notamment, comme mentionné ci-dessus, la présente invention est applicable dans le cadre des systèmes d’antenne (sonar ou radar) fixe classiques, comprenant une antenne physique comportant un émetteur et une pluralité de capteurs (récepteurs), dans lesquels une série d’impulsions sont émises et dans lesquels les signaux retours de ces impulsions sont reçues par les différents capteurs. Dans ce cas, chaque centre de phase correspond au milieu de l’émetteur et de chaque capteur. Ainsi, la présente invention peut être utilisée dans de nombreux autres domaines, comme l’imagerie médicale ultrasonore (échographie, Doppler, etc.).Of course, the present invention is not limited to the embodiments described above by way of examples; it extends to other variants. In particular, as mentioned above, the present invention is applicable in the context of conventional fixed antenna (sonar or radar) systems, comprising a physical antenna comprising a transmitter and a plurality of sensors (receivers), in which a series of pulses are emitted and in which the return signals of these pulses are received by the various sensors. In this case, each phase center corresponds to the middle of the transmitter and each sensor. Thus, the present invention can be used in many other fields, such as ultrasound medical imaging (ultrasound, Doppler, etc.).
En fonction du mode de réalisation choisi, certains actes, actions, évènements ou fonctions de chacune des méthodes décrites dans le présent document peuvent être effectués ou se produire selon un ordre différent de celui dans lequel ils ont été décrits, ou peuvent être ajoutés, fusionnés ou bien ne pas être effectués ou ne pas se produire, selon le cas. En outre, dans certains modes de réalisation, certains actes, actions ou évènements sont effectués ou se produisent concurremment et non pas successivement.Depending on the chosen embodiment, certain acts, actions, events or functions of each of the methods described in this document may be carried out or occur in an order different from that in which they were described, or may be added, merged or not be carried out or not occur, as the case may be. Furthermore, in some embodiments, certain acts, actions or events are performed or occur concurrently and not successively.
Bien que décrits à travers un certain nombre d’exemples de réalisation détaillés, le procédé proposé et l’équipement pour la mise en œuvre du procédé comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention, telle que définie par les revendications qui suivent. De plus, différents aspects et caractéristiques décrits ci-dessus peuvent être mis en œuvre ensemble, ou séparément, ou bien substitués les uns aux autres, et l’ensemble des différentes combinaisons et sous combinaisons des aspects et caractéristiques font partie de la portée de l’invention. En outre, il se peut que certains systèmes et équipements décrits ci-dessus n’incorporent pas la totalité des modules et fonctions décrits pour les modes de réalisation préférés.Although described through a certain number of detailed exemplary embodiments, the proposed method and the equipment for implementing the method include different variants, modifications and improvements which will be obvious to those skilled in the art, it being understood that these different variants, modifications and improvements form part of the scope of the invention, as defined by the claims which follow. Additionally, different aspects and features described above may be implemented together, or separately, or in substitution for each other, and all of the different combinations and sub-combinations of the aspects and features are within the scope of the application. 'invention. Additionally, some systems and equipment described above may not incorporate all of the modules and functions described for the preferred embodiments.
On a :We have :
En effectuant le changement de variable
La dérivée de la phase
En utilisant une approximation stationnaire de la phase, on obtient :Using a stationary approximation of the phase, we obtain:
On en déduit :We can deduce :
En ignorant les termes qui varient lentement, on obtient l’approximation suivante :Ignoring the slowly varying terms, we obtain the following approximation:
Claims (11)
a. recevoir (501) des échantillons de signaux temporels à large bande rétrodiffusés par des réflecteurs de la scène pour un ou plusieurs capteurs du système d’antenne ;
b. pour chaque direction parmi une pluralité de directions, calculer (503), à partir des échantillons reçus par ledit un ou plusieurs capteurs, des nouveaux échantillons d’un nouveau signal temporel respectivement associé à ladite chaque direction, chaque nouveau signal correspondant respectivement à une onde plane à large bande dans ladite chaque direction ;
c. pour chaque direction parmi la pluralité de directions, sélectionner (504), parmi les nouveaux échantillons du nouveau signal temporel respectif, des échantillons correspondant à un temps de trajet aller et retour dudit nouveau signal depuis une origine de l’image jusqu’au dudit chaque pixel ; et
d. déterminer (505) une intensité lumineuse dudit chaque pixel à partir des échantillons sélectionnés.Method for reconstructing an image of a scene by an antenna system, said image comprising a plurality of pixels, the method being implemented by computer and comprising, for each pixel among the plurality of pixels:
has. receiving (501) samples of wideband temporal signals backscattered from reflectors in the scene to one or more sensors of the antenna system;
b. for each direction among a plurality of directions, calculate (503), from the samples received by said one or more sensors, new samples of a new temporal signal respectively associated with said each direction, each new signal corresponding respectively to a wave broadband plane in said each direction;
vs. for each direction among the plurality of directions, selecting (504), among the new samples of the new respective temporal signal, samples corresponding to a round trip time of said new signal from an origin of the image to said each pixel; And
d. determine (505) a light intensity of said each pixel from the selected samples.
une interface d’entrée pour :
a. recevoir (501) des échantillons de signaux temporels à large bande rétrodiffusés par des réflecteurs de la scène pour un ou plusieurs capteurs du système d’antenne ;
le dispositif comprenant en outre un circuit pour mettre en œuvre, pour chaque pixel parmi la pluralité de pixels :
b. pour chaque direction parmi une pluralité de directions, calculer (503), à partir des échantillons reçus par ledit un ou plusieurs capteurs, des nouveaux échantillons d’un nouveau signal temporel respectivement associé à ladite chaque direction, chaque nouveau signal correspondant respectivement à une onde plane à large bande dans ladite chaque direction ;
c. pour chaque direction parmi la pluralité de directions, sélectionner (504), parmi les nouveaux échantillons du nouveau signal temporel respectif, des échantillons correspondant à un temps de trajet aller et retour dudit nouveau signal depuis une origine de l’image jusqu’au dudit chaque pixel ; et
d. déterminer (505) une intensité lumineuse dudit chaque pixel à partir des échantillons sélectionnés.Device for reconstructing an image of a scene from data coming from an antenna system, said image comprising a plurality of pixels, the device comprising:
an input interface for:
has. receiving (501) samples of wideband temporal signals backscattered from reflectors in the scene to one or more sensors of the antenna system;
the device further comprising a circuit for implementing, for each pixel among the plurality of pixels:
b. for each direction among a plurality of directions, calculate (503), from the samples received by said one or more sensors, new samples of a new temporal signal respectively associated with said each direction, each new signal corresponding respectively to a wave broadband plane in said each direction;
vs. for each direction among the plurality of directions, selecting (504), among the new samples of the new respective temporal signal, samples corresponding to a round trip time of said new signal from an origin of the image to said each pixel; And
d. determine (505) a light intensity of said each pixel from the selected samples.
Non-transitory recording medium readable by a computer on which is recorded a program for implementing the method according to one of claims 1 to 8 when this program is executed by a processor.
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Applications Claiming Priority (2)
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FR2201132 | 2022-02-09 | ||
FR2201132A FR3132584B1 (en) | 2022-02-09 | 2022-02-09 | Process for reconstructing an image of a scene |
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ID=81581242
Family Applications (1)
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Citations (1)
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FR1457951A (en) | 1964-12-10 | 1966-11-04 | Westinghouse Electric Corp | Self-propelled projectile |
-
2022
- 2022-02-09 FR FR2201132A patent/FR3132584B1/en active Active
-
2023
- 2023-01-27 WO PCT/FR2023/050108 patent/WO2023152434A1/en unknown
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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FR1457951A (en) | 1964-12-10 | 1966-11-04 | Westinghouse Electric Corp | Self-propelled projectile |
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Also Published As
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