WO1993025926A1 - Dispositif de veille omnidirectionnel a couverture optimale de l'espace environnant par jonction de champs - Google Patents

Dispositif de veille omnidirectionnel a couverture optimale de l'espace environnant par jonction de champs Download PDF

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WO1993025926A1
WO1993025926A1 PCT/FR1993/000560 FR9300560W WO9325926A1 WO 1993025926 A1 WO1993025926 A1 WO 1993025926A1 FR 9300560 W FR9300560 W FR 9300560W WO 9325926 A1 WO9325926 A1 WO 9325926A1
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WO
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detector
wide angle
sensor
field
elementary
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PCT/FR1993/000560
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Inventor
Joël Rollin
Denis Rabault
Christian Pepin
Original Assignee
Thomson-Csf
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/14—Optical objectives specially designed for the purposes specified below for use with infrared or ultraviolet radiation
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B13/00—Optical objectives specially designed for the purposes specified below
    • G02B13/06—Panoramic objectives; So-called "sky lenses" including panoramic objectives having reflecting surfaces

Definitions

  • the invention relates to the field of shooting or observation requiring significant angular coverage. Such observations are required, for example, when it comes to monitoring or panoramic surveillance.
  • the spectral range concerned is that of visible or infrared radiation depending on the operating conditions (night, day, in space, on the ground).
  • the choice of the type of detectors used is then determined in particular as a function of the coincidence between its spectral range of sensitivity and the domain targeted radiations.
  • the object of the invention relates, more particularly, to an omni-directional watch device covering the entire surrounding space using adjoining observation fields.
  • the invention applies both to airborne and terrestrial surveillance, without limiting the spectral range:
  • the cover is then limited to the upper half space
  • the spectral band covered is a function of the type of dedicated mission: for example, the spectral band concerned is 3 - 5 ⁇ m by setting up a detector with platinum-silicon (Pt-Si) when one s 'at- task more particularly to the detection of hot spots, such as missiles or propellants.
  • Pt-Si platinum-silicon
  • the first method consists in associating a fixed objective with very large field, conventionally called "fish eye” in the field of photography, with a two-dimensional detector of the matrix type.
  • a two-dimensional detector of the matrix type The use in the infrared band of such a lens (with a field of 112 ° and an aperture at F / 1.2) associated with a Pt-Si detector matrix of 512 ⁇ 512 elementary sensors is described in SPIE Journal volume 1488, pages 368 to 375.
  • the main advantage of this method lies in the fact that it makes it possible to dispense with the use of an optomechanical scanning device: in fact, a matrix detector directly captures the entire image of the scene observed, without the need for scanning by projection of this image onto the detector using an appropriate focusing optical group.
  • the exploration of the landscape can thus be carried out at a very high rate, limited only by the integration times of the charges released at the level of the sensor in proportion to the illumination which it receives, according to the well-known CCD technique.
  • the major drawback of this type of solution is its low angular resolution. Angular resolution is conventionally defined as the minimum angle for which two objects, located at a distance corresponding to a given range, are seen distinctly by the same sensor. The larger the field to be covered, the lower the resolution.
  • the resolution is in fact directly limited by the area of the elementary sensors of the matrix detector and therefore, for a matrix of given dimension, by the number of elementary sensors in this matrix.
  • this resolution can only be considered as constant along the field, that is to say for the sensors located in the center of the matrix and whose fields of conjugated objects undergo practically no distortion.
  • a second method implements an optomechanical scanning system associated with a detector making it possible to cover a wider field.
  • the detector then takes the form of a longitudinal strip comprising a reduced number of rows of elementary sensors.
  • the optomechanical system performs the scanning of the strip on an intermediate image formed by an optical head system which, depending on the dimensions of the strip, is carried out in one direction (raster scanning) or two directions (line and raster scanning).
  • the scanning is carried out using an oscillating mirror or a rotating prism with a certain period defining the scanning rate. For example, a system with mirror scanning head has been produced, providing 120 ° x 80 ° coverage in the infrared radiation field at a rate of 2 hertz.
  • a prism scanning system is also described in the Journal SPIE volume 782, pages 300, 38 and following. This is an exploration of 3.3 steradians at a frequency of 3.6 hertz.
  • the prior systems do not offer total coverage of the entire surrounding space.
  • the invention proposes using several wide-field objectives of the "fish eye” type, each objective being associated with a two-dimensional detector to form a detection module, the set of detection modules optimally covering an object space of dimension as large as desired; in addition, the distortion of each objective is adapted so as to make the object fields of two adjoining detector mosaics without overlapping, the number of detection modules being determined as a function of the space to be covered.
  • the invention relates to an omnidirectional monitoring device with coverage optimum of the surrounding space by joining fields, comprising optical means for forming images on at least one two-dimensional detector of the CCD type capable of delivering a video signal for displaying the projected image, characterized in that the optical means comprise several wide angle lenses of the "fish eye" type, each wide angle lens being associated with a two-dimensional detector to form a detection module, in that the number of detection modules is adapted to the overall dimension of the 'surrounding space to be covered, and in that each wide angle lens has a distortion law chosen to join the limited object fields covered by two neighboring detectors.
  • the omnidirectional vei-lle device covers a complete object sphere, that is to say a solid angle of 4H steradians, using six wide angle objectives associated with six detectors to form six detection modules arranged on the faces of a cube.
  • the device according to the invention offers a satisfactory and uniform angular resolution whatever the position of the object observed in the surrounding space. Indeed, the multiplication of the number of objectives restricting the field covered by each, for example of the order of 2 steradians in the proposed embodiment, the angular resolution is not tainted ( ⁇ 0.5 °) and remains uniform due to the relatively conservative distortion of the wide-angle lenses used.
  • the invention allows high operating rates (100 Hz to 1 KHz) for minimum mechanical complexity, without the need for a dome of delicate design, nor for a scanning system.
  • the detectors have insufficient filling rates of elementary sensors, there is added to each detector a micro-scanning element, of the rotating blade type, to remove the areas of the object space made inaccessible due to the existence of blind zones si ⁇ killed between the elementary sensors of the detector.
  • FIGS. 5a to 5d four positions of an elementary sensor of the same two-dimensional detector during microscanning.
  • FIG. 1 An example of optical architecture of a wide angle lens of the "fish eye” type, operating in the spectral band 3 to 5 ⁇ m, is provided in FIG. 1.
  • This objective comprises an optical group of divergent input 1 associated, along the same optical axis XX ′, with a second globally convergent optical group 2.
  • Such an objective open to F / 1 covers a field of 110 °; the light rays coming from this field such as those symbolized by arrowed lines on the fi gure 1, pass through the optical groups 1 and 2 so as to be projected onto a detector D.
  • the plane of the exit pu ⁇ pile P of the optical system coincides with the cold screen of a cooling cryostat C in which is arranged the detector D, so that the latter only "sees" the useful flux coming from the field of observation.
  • a conventional matrix detector of 256 x 256 elementary sensors forming a network of spatial pitch equal to 50 ⁇ m can be used in such a module; under these conditions, the objective then has a focal distance of the order of 8.2 mm and an exit pupil diameter of the same value, for an aperture F / 1.
  • each of the six detection modules, EF1 to EF6, each module is composed of a wide angle lens, respectively 01 to 06, and of a detector Dl to D6; has an axis of symmetry which crosses perpendicularly and in its center, a face, respectively FI to F6, of a cube K.
  • the axes of symmetry of two opposite focusing sets are merged and form three axes XI X6, X2 X4 and X3 X5 which intersect at the center 0 of the cube.
  • the cooling cryostats of the detectors can be either independent, or grouped together to form a single common cooling system.
  • Processing circuits video detectors form six sequences of images viewed simultaneously on six different monitors, or alternatively can, by switching, form one of the sequences of images on a single monitor.
  • the realization of such cooling systems or such switching circuits is within the reach of the skilled person.
  • the distortion of each wide angle lens is adapted so that the object fields of two neighboring detectors are join ⁇ tive without overlapping.
  • FIG. 3 which represents the angular coverage of a fish eye makes it possible to define the conditions so that the fields covered by two neighboring objectives are contiguous.
  • the preceding cube K has been represented, centered at point 0, and the vertices MNPQ of the front face F3 crossed by the axis X30X5 of the front and rear detection modules.
  • the detection modules EF1 to EF6 of FIG. 2 are not shown in FIG. 3 for reasons of clarity.
  • Each of the wide angle objectives must cover a minimum field so that the sum of all these fields covers all of the surrounding space. This minimum field is at the same time maximum so that the fields exploded by the six detection modules remain contiguous without overlapping on 411 steradians.
  • the frontal detection module covers the solid angle centered on O and based on the vertices M, N, P, Q of the cube K.
  • the field angle covered by each of the wide angle objectives of an omnidirectional standby device according to the invention is modulated by adapting the distortion caused by each of the wide angle objectives.
  • ⁇ is the half-angle of field aperture k ( ⁇ ) is a function adaptation coefficient of ⁇ f is the paraxial focal length k ( ⁇ ) .f is the equivalent focal length p is the distance to the axis of a - elementary detector sensor.
  • a simple calculation of k for extreme values of p that is to say for the elementary sensors located at the edge of the detector at a vertex and in the middle of the sides of a matrix detector supposed to be square and supposed to be placed near from the center 0, corresponding for example to the angular field apertures respectively 0X3, OP and 0X3, 01, shows that the coefficient k is a slightly increasing function of ⁇ from 0 ° to about 55 °: the adapted distortion therefore increases the focal equivalent at the edge of the field, which corresponds to a cushion-type distortion.
  • a uniform angular resolution of 0.37 ° over 4fi steradians can be obtained.
  • the elementary sensors of the two-dimensional detectors are not contiguous. For technological reasons, they are separated by non-photosensitive blind zones.
  • micro-scan making it possible to capture the light fluxes normally intended for these blind areas but deflected, thanks to this micro-scan, on the elementary photosensitive sensors.
  • microba ⁇ layings are obtained using blades with parallel faces, the implementation of which is described for example in patents FR 2 647 995 or EP 289 182.
  • a blade with parallel faces in the flux converge of each detection module, for example between the exit pupil of each wide field objective and the associated detector, according to a particular implementation illustrated in FIG. 4.
  • a blade with a parallel face L has a thickness e and is inclined at a very small angle ⁇ , excessively enlarged in the figure for the sake of clarity.
  • the blade L is rotated around the optical axis XX 'and is placed in a convergent beam of each wide angle objective of the standby system.
  • a motor for example an asynchronous motor, performs the rotation of the blade using a suitable pinion.
  • This inclined blade causes an offset of the optical beams.
  • the central radius, RC represented by an arrowed line in FIG. 4
  • ⁇ ' is refracted by crossing the blade with parallel faces L at an angle ⁇ 'and comes out of the blade with a shift ⁇ equal to e sin ( ⁇ - ⁇ ') / cos ⁇ '.
  • the angle ⁇ is calculated so that the rotation of the blade prints on the elementary field, corresponding to each elementary sensor, a nutation allowing the coverage of the blind field zones. This results in a corresponding "virtual" nutation of each elementary sensor allowing the coverage of the blind zones located on the detector.
  • FIGS. 5a to 5d four "virtual" extreme positions have been shown, of an elementary sensor, RSTU, successively taken during the rotation of the blade with parallel faces.
  • the hatched areas which represent the blind areas surrounding the elementary sensor, are successively layered by portion during the rotation of the blade.
  • the angle of inclination ⁇ of the blade is calculated so that, for example> point S performs the nutation represented felt in FIG. 5a by the circular curve drawn in dotted lines, during the rotation of the blade.
  • the integration of the charges is carried out between the different extreme positions a, b, c, d of FIG. 5.
  • the integration is then done four times per turn of the blade.
  • the refresh rate of the complete image being effected at each turn of the blade the exploration rate is divided by four in the proposed embodiment. For example, for integration times between each pass of the order of 2.5 milliseconds, or 400 KHz, the exploration rates obtained are 100 KHz, which remains much higher than the performance of scanning systems. (of the order of a few hertz.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de veille omnidirectionnel couvrant tout l'espace environnant avec un taux de recouvrement optimal. Ce dispositif comporte des modules de détection comportant, chacun, un objectif grand angulaire (01 à 06) associé à un détecteur bidimensionnel (D1 à D6). La loi de distorsion des objectifs grand angulaire est choisie pour que les champs couverts par deux modules de détection voisins soient jointifs. Application à la détection de points chauds, tels que missiles ou propulseurs, dans les bandes spectrales infrarouges.

Description

DISPOSITIF DE VEILLE OMNIDIRECTIONNEL A COUVERTURE OPTIMALE DE L'ESPACE ENVIRONNANT PAR JONCTION DE
CHAMPS.
L'invention se rapporte au domaine de la prise de vue ou de l'observation nécessitant une couver¬ ture angulaire importante. De telles observations sont requises, par exemple, lorsqu'il s'agit d'effectuer de la veille ou de la surveillance panoramique. Le domaine spectral concerné est celui des radiations visibles ou infrarouges suivant les conditions de fonctionnement (de nuit, de jour, dans l'espace, au sol). Le choix du type de détecteurs utilisés (détecteurs CCD au sili- cium, détecteurs hybrides infrarouges, intensificateurs de lumière, tube vidicon, etc..) est alors déterminé en fonction notamment de la coïncidence entre son do¬ maine spectral de sensibilité et le domaine des radia¬ tions visé. L'objet de l'invention concerne, plus par¬ ticulièrement, un dispositif de veille omnidirection- nelle couvrant la totalité de l'espace environnant à l'aide de champs d'observation jointifs.
L'invention s'applique aussi bien à la veille aéroportée que terrestre, sans limitation du domaine spectral :
- en veille aéroportée, l'observation cou¬ vre alors 4U stéradians ;
- en version sol-air, la couverture est alors limitée au demi espace supérieur ;
- la bande spectrale couverte est fonction du type de mission dédiée : par exemple, la bande spec¬ trale concernée est 3 - 5 μm par la mise en oeivre d'un détecteur au platine-silicium (Pt-Si) lorsque l'on s'at- tache plus particulièrement à la détection de points chauds, tels que des missiles ou des propulseurs.
Pour obtenir une couverture d'espace angu¬ laire importante, deux méthodes sont à l'heure actuelle utilisées. Ces méthodes d'observation s'analysent tant sur le plan de la couverture spatiale fournie, que sur le plan de la résolution angulaire et de la cadence d'exploration obtenues.
La première méthode consiste à associer un objectif fixe à très grand champ, appelée classiquement "fish eye" dans le domaine de la photographie, à un détecteur bidimensionnel de type matriciel. L'utilisa¬ tion dans la bande infrarouge d'un tel objectif (avec un champ de 112° et une ouverture à F/1,2) associée à une matrice détectrice Pt-Si de 512 x 512 capteurs élé¬ mentaires est décrite dans le Journal SPIE volume 1488, pages 368 à 375.
L'avantage principal de cette méthode ré¬ side dans le fait qu'elle permet de s'affranchir de l'utilisation d'un dispositif de balayage optomécanique : en effet, un détecteur matriciel capte directement toute l'image de la scène observée, sans nécessiter de balayage par projection de cette image sur le détecteur à l'aide d'un groupe optique de focali- sation adapté. L'exploration du paysage peut ainsi s'ef¬ fectuer à une cadence très élevée, limitée seulement par les temps d'intégration des charges libérées au niveau du capteur proportionnellement à 1' éclairement qu'il reçoit, selon la technique CCD bien connue. L'inconvénient majeur de ce type de solu¬ tion est sa faible résolution angulaire. La résolution angulaire se définit classiquement comme l'angle mini¬ mal pour lequel deux objets, situés à une distance cor¬ respondant à une portée donnée, sont vus distinctement par un même capteur. Plus le champ à couvrir est impor- tant, plus la résolution est médiocre. Dans le cas de détecteurs matriciels et pour un champ donné, la résolu¬ tion est en fait directement limitée par la surface des capteurs élémentaires du détecteur matriciel et donc, pour une matrice de dimension donnée, par le nombre de capteurs élémentaires dans cette matrice. D'autre part, cette résolution ne peut être considérée comme cons¬ tante que le long du champ, c'est-à-dire pour les cap¬ teurs situés au centre de la matrice et dont les champs objets conjugués ne subissent pratiquement pas de dis¬ torsion.
Une deuxième méthode, plus classiquement utilisée dans le domaine de l'infrarouge, met en oeuvre un système optomécanique de balayage associé à un détec- teur permettant de couvrir un champ plus large.
Le détecteur se présente alors sous la forme d'une barrette longitudinale comportant un nombre réduit de rangées de capteurs élémentaires. Le système optomécanique effectue le balayage de la barrette sur une image intermédiaire formée par un système optique de tête qui, suivant les dimensions-de la barrette, est effectué selon une direction (balayage trame) ou deux directions (balayage ligne et trame). Le balayage est réalisé à l'aide d'un miroir oscillant ou d'un prisme tournant avec une certaine période définissant la ca¬ dence de balayage. Il a été par exemple réalisé un sys¬ tème à tête de balayage par miroir assurant une couver¬ ture de 120° x 80° dans le domaine des radiations infra¬ rouges à une cadence de 2 hertz. Un système à balayage par prisme est par ailleurs décrit dans le Journal SPIE volume 782, pages 300, 38 et suivantes. Ce j isme as¬ sure une exploration de 3,3 stéradians à une fréquence de 3,6 hertz.
Les inconvénients des systèmes basés sur une exploration par balayage sont multiples : les cadences d'exploration sont faibles : elles sont limitées par les besoins en por¬ tée qui imposent un champ objet élémentaire exploré faible durant le temps d'intégration des charges du détecteur ; la résolution que doit fournir le système (typiquement 0,5°) ne peut dès lors être atteinte qu'au détriment de la vitesse de balayage ; les rendements de balayage sont médiocres : au cours du balayage, les capteurs élémen- taires voisins sont amenés à "voir" des portions d'es¬ pace identiques de sorte que la couverture angulaire de l'espace n'est pas optimale ; de même l'obtention d'une résolution constante dans le champ impose généra¬ lement des rendements de balayage faible ; - ce type de système à très large champ de vision nécessite des hublots de fermeture (dômes) de réalisation complexe et de coût élevé.
Mais, que ce soit avec ou sans système opto-mécanique de balayage, les systèmes antérieurs n'offrent pas une couverture totale de tout l'espace environnant. Afin d'obtenir une telle couverture, avec une bonne résolution angulaire et à une cadence de "ra¬ fraîchissement" d'image élevée, l'invention propose d'utiliser plusieurs objectifs à grand champ du type "fish eye", chaque objectif étant associé à un détec¬ teur bidimensionnel pour former un module de détection, l'ensemble des modules de détections couvrant de ma¬ nière optimale un espace objet de dimension aussi grande que voulue ; de plus, la distorsion de chaque objectif est adaptée de manière à rendre les champs objets de deux mosaïques détectrices jointives sans se chevaucher, le nombre de modules de détection étant déterminé en fonction de l'espace à couvrir.
Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif de veille omnidirectionnel à couverture optimale de l'espace environnant par jonction de champs, comportant des moyens optiques de formation d'images sur au moins un détecteur bidimensionnel du type CCD capable de délivrer un signal vidéo de visuali- sation de l'image projetée, caractérisé en ce que les moyens optiques comprennent plusieurs objectifs grand angulaire de type "fish eye", chaque objectif grand angulaire étant associé à un détecteur bidimensionnel pour former un module de détection, en ce que le nombre de modules de détection est adapté à la dimension glo¬ bale de l'espace environnant à couvrir, et en ce que chaque objectif grand angulaire possède une loi de dis¬ torsion choisie pour rendre jointifs les champs objets limités couverts par deux détecteurs voisins. Selon une forme de réalisation, le disposi¬ tif de vei-lle omnidirectionnelle selon l'invention cou¬ vre une sphère objet complète, c'est-à-dire un angle solide de 4H stéradians, à l'aide de six objectifs grands angulaires associés à six détecteurs pour former six modules de détection disposés sur les faces d'un cube.
Le dispositif selon l'invention offre une résolution angulaire satisfaisante et uniforme quelle que soit la position de l'objet observé dans l'espace environnant. En effet, la multiplication du nombre d'ob¬ jectifs restreignant le champ couvert par chacun, par exemple de l'ordre de 2 stéradians dans la forme de réalisation proposée, la résolution angulaire n'est pas entachée (<0,5°) et reste uniforme du fait de la distor- sion relativement conservative des objectifs grand angu¬ laire utilisés.
L'invention autorise des cadences d'explo¬ ration importantes (100 Hz à 1 KHz) pour une complexité mécanique minimale, sans nécessiter de dôme de ferme- ture de conception délicate, ni de système de balayage. Avantageusement, lorsque les détecteurs présentent des taux de remplissage de capteurs élémen¬ taires insuffisants, il est adjoint à chaque détecteur un élément de microbalayage, du type à lame tournante, pour supprimer les zones de l'espace objet rendues inac¬ cessibles du fait de l'existence de zones aveugles si¬ tuées entre les capteurs élémentaires du détecteur.
L'invention sera mieux comprise et d'au¬ tres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux figures annexées qui représentent respectivement :
- à la figure 1, un exemple d'objectif grand angulaire de type "fish eye" utilisé par l'invention ; - à la figure 2, un mode de réalisation de l'invention permettant de couvrir un espace de 41Ï stéradians ;
- à la figure 3, un schéma illustrant la couverture angulaire d'un objectif grand angulaire lors- que les champs couverts par deux objectifs voisins du dispositif selon l'invention sont jointifs ;
- à la figure 4, une lame à faces parallè¬ les de microbalayage pour un détecteur bidimensionnel ;
- aux figures 5a à 5d, quatre positions d'un capteur élémentaire du même détecteur bidimension¬ nel au cours du microbalayage.
Un exemple d'architecture optique d'un objectif grand angulaire de type "fish eye", opérant dans la bande spectrale 3 à 5 μm, est fournie à la fi- gure 1. Cet objectif comporte un groupe optique d'en¬ trée divergent 1 associé, le long d'un même axe optique XX' , à un second groupe optique globalement convergent 2. Un tel objectif ouvert à F/1 couvre un champ de 110° ; les rayons lumineux provenant de ce champ tels que ceux symbolisés par des traits fléchés sur la fi- gure 1, traversent les groupes optiques 1 et 2 de façon à être projetés sur un détecteur D. Le plan de la pu¬ pille de sor tie P du système optique coïncide avec l'écran froid d'un cryostat de refroidissement C dans lequel est disposé le détecteur D, de sorte que ce der¬ nier ne "voit" que le flux utile provenant du champ d'observation.
L'association entre un objectif grand angu¬ laire du type décrit et un détecteur de type bidimen- sionnel est appelé dans ce qui suit un module de détec¬ tion. Un détecteur matriciel classique de 256 x 256 capteurs élémentaires formant un réseau de pas spatial égal à 50 μm peut être utilisé dans un tel module ; dans ces conditions, l'objectif possède alors une dis- tance focale de l'ordre de 8,2 mm et un diamètre de pupille de sortie de même valeur, pour une ouverture F/1.
Une association de six modules de détec¬ tion, tel que celui qui vient d'être décrit constitue une forme de réalisation du dispositif de veille omnidi¬ rectionnel selon l'invention. Cette forme de réalisa¬ tion est représentée à la figure 2. Sur cette figure, chacun des six modules de détection, EF1 à EF6, chaque module est composé d'un objectif grand angulaire, res- pectivement 01 à 06, et d'un détecteur Dl à D6 ; possède un axe de symétrie qui traverse perpendiculai¬ rement et en son centre, une face, respectivement FI à F6, d'un cube K. Les axes de symétrie de deux ensembles de focalisation opposés sont confondus et forment trois axes XI X6, X2 X4 et X3 X5 qui se croisent au centre 0 du cube.
Les cryostats de refroidissement des détec¬ teurs (non représentés) peuvent être soit indépen¬ dants, soit regroupés pour ne former qu'un seul système de refroidissement commun. Les circuits de traitement vidéo des détecteurs forment six séquences d'images visualisées simultanément sur six moniteurs différents, ou bien peuvent, par commutation, former alternative¬ ment une des séquences d'images sur un seul moniteur. La réalisation de tels systèmes de refroidissement ou de tels circuits de commutation est à la portée de l'homme du métier.
Selon l'invention, la distorsion de chaque objectif grand angulaire est adaptée pour que les champs objets de deux détecteurs voisins soient join¬ tifs sans se chevaucher. Le schéma de la figure 3 qui représente la couverture angulaire d'un fish eye permet de définir les conditions pour que les champs couverts par deux objectifs voisins soient jointifs. Sur cette figure, a été représenté le cube K précédent, centré au point 0, et les sommets MNPQ de la face frontale F3 traversée par l'axe X30X5 des modules de détection fron¬ tale et arrière. Les modules de détection EF1 à EF6 de la figure 2 ne sont pas représentés sur la figure 3 pour des raisons de clarté.
Chacun des objectifs grand angulaire doit couvrir un champ minimal pour que la somme de tous ces champs couvre tout l'espace environnant. Ce champ mini¬ mal est en même temps maximal pour que les champs explo- rés par les six modules de détection restent jointifs sans se chevaucher sur 411 stéradians. Par exemple sur la figure 3, le module de détection frontale couvre l'angle solide centré sur O et s'appuyant sur les som¬ mets M, N, P, Q du cube K. Dans ces conditions, le demi angle maximal de champ jointif pour l'objectif frontal est défini par l'angle (0X3, ON) et vaut : θmax = Arc cos (1/-T 3) ≈ 54,735° ce qui correspond à un champ maximal d'ouverture dou¬ ble, c'est-à-dire d'environ 109,5°. Afin d'obtenir des champs jointifs, l'an¬ gle de champ couvert par chacun des objectifs grand angulaire d'un dispositif de veille omnidirectionnelle selon l'invention est modulé en adaptant la distorsion provoquée par chacun des objectifs grand angulaire.
Une telle adaptation dans l'exemple de réalisation proposée peut résulter d'un calcul basé sur une loi générale de distorsion du type :
P = k (β) .f.θ
dans laquelle θ est le demi-angle d'ouverture de champ k(θ) est un coefficient d'adaptation fonc- tion de θ f est la focale paraxiale k(θ).f est la focale équivalente p est la distance à l'axe d'un --apteur élémentaire du détecteur. Un calcul simple de k pour des valeurs extrêmes de p, c'est-à-dire pour les capteurs élémentai¬ res situés en bordure du détecteur à un sommet et à un milieu des côtés d'un détecteur matriciel supposé carré et supposé disposé près du centre 0, correspondant par exemple aux ouvertures angulaires de champ respective¬ ment 0X3, OP et 0X3, 01, montre que le coefficient k est une fonction faiblement croissante de θ de 0° à environ 55° : la distorsion adaptée augmente donc la focale équivalente en bordure de champ, ce qui corres- pond à une distorsion de type coussinet. Plus exacte¬ ment, pour un détecteur matriciel carré de demi-côté a et pour un capteur élémentaire quelconque de ce détec¬ teur matriciel repéré à l'aide de coordonnées cartésien¬ nes y et z par rapport au centre de la mosaïque, le coefficient k varie selon la loi suivante : k = ly +z / Arc cos (a/1y •»z +a ) Cette loi fournit des valeurs de k proches de 1, en variant de 1,273 pour les capteurs situés en bordure du détecteur matriciel sur les milieux des cô- tés de la matrice (θ = 45°), à k = 1,480 pour les cap¬ teurs situés aux sommets de la matrice (θ=θmax≈55°) .
Dans ces conditions la loi de distorsion est proche de la loi p= f.θ et le champ élémentaire couvert par chaque objectif grand angulaire est alors relativement conservatif : la résolution, qui peut être mesurée, pour une portée donnée, par la dimension du champ élémentaire correspondant à un capteur élémen¬ taire du détecteur via l'objectif grand angulaire, est donc relativement conservative c'est-à-dire uniforme le long de chaque champ objet correspondant à chaque objec¬ tif grand angulaire. Ainsi, pour un détecteur matriciel de 256 x 256 capteurs élémentaires, supposés jointifs, une résolution angulaire uniforme de 0,37° sur 4fi stéradians peut être obtenue. En réalité les capteurs élémentaires des détecteurs bidimensionnels ne sont pas jointifs. Pour des raisons d'ordre technologique, ils sont séparés par des zones aveugles non photosensibles. Pour accéder à l'information perdue par ces zones aveugles, il est connu d'effectuer un microbalayage permettant de capter les flux lumineux normalement destinés à ces zones aveu¬ gles mais déviés, grâce à ce microbalayage, sur les capteurs élémentaires photosensibles. De tels microba¬ layages sont obtenus à l'aide de lames à faces parallè- les dont la mise en oeuvre est décrite par exemple dans les brevets FR 2 647 995 ou EP 289 182.
Pour obtenir une couverture totale sans zone de champ aveugle dans l'espace objet, correspon¬ dant aux zones aveugles des détecteurs, il est proposé d'adjoindre .une lame à faces parallèles dans le flux convergent de chaque module de détection, par exemple entre la pupille de sortie de chaque objectif grand champ et le détecteur associé, selon une mise en oeuvre particulière illustrée à la figure 4. Sur cette figure, une lame à face parallèle L a une épaisseur e et est inclinée selon un très petit angle α, exagérément agran¬ di sur la figure à des fins de clarté. La lame L est entraînée en rotation autour de l'axe optique XX' et est placée en faisceau convergent de chaque objectif grand angulaire du système de veille. Un moteur, par exemple un moteur asynchrone, effectue la rotation de la lame à l'aide d'une pignonerie adaptée.
Cette lame inclinée provoque un décalage des faisceaux optiques. Par exemple le rayon central, RC, représenté par un trait fléché sur la figure 4, est réfracté en traversant la lame à faces parallèles L selon un angle α' et ressort de la lame avec un déca¬ lage Δ égal à e sin(α-α' )/cosα ' . L'angle α est calculé pour que la rotation de la lame imprime au champ élémen- taire, correspondant à chaque capteur élémentaire, une nutation permettant la couverture des zones de champ aveugle. Ceci se traduit par une nutation "virtuelle" correspondante de chaque capteur élémentaire permettant la couverture des zones aveugles situées sur le détec- teur.
Sur les figures 5a à 5d, ont été représen¬ tées quatre positions extrêmes "virtuelles", d'un cap¬ teur élémentaire, RSTU, successivement prises au cours de la rotation de la lame à faces parallèles. Les zones hachurées, qui représentent les zones aveugles entou¬ rant le capteur élémentaire, sont successivement ba¬ layées par portion au cours de la rotation de la lame. L'angle d'inclinaison α de la lame est calculé pour que, par exemple> le point S effectue la nutation repré- sentée sur la figure 5a par la courbe circulaire dessi¬ née en pointillés, pendant la rotation de la lame.
Pour adapter la résolution du système à la dimension des capteurs élémentaires "virtuels", l'inté- gration des charges est effectuée entre les différentes positions extrêmes a, b, c, d de la figure 5. L'intégra¬ tion se fait alors quatre fois par tour de lame.' La cadence de rafraîchissement de l'image complète s'effec¬ tuant à chaque tour de lame, la cadence d'exploration est divisée par quatre dans l'exemple de réalisation proposée. Par exemple, pour des temps d'intégration entre chaque passage de l'ordre de 2,5 millisecondes, soit 400 KHz, les cadences d'exploration obtenues sont de 100 KHz, ce qui reste bien supérieur aux performan- ces des systèmes à balayage (de l'ordre de quelques hertz.
Dans le cas où les objets à détecter sont au moins de l'ordre de grandeur de la dimension des capteurs élémentaires, le microbalayage n'est bien en- tendu plus nécessaire.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de veille omnidirectionnel à couverture optimale de l'espace environnant par jonc¬ tion de champs, comportant des moyens optiques de forma¬ tion d'images sur au moins un détecteur bidimensionnel du type CCD capable de délivrer un signal vidéo de vi¬ sualisation de l'image projetée, caractérisé en ce que les moyens optiques comprenant plusieurs objectifs grand angulaire de type "fisheye" (01 à 06), chaque objectif grand angulaire étant associé à un détecteur bidimensionnel (Dl à D6) pour former un module de détec¬ tion, en ce que le nombre de modules de détection est adapté à la dimension de l'espace environnant à cou¬ vrir, et en ce que chaque objectif grand angulaire pos¬ sède une loi de distorsion quasi-conservative choisie pour rendre jointifs les champs objets limités couverts par deux détecteurs voisins.
2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les modules de détection sont au nombre de (EF1 à EF6), chaque objectif de chaque module étant disposé au centre d'une face (FI à F6) d'un cube (K) afin de couvrir un champ de 4H stéradians.
3 - Dispositif selon l'une des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en ce que la loi de dis¬ torsion des objectifs grands angulaires est de la forme c = k.f.Odans laquelle
Oest le demi-angle d'ouverture de champs, k est un coefficient d'adaptation fonction de la position (y, z)) d'un capteur élémentaire dans un détecteur, donné de demi côté égal à a, définissant le demi angle d'ouverture Opour ce capteur, avec k = -J"y2+z2 / Arc cos (a/*4"y2+z2+a f est la focale paraaxiale c est la distance à l'axe optique du cap¬ teur élémentaire.
4 - Dispositif selon l'une des revendica¬ tions précédentes, caractérisé en ce qu'il est adjoint dans chaque module de détection une lame à faces paral¬ lèles (L) inclinée sur l'axe optique (XX') du module d'un angle α de faible valeur et entraînée en rotation autour de l'axe optique (XX') de sorte que chaque cap¬ teur élémentaire de chaque détecteur balaye virtuelle- ment une zone aveugle entourant le capteur.
5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cadence d'intégration des char¬ ges de chaque capteur est quatre fois plus élevée que la cadence de rafraîchissement d'image, l'intégration des charges s'effectuant quatre fois par tour de lame.
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