WO2007101934A2 - Procede et dispositif d'elaboration d'images non saturees par une camera a transfert de charge ou equivalente - Google Patents

Procede et dispositif d'elaboration d'images non saturees par une camera a transfert de charge ou equivalente Download PDF

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WO2007101934A2
WO2007101934A2 PCT/FR2007/000383 FR2007000383W WO2007101934A2 WO 2007101934 A2 WO2007101934 A2 WO 2007101934A2 FR 2007000383 W FR2007000383 W FR 2007000383W WO 2007101934 A2 WO2007101934 A2 WO 2007101934A2
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image
saturating
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acquisition
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WO2007101934A3 (fr
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Jean-Loup Chretien
David Batte
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Tietronix Optics
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/50—Constructional details
    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/70—Circuitry for compensating brightness variation in the scene
    • H04N23/75—Circuitry for compensating brightness variation in the scene by influencing optical camera components

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing images (I 1 , I 2 , ... Ii) of an object, captured during acquisition times (t lf t 2 , ... tj . ) By an load transfer camera or equivalent, to obtain images of the object without dazzling.
  • charge transfer camera or equivalent is meant a camera provided with a sensor or sensor comprising a photon acquisition matrix with the possibility of reading and / or discharging each pixel or group of pixels according to determined criteria and this, especially during their photon charging. It may be in particular a charge injection camera (CID), a camera using a CMOS sensor, or a camera whose acquisition matrix is a matrix of photodiodes.
  • CID charge injection camera
  • This reliable detection is particularly crucial for monitoring risk areas military, banks ...) or areas located in a hostile environment where it is important to maintain a possibility of observation in case of violent glare whether natural or created voluntarily or accidentally.
  • the invention is also advantageously applied to automobile traffic at night or in the presence of a violent sun contrasting with a darker environment. It is also particularly adapted to the spatial observation for which there is a very great contrast between a very luminous object
  • Charge-coupled cameras arranged to modulate one or more intense sources picked up simultaneously are already known.
  • the present invention aims at providing a method and a device for producing complete images even in case of strong glare, responding better than those previously known to the requirements of the practice, in particular in that it provides a method and an anti-glare camera easy to use, having an exceptional effect because restoring in detail the parts of the dazzling image, with optimized response time, and without loss or almost without loss of information.
  • the interest of the invention lies not only in the response time, but also in the quality of the final image. All pixels can be processed by the filter so as to obtain the most harmonious image possible, including processing unsaturated pixels.
  • the problem of saturation of a set (the optical box) and not only of an element (the pixel or pixels) is also solved. Indeed, with the cameras of the prior art, secondary phenomena such as parasitic reflections, "splashing" of the structure containing the pixels, the possible heating, etc., were not satisfactorily processed without loss of energy. information.
  • the invention solves such problems.
  • it proposes in particular a method for producing images (I 1 , I 2 , • • Ii) of an object, successively captured during acquisition times (t i, t 2 ,... .) by the sensor of a camera charge transfer or equivalent, characterized in that it comprises the following steps: with the same sensor as the acquisition sensor and for each image.
  • the pixels that are to be saturated before the end of the acquisition time (ti), called saturation pixels, are identified, a filter matrix (Mi) arranged to reduce the amount of light is developed; corresponding to said saturating pixels of said image below the saturation threshold F ga t or another significant threshold of the camera, so as to obtain a visible image of the parts of the image corresponding to said pixels, and image being acquired or the consecutive image (Ii + i) or substantially consecutive di + k ) / where k is a natural integer ⁇ 4, with said filter matrix, to obtain a complete image without glare at the end of said acquisition time ti + k .
  • the saturating pixels are filtered even at a time, while continuing image by image, to build the image corresponding to the other pixels. We therefore play on the fact that a glare will be corrected during image acquisition and / or caught in the course of the image or images after.
  • Such a method makes it possible to avoid dynamically, frame by frame, in real time and in a continuous manner or, if the calculation time of the filter of the filter matrix is greater than the acquisition time ti, with a "sliding" offset one, two or three images, the saturation of the camera by intense light sources and without means of derivation and / or specific capture of at least a portion of the photons used, in whole or in part.
  • This is calculated during development and / or acquiring the image Ii itself, a filter of said image Ii using the nominal flux received by the camera sensor. There is therefore an optical concordance between filter and sensor, in the case of an optical filter.
  • This concordance is advantageously pixel by pixel or a pixel of the sensor corresponding to several pixels of the filter.
  • the calculation of the filter is carried out during the capture of the image, based on the first capture results of the latter.
  • the method uses the same sensor, for a first time to firstly detect the saturating pixels and secondly to start filling the non-saturating pixels with photons, and for a second time, finalizing or continuing the filling of the saturating and nonsaturating pixels so that one obtains a visible image in all, including for the dazzling parts.
  • a sensitivity threshold F s that is to say a minimum threshold of energy required to trigger a signal of the acquisition matrix, threshold from which he it becomes possible to read and / or unload each pixel to the pixel group as soon as the said threshold of sensitivity is crossed.
  • the threshold F s is the sensitivity threshold of the camera corrected by the maximum transmission factor of the filter: F 3 can then also be called an "identification" threshold. .
  • the threshold can advantageously be adjustable with the lower limit of the detection threshold of the camera, which takes into account the noise of the sensor.
  • one or more of the following provisions are also used: to identify the saturating pixels, one defines in a reference having the time t on the abscissa and the level of energy F on the ordinate, a line D
  • F sat saturation limit or other significant threshold we retain as saturating pixels all the pixels whose photon filling slope is greater than the slope of the line D.
  • F sat can also be replaced by Fbioo ⁇ w (another significant threshold), that is, the limit of
  • the image of the dazzled part is displayed so that the shortest theoretical time of reaching the threshold of sensitivity of a saturating pixel defines the first gray level before the white and the time t 3 defines the last gray level to black.
  • a pixel is identified as saturating any pixel whose photon content reaches the sensitivity threshold before the time t s .
  • the non-saturating pixels can also be processed to further improve the quality of the image
  • Initial slope means the slope before correction, which is greater than the slope of line D;
  • the filtration algorithm (G or G ') makes it possible to adjust the filter and is arranged to enlarge or reduce the distribution range between F s and F sat ;
  • the filter matrix is an LCD screen, DMD (Digital Micromirror initials)
  • Electro-Mechanical-System placed in front of the sensor of the camera and, to obtain the visual result that one seeks to achieve, one programs his cells according to a filtration algorithm accordingly.
  • the shortest theoretical time of reaching the threshold of sensitivity of a saturating pixel defines the black and the time t s defines the last level of gray before the white.
  • Each filter is different and its interest lies in its response time and its ability to transmission (or contrast) which will be chosen according to the application.
  • an LCD screen having a long response time may have disadvantages except in the case of the strobe where there will be smoothing the source which will then appear as a continuous source;
  • the saturating pixels are identified at least twice during the beginning of the image acquisition
  • the dazzling lights flash or strobe light will be able to be processed, if the value of t s is developed according to their frequency of emission. Note gue more time t s is short, more the attenuation function is uncertain for the rest of the acguisition, particularly for the less bright areas.
  • optically controlled gray levels are achieved by servocontrol, it is not possible to anticipate the appearance of new levels of brightness.
  • the light is intensified in front of the camera sensor; and filtering by opacifying also the pixels adjacent to the saturating pixels.
  • the invention also proposes a device and / or a camera implementing one and / or several embodiments of the method as described above.
  • the invention also proposes a device for producing images (I 1 , I 2 , ... Ii) of an object, comprising a charge-coupled or equivalent camera comprising a sensor arranged to capture said images of the object during acquisition times (ti, t 2 , ...
  • the sensor comprises identification means during the beginning of the acquisition of the image of the clean pixels to be saturated before the end of the so-called saturation pixel acquisition time, means for producing a filter matrix (Mi) arranged for reducing the amount of light corresponding to said saturating pixels below the saturation threshold F S at or other specific threshold of the camera so as to obtain a visible image of the parts of the image corresponding to said pixels, and algorithmic processing means of the image (Ii) being acquired, or of the consecutive image (Ii), or substantially consecutive image (Ii + k ) with k natural integer 4 4, with said filter matrix, to obtain a complete image without glare at the end of said acquisition time ti + k).
  • the device comprises identification means comprising means for calculating the filling slopes in photons of the saturating pixels, in a reference having the time t on the abscissa and the sensitivity F on the ordinate, means for producing a line D [ti, F sat,; tio, F 0 ] with: tio time at the origin of acquisition of an image Ii, ti acquisition time of the image Ii,
  • G f (t) function of the visual result that one seeks to achieve.
  • the image of the dazzled part is displayed so that the shortest theoretical time of reaching the threshold of sensitivity of a saturating pixel defines the first gray level before the white and the time t s defines the last gray level before black
  • the identification means are arranged to identify as a saturation pixel any pixel whose photon content reaches the sensitivity threshold before the time t s .
  • the device comprises means for reading the content of the saturating pixels as soon as they reach the sensitivity threshold and means for applying said filtration algorithm G f (t) by assigning each a respective slope to complete their filling. such that the corrected contents of the saturating pixels are distributed between the values F 3 and F ga t.
  • the filter matrix is an LCD, DMD or MEMS screen placed in front of the camera sensor, the cells of which are programmed according to a filtration algorithm (G, G ') function of the result visual that one seeks to achieve.
  • G, G ' a filtration algorithm
  • Figure 1 schematically shows a camera used according to the invention.
  • Figure 2 shows . an image acquired without treatment, and an image acquired with treatment by a camera according to the invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a camera according to the embodiment of the invention more particularly described here.
  • Fig. 4 is a flowchart showing the main steps of the method according to one embodiment of the invention.
  • FIG 5 shows schematically the principle of the method implemented according to the embodiment of the invention more particularly described.
  • Figures 6 and 7 show two embodiments of the comparison process implemented according to two different modes of the invention.
  • FIG. 8 schematically shows the adjustment of the slope followed algorithmically by the photons according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 schematically shows the principle of the method implemented according to another mode of embodiment of the invention with correction on a next image.
  • Figure 10 is a block diagram of an exemplary partial embodiment of the device according to the invention (at the pixel).
  • FIG. 1 shows a device 1 comprising a camera 2 for acquiring an image of an object 3, some of whose elements 4 are a source of intense light 5, causing glare.
  • the camera comprises an optical part 6 known in itself, a diaphragm 7, possibly filters of known type (not shown), a sensor or sensor array 8, for example a CID sensor of known type or a photodiode sensor, as described more particularly hereinafter with reference to FIG. 10, a filter matrix 9 for example formed by an LCD screen manufactured by the Korean company Hj in under the reference LP70ASCO or a DMD system for example produced by the American company Texas Instruments, said filter matrix being interposed between optics 6 and sensor 8.
  • This matrix is controlled by an electronic circuit 10 from a connection 11 with the sensor 8 so as to restore (see FIG. 2) from an image 12 partially saturated by the fact of the glare 13 an image 14 wherein the elements corresponding to the saturated photon pixels are visibly rendered (part 16).
  • FIG. 3 shows the block diagram of the camera 17 according to the embodiment of the invention more particularly described here.
  • the camera 17 comprises a housing 18 (schematized in mixed lines in the figure) provided with a lens 19, an LCD filter matrix 20 placed in the focal plane, or substantially in the focal plane, of the objective 19, of an intermediate optical device 21, for example a lens, making it possible to refocus the light having passed through the LCD filter matrix on the sensor 22 organized in matrix xy.
  • a housing 18 (schematized in mixed lines in the figure) provided with a lens 19, an LCD filter matrix 20 placed in the focal plane, or substantially in the focal plane, of the objective 19, of an intermediate optical device 21, for example a lens, making it possible to refocus the light having passed through the LCD filter matrix on the sensor 22 organized in matrix xy.
  • the filter matrix 20 can be moved slightly parallel to the focal plane, in front of or behind the latter, in order to reduce the difficulty of the combination pixel sensor / pixel matrix filter. In fact, the filter matrix then creates a fuzzy mask image, larger than necessary, which thus partially corrects the association defects. Such an offset can be committed between + 0.5mm, for example 100 ⁇ , see 10 ⁇ , depending on the blank masking desired.
  • the sensor transmits signals to a signal processing unit 23 itself connected via a RAM 24 to a computer 25 arranged to elaborate pixel by pixel, or group of pixels per group of pixels, the filtration matrix. through a circuit 26 which drives the LCD 20 via a link 27 and which is also attacked by the sensor control unit 28.
  • a storage unit 29 of successive filters is also provided and will allow, from the computer 25, to take into account the previous filtration matrices, in particular to limit the feedback effect as will be described further below.
  • the camera 17 also comprises a monitor screen 30 rendering the filtered image and peripheral devices 31 known per se.
  • the signal processing unit 23 comprises means for identifying, during the start of the image acquisition, the pixels that are suitable for being saturated during the acquisition time, called saturation pixels.
  • It comprises a first identification step 32 during the acquisition of images of pixels that are capable of being saturated before the end of the acquisition time.
  • the saturating pixels are identified by defining in an orthonormal coordinate system having time on the abscissa and the sensitivity F on the ordinate, a line D and the photon filling slope of the pixels in xy with 33 is compared with the slope of the line D. If this slope is lower, we continue to fill in 34 the pixels concerned with the received photons so as to develop an entire image without glare at 35.
  • the value S (t) of the signals at time t is compared at 37 with a previous signal S (tl), and the value of the filtration algorithm is adjusted to make the difference S (t) ⁇ S / t-1) equal to zero or to a determined value, then complete the image to obtain the total image without glaring and without sticking (stability of the system) and without effect Larsen (see below). Finally, if necessary, a test 38 is performed to determine whether the shooting is stopped or if it is restarted at 39 to develop the next image following the same process.
  • T 0 is the starting point corresponding to the initial time t 0 which is the start time of acquisition of an image I 1 by the camera.
  • the limit F 0 is the theoretical basis for the passage of the first photons, below which the pixels of the sensor do not record anything.
  • the line F 3 parallel to the x-axis, corresponds to the sensitivity threshold of the camera, that is to say the energy threshold from which each pixel passing this threshold can theoretically be read or discharged.
  • F sat is the saturation limit, or threshold of energy at which one or more pixels are saturated, which implies glare. In other words, no more shape or no movement is then detected if it is not white light, the cameras more particularly used with the invention being essentially black and white. But the invention can of course be applied to color cameras, which may then require additional intermediate filters of color, in a manner known per se.
  • Ti is the point of the time axis corresponding to the time ti.
  • This line defines the boundary below which the pixels will not be saturated at time t i (imaging time) and therefore normally read by the camera without intervention of the filter function, and over which they are saturated and will have to be attenuated by the filtering function.
  • the pixels likely to be saturated in fine in case of no treatment are called as specified above the saturating pixels.
  • the line D and the line P 3 define a point of intersection H corresponding to the time that can be described as detection time, also indicated later by using the Anglo-Saxon term "sensing".
  • any pixel reaching F 3 before t s is by definition a saturating pixel, having a filling slope greater than the slope of line D.
  • any pixel of lower slope does not intervene in the so-called sensing detection period, and therefore continues to fill normally until the end of acquisition t ⁇ .
  • FIG. 5 shows the coordinates [t a / F s - / [t b , F 3 ] and [t c , F s ] corresponding to three saturating pixels a, b, c . They are actually read and / or are discharged at the end of time t a, t b, t c which are less than the time t s defined above.
  • FIG. 5 thus shows, in x, y, the filter matrix 41, the pixels a ', b', c 'corresponding to the pixels a, b, c of the sensor 42, become g, h, i.
  • the gray-level algorithm G f (t) used makes it possible to adjust the filling slope of a, b, c after unloading or after reading the pixels concerned.
  • the slope corrections must be such that the corrected pixels are all distributed between F a and F sat at time t i.
  • another function G '(t) can be applied to obtain the equivalent of the pixels g, h, i according to slopes 46, 47, 48.
  • the calculator will therefore adjust the value of G for the difference S (t) -S (t-n), so that it is reduced to zero or to another previously chosen value.
  • the preceding comparison function is performed on a variable and adjustable number of pixels taken in a random manner so as to lighten the load of the computer. It is also possible, on the contrary, in the case of reserve of computing power, to repeat the function several times and as many times as possible in the interval from t 0 to t x .
  • t b will define the signal S b
  • S b the signal S h
  • K f (S b , S h ).
  • K f (S m / S n )
  • m is the marker assigned to the saturating pixels (a, b, c in the example above)
  • n the reference assigned to corresponding pixels at the end of image processing (g, h, i in the example).
  • K> 0 then corresponds to a downward shift of the previous example (arrow 58) or a blackening of the image and K ⁇ 0 (arrow 59) corresponds to the inverse.
  • FIG. 9 shows another embodiment of the "drop-down" filter invention calculated on the image Ii and which acts on the image according to (Ii + i).
  • FIG. 10 shows an example of a partial embodiment of a device according to the invention (at the pixel level), and more specifically of the control of the opacity of a pixel 71 of the matrix, referred to as a modulator pixel, which may correspond to a micro-mirror or to the cell of an LCD screen, with a photodiode type sensor, for which the circuit 72 comprising the elements 73, 74, 75, 76 and 77 is the circuit equivalent to a pixel of said sensor .
  • the circuit 72 comprises a photodiode 73 which drives a transimpedance amplifier circuit 75 (current / voltage conversion) using a resistor 74.
  • a charging shaft 76 connected on one side to a sample-and-hold circuit 77 via a contactor 78 and the other to a dual comparison circuit 79 which drives an AND gate 80 via a driver circuit 81 of the opacity of the pixel.
  • the charge shaft 16 is empty, and the modulator pixel 71 is white.
  • the photodiode 73 receives the photons 82, converts them into current, and the transimpedance amplifier 75 then charges the well, since the sample-and-hold circuit 77 is open.
  • the sample-and-hold circuit 77 closes and the charge of the well empties while being transferred to the output 83.
  • the computer assembly 79, 80 is replaced by more complex circuits performing the functions G or G ', as described in the present invention, and by implementing means in known manner in herself.
  • a sensor equipped with at least two output registers to provide for the transfer of the contents of the sensor in a first register after a determined time ti and in the second register after a second predetermined time t 2 , for example corresponding to the acquisition time total of the image sought, which allows two separate video outputs, the second corresponding to the image filtered by a filter for example DMD, whose characteristics are determined by calculation as described above, from the information from the loading / unloading the first register.
  • This type of sensor is, for example, a CCD dual-register charge-coupled sensor, allowing double-scanning of the images ("double scan" in English language), and thus simultaneously obtaining an identification of the saturating pixels by means of an unloading of the first register which will make it possible to calculate the DMD filter, and obtaining the filtered image by the second register.
  • the optical filtering can be done on a next image.
  • the present invention is not limited to the embodiments more particularly described. On the contrary, it embraces all the variants and in particular those where the internal optics of the camera comprises a simple set of lenses without refocusing towards the sensor, where the limits used are those of the "blooming" where the non-saturating pixels are themselves. processed via the filter or not, to improve the quality of the image, where the calculator of the filter matrix is more complex.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'élaboration d'images (Ii, I2, ... Ii) d'un objet, successivement captées pendant des temps d'acquisition (t1, t2, … ti), par le capteur d'une caméra à transfert de charges ou équivalente. Avec le même capteur que le capteur d'acquisition et pour chaque image, on identifie pendant le début de l'acquisition de l'image les pixels (a, b, c) propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition (ti), dits pixels saturants, on élabore une matrice filtre (Mi) agencée pour ramener la quantité de lumière correspondant aux dits pixels saturants de ladite image en dessous du seuil de saturation Fsat ou un autre seuil significatif de la caméra de façon à obtenir une image visible des parties de l'image correspondante aux dits pixels, et on traite l'image en cours d'acquisition ou l'image consécutive (Ii+1) ou sensiblement consécutive (Ii+k) où k est un entier naturel ≤ 4, avec ladite matrice filtre, pour obtenir une image complète sans éblouissement à la fin dudit temps d'acquisition (ti+k).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'ELABORATION D'IMAGES NON SATUREES PAR UNE CAMERA A TRANSFERT DE CHARGE OU EQUIVALENTE .
La présente invention concerne un procédé d'élaboration d'images (I1, I2, ... Ii) d'un objet, captées pendant des temps d'acquisition (tlf t2, ... tj.) par une caméra à transfert de charge ou équivalente, permettant d'obtenir des images de l'objet sans éblouissèment .
Par caméra à transfert de charge ou équivalente, il faut entendre une caméra munie d'un capteur ou senseur comprenant une matrice d'acquisition des photons avec possibilité de lire et/ou de décharger chaque pixel ou groupe de pixels en fonction de critères déterminés et ce, notamment au cours de leur chargement en photons . II peut s'agir notamment d'une caméra à injection de charge (CID), d'une caméra utilisant un capteur CMOS, ou encore d'une caméra dont la matrice d'acquisition est une matrice de photodiodes.
Elle concerne également une caméra mettant en œuvre un tel procédé .
Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive dans le domaine de la conduite et/ou de l'observation en milieu éblouissant, entraînant une impossibilité de détection de tous les objets et/ou mouvements d'un environnement déterminé et ce avec une grande fiabilité.
Cette détection fiable est particulièrement cruciale pour surveiller des zones à risque (zones militaires, banques...) ou encore des zones situées dans un environnement hostile où il est important de conserver une possibilité d'observation en cas d' éblouissement violent qu'il soit naturel ou créé volontairement ou accidentellement.
L'invention est également avantageusement appliquée à la circulation automobile de nuit ou en présence d'un soleil violent contrastant avec un environnement plus sombre . Elle est aussi particulièrement adaptée à l'observation spatiale pour laquelle il existe un très grand contraste entre un objet très lumineux
(une étoile) et son environnement immédiat pratiquement non émetteur de photons (le noir de l'espace interstellaire) .
On connaît déjà des caméras à couplage de charge agencées pour moduler une ou plusieurs sources intenses captées simultanément.
Pour limiter l' éblouissement et indépendamment de l'utilisation d'un diaphragme, il est par exemple connu de capter les photons créateurs de l'image et de générer alternativement entre chaque étape de captation, un filtre optique sélectif qui est interposé entre l'objet émetteur de photons et le senseur à couplage de charge.
Un tel système, s'il présente certains avantages, présente également des inconvénients .
En particulier, il est lourd à mettre en œuvre compte tenu de son mode de fonctionnement alternatif entraînant de ce fait une vitesse de réaction limitée ainsi que des pertes d'informations.
La présente invention vise à proposer un procédé et un dispositif d'élaboration d'images complètes même en cas de fort éblouisseraent , répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'elle propose un procédé et une caméra antiéblouissement simples d'utilisation, présentant un effet exceptionnel car restituant de façon détaillée les parties de l'image suréclairées de façon éblouissante, ce avec un temps de réponse optimisé, et sans perte ou quasiment sans perte d'informations. L'intérêt de l'invention ne réside pas seulement dans le temps de réponse, mais aussi dans la qualité de l'image finale. Tous les pixels peuvent être traités par le filtre de manière à obtenir une image la plus harmonieuse possible, y compris donc en traitant des pixels non saturés.
Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, est également résolu le problème de la saturation d'un ensemble (la boîte optique) et non seulement celle d'un élément (le ou les pixels) . En effet, avec les caméras de l'art antérieur, les phénomènes secondaires comme les réflexions parasites, les « éclaboussements » de la structure contenant les pixels, l' échauffement éventuel, etc., n'étaient pas traités de façon satisfaisante sans perte d'informations.
L'invention permet de résoudre de tels problèmes. Dans ce but, elle propose notamment un procédé d'élaboration d'images (I1, I2, . • • Ii) d'un objet, successivement captées pendant des temps d'acquisition (ti, t2, ... tj.) , par le capteur d'une caméra à transfert de charges ou équivalente, caractérisé en ce que il comporte les étapes suivantes : avec le même capteur que le capteur d'acquisition et pour chaque image. on identifie pendant le début de l'acquisition de l'image les pixels propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition (ti) , dits pixels saturants, on élabore une matrice filtre (Mi) agencée pour ramener la quantité de lumière correspondant aux dits pixels saturants de ladite image en dessous du seuil de saturation Fgat ou d'un autre seuil significatif de la caméra, de façon à obtenir une image visible des parties de l'image correspondante aux dits pixels, et on traite l'image en cours d'acquisition ou l'image consécutive (Ii+i) ou sensiblement consécutive di+k) / où k est un entier naturel <4 , avec ladite matrice filtre, pour obtenir une image complète sans éblouissement à la fin dudit temps d'acquisition ti+k.
Les pixels saturants sont donc filtrés même à retardement, tout en continuant image par image, à construire l'image correspondant aux autres pixels. On joue donc sur le fait qu'un éblouissement va pouvoir être corrigé en cours d'acquisition d'image et/ou rattrapé au cours de la ou des images d'après.
Un tel procédé permet d'éviter de façon dynamique, image par image, en temps réel et de façon continue ou, si le temps de calcul du filtre de la matrice filtre est supérieur au temps d'acquisition ti, avec un décalage « glissant » d'une, deux, ou trois images, la saturation de la caméra par des sources de lumière intense et ce, sans moyens de dérivation et/ou de captation spécifique d'au moins une partie des photons utilisés, en tout ou en partie. On calcule ainsi pendant l'élaboration et/ou l'acquisition de l'image Ii elle-même, un filtre de ladite image Ii en utilisant le flux nominal reçu par le capteur de la caméra. Il existe dès lors une concordance optique entre filtre et capteur, dans le cas d'un filtre optique.
Cette concordance se fait avantageusement pixel par pixel ou un pixel du capteur correspondant à plusieurs pixels du filtre.
Avec le procédé de l'invention, on réalise en effet le calcul du filtre pendant la captation de l'image, à partir des premiers résultats de captation de cette dernière.
En d'autres termes, le procédé utilise un même capteur, pendant un premier temps pour, d'une part détecter les pixels saturants et, d'autre part, commencer à remplir en photons les pixels non saturants, et pendant un deuxième temps, finaliser ou continuer le remplissage des pixels saturants et non saturants de telle façon qu'on obtienne une image visible en totalité y compris pour les parties éblouissantes .
Selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici, il n'y a donc pas ou peu de perte d' information puisque toutes les images sont construites et conservées, même en cas de léger décalage du filtre, celui-ci étant constitué en continu en cours d'acquisition sans destruction ou absence de captation.
Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit, il a ainsi été défini pour ce faire un seuil de sensibilité Fs , c' est-à-dire un seuil minimum d'énergie requise pour déclencher un signal de la matrice d'acquisition, seuil à partir duquel il devient possible de lire et/ou de décharger chaque pixel au groupe de pixels et ce dès le franchissement dudit seuil de sensibilité.
Dans la pratique et en cas d'utilisation d'un filtre, le seuil Fs est le seuil de sensibilité de la caméra corrigé par le facteur de transmission maximum du filtre : F3 peut alors être également qualifié de seuil « d'identification ».
Le seuil peut avantageusement être ajustable avec comme borne inférieure le seuil de détection de la caméra, qui tient compte du bruit du capteur.
Dans des modes de réalisation avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : - pour identifier les pixels saturants, on définit dans un repère ayant le temps t en abscisse et le niveau d'énergie F en ordonnée, une droite D
[tio , F0 ; ti , Fsat] avec : tio temps à l'origine d'acquisition d'une image Ii, ti temps d'acquisition de l'image Ii
F0 limite théorique de passage des premiers photons,
Fsat limite de saturation ou autre seuil significatif, et on retient comme pixels saturants tous les pixels dont la pente de remplissage en photons est supérieure à la pente de la droite D.
Dans le cas général, on a supposé que la source éblouissante était stable pendant le temps d'acquisition, pour que la pente mesurée permette de définir le filtrage nécessaire. Fsat peut également être remplacé par Fbiooπw (autre seuil significatif)) c'est-à-dire la limite de
« blooming », terme anglosaxon utilisé par l'homme du métier et qualifiant le niveau d' éblouissement du capteur.
Même si le fonctionnement du capteur n'est plus linéaire entre Fsat et Fbioom, le principe de l'invention est en effet applicable.
- F3 étant le seuil de sensibilité de la caméra corrigé par le filtre, on définit un temps ta par l'intersection de la droite D avec la ligne horizontale F3 et on applique aux dits pixels saturants un algorithme de filtration G = f(t)en fonction du résultat visuel que l'on cherche à atteindre .
Par exemple, on affiche l'image de la partie éblouie de sorte que le temps théorique le plus court d'atteinte du seuil de sensibilité d'un pixel saturant définisse le premier niveau de gris avant le blanc et le temps t3 définisse le dernier niveau gris vers le noir.
Il s'agît ici du niveau de gris de l'image obtenue, et non de celui du filtre lui-même ;
- on identifie comme pixel saturant tout pixel dont le contenu en photons atteint le seuil de sensibilité avant le temps ts. Par contenu en photons, il convient d'entendre l'énergie correspondant aux photons accumulés par ledit pixel ; on lit le contenu des pixels saturants dès qu'ils atteignent le seuil de sensibilité et on leur applique ensuite ledit algorithme de filtration G = f(t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer leur remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat . - on décharge le contenu des pixels saturants dès qu'ils atteignent le seuil de sensibilité et on applique ensuite aux dits pixels saturants à partir de leur valeur déchargée un algorithme de filtration G' = f(t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer leur remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat
Comme indiqué ci-avant, on peut également traiter les pixels non saturants pour améliorer encore la qualité de l'image ;
- la répartition entre les valeurs F3 et Fsat est dépendante des valeurs des pentes initiales de remplissage des pixels saturants correspondants. Par pente initiale, il faut entendre la pente avant correction, qui est donc supérieure à la pente de la droite D ;
- l'algorithme de filtration (G ou G') permet le réglage du filtre et est agencé pour agrandir ou réduire la plage de répartition entre Fs et Fsat ;
- la matrice filtre est un écran LCD, DMD (initiales anglo saxonnes de Digital Micromirror
Device) ou MEMS (initiales anglo saxonnes de Micro-
Electro-Mechanical-System) placé devant le capteur de la caméra et, pour obtenir le résultat visuel que l'on cherche à atteindre, on programme ses cellules selon un algorithme de filtration en conséquence.
Par exemple, il prévoit que le temps théorique le plus court d'atteinte au seuil de sensibilité d'un pixel saturant définit le noir et le temps ts définit le dernier niveau de gris avant le blanc.
Chaque filtre est différent et son intérêt réside dans son temps de réponse et sa capacité de transmission (ou contraste) gui seront choisis en fonction de l'application.
Ici un écran LCD ayant un temps de réponse assez long, peut présenter des inconvénients sauf dans le cas du stroboscope où il y aura lissage de la source gui apparaîtra alors comme source continue ;
- on identifie les pixels saturants au moins deux fois pendant le début de l' acguisition de l'image ;
- on modifie le temps ts d'identification des pixels saturants pendant la période d' acguisition.
Dans ces deux derniers cas, les lumières éblouissantes type flash ou stroboscope vont pouvoir être traitées, si la valeur de ts est élaborée en fonction de leur fréguence d'émission. On notera gue plus le temps ts est court, plus la fonction d'atténuation est incertaine pour le reste de l' acguisition, en particulier pour les zones les moins lumineuses .
On peut alors décider d' augmenter ce temps ts avec le risgue de ne pas pouvoir réaliser certaines fonctions d'atténuations.
On peut aussi piloter la caméra de façon à appliguer un gain supérieur lors de la lecture et ce afin d'obtenir une bonne approximation de ce gue sera le niveau de gris de chague pixel à la fin de 1 ' acguisition de l'image, l'inconvénient étant cependant gue l'image est alors plus perturbée par le bruit de l'environnement, (ce gui peut être gênant pour la précision du filtrage des niveaux moins lumineux) .
On notera aussi gue le filtrage optigue des niveaux de gris étant réalisé par un asservissement, il n'est pas possible d'anticiper l'apparition de nouveaux niveaux de luminosité.
Ceci peut provoquer dans certaines conditions une distorsion importante des niveaux de gris résultants. Cette distorsion peut être limitée soit en augmentant la vitesse du filtrage et/ou en diminuant la valeur de la dérivée de la fonction d'atténuation par rapport à la luminance sur l'ensemble des valeurs de luminance considérées ; - on compare la valeur d'un signal S(t) fonction des pixels saturants et de leur valeur après filtration à un signal S(t-l) précédent et on ajuste la valeur de l'algorithme de filtration G = f (t) pour rendre la différence S(t) - S(t-l) égale à 0 ou à une valeur déterminée. On notera que le calcul S(t)-S(t- 1) , peut également être effectué sur la même image pour les sources à intensité variable ou en mouvement .
Ceci va permettre d'éviter ou de limiter l'effet Larsen, comme cela va être précisé ci-après ;
- on effectue ladite comparaison sur un nombre variable de pixels déterminé de façon aléatoire ; on corrige le sur-remplissage ou le sous- remplissage des pixels saturants d'une image Ii + i après la filtration d'une image précédente Ii par anticipation en appliquant un facteur correctif K fonction des signaux reçus par la caméra sur chaque pixel i, soit K = f (Sm, Sn) , où m est le repère affecté aux pixels i saturants n est le repère affecté aux pixels correspondants après filtration. Les pixels m étant ceux identifiés entre les temps t=0 et t=tg on peut symboliquement écrire : 0 < m < tB et les pixels n étant ceux identifiés comme adoptant une valeur après filtration entre F3 et Fsat, on peut ici encore écrire : Fs < n < Fsat ;
- pour des applications basses luminosités, on intensifie la lumière devant le capteur de la caméra ; - on filtre en opacifiant également les pixels adjacents aux pixels saturants.
Avec l'invention, il peut ainsi être évité les conséquences habituelles de l ' éblouissèment , à savoir les éclaboussures des autres pixels, tout en permettant la récupération de scène à contraste élevé, et ce sans fermeture de l'iris de la caméra, ce qui aurait eu pour effet de diminuer l'intensité lumineuse sur l'ensemble de l'objet.
L'invention propose également un dispositif et/ou une caméra mettant en œuvre un et/ou plusieurs modes de réalisation du procédé tel (s) que décrit (s) ci- dessus .
Plus précisément l'invention propose encore un dispositif d'élaboration d'images (I1, I2,... Ii) d'un objet, comprenant une caméra à transfert de charge ou équivalente comportant un capteur agencé pour capter lesdites images de l'objet pendant des temps d'acquisition (ti, t2, ... ti) , caractérisé en ce que le capteur comporte des moyens d'identification pendant le début de l'acquisition de l'image des pixels propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition dits pixels saturants, des moyens d'élaboration d'une matrice filtre (Mi) agencée pour ramener la quantité de lumière correspondant aux dits pixels saturants en dessous du seuil de saturation FSat ou autre seuil spécifique de la caméra de façon à obtenir une image visible des parties de l'image correspondante aux dits pixels, et des moyens de traitement algorithmique de l'image (Ii) en cours d'acquisition, ou de l'image consécutive (Ii) , ou sensiblement consécutive (Ii+k) avec k entier naturel £ 4, avec ladite matrice filtre, pour obtenir une image complète sans éblouissement à la fin dudit temps d'acquisition ti+k) .
Avantageusement, le dispositif comporte des moyens d' identification comportant des moyens de calcul des pentes de remplissage en photons des pixels saturants, dans un repère ayant le temps t en abscisse et la sensibilité F en ordonnée, des moyens d'élaboration d'une droite D [ti, Fsat, ; tio, F0] avec : tio temps à l'origine d'acquisition d'une image Ii, ti temps d'acquisition de l'image Ii,
- F0 limite théorique de passage des premiers photons, Fsat limite de saturation ou équivalent, et des moyens de sélection desdits pixels saturants comme étant tous les pixels dont la pente de remplissage en photons est supérieure à la pente de la droite D.
Dans un mode de réalisation avantageux, F3 étant le seuil de sensibilité de la caméra corrigé par le filtre, et un temps ts étant défini par l'intersection de la droite D avec la ligne F3 , le dispositif comporte des moyens pour appliquer aux dits pixels un algorithme de filtration G = f (t) fonction du résultat visuel que l'on cherche à atteindre. Par exemple, on affiche l'image de la partie éblouie de sorte que le temps théorique le plus court d'atteinte au seuil de sensibilité d'un pixel saturant définisse le premier niveau de gris avant le blanc et le temps ts définisse le dernier niveau de gris avant le noir
Avantageusement, les moyens d'identification sont agencés pour identifier comme pixel saturant tout pixel dont le contenu en photons atteint le seuil de sensibilité avant le temps ts.
Egalement avantageusement le dispositif comporte des moyens de lecture du contenu des pixels saturants dès qu'ils atteignent le seuil de sensibilité et des moyens d'application dudit algorithme de filtration G f(t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer leur remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fgat. Dans un autre mode de réalisation avantageux le dispositif comporte des moyens de déchargement du contenu des pixels saturants dès qu'ils atteignent le seuil de sensibilité et des moyens agencés pour appliquer ensuite aux dits pixels saturants à partir de leur valeur déchargée un algorithme de filtration G' = f(t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer le remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat. Avantageusement, la matrice filtre est un écran LCD, DMD ou MEMS placé devant le capteur de la caméra, dont les cellules sont programmées selon un algorithme de filtration (G, G' ) fonction du résultat visuel que l'on cherche à atteindre. Par exemple il prévoit que le temps théorique le plus court d'atteinte au seuil de sensibilité d'un pixel saturant définit le noir et le temps ts définit le dernier niveau de gris avant le blanc.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation donnés ci-après à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins qui l'accompagnent dans lesquels :
La figure 1 montre schématiquement une caméra utilisée selon l'invention.
La figure 2 montre . une image acquise sans traitement, et une image acquise avec traitement par une caméra selon l'invention.
La figure 3 est un schéma bloc d'une caméra selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici.
La figure 4 est un organigramme montrant les étapes principales du procédé selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 montre schématiquement le principe du procédé mis en œuvre selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit. Les figures 6 et 7 montrent deux modes de réalisation du processus de comparaison mis en œuvre selon deux modes différents de l'invention.
La figure 8 montre schématiquement l'ajustage de la pente suivie algorithmiquement par les photons selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 9 montre schématiquement le principe du procédé mis en œuvre selon un autre mode de réalisation de l'invention avec correction sur une image suivante.
La figure 10 est un schéma de principe d'un exemple de réalisation partiel du dispositif selon l'invention (au niveau du pixel) .
La figure 1 montre un dispositif 1 comprenant une caméra 2 d'acquisition d'une image d'un objet 3 dont certains éléments 4 sont source de lumière intense 5, engendrant un éblouissement . La caméra comprend une partie optique 6 connue en elle-même, un diaphragme 7, éventuellement des filtres de type connu (non représentés) , une matrice senseur ou capteur 8, par exemple un capteur CID de type connu ou encore un capteur à photodiodes, comme décrit plus particulièrement ci-après en référence à la figure 10, une matrice filtre 9 par exemple formée par un écran LCD fabriquée par la société coréenne Hj in sous la référence LP70ASCO ou un système DMD par exemple produit par la société américaine Texas Instruments, ladite matrice filtre étant interposée entre l'optique 6 et le capteur 8.
Cette matrice est commandée par un circuit électronique 10 à partir d'une connexion 11 avec le capteur 8 de façon à restituer (cf. figure 2) à partir d'une image 12 en partie saturée du fait de l' éblouissement 13 une image 14 dans laquelle les éléments 15 correspondant aux pixels saturés de photons sont restitués de façon visible (partie 16) .
On a représenté sur la figure 3 le schéma bloc de la caméra 17 selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici.
La caméra 17 comporte un boîtier 18 (schématisé en traits mixte sur la figure) munie d'un objectif 19, d'une matrice filtre LCD 20 placée dans le plan focal, ou sensiblement dans le plan focal, de l'objectif 19, d'un dispositif optique 21 intermédiaire par exemple une lentille, permettant de refocaliser la lumière ayant traversé la matrice filtre LCD sur le capteur 22 organisé en matrice xy.
La matrice filtre 20 peut être déplacée légèrement parallèlement au plan focal, en avant ou en arrière de ce dernier, afin de diminuer la difficulté de l'association pixel capteur/pixel matrice filtre. En effet, la matrice filtre crée alors une image de masquage floue, plus importante que nécessaire, ce qui corrige de ce fait en partie les défauts d' association. Un tel décalage peut être commis entre + 0,5mm, par exemple lOOμ, voir lOμ, fonction du masquage flan souhaité .
Le capteur émet des signaux vers une unité 23 de traitement de signaux elle-même connectée par l'intermédiaire d'une mémoire RAM 24 à un calculateur 25 agencé pour élaborer pixel par pixel, ou groupe de pixels par groupe de pixels la matrice de filtration par le biais d'un circuit 26 qui attaque l'écran LCD 20 via une liaison 27 et qui est par ailleurs également attaqué par le bloc 28 de commande du capteur.
Une unité de stockage 29 de filtres successifs est également prévue et va permettre, à partir du calculateur 25, de tenir compte des matrices de filtration précédentes, afin notamment de limiter l'effet Larsen comme cela sera décrit plus avant ci- après . La caméra 17 comprend également un écran moniteur 30 restituant l'image filtrée et des dispositifs périphériques 31 connus en eux-mêmes.
L'unité 23 de traitement des signaux comprend des moyens d' identification, pendant le début de l'acquisition d'image, des pixels propres à être saturés pendant le temps d'acquisition, dits pixels saturants .
Ceux-ci, par le biais du calculateur 25, élaborent les pixels de filtration de la matrice filtre, qu'ils ajustent en 26 de façon à ramener la quantité de lumière correspondant aux pixels saturants en-dessous du seuil de saturation Fsat de la caméra, et obtenir ainsi une image visible des parties 15 de l'image correspondant aux pixels saturants.
En d'autres termes, grâce aux calculs du calculateur, il est possible de restituer sur l'écran moniteur 30 une image complète sans éblouissement à la fin du temps d'acquisition ti. On va maintenant décrire un procédé d'élaboration d'une image d'un objet capté pendant le temps d'acquisition t± selon l'invention, en référence à l'organigramme de la figure 4.
Il comprend une première étape 32 d'identification pendant le début d'acquisition d'images des pixels propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition. Pour ce faire, et par exemple, on identifie les pixels saturants en définissant dans un repère orthonormé ayant le temps en abscisse et la sensibilité F en ordonnée, une droite D et on compare en 33 la pente de remplissage en photons des pixels en xy avec la pente de la droite D. Si cette pente est plus faible, on continue à remplir en 34 les pixels concernés avec les photons reçus de façon à élaborer en totalité une image sans éblouissement en 35. Par contre, dans le cas où la pente est supérieure, on définit un temps ts par l'intersection de la droite D avec une ligne horizontale F3 qui est le seuil de sensibilité et on applique en 36 aux pixels un algorithme de filtration G = f(t), par exemple dans lequel le temps théorique le plus court d'atteinte au seuil de sensibilité d'un pixel saturant définit le premier niveau de gris avant le blanc et le temps ta définit le dernier niveau de gris soit le noir, la répartition entre les deux se faisant par exemple linéairement.
On compare en 37 la valeur S (t)des signaux à l'instant t en fonction des pixels saturants et de leur valeur après filtration, à un signal précédent S(t-l), et on ajuste la valeur de l'algorithme de filtration pour rendre la différence S(t)~ S/t-1) égale à zéro ou à une valeur déterminée, puis on complète l'image pour obtenir en 35 l'image totale sans éblouissement et sans bagottement (stabilité du système) ni sans effet Larsen (voir ci-après) . Enfin, on effectue, s'il y a lieu, un test 38 pour savoir si on arrête alors la prise de vue ou si on redémarre en 39 pour élaborer l'image suivante en suivant le même processus.
On va maintenant décrire plus précisément en référence aux figures 5, 6, 7, 8 et 9 la mise en œuvre du procédé selon les modes de réalisation plus particulièrement envisagés de l'invention. Sur les figures 5 à 9, les temps t sont portés en abscisse et les niveaux d'énergie F en ordonnés.
T0 est le point de départ correspondant au temps initial t0 qui est l'instant de départ d'acquisition d'une image I1 par la caméra.
La limite F0 est la base théorique de passage des premiers photons, en-dessous de laquelle les pixels du capteur n'enregistrent rien.
La droite F3, parallèle à l'axe des x, correspond au seuil de sensibilité de la caméra, c'est-à-dire au seuil d'énergie à partir duquel chaque pixel passant ce seuil peut théoriquement être lu ou déchargé.
Fsat est la limite de saturation, ou seuil d'énergie à partir duquel un ou plusieurs pixels sont saturés, ce qui implique un éblouissement . En d'autres termes, plus aucune forme ou aucun mouvement n'est alors détecté si ce n'est une lumière blanche, les caméras plus particulièrement utilisés avec l'invention étant essentiellement en noir et blanc. Mais l'invention peut bien entendu être appliquée aux caméras couleur, qui peut alors nécessiter des filtres intermédiaires supplémentaires de couleur, de façon connue en elle-même.
Enfin Ti est le point de l ' axe des temps correspondant au temps ti .
Ce temps t1( t2, ... ti,... tn va donc correspondre à chaque fois à une image successive différente Iχ, I2,
Sur les figures, on a représenté la droite D ou AA' qui joint le point TO et le point [ti , Fsat] .
Cette droite définit la frontière en dessous de laquelle les pixels ne seront pas saturés à l'instant ti (temps d'élaboration d'image) et par conséquent normalement lus par la caméra sans intervention de la fonction filtre, et au-dessus de laquelle ils sont au contraire saturés et devront être de ce fait atténués par la fonction de filtrage. Les pixels susceptibles d'être saturés in fine en cas d'absence de traitement sont appelés comme précisés ci-avant les pixels saturants.
Enfin, la droite D et la droite P3 définissent un point d' intersection H correspondant au temps que l'on peut qualifier de temps de détection, également indiqué par la suite en utilisant le terme anglo- saxon « sensing ».
On notera d'emblée que tout pixel atteignant F3 avant ts est par définition un pixel saturant, ayant une pente de remplissage supérieure à la pente de la droite D.
Comme déjà mentionné ci-avant, tout pixel de pente inférieure n'intervient pas dans la période de détection dite de « sensing », et continue donc à se remplir normalement jusqu'à la fin d'acquisition t±.
Plus précisément, et de façon schématique, on a représenté sur la figure 5 les coordonnées [ta /Fs- /[tb, F3] et [tc,Fs] correspondant à trois pixels saturants a,b,c. Ils sont en effet lus et/ou se déchargent au bout des temps ta, tb, tc qui sont tous inférieurs au temps ts ci-dessus défini.
Ces temps sont donc pris en compte ainsi que les coordonnées x,y de chacun des pixels a,b,c par le calculateur 40 qui élabore les signaux Sa, Sb, Sc, nécessaires à la mise en place sur la matrice 41 filtre (LCD/DMD/MEMS) , des pixels filtrés correspondants . Ces pixels seront donc plus ou moins sombres en fonction des signaux Sa/ Sb, Sc et de l'algorithme de calcul G=F (t) , qui est par exemple une fonction linéaire dont la pente est fonction des temps initiaux ta, tb, t0 ; le temps théorique le plus court définissant le masque maxi (noir) et le temps le plus long (ts) définissant le masque mini (dernier niveau de gris avant le blanc) .
On a ainsi représenté sur la figure 5 de la matrice filtre 41, en x, y, les pixels a', b' , c' correspondant aux pixels a, b, c du capteur 42, devenus g, h, i .
Ces éléments de filtre a',b',c' vont donc permettre de ramener la quantité de lumière in fine prise en compte par le capteur 42 en-dessous du seuil de saturation ce qui va autoriser la vision de
1 ' image correspondante .
L'algorithme en fonction de niveau du gris G = f (t) utilisé permet d'ajuster la pente de remplissage de a,b,c après déchargement ou après lecture des pixels concernés.
Dans le cas d'une lecture, les pixels a,b,c continuent de se remplir selon une pente corrigée par la fonction G = f (t) correspondant par exemple aux droites 43, 44, 45 pour donner des quantités de photons correspondant aux pixels g, h, i,
Les corrections de pente doivent être telles que les pixels corrigés sont tous répartis entre Fa et Fsat à l'instant ti. Dans le cas d'un déchargement des pixels a, b, c une autre fonction G' (t) peut être appliquée pour obtenir l'équivalent des pixels g, h, i selon des pentes 46, 47, 48. Ces fonctions G = f(t) ou G'= f(t) peuvent être ajustables de façon à permettre d'agrandir ou réduire la plage de répartition entre Fs et Fsat et ainsi de décaler si nécessaire cette plage vers le haut Psat ou vers le bas F8.
Dans le cas où l' éblouissèment n'existe pas (cf. pixels d,e,f obtenus in fine sur le capteur de la caméra au temps tx) , c'est-à-dire dans le cas où leur pente de remplissage est inférieure à celle de D, ceux-ci ne sont ici pas pris en compte par la fonction filtrage et sont donc vus comme des pixels normaux par la caméra.
Dans une formulation spécifique du fonctionnement de la caméra selon l'invention, on pourra dire que tous les pixels tels que a,b,c, sont obtenus et sont « propriété » de la fonction filtre et que tous les pixels tels que d,e,f sont obtenus directement par la caméra et sont « propriétés » de la fonction « senseur » ou « sensing ». On pourra ainsi considérer qu'avant le temps ts, la caméra emprunte les pixels a,b,c et que c'est la fonction senseur qui décide des changements de propriétaire .
Cette notion devient importante à partir de ti quand le système passe à l'image suivante.
Si le senseur ne reprend pas possession immédiatement de ces pixels a,b,c, il va les voir décalés en g,h,i et considérer qu'il n'y a plus saturation et ainsi de suite entraînant un risque d'effet Larsen.
De plus, il existe un risque dans certains cas, compte tenu de la lenteur éventuelle de réaction du filtre (en cas de matrice LCD notamment) et de la rapidité de la caméra, d'empêchement de prise de possession instantanée.
Compte tenu de ce décalage éventuel , et pour éviter tout risque d'obtention d'une image avec effet parasite, il est prévu dans un mode de réalisation de l'invention de compenser par le calcul en comparant le signal S (t) a un instant t [S (t) = f (Sabc t Sghi) ] au signal S (t-n) a l'instant t-n.
Le calculateur va donc ajuster la valeur de G pour la différence S (t) -S (t-n), de façon qu'elle soit ramenée à zéro ou à une autre valeur préalablement choisie.
Si la différence est négative, cela veut dire que l'intensité du signal a diminué et qu'il faut diminuer la valeur de G, c'est-à-dire l'intensité de gris.
Inversement si la différence est positive, cela veut dire que l'intensité du signal a augmenté et qu'il faut augmenter la valeur de G, c'est-à-dire l'intensité de gris.
Avantageusement, on effectue la fonction précédente de comparaison sur un nombre variable et ajustable de pixels pris de manière aléatoire de façon à alléger la charge du calculateur. On peut également, au contraire, en cas de réserve de puissance de calcul, répéter plusieurs fois la fonction et ce autant de fois que possible dans l'intervalle de t0 a tx.
Le contrôle du temps de « sensing » tg va permettre de doser le filtrage. En augmentant ts par exemple, on augmentera la taille de la zone effective de filtration et inversement on la diminuera en diminuant ts. On a détaillé, pour mieux l'expliciter, le processus de comparaison en référence aux figures 6, 7 et 8.
Seul le cas du pixel b a été représenté sur les figures 6 et 7 pour clarté des schémas . Le pixel b étant protégé par le filtre pendant la durée d'acquisition de la première image (pente 50), il devient le pixel non saturant g (pente 51 parallèle à 50) . Il convient alors d'en tenir compte (flèche 52) . En effet, dès ti, le début du remplissage est affecté d'une erreur ce qui revient à dire que le pixel sera trop rempli en fin de processus.
Le pixel b initialement devenu h par exemple, sera maintenant vu en g (cf. figure 6) . Cette erreur est corrigée par la fonction de comparaison décrite précédemment (cf. figure 7).
Elle peut également être corrigée par anticipation étant donné qu'elle est une fonction directe de t2.
Inversement, en cas de lecture du pixel sans déchargement, ce dernier ne sera pas assez rempli en ti.
En effet, la cassure de pente en a,b,c (cf. flèche 53 sur la figure 5) n'existera plus puisqu'il n'y a plus de phase saturée de t0 à ts et le point vu en Ti sera plus bas (par exemple en i au lieu de h sur la figure 6) du fait de la pente 54 (par exemple parallèle à la pente 44 précédente) .
En d'autres termes tb va définir le signal Sb , et Sb le signal Sh. En référence à la figure 7, cela permet, image après image, de maintenir le pixel b en h, en faisant varier les pentes 55, 56, 57 permettant de toujours obtenir le même point h (ou sensiblement le même point) .
Il existe donc une relation directe que l'on peut écrire K=f (Sb,Sh) . En généralisant (cf. figure 8) il vient K=f(Sm/Sn), où m est le repère affecté aux pixels saturants (a,b,c dans l'exemple ci-avant) et n le repère affecté aux pixels correspondants en fin d'élaboration d'image (g,h,i dans l'exemple). La fonction f (Sm,Sn) pourra dès lors avoir diverses formes en fonction des contraintes d'utilisation et performance aisément déterminables pour l'homme du métier, la plus simple étant K=S1n-Sn, •..
Ceci donne pour K=O, Sm max. et Sn max = filtre maximum (et pixel image blanc) ,
Sm min. et Sn min = filtre minimum (et pixel image noir) .
K>0 correspond alors à un décalage vers le bas de l'exemple précédent (flèche 58) soit un noircissement de l'image et K<0 (flèche 59) correspond à l'inverse.
On remarquera en première approximation, que le remplissage des pixels est linéaire, ce qui n'est pas toujours vrai mais reste très proche de la réalité pendant le temps d'élaboration de l'image.
La figure 9 montre un autre mode de réalisation de l'invention à filtre « déroulant » calculé sur l'image Ii et qui agit sur l'image d'après (Ii+i) .
Le pixel b, qui, s'il continuait son remplissage en 60 arriverait à saturation en 61 est déchargé en
62, ce qui permet de lui appliquer un algorithme pour lui affecter une deuxième pente ]3 grâce au filtre alors calculé en conséquence. Dans le cas où ce calcul peut être effectué pendant l'acquisition de l'image Ii, soit par exemple pendant le temps ti Pour l'image I1 (flèche 63) à compter du déchargement (avec t'i <_ ti_tg) , le pixel peut être rempli a nouveau de façon filtrée selon la droite en trait mixte 64 pour former l'image comme décrit ci-avant en référence à la figure 5.
Par contre, si le temps de calcul t'2 (ou t'3) est supérieur à ti_tg, (doubles flèches 65,66), il ne pourra être suffisant pour calculer et élaborer le filtre à temps pour cette première image. C'est seulement pendant la suivante Ii +i, (où Ii +2) que le pixel saturant pourra alors être rempli selon la pente β (ligne 67) à partir du déchargement du pixel b de cette dernière image (ligne 68), l'image ayant été déchargé après le temps ti.
Dans le cas où les calculs se font avec une image de décalage, on a représenté deux cycles sur la figure 9, à savoir un cycle en trait épais 62, 65, 67 et le cycle suivant en trait mixte épais 68, 69, 70, le déroulement s 'effectuant de façon répétitive et identique en dynamique pour les images suivantes
Figure imgf000028_0001
On a représenté sur la figure 10 un exemple de réalisation partiel d'un dispositif selon l'invention (au niveau du pixel) , et plus précisément de la commande de l'opacité d'un pixel 71 de la matrice, dit Pixel modulateur, qui peut correspondre à un micro-miroir ou à la cellule d'un écran LCD, avec un capteur type photodiode, pour lequel le circuit 72 comprenant les éléments 73, 74, 75, 76 et 77 est le circuit équivalent à un pixel dudit capteur. Le circuit 72 comporte une photodiode 73 qui attaque un circuit amplificateur transimpédance 75 (conversion courant/tension) utilisant une résistance 74. Il est connecté à un puits de charge 76 relié d'un côté à un circuit échantilloneur-bloqueur 77 via un contacteur 78 et de l'autre à un double circuit 79 de comparaison qui attaque une porte ET 80 de commande via un circuit « driver » 81 de l'opacité du pixel . Au début de chaque image (t=0) , le puits de charge 16 est vide, et le pixel modulateur 71 est blanc. La photodiode 73 reçoit les photons 82, les convertit en courant, et l'amplificateur transimpédance 75 charge .alors le puits, puisque le circuit échantilloneur- bloqueur 77 est ouvert.
Si la charge est supérieure à un seuil Fs, et si le temps t est inférieur à ts, alors on considère que la photodiode sera éblouie et le pixel modulateur 71 devient bloquant . A la fin de l'image (t=ti) , le circuit échantilloneur-bloqueur 77 se ferme et la charge du puits se vide en étant transférée vers la sortie 83.
Avantageusement et comme on l'a vu, l'ensemble calculateur 79, 80 est remplacé par des circuits plus complexes réalisant les fonctions G ou G' , tels que décrits dans la présente invention, et ce en mettant en œuvre des moyens de façon connue en elle-même.
Il est également possible, avec un capteur muni d'au moins deux registres de sortie, de prévoir le transfert du contenu du capteur dans un premier registre après un temps déterminé ti et dans le deuxième registre après un deuxième temps déterminé t2, par exemple correspondant au temps d'acquisition total de l'image recherchée, ce qui autorise deux sorties vidéo séparées, la deuxième correspondant à l'image filtrée par un filtre par exemple DMD, dont les caractéristiques sont déterminées par calcul comme décrit ci-avant, à partir des informations issues du chargement/déchargement du premier registre.
Ce type de capteur est par exemple un capteur à couplage de charge CCD à deux registres, permettant une double lecture des images (« double scan » en langage anglosaxon) , et dès lors d'obtenir simultanément une identification des pixels saturant par le biais d'un déchargement du premier registre ce qui va permettre de calculer le filtre DMD, et une obtention de l'image filtrée& par le deuxième registre.
Bien entendu, si le calcul et l'asservissement du filtre utilisant les informations obtenues par le premier registre sont trop lents, le filtrage optique peut se faire sur une image suivante.
Comme il va de soi et comme il résulte également de ce qui précède, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation plus particulièrement décrits. Elle en embrasse au contraire toutes les variantes et notamment celles où l'optique interne de la caméra comporte un simple jeu de lentille sans refocalisation vers le capteur, où les limites utilisées sont celles du « blooming » où les pixels non saturants sont eux-mêmes traités via le filtre ou non, pour améliorer la qualité de l'image, où le calculateur de la matrice filtre est plus complexe .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'élaboration d'images (Ii, I2,... Ii) d'un objet, successivement captées pendant des temps d'acquisition (ti, t2,... ti) , par le capteur (8, 22) d'une caméra (2, 17) à transfert de charges ou équivalente, caractérisé en ce que il comporte les étapes suivantes : avec le même capteur (8, 22) que le capteur d'acquisition et pour chaque image, on identifie pendant le début de l'acquisition de l'image les pixels (a,b,c) propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition (ti) , dits pixels saturants, on élabore une matrice filtre (Mi) agencée pour ramener la quantité de lumière correspondant aux dits pixels saturants de ladite image en dessous du seuil de saturation Fsat ou un autre seuil significatif de la caméra de façon à obtenir une image visible des parties de l'image correspondante aux dits pixels, et on traite l'image en cours d'acquisition ou l'image consécutive (Ii+i)ou sensiblement consécutive
(Ii+k) où k est un entier naturel <_ 4, avec ladite matrice filtre, pour obtenir une image complète sans éblouissement à la fin dudit temps d'acquisition (ti+k) .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour identifier les pixels saturants, on définit dans un repère ayant le temps t en abscisse et le niveau d'énergie F en ordonnée, une droite D [ti0, F0 ; ti, Fsat] avec : tio point d'origine d'acquisition d'une image Ii, ti temps d'acquisition de l'image Ii, F0 limite théorique de passage des premiers photons, et
Fsat limite de saturation ou autre seuil significatif, et on retient comme pixels saturants tous les pixels dont la pente de remplissage en photons est supérieure à la pente de la droite D.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, F3 étant le seuil de sensibilité de la caméra corrigé par le filtre, on définit un temps ta par l'intersection de la droite D avec la ligne horizontale F3 et on applique aux dits pixels un algorithme de filtration G = f (t) en fonction du résultat visuel que l'on cherche à atteindre.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que on identifie comme pixel saturant tout pixel dont le contenu en photons atteint le seuil de sensibilité avant le temps ts.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on lit le contenu des pixels saturants dès qu' ils atteignent le seuil de sensibilité et on leur applique ensuite ledit algorithme de filtration G = f (t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer leur remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat.
6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que on décharge le contenu des pixels saturants dès qu'il atteignent le seuil de sensibilité et on applique ensuite aux dits pixels saturants à partir de leur valeur déchargée un algorithme de filtration G' = f(t) en leur affectant à chacun une pente respective de remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs Fa et Fsat.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que la répartition entre les valeurs F3 et Fsat est dépendante des valeurs des pentes de remplissage des pixels saturants correspondants.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'algorithme de filtration est tel que le temps théorique le plus court d'atteinte du seuil de sensibilité d'un pixel saturant définit le premier niveau de gris avant le blanc et le temps ts définit le dernier niveau de gris avant le noir.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que l'algorithme de filtration (G, G') est réglable et agencé pour agrandir ou réduire la plage de répartition entre F3 et Fsat.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice filtre est un écran LCD, DMD ou MEMS (9, 20) placé devant le capteur (8, 22) de la caméra dont les cellules sont programmées en ce que, pour appliquer l'algorithme de filtration aux pixels saturants, on programme les cellules de la matrice filtres en conséquence pour obtenir le résultat visuel recherché .
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on identifie les pixels saturants au moins deux fois pendant le début de l'acquisition de l'image.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on modifie le temps ts d'identification des pixels saturants pendant la période d'acquisition.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que on compare la valeur d'un signal S(t) fonction des pixels saturants et de leur valeur après filtration à un signal S (t-1) précédent et on ajuste la valeur de l'algorithme de filtration G = f (t) pour rendre la différence S(t) - S (t-1) égale à 0 ou à une valeur déterminée .
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que' on effectue ladite comparaison sur un nombre variable de pixels déterminé de façon aléatoire .
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que on corrige le sur remplissage ou le sous remplissage des pixels saturants après une filtration précédente par anticipation en appliquant un facteur correctif K fonction des signaux reçus par la caméra sur chaque pixel i, soit K = f (Sm, Sn) , où m est le repère affecté aux pixels i saturants et n est le repère affecté aux pixels correspondants après filtration.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, en ce qu'on traite également les pixels non saturants. 17. Dispositif d'élaboration d'images (Iχ, I2, ... Ii) d'un objet, comprenant une caméra (2,
17) à transfert de charge ou équivalente comportant un capteur (8, 22) agencé pour capter lesdites images de l'objet pendant des temps d'acquisition (ti, t2, ... ti) , caractérisé en ce que le capteur comporte des moyens (23, 24, 25) d'identification pendant le début de l'acquisition de l'image des pixels propres à être saturés avant la fin du temps d'acquisition (tx, t2, ... ti) , dits pixels saturants, des moyens (25, 26, 27, 28) d'élaboration d'une matrice filtre (Mi) agencée pour ramener la quantité de lumière correspondant aux dits pixels saturants en dessous du seuil de saturation Fsat ou autre seuil significatif de la caméra de façon à obtenir une image visible des parties de l'image correspondante aux dits pixels, et des moyens (25, 26, 28, 29) de traitement algorithmique de l'image (Ii) en cours d'acquisition ou de l'image consécutive (Ii+i) ou sensiblement consécutive (Ii+k) avec k entier naturel £4, avec ladite matrice filtre, pour obtenir une image complète sans éblouissement à la fin dudit temps d'acquisition ti+k.
18. Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que les moyens (25) d'identification comportent des moyens de calcul des pentes de remplissage en photons des pixels saturants, dans un repère ayant le temps t en abscisse et la sensibilité F en ordonnée, des moyens d'élaboration d'une droite D [ti0, F0 ; ti, Fsatl avec : tio point d'origine d'acquisition d'une image Ii, ti temps d'acquisition de l'image Ii,
F0 limite théorique de passage des premiers photons,
Fs seuil de sensibilité corrigé par le filtre et
Fsat limite de saturation ou autre seuil significatif, des moyens de sélection desdits pixels saturants comme étant tous les pixels dont la pente de remplissage en photons est supérieure à la pente de la droite D.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 et 18, caractérisé en ce que, un temps ts étant défini par l'intersection de la droite D avec la ligne horizontale Fs, il comporte des moyens pour appliquer aux dits pixels un algorithme de filtration G = f (t) fonction du résultat visuel que l'on cherche à atteindre.
20. Dispositif selon la revendication 19, caractérisé en ce que les moyens (23, 25) d'identification sont agencés pour identifier comme pixel saturant tout pixel dont le contenu en photons atteint le seuil de sensibilité avant le temps ts.
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisé en ce que il comporte des moyens (23, 24, 25) de lecture du contenu des pixels saturants dès qu'ils atteignent le seuil de sensibilité et des moyens d'application dudit algorithme de filtration G = f (t) en leur affectant à chacun une pente respective pour terminer leur remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat •
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 19 et 20, caractérisé en ce que il comporte des moyens (77) de déchargement du contenu des pixels saturants dès qu'il atteignent le seuil de sensibilité et on applique ensuite aux dits pixels saturants à partir de leur valeur déchargée un algorithme de filtration G'=f (t) en leur affectant à chacun une pente respective de remplissage telle que les contenus corrigés des pixels saturants soient répartis entre les valeurs F3 et Fsat -
23. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 27, caractérisé en ce que la matrice filtre (9, 20) est un écran LCD, DMD ou MEMS placé devant le capteur de la caméra dont les cellules sont programmées selon un algorithme de filtration (G, G') fonction du résultat que l'on cherche à atteindre .
24. Dispositif selon la revendication 23 caractérisée en ce que l'algorithme (G, G') est tel que le temps théorique le plus court d'atteinte au seuil de sensibilité d'un pixel saturant définit le noir et le temps ts définit le dernier niveau de gris avant le blanc.
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