WO2014108320A1 - Procede pour deplacer un capteur d'image numerique afin de le calibrer ou d'augmenter sa resolution - Google Patents
Procede pour deplacer un capteur d'image numerique afin de le calibrer ou d'augmenter sa resolution Download PDFInfo
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- WO2014108320A1 WO2014108320A1 PCT/EP2013/078094 EP2013078094W WO2014108320A1 WO 2014108320 A1 WO2014108320 A1 WO 2014108320A1 EP 2013078094 W EP2013078094 W EP 2013078094W WO 2014108320 A1 WO2014108320 A1 WO 2014108320A1
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- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/48—Increasing resolution by shifting the sensor relative to the scene
Definitions
- the invention relates to the control of micro displacements of digital image acquisition sensors.
- the digital sensor is then mounted on piezoelectric actuators driven to follow a square path that it travels during the acquisition time of a digital image, this acquisition time is for example a twenty-fifth of a second .
- the length of one side of the square trajectory is equal to half the distance separating two acquisition points (or pixels) of the digital sensor, and the sensor is controlled to make an acquisition at each vertex of this square trajectory.
- the number of points in the image is then four times the number of acquisition points that actually includes the sensor, so that the image has an effective resolution worth four times the actual resolution of the sensor.
- the sensor is thus activated four times during each course of the predetermined trajectory, to achieve four integrations that is to say four acquisitions.
- the object of the invention is to propose a solution to overcome this disadvantage.
- the subject of the invention is a method for controlling displacement actuators of a digital image sensor and / or actuators for moving a set of optical lenses associated with a digital sensor, in order to follow cyclically a path to establish a digital image having a resolution greater than that of the sensor, the sensor being activated for a predetermined integration time four times during each scan cycle of this trajectory.
- the trajectory is established from a basic trajectory passing through the vertices of a square whose sides have a length which is a multiple of half the distance separating two consecutive acquisition points of the sensor;
- this basic trajectory are increased by an appropriate factor so that the barycones of the four trajectory portions traversed respectively during each integration coincide with the vertices of the square.
- the invention also relates to a method as defined above, in which the basic trajectory is a square, and in which the trajectory established from the base trajectory is traversed with immobilization times at each vertex of the square. .
- the invention also relates to a method as defined above, in which the basic trajectory is circular.
- the invention also relates to a method as defined above, in which the basic trajectory passes through the vertices of a square whose sides have a length that is equal to half the distance separating two consecutive acquisition points of the sensor. .
- FIG. 1 shows the real points of an image sensor and the points of an image obtained by moving this sensor along a square trajectory whose sides measure half of the distance separating the real points of the sensor;
- Figure 2 shows the correction of the length of the sides of the squares described by the sensor according to the invention
- FIG. 3 shows the real points of an image sensor and the points of an image obtained by moving this sensor along a circular path passing through the vertices of a square having sides measuring half the distance separating the points. real;
- Figure 4 shows the correction of the radius of the circle described by the sensor according to the invention.
- the idea underlying the invention is to increase the dimensions of the trajectory traveled by the sensor by an appropriate factor so that the centers of gravity of the four trajectory portions traveled respectively during the four phases of integration coincide with the vertices. a square whose sides are half the distance between two consecutive points of the sensor.
- Such a digital image sensor which is partially represented in a symbolic manner in FIG. 1 comprises a series of acquisition points or pixels, marked by 1, regularly distributed along the intersections of a regular squared grid with square meshes.
- This sensor is mounted on actuators, such as piezoelectric actuators, to be moved during image acquisition for the purpose of constituting an image having a surface resolution equal to four times that of the sensor.
- the piezoelectric actuators are controlled to follow a square trajectory during the acquisition time of an image, so as to perform four integrations during each course of this trajectory. This makes it possible to produce an image having a resolution four times higher than that of the sensor.
- the points of the image are represented by the small black spots marked with 2, whereas the real points of the sensor (or pixels) are represented by the circles 1 which have a larger diameter than the points 2.
- the square trajectory is traversed in four stages: the actuators are driven to traverse a first side of the square trajectory, to stop on the vertex delimiting an end of this side, before crossing the next side, etc.
- the stopping time at each vertex is equal to To-tr, and if it is less than the integration time ti of the sensor, then at least a part of each integration is made during the displacement of the sensor.
- each point of the sensor travels a portion of trajectory on either side of the top of the square during each integration: it first runs through a straight line portion corresponding to the end of the current side, it is then stopped on the top of the square, then it travels another rectilinear portion corresponding to the beginning of the next side.
- centroid of the portion traveled which is represented in the form of a hatched circle in FIG. 2, is shifted relative to at the image point that one wishes to acquire, namely the black disk in FIG. 2.
- This distortion leads to acquiring points distributed according to the vertices of a grid formed of an alternation of large and small square meshes, and not according to a regular grid.
- the trajectory actually tracked by the sensor is corrected to compensate for the geometric offset due to the fact that the integration time is greater than the stop time at the vertex: the dimensions of the trajectory are even greater than the integration times of the sensor are important, to coincide the centers of gravity of each portion of trajectory traveled by the sensor during integration, with the points of the image to be acquired.
- the effective trajectory Ca ' is determined from a base trajectory Ca whose dimensions, namely the length of the sides, are modified as a function of the integration time ti of the sensor.
- the basic trajectory is a square Ca whose sides have a length C which is half the distance between two points 1 (or pixels) of the sensor. This length C is increased to take the value C which is such that the center of gravity of each portion of the square trajectory Ca 'traversed by a point of the sensor during an integration coincides with the image point 2 that it is desired to acquire.
- the length C is chosen so that the barycentres of the four portions of the square trajectory Ca 'traversed by the point of the sensor during each integration are located on the vertices of a square whose sides are half the distance separating two sensor points.
- the points actually acquired by the sensor are distributed in a uniform manner. Ion the intersections of a regular grid whose sides of each mesh measure half the distance separating two points of the sensor.
- the center of gravity taken into account in this context is the centroid of the path of the sensor point during the integration time, weighted by its residence time at each point of this path.
- the senor is of the same type as the sensor of the first embodiment, but it is driven by the actuators such as piezoelectric actuators, along a non-stop trajectory which is a circular trajectory, as visible in Figures 3 and 4.
- the actuators such as piezoelectric actuators
- the effective circular trajectory is a circle Ce 'whose radius R' has been determined so that the barycenters of each of the four arcs scanned during a sensor integration, are located on the vertices of a square whose sides measure half of the distance between two points of the sensor.
- This effective trajectory can be determined from a basic circular trajectory Ce having a radius R equal to half the distance separating two sensor points multiplied by half the square root of two, and thus passing through the four vertices of a square whose sides measure half the distance separating two points of the sensor. It is then necessary to increase the radius all the more that the integration time ti is large, until the center of gravity of each arc swept during an integration coincides with a vertex of a square whose sides are worth half of the distance between two points of the sensor.
- the barycenters of each of the four arcs traveled by a point during an image acquisition coincide with the vertices of a square whose sides are half the distance separating two consecutive points of the sensor.
- the basic trajectory passes through a square whose sides are half the distance between two consecutive points of the sensor.
- the actuators move the image acquisition sensor, but as will be understood, the invention applies equally well to a situation where the actuators are arranged to move a group. or a set of lenses associated with the sensor, so as to produce the same effect.
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Abstract
Procédé pour piloter des actionneurs de déplacement d'un capteur d'image numérique, ou des actionneurs d'un ensemble de lentilles optiques associées à un capteur numérique, afin de suivre cycliquement une trajectoire (Ca'; Ce'), le capteur étant activé pendant un temps d'intégration prédéterminé (ti) quatre fois durant chaque cycle de parcours de cette trajectoire (Ca'; Ce'), dans lequel : - la trajectoire (Ca'; Ce') est établie à partir d'une trajectoire de base (Ca; Ce) passant par les sommets d'un carré (Ca) dont les côtés valent la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs du capteur; - en augmentant les dimensions de cette trajectoire de base (Ca; Ce) d'un facteur approprié pour que les barycentres des quatre portions de trajectoire (Ca'; Ce') parcourues respectivement pendant chaque intégration coïncident avec les sommets du carré (Ca).
Description
PROCEDE POUR DEPLACER UN CAPTEUR D'IMAGE NUMERIQUE AFIN DE LE CALIBRER OU D'AUGMENTER SA RESOLUTION
L' invention concerne le pilotage de micro dépla- céments de capteurs d'acquisition d'image numérique.
ARRIERE PLAN DE L' INVENTION
Il est connu du document WO2007/025832 de déplacer un capteur d'image numérique durant l'acquisition de l'image pour constituer une image ayant une résolution supérieure à la résolution réelle du capteur, ou bien pour étalonner le capteur.
Le capteur numérique est alors monté sur des ac- tionneurs piézoélectriques pilotés pour lui faire suivre une trajectoire carrée qu'il parcourt pendant la durée d'acquisition d'une image numérique, cette durée d'acquisition valant par exemple un vingt-cinquième de seconde.
La longueur d'un côté de la trajectoire carrée vaut la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition (ou pixels) du capteur numérique, et le capteur est piloté pour réaliser une acquisition à chaque sommet de cette trajectoire carrée.
Le nombre de points de l'image vaut alors quatre fois le nombre de points d'acquisition que comporte réellement le capteur, de sorte que l'image a une résolution effective valant quatre fois la résolution réelle du capteur .
Le capteur est ainsi activé quatre fois durant chaque parcours de la trajectoire prédéterminée, pour réaliser quatre intégrations c'est-à-dire quatre acquisi- tions.
Lorsque les conditions de luminosité donnent lieu à des temps d'intégration importants le capteur est en cours de déplacement pendant tout ou partie de chaque intégration, ce qui dégrade l'image finale.
OBJET DE L' INVENTION
Le but de l'invention est de proposer une solu-
tion pour remédier à cet inconvénient.
RESUME DE L' INVENTION
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé pour piloter des actionneurs de déplacement d'un capteur d'image numérique et/ou des actionneurs de déplacement d'un ensemble de lentilles optiques associées à un capteur numérique, afin de suivre cycliquement une trajectoire en vue d'établir une image numérique ayant une résolution supérieure à celle du capteur, le capteur étant activé pendant un temps d'intégration prédéterminé quatre fois durant chaque cycle de parcours de cette trajectoire. Dans ce procédé :
- la trajectoire est établie à partir d'une trajectoire de base passant par les sommets d'un carré dont les côtés ont une longueur qui est un multiple de la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs du capteur ;
- les dimensions de cette trajectoire de base sont augmentées d'un facteur approprié pour que les bary- centres des quatre portions de trajectoire parcourues respectivement pendant chaque intégration coïncident avec les sommets du carré.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la trajectoire de base est un carré, et dans lequel la trajectoire établie à partir de la trajectoire de base est parcourue avec des temps d'immobilisation à chaque sommet du carré.
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la trajectoire de base est circulaire .
L'invention concerne également un procédé tel que défini ci-dessus, dans lequel la trajectoire de base passe par les sommets d'un carré dont les côtés ont une longueur qui vaut la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs du capteur.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
La figure 1 montre les points réels d'un capteur d'image et les points d'une image obtenue en déplaçant ce capteur selon une trajectoire carrée dont les cotés mesurent la moitié de la distance séparant les points réels du capteur ;
La figure 2 montre la correction de la longueur des côtés des carrés décrits par le capteur conformément à l'invention ;
La figure 3 montre les points réels d'un capteur d'image et les points d'une image obtenue en déplaçant ce capteur selon une trajectoire circulaire passant par les sommets d'un carré ayant des côtés mesurant la moitié de la distance séparant les points réels ;
La figure 4 montre la correction du rayon du cercle décrit par le capteur conformément à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'idée à la base de l'invention est d'augmenter les dimensions de la trajectoire parcourue par le capteur d'un facteur approprié pour que les barycentres des quatre portions de trajectoire parcourues respectivement pendant les quatre phases d'intégration coïncident avec les sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points consécutifs du capteur .
Un tel capteur d'image numérique qui est partiellement représenté de manière symbolique en figure 1 comporte une série de points d'acquisition ou pixels, repérés par 1, régulièrement répartis selon les intersections d'un quadrillage régulier à mailles carrées. Ce capteur est monté sur des actionneurs, tels que des actionneurs piézoélectriques, pour être déplacé durant une acquisition d'image dans le but de constituer une image ayant une résolution surfacique valant quatre fois celle du capteur .
Dans l'exemple des figures 1 et 2, les action- neurs piézoélectriques sont pilotés pour suivre une trajectoire carrée durant le temps d'acquisition d'une image, de manière à réaliser quatre intégrations durant chaque parcours de cette trajectoire. Ceci permet de réaliser une image ayant une résolution quatre fois supérieure à celle du capteur. Les points de l'image sont représentés par les points noirs pleins de petit diamètre repérés par 2, alors que les points réels du capteur (ou pixels) sont représentés par les cercles 1 qui ont un diamètre plus grand que les points 2.
La trajectoire carrée est parcourue en quatre étapes : les actionneurs sont pilotés pour parcourir un premier côté de la trajectoire carrée, pour s'arrêter sur le sommet délimitant une extrémité de ce côté, avant de parcourir le côté suivant, etc.
Dans ce contexte, on note "ti" le temps d'intégration du capteur, "tr" le temps de réaction des actionneurs qui est le temps de parcours d'un côté de la trajectoire, et l'on note "To" le quart de la période d'acquisition d'une image.
Le temps d'arrêt à chaque sommet vaut To-tr, et s'il est inférieur au temps d'intégration ti du capteur, alors au moins une partie de chaque intégration est réalisée pendant le déplacement du capteur. Dans ce cas, chaque point du capteur parcourt une portion de trajectoire de part et d'autre du sommet du carré pendant chaque intégration : il parcourt d'abord une portion recti- ligne correspondant à la fin du côté en cours, il est ensuite arrêté sur le sommet du carré, puis il parcourt une autre portion rectiligne correspondant au début du côté suivant .
Cela se traduit par le fait que le barycentre de la portion parcourue qui est représenté sous forme d'un cercle hachuré dans la figure 2, est décalé par rapport
au point d'image que l'on souhaite acquérir, à savoir le disque noir dans la figure 2. Cette distorsion conduit à acquérir des points répartis selon les sommets d'un quadrillage formé d'une alternance de grandes et de petites mailles carrées, et non pas selon un quadrillage régulier .
Selon l'invention, la trajectoire suivie effectivement par le capteur est corrigée pour compenser le décalage géométrique dû au fait que le temps d'intégration est supérieur au temps d'arrêt au sommet : les dimensions de la trajectoire sont d'autant plus grandes que les temps d'intégration du capteur sont importants, pour faire coïncider les barycentres de chaque portion de trajectoire parcourue par le capteur durant l'intégration, avec les points de l'image à acquérir.
La trajectoire effective Ca ' est déterminée à partir d'une trajectoire de base Ca dont les dimensions, à savoir la longueur des côtés, sont modifiées en fonction du temps d'intégration ti du capteur.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, la trajectoire de base est un carré Ca dont les côtés ont une longueur C qui vaut la moitié de la distance séparant deux points 1 (ou pixels) du capteur. Cette longueur C est augmentée pour prendre la valeur C qui est telle que le barycentre de chaque portion de la trajectoire carrée Ca ' parcourue par un point du capteur durant une intégration coïncide avec le point image 2 que l'on souhaite acquérir.
Autrement dit, la longueur C est choisie pour que les barycentres des quatre portions de la trajectoire carrée Ca ' parcourues par le point du capteur durant chaque intégration soient situés sur les sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points du capteur.
Dans ces conditions, les points effectivement acquis par le capteur sont répartis de manière uniforme se-
Ion les intersections d'un quadrillage régulier dont les côtés de chaque maille mesurent la moitié de la distance séparant deux points du capteur.
Le barycentre pris en compte dans ce contexte est le barycentre du parcours du point du capteur pendant le temps d'intégration, pondéré par son temps de séjour en chaque point de ce parcours.
La longueur C est ainsi déterminée à partir des valeurs de ti, To et tr, conformément à la relation ci- après lorsque ti > To - tr : C = 1/ (2- (ti-To+tr) 2/2ti.tr) , ce qui permet d'assurer que les barycentres des quatre portions de trajectoire parcourues par le capteur durant l'intégration coïncident avec les sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs. Dans le cas où l'on a ti < To - tr, on prend C = 1/2.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, le capteur est du même type que le capteur du premier mode de réalisation, mais il est mû par les action- neurs tels que des actionneurs piézoélectriques, selon une trajectoire parcourue sans arrêt qui est une trajectoire circulaire, comme visible aux figures 3 et 4. Comme on le comprend, dans ce mode opératoire, les intégrations du capteur sont nécessairement réalisées pendant que le capteur est en mouvement : il n'y a pas de phase d'immobilisation du capteur.
Dans ce cas, la trajectoire circulaire effective est un cercle Ce' dont le rayon R' a été déterminé pour que les barycentres de chacun des quatre arcs balayés pendant une intégration de capteur, soient situés sur les sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points du capteur.
Cette trajectoire effective peut être déterminée à partir d'une trajectoire circulaire de base Ce ayant un rayon R valant la moitié de la distance séparant deux
points du capteur multipliée par la moitié de la racine carrée de deux, et passant donc par les quatre sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points du capteur. Il s'agit alors d'augmenter le rayon d'autant plus que le temps d'intégration ti est grand, jusqu'à ce que le barycentre de chaque arc balayé durant une intégration coïncide avec un sommet d'un carré dont les côtés valent la moitié de la distance séparant deux points du capteur.
Si l'on note "a" la mesure du secteur angulaire correspondant à l'arc balayé par le capteur durant une intégration, alors le rayon R' de la trajectoire circulaire effective Ce' vaut un quart de racine de deux multiplié par l'angle balayé et divisé par le sinus du demi- angle balayé, comme montré à la figure 4.
Dans ces conditions, les barycentres de chacun des quatre arcs parcourus par un point durant une acquisition d'image coïncident avec les sommets d'un carré dont les côtés mesurent la moitié de la distance séparant deux points consécutifs du capteur.
D'une manière générale, dans les exemples illustrés sur les figures, la trajectoire de base passe par un carré dont les côtés ont pour longueur la moitié de la distance séparant deux points consécutifs du capteur.
Mais il est également possible de mettre en œuvre l'invention en choisissant des trajectoires de base passant par les sommets d'un carré dont les côtés ont pour longueur non pas la moitié de la distance séparant deux points consécutifs du capteur, mais un multiple de la moitié de cette distance.
Il est par exemple possible de mettre en oeuvre l'invention en choisissant une trajectoire de base passant par les sommets d'un carré ayant pour longueur une fois et demi ou bien deux fois et demi la distance séparant deux points consécutifs du capteur d'image numéri-
que .
Dans les exemples décrits ci-dessus, les action- neurs déplacent le capteur d'acquisition d'image, mais comme on l'aura compris, l'invention s'applique aussi bien à une situation où les actionneurs sont agencés pour déplacer un groupe ou un ensemble de lentilles associés au capteur, de manière à produire le même effet.
Claims
1. Procédé pour piloter des actionneurs de déplacement d'un capteur d'image numérique, et/ou des actionneurs de déplacement d'un ensemble de lentilles optiques associées à un capteur numérique, afin de suivre cycli- quement une trajectoire (Ca' ; Ce') en vue d'établir une image numérique ayant une résolution supérieure à celle du capteur, le capteur étant activé pendant un temps d'intégration prédéterminé (ti) quatre fois durant chaque cycle de parcours de cette trajectoire (Ca' ; Ce'), dans lequel :
- la trajectoire (Ca' ; Ce') est établie à partir d'une trajectoire de base (Ca ; Ce) passant par les sommets d'un carré (Ca) dont les côtés ont une longueur valant un multiple de la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs du capteur ;
- en augmentant les dimensions de cette trajectoire de base (Ca ; Ce) d'un facteur approprié pour que les barycentres des quatre portions de trajectoire (Ca' ; Ce') parcourues respectivement pendant chaque intégration coïncident avec les sommets du carré (Ca) .
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la trajectoire de base est un carré (Ca) , et dans lequel la trajectoire (Ca') établie à partir de la trajectoire de base (Ca) est parcourue avec des temps d'immobilisation à chaque sommet du carré (Ca) .
3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la trajectoire de base (Ce) est circulaire.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la trajectoire de base (Ca ; Ce) passe par les sommets d'un carré (Ca) dont les côtés ont une longueur valant la moitié de la distance séparant deux points d'acquisition consécutifs du capteur.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR1350162A FR3000858B1 (fr) | 2013-01-09 | 2013-01-09 | Procede pour deplacer un capteur d'image numerique afin de le calibrer ou d'augmenter sa resolution |
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Publications (1)
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| WO2007025832A1 (fr) * | 2005-08-03 | 2007-03-08 | Thales Holdings Uk Plc | Appareil et procede d'imagerie |
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- 2013-01-09 FR FR1350162A patent/FR3000858B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 2013-12-27 WO PCT/EP2013/078094 patent/WO2014108320A1/fr not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007025832A1 (fr) * | 2005-08-03 | 2007-03-08 | Thales Holdings Uk Plc | Appareil et procede d'imagerie |
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| Publication number | Publication date |
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