La présente invention concerne un procédé d’acquisition d’images d’une scène. La présente invention concerne aussi un dispositif d’acquisition d’images. La présente invention concerne, en outre, un système optronique, notamment de veille passive, comprenant un tel dispositif d’acquisition d’images.

Les systèmes optroniques de veille infrarouge (en anglais « IRST » pour « Infra-red search and track ») présentent un intérêt opérationnel certain notamment du fait qu’ils n’émettent pas de rayonnement, ce qui les rend indétectables. De tels systèmes sont, ainsi, utilisés dans des aéronefs, des navires ou des véhicules terrestres pour détecter des menaces potentielles.

Les détecteurs infrarouges de tels systèmes sont soumis à un bruit dit de non- uniformité (en anglais « NU » pour « non-uniformity » ou « fixed pattern noise »). Un tel bruit est un bruit spatial dû à la non-uniformité de réponse entre les différents pixels du détecteur. Il peut être à l’origine de motifs parasites dans l’image générée, tel qu’un lignage vertical ou horizontal. Un tel bruit est, ainsi, susceptible de dégrader fortement l’image, ce qui la rend inutilisable pour certaines applications.

Des techniques sont connues pour réduire le bruit de non-uniformité, le bruit résiduel étant appelé résiduel de correction de non uniformité. Avec de telles techniques (abrégées en « NUC » de l’anglais « non-uniformity correction »), le résiduel de correction est de l’ordre de ½ NETD (abrégé de l’anglais « Noise Equivalent Température Différence » traduit en français par « Différence de Température Equivalente à la valeur efficace du Bruit »).

Néanmoins, pour les systèmes optroniques IRST de nouvelle génération, présentant des détecteurs ayant une forte sensibilité donc un NETD très faible, les techniques classiques ne permettent pas d’atteindre le ½ NETD de résiduel de NUC.

Ce résiduel de correction est donc un facteur limitant les performances du système.

Il existe donc un besoin pour un procédé permettant de diminuer le résiduel de correction du bruit de non-uniformité.

A cet effet, la présente description a pour objet un procédé d’acquisition d’images d’une scène par un dispositif d’acquisition d’images, le dispositif d’acquisition comprenant un détecteur matriciel ayant une pluralité de pixels, des moyens de balayage de la scène selon une vitesse angulaire de balayage et des moyens de contre-balayage de la scène selon une vitesse angulaire de contre-balayage, la vitesse angulaire de contre- balayage étant différente de la vitesse angulaire de balayage d’une différence de vitesse angulaire, le procédé comprenant les étapes de : acquisition d’images successives de portions consécutives de la scène se recouvrant partiellement sur des ensembles de pixels distincts du détecteur, chaque ensemble de pixels étant décalé de l’ensemble de pixels ayant permis d’acquérir l’image précédente d’un même nombre de pixels fonction de la différence de vitesse angulaire, et génération d’une image finale de la scène en fonction des images acquises.

Selon d’autres aspects avantageux, le procédé d’acquisition comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : l’étape de génération comprend : o le recalage des images successives de la scène de sorte à faire correspondre les portions communes de la scène sur lesdites images, o pour chaque même portion de la scène imagée successivement sur des ensembles de pixels distincts, la détermination d’une image intermédiaire de ladite portion de scène en fonction des images recalées de ladite portion de scène, et o la détermination de l’image finale de la scène en fonction des images intermédiaires déterminées. la détermination de chaque image intermédiaire comprend le calcul d’une moyenne des images recalées de ladite portion de scène.

- la différence de vitesse angulaire est prédéterminée de sorte que le nombre de pixels correspondant au décalage entre deux images consécutives soit supérieur ou égal à un.

- les pixels du détecteur sont agencés en lignes et en colonnes, les lignes définissant des axes de lignes et les colonnes des axes de colonnes, lors de l’étape d’acquisition, le décalage du nombre de pixels étant réalisé selon un axe de décalage, l’axe de décalage formant un angle différent de 0° et de 180° avec les axes de lignes et les axes de colonnes.

- les moyens de contre-balayage ont un champ total de contre-balayage définissant une position initiale de contre-balayage et une position finale de contre-balayage, les moyens de contre-balayage étant configurés pour revenir en position initiale dès l’atteinte de la position finale pendant une période de réinitialisation, le procédé comprenant l’analyse des images acquises pendant la période de réinitialisation pour déterminer un éventuel défaut du détecteur dans la direction de balayage. le dispositif d’acquisition comprend deux modes de réglage distincts : un premier mode de réglage configuré pour acquérir une image nette de la scène et un deuxième mode de réglage configuré pour acquérir une image floue de la scène, le deuxième mode de réglage étant appliqué pendant les périodes de réinitialisation.

- le détecteur matriciel est un détecteur sensible dans une bande de longueurs d’onde comprises entre 3 micromètres et 5 micromètres ou dans une bande de longueurs d’onde comprises entre 8 micromètres et 12 micromètres.

La présente description concerne aussi un dispositif d’acquisition d’images configuré pour mettre en œuvre un procédé d’acquisition d’images tel que décrit précédemment, le dispositif comprenant :

- un détecteur matriciel ayant une pluralité de pixels,

- des moyens de balayage de la scène selon une vitesse angulaire de balayage, et des moyens de contre-balayage de la scène selon une vitesse angulaire de contre-balayage, la vitesse angulaire de contre-balayage étant différente de la vitesse angulaire de balayage d’une différence de vitesse angulaire.

La présente description concerne aussi un système optronique, notamment de veille passive, comprenant un dispositif d’acquisition d’images tel que décrit précédemment.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnée à titre d’exemple uniquement, et en référence aux dessins qui sont :

[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique d’un dispositif d’acquisition d’images comprenant un détecteur matriciel, des moyens de balayage et des moyens de contre- balayage,

[Fig 2] la figure 2 comprend deux graphiques : un premier illustrant les angles pris par les moyens de balayage et un deuxième illustrant les angles pris par les moyens de contre-balayage au cours du temps,

[Fig 3] la figure 3 est un détail du graphique de la figure 2 illustrant les angles pris par les moyens de contre-balayage au cours du temps,

[Fig 4] la figure 4 est une représentation schématique du détecteur matriciel de la figure 1 sur lequel trois images sont formées successivement en fonction de la différence de vitesse angulaire entre les moyens de balayage et de contre-balayage, le cas où la différence de vitesse angulaire est nulle est illustré sur les trois images du haut, le cas où la différence de vitesse angulaire est non nulle est illustré sur les trois images du bas, et [Fig 5] la figure 5 comprend trois représentations schématiques a), b), c) du détecteur matriciel de la figure 1 sur lequel sont formées des images ayant des orientations différentes.

Un dispositif 10 d’acquisition d’images est illustré par la figure 1. Le dispositif 10 est destiné à être intégré dans des systèmes optroniques, notamment de veille passive (IRST). De tels systèmes optroniques équipent, par exemple, des véhicules tels que des navires, des aéronefs ou des véhicules terrestres.

Le dispositif 10 est configuré pour acquérir des images d’une scène, c’est-à-dire d’un environnement dans le champ de vision du dispositif 10. La scène est, par exemple, un théâtre d’opérations, éventuellement militaires, présentant des menaces potentielles.

Dans l’exemple illustré par la figure 1 , le dispositif 10 comprend un détecteur matriciel 12, des moyens de balayage 14, des moyens de contre-balayage 16, une optique frontale 18, des moyens de formation d’image 20 et un contrôleur 22.

Le détecteur matriciel 12 est un détecteur à deux dimensions comprenant une pluralité de pixels disposés en lignes et en colonnes. Les lignes définissent des axes de lignes XL et les colonnes des axes de colonnes Xc (voir figure 5 notamment).

Le détecteur matriciel 12 est configuré pour recevoir un flux lumineux sur au moins un pixel du détecteur 12 et pour générer, pour chaque pixel, une image représentative du flux lumineux reçu par ledit pixel. Cette image est la réponse du pixel au flux reçu. L’ensemble des images générées par les pixels du détecteur pour un même flux lumineux forme une image de la scène.

Dans le cas d'un dispositif 10 de veille infrarouge, le détecteur matriciel 12 est, par exemple, un détecteur sensible dans la bande comprise entre 3 micromètres (pm) et 5 pm ou dans la bande comprise entre 8 pm et 12 pm. Par exemple, le détecteur 12 est réalisé dans un matériau composé de Mercure, Cadmium et Tellure (HgCdTe) (avec des compositions adaptées pour chacune des bandes). En variante, d’autres matériaux sont utilisés comme les matériaux multi-puits quantiques dans les composés Arsénure de Gallium/Arsénure de Gallium et d'Aluminium (GaAs/AIGaAs) ou Antimoniure d’indium (InSb).

Les moyens de balayage 14 sont propres à balayer la scène à imager avec une vitesse angulaire de balayage V _B et selon des figures de balayage. Le graphique du haut de la figure 2 illustre le déplacement angulaire des moyens de balayage 14 au cours du temps. La vitesse angulaire de balayage V _B est, de préférence, constante. Dans cet exemple, la vitesse angulaire de balayage V _B est égale à 20 degrés par seconde (°/s).

Les moyens de balayage 14 comprennent, par exemple, des optiques, telles que des miroirs. Avantageusement, les moyens de balayage 14 comprennent aussi un dérotateur optique propre à compenser la rotation de l’image lors du balayage.

Par exemple, les moyens de balayage 14 sont commandés par le contrôleur 22. En variante, les moyens de balayage 14 comprennent une unité de contrôle qui leur est propre.

Les moyens de contre-balayage 16 sont propres à contre-balayer la scène selon une vitesse angulaire de contre-balayage V _C B. Les moyens de contre-balayage 16 permettent notamment de compenser le défilement de la scène créé par les moyens de balayage 14 à chaque acquisition d’image par le détecteur 12.

Les moyens de contre-balayage 16 ont un champ total de contre-balayage définissant une position initiale de contre-balayage et une position finale de contre- balayage. Les moyens de contre-balayage 16 sont configurés pour revenir en position initiale dès l’atteinte de la position finale pendant une période de réinitialisation P _réinit ·

La période de réinitialisation P _réinit est très inférieure à la période de contre-balayage P _cb (période entre la position initiale et la position finale). Avantageusement, la période de contre-balayage P _Cb est plus de dix fois supérieure à la période de réinitialisation P _réinit - Dans l’exemple illustré par les figures 2 et 3, la période de contre-balayage P _Cb est égale à 68 millisecondes et la période de réinitialisation P _réinit est égale à 3,5 ms.

La vitesse angulaire de contre-balayage V _C B est choisie différente de la vitesse angulaire de balayage VB d’une différence de vitesse angulaire D. Dans ce qui suit, la différence de vitesse angulaire D est la différence pendant les phases de contre-balayage.

En particulier, lors des périodes de contre-balayage PCB, la différence de vitesse angulaire D est choisie de sorte que :

- les images IM successives acquises par le détecteur 12 pendant chaque période de contre-balayage PCB se forment sur des ensembles de pixels distincts, chaque ensemble de pixels étant décalé de l’ensemble de pixels ayant permis d’acquérir l’image précédente d’un même nombre de pixels fonction de la différence de vitesse angulaire D, et

- les images IM successives acquises par le détecteur 12 pendant chaque période de contre-balayage PCB correspondent à des portions de la scène qui se recouvrent partiellement (au moins une portion de la scène commune est imagée sur ces images IM).

Avantageusement, la différence de vitesse angulaire D est prédéterminée de sorte que le nombre de pixels correspondant au décalage soit supérieur ou égal à un pendant l’acquisition d’une image IM. Cela permet, ainsi, de former une image d’une même portion de la scène sur des pixels distincts, ce qui permet après traitement de réduire le bruit spatial induit par la fonction de transfert propre à chaque pixel. De préférence, la différence de vitesse angulaire D est, en outre, prédéterminée de sorte que le nombre de pixels correspondant au décalage soit inférieur ou égal à 4. Cela permet d’obtenir une image relativement stable lors des acquisitions (flou limité) tout en induisant un glissement contrôlé d’un nombre de pixels pour les images IM consécutives de la même portion de la scène.

Avantageusement, la différence de vitesse angulaire D est prédéterminée de sorte que le nombre de pixels différents imageant une même portion de scène pendant une phase de contre-balayage PCB est supérieur ou égal à cinq, de préférence supérieur ou égal à dix. Ceci correspond typiquement à un décalage de l’ordre d’un pixel par image IM captée, pendant la phase de contre-balayage PCB. Cela permet, après traitement, de réduire le bruit spatial sur l’image de la portion de scène d’un facteur racine du nombre de pixels différents imageant la portion de scène.

Notamment, dans l’exemple illustré par la figure 3, la courbe en pointillés illustre le déplacement angulaire des moyens de contre-balayage 16 si la différence de vitesse angulaire D était nulle et la courbe en traits pleins, le déplacement angulaire des moyens de contre-balayage 16 pour une différence de vitesse angulaire D non nulle (ici de 0,05° pendant la durée de la phase de contre-balayage PCB).

Le décalage du nombre de pixels est réalisé selon un axe de décalage. Avantageusement, l’axe de décalage XD forme un angle différent de 0° et de 180° avec les axes de lignes XL et les axes de colonnes Xc des pixels du détecteur 12.

Par exemple, la figure 5 illustre trois orientations distinctes de l’axe de décalage XD pour trois images IM distinctes formées sur un ensemble de pixels du détecteur 12. Le cas a) correspond à un axe de décalage XD parallèle à l’axe des lignes X _L . Les cas b) et c) correspondent à un axe de décalage XD formant un angle différent de 0° et de 180° avec les axes de lignes XL et les axes de colonnes Xc des pixels du détecteur 12.

Par exemple, l’orientation de l’axe de décalage XD est fixée par une unité de micro balayage transverse appartenant aux moyens de balayage 14 ou de contre-balayage 16. Les orientations « en diagonale » permettent de s’affranchir du phénomène de lignage ou de colonage.

Par exemple, les moyens de contre-balayage 16 sont commandés par le contrôleur 22. En variante, les moyens de contre-balayage 16 comprennent une unité de contrôle qui leur est propre ou qui est commune aux moyens de balayage 14.

L’optique frontale 18 est propre à recevoir un flux lumineux en provenance de la scène, ce flux étant à l’origine de l’image acquise sur le détecteur 12.

L’optique frontale 18 comprend, par exemple, une lentille convergente.

Dans un autre exemple, l’optique frontale 18 et les moyens de balayage 14 sont formés d’un système catadioptrique.

Les moyens de formation d’image 20 permettent d’envoyer le flux reçu par l’optique frontale 18 sur le détecteur 12. Les moyens de formation d’image 20 comprennent notamment une optique de focalisation permettant de focaliser le flux reçu par l’optique frontale 18 sur le détecteur 12.

Avantageusement, les moyens de formation d’image 20 comprennent aussi une optique complémentaire de focalisation, appelée « CAF » (pour contrôle automatique de focalisation).

Le contrôleur 22 est, par exemple, de type hardware (traduit en français par matériel ), tel qu’un circuit logique programmable (abrégé par FPGA ce qui signifie en anglais Field Programmable GateArraÿ), ou encore un circuit intégré dédié, tel qu’un ASIC (de l’anglais Application-Specific Integrated Circuit).

En variante, le contrôleur 22 est, par exemple, un ordinateur. Le contrôleur 22 comprend, par exemple, une unité de traitement de données, des mémoires, un lecteur de support d’informations et une interface homme/machine, telle qu’un clavier ou un afficheur.

Le contrôleur 22 est, par exemple, en interaction avec un produit-programme d’ordinateur qui comporte un support d’informations.

Le support d’informations est un support lisible par le calculateur 16, usuellement par l’unité de traitement de données du calculateur 16. Le support lisible d’informations est un médium adapté à mémoriser des instructions électroniques et capable d’être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support lisible d’informations est une clé USB, une disquette ou disque souple (de la dénomination anglaise floppydisk), un disque optique, un CD-ROM, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, une mémoire EPROM, une mémoire EEPROM, une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support d’informations est mémorisé le produit-programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme.

Le programme d’ordinateur est chargeable sur l’unité de traitement du contrôleur 22 et est adapté pour entraîner la mise en œuvre d’étapes d’un procédé d’acquisition d’images IM comme cela sera décrit dans la suite de la description.

En complément facultatif, le dispositif d’acquisition 10 comprend deux modes de réglage distincts : un premier mode de réglage configuré pour acquérir une image nette de la scène et un deuxième mode de réglage configuré pour acquérir une image floue de la scène. Le premier mode de réglage est appliqué au dispositif d’acquisition 10 pendant les périodes de contre-balayage PCB. Le deuxième mode de réglage est appliqué au dispositif d’acquisition 10 pendant les périodes de réinitialisation P _réinit -

Dans cet exemple, dans le premier mode de réglage, les moyens de formation d’image 20 sont configurés pour focaliser les images IM de la scène sur le détecteur 12. Le dérotateur optique des moyens de balayage 14 est, le cas échéant, réglé pour compenser les mouvements de rotation de l’image induit par les moyens de balayage 14. Dans le deuxième mode de réglage, les moyens de formation d’image 20 sont configurés pour défocaliser les images IM de la scène sur le détecteur 12. En option facultative, dans ce deuxième mode de réglage, le dérotateur optique est, le cas échéant, réglé pour ne pas compenser les mouvements de rotation de l’image induit par les moyens de balayage 14. En option facultative, dans le deuxième mode de réglage, l’unité de micro balayage transverse est, le cas échéant, utilisée pour modifier l’axe de décalage XD au cours de la période de réinitialisation P _réinit -

Un procédé d’acquisition d’images utilisant le dispositif 10 d’acquisition d’images décrit précédemment va maintenant être décrit en référence aux figures 2 à 5.

Au cours du procédé d’acquisition d’images, les moyens de balayage 14 et de contre-balayage sont activés pour respectivement balayer et contre-balayer la scène à imager.

Le procédé d’acquisition comprend une étape 100 d’acquisition d’images IM successives de portions consécutives de la scène sur des ensembles de pixels distincts du détecteur 12. Les images sont acquises à une cadence faible de manière à obtenir une série d’images fixes comme avec un appareil photo ou à une cadence plus importante de manière à acquérir assez d’images pour former un flux vidéo.

Du fait de la différence de vitesse angulaire D entre les moyens de balayage 14 et de contre-balayage 16, les images IM successives acquises correspondent à des portions de la scène qui se recouvrent partiellement (au moins une portion de scène commune entre deux images IM consécutives).

En outre, du fait de cette même différence de vitesse angulaire D, chaque ensemble de pixels est décalé de l’ensemble de pixels ayant permis d’acquérir l’image précédente d’un même nombre de pixels. Ainsi, des mêmes portions de scène sont imagées sur des pixels distincts.

Ainsi, comme illustré sur la figure 4, dans le cas de trois images successives IM1 , IM2, IM3, lorsque la différence de vitesse angulaire D est non nulle, chaque image se formant sur le détecteur 12 est décalé d’un même nombre de pixels par rapport à l’image précédente. Dans cet exemple, le décalage est d’un pixel. Sans différence de vitesse angulaire D, les trois images seraient formées sur un même pixel.

Le procédé d’acquisition comprend une étape 110 de génération d’une image finale IMF de la scène en fonction des images IM acquises pour la scène. L’image finale IMF est avantageusement obtenue lors d’un post-traitement, par le contrôleur 22, des images IM acquises. L’image finale IMF est une image de la scène avec un grand angle de vue, notamment très supérieur au champ utile instantané de l’optique frontale 18. Dans un exemple de mise en œuvre, l’étape de génération 110 comprend le recalage des images IM acquises successivement de sorte à faire correspondre les portions communes de la scène sur lesdites images IM. Par exemple, le recalage vise à identifier les images IM des pixels imageant la même portion de scène.

Dans cet exemple, pour chaque même portion de la scène imagée successivement sur des ensembles de pixels distincts, il est déterminé une image intermédiaire IMInt de ladite portion de scène en fonction des images recalées de ladite portion de scène.

La détermination de chaque image intermédiaire IMInt comprend, par exemple, le calcul d’une moyenne des images recalées de la portion de la scène correspondant à ladite image intermédiaire IMInt.

Par exemple, une image intermédiaire IMInt correspond à une portion d’image de la scène occupant seulement un pixel par image.

L’image finale IMF est obtenue en fonction des images intermédiaires déterminées. En effet, chaque image intermédiaire IMInt imageant une portion distincte de la scène consécutive des portions de la scène imagée par les autres images intermédiaires IMInt, la mise bout à bout des images intermédiaires permet d’obtenir l’image finale IMF.

Optionnellement, le procédé d’acquisition comprend l’analyse 120 des images IM acquises pendant les périodes de réinitialisation P _réinit des moyens de contre-balayage 16 pour déterminer un éventuel défaut du détecteur 12 dans la direction de balayage. En effet, le retour du contre-balayage génère un fort défilement, donc un flou image important suivant un axe. Les images IM obtenues pendant la période de réinitialisation P _réinit sont alors des images homogénéisées par le flou de bougé (éventuellement encore plus floues dans le cas où le dispositif 10 est dans son deuxième mode de réglage). En post-intégrant ces images pour diminuer le bruit (typiquement 100 pour gagner un facteur 10 sur le rapport signal sur bruit image), on obtient une image des défauts résiduels suivant l’axe balayé.

Dans ce cas, l’image finale IMF est éventuellement corrigée des défauts déterminés.

L’étape d’analyse est, par exemple, mise en œuvre par le contrôleur 22.

Optionnellement, le procédé d’acquisition comprend l’application 130 de traitement de détection et/ou de classification d’éléments sur l’image finale IMF. De tels traitements sont, par exemple, adaptés pour détecter des menaces potentielles.

L’homme du métier comprendra qu’une fois que les moyens de balayage 14 ont balayé l’intégralité de la scène dans le champ de balayage, les étapes du procédé sont réitérées pour générer de nouvelles images finales IMF.

Ainsi, le présent procédé et dispositif d’acquisition permettent par un glissement contrôlé des images acquises au cours du temps d’imager des mêmes portions de la scène sur des pixels distincts, ce qui permet, après traitement des images acquises, de diminuer le bruit de non-uniformité dû à la fonction de transfert de chaque pixel ou des lignes de pixels ou des colonnes de pixels.

Le présent procédé reprend, ainsi, le principe des capteurs de type TDI (en anglais « Time Delay Intégration » traduit en français par « décalage temporel et intégration »). En effet, dans le cas des capteurs TDI, le capteur est intégré dans un porteur qui se déplace à une vitesse constante dans une direction. L’image de la scène observée défile alors sur le capteur dans la même direction avec une orientation opposée. Ainsi, la ligne de pixels de rang i+1 voit, à un instant t(i+1 ), la même distribution d'intensité lumineuse vue par la ligne d'ordre i à un instant précédent t(i)=t(i+1)-5t, correspondant à une même ligne d'une image optique de la scène observée. Le capteur TDI comprend un circuit électronique de post traitement qui intègre les signaux générés par les différentes lignes de pixels de la matrice et correspondant à une même ligne de l'image. En d'autres termes il additionne, colonne par colonne, les signaux générés par les pixels de la ligne de rang 1 à l'instant t1 , ceux de la ligne de rang 2 à l'instant t2, ... et ceux de la ligne de rang N à l'instant tN. A sa sortie, le circuit fournit un vecteur de données d'image représentatif de ladite ligne de l'image optique, intégrée sur un temps égal à N 5t, ce qui permet d'augmenter le rapport signal sur bruit des données d'image acquises par le capteur.

Le présent procédé permet en introduisant une différence angulaire entre la vitesse angulaire de balayage V _B et la vitesse angulaire de contre-balayage V _C B d’échanger du flou image contre une post-intégration sur N pixels différents du détecteur 12. Cela permet de réduire le résiduel de bruit de non uniformité (NUC) d’un facteur racine de N. En outre, cela permet aussi de diminuer l’impact des pixels morts.

Ainsi, les présents dispositif et procédé permettent d’améliorer le résiduel de correction du bruit de non-uniformité, ce qui améliore la sensibilité des systèmes IRST de nouvelles génération ayant une sensibilité augmentée.

L’homme du métier comprendra que l’invention ne se limite pas aux exemples décrits dans la description et que les modes de réalisation décrits précédemment sont susceptibles d’être combinés lorsqu’une telle combinaison est compatible.