FONTANELLA, Jean-Claude (81 ter, rue du Vieux Damiette, Gif sur Yvette, F-91190, FR)
| REVENDICATIONS 1 . - Procédé (100) d'imagerie comportant une étape (102) d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales (IBM), chaque image bi-spectrale étant la combinaison de deux images acquises (lMi , dans deux bandes spectrales différentes, et une étape (108) de génération d'une pluralité d'images donnant chacune une impression de profondeur par combinaison des deux images acquises dans les deux bandes différentes, la pluralité d'images étant une information d'imagerie, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitements simultanés de la pluralité d'images bi-spectrales pour générer en plus de l'information d'imagerie une information de veille et/ou une information de départ de menaces, comportant les étapes suivantes : - rechercher (1 12) des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrales, une signature spectrale et temporelle particulière étant associée à une menace particulière ; et - détecter (1 10) un objet particulier sur chaque image bi-spectrale, et générer un suivi temporel de la position de l'objet sur la pluralité d'images dans chaque bande spectrale, la détection et le suivi de l'objet formant l'information de veille. 2. - Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les deux bandes appartiennent à une même bande spectrale infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι et sont situées chacune de part et d'autre d'une longueur d'onde sensiblement égale à 4,3 μηι. 3. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que l'étape (102) d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales est réalisée à une fréquence élevée au moins égale à sensiblement 400 Hz. 4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape (102) d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales comprend une étape (130) de micro-balayage pour générer une pluralité d'images bi-spectrales de plus grande résolution. 5. - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (132, 134) de combinaison d'une pluralité de pixels de chaque image bi-spectrale de plus grande résolution pour réduire le nombre de pixels et améliorer le rapport signal sur bruit avant l'étape (122, 124) de recherche des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrales de plus grande résolution. 6. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pluralité d'images bi-spectrales est acquise par au moins deux caméras préalablement synchronisées temporellement. 7. - Dispositif d'imagerie (2) comportant au moins une caméra bi-spectrale (4), chacune comprenant une matrice (10) bi-spectrale d'une pluralité de détecteurs (10) aptes à acquérir une pluralité d'images bi-spectrales, chaque image bi-spectrale étant la combinaison de deux images acquises dans deux bandes spectrales différentes, le dispositif d'imagerie comportant des moyens (20) pour générer une pluralité d'images donnant chacune une impression de profondeur à partir des deux images acquises dans les deux bandes différentes, la pluralité d'images étant une information d'imagerie et le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens (6) de traitements simultanés de la pluralité d'images bi-spectrales pour générer au moins deux informations parmi une information de veille, une information de départ de menace et une information d'imagerie, les moyens (6) de traitements simultanés étant reliés à la au moins une caméra bi- spectrale (4) et comportant : - les moyens (20) pour générer l'information d'imagerie ; - des moyens (18) de recherche des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrale, une signature spectrale et temporelle particulière étant associée à une menace particulière ; et - des moyens (16) de détection d'un objet particulier sur chaque image bi- spectrale et de génération d'un suivi temporel de la position de l'objet sur la pluralité d'images dans chaque bande spectrale, la détection et le suivi de l'objet formant l'information de veille. 8. - Dispositif d'imagerie selon la revendication 7, caractérisé en ce que les deux bandes appartiennent à une même bande spectrale infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι et sont situées chacune de part et d'autre d'une longueur d'onde sensiblement égale à 4,3 μηι. 9. - Dispositif d'imagerie selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il est adapté pour mettre en œuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. |
La présente invention concerne un procédé d'imagerie bi-spectral multifonctions, du type comportant une étape d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales, chaque image bi-spectrale étant la combinaison de deux images acquises dans deux bandes spectrales différentes, et une étape de génération d'une pluralité d'images donnant chacune une impression de profondeur par combinaison des deux images acquises dans les deux bandes différentes, la pluralité d'images étant une information d'imagerie. L'invention concerne également un dispositif d'imagerie mettant en œuvre le procédé d'imagerie.
On désigne par dispositif bi-spectral, un dispositif permettant d'acquérir une image dans deux bandes spectrales, par exemple les bandes spectrales 3-5 μηι et 8-12 μηι. Un cas particulier est celui des dispositifs bi-colores qui utilisent deux sous-bandes d'une même bande spectrale principale. Par exemple, si l'on considère la bande entre 3 et 5 μηι, certains dispositifs bicolores infrarouges acquièrent une image dans la sous-bande de 3,4 à 4,2 μηι et une autre image dans la sous-bande de 4,5 à 5 μηι.
L'invention s'applique au domaine des systèmes optroniques de détection et de vision panoramique. Ces systèmes équipent notamment les plateformes aériennes (avions de transport, avions de combat, drones et hélicoptères), maritimes et les plateformes terrestres (blindés, transport de troupes...) destinées à la surveillance et/ou au combat. De telles plateformes ont besoin de multiples informations.
Par exemple, elles ont besoin d'établir la situation tactique, c'est-à-dire de connaître la position d'autres intervenants (plateformes aériennes et/ou terrestres) sur un champ de bataille afin de pouvoir par la suite élaborer une stratégie de combat.
Il est également utile d'avoir des informations, telles qu'une image très grand champ et de haute résolution par exemple pour une aide au pilotage ou à la navigation des plateformes.
De plus sur un champ de bataille, il est important de pouvoir détecter ce que l'on appelle un départ de menace et d'identifier le type de menace, par exemple, un tir de missile, d'arme lourde (canon) ou un coup de feu.
Toutes ces informations nécessitent pour leur obtention des dispositifs spécifiques avec des capteurs et des unités de traitements adaptés.
Par exemple, le brevet EP 0 759 674 décrit un procédé pour donner l'impression de profondeur dans une image, qui est une information très utile pour le pilote d'une plateforme aérienne par exemple. Le brevet décrit également une caméra conçue pour mettre en œuvre ce procédé afin de fournir une image donnant l'impression de profondeur. Cette caméra est une caméra bi-spectrale c'est-à-dire adaptée à fournir deux images dans deux bandes spectrales distinctes dans l'infrarouge. L'image donnant l'impression de profondeur est obtenue par combinaison des deux images acquises dans les deux bandes spectrales.
Un autre exemple : le système DAIRS pour « Distributed Aperture InfraRed Systems » développé par Northrop Grumman pour l'avion « Joint Strike Fighter » (JSF) est un dispositif d'imagerie mono-spectral, c'est-à-dire permettant d'acquérir une image dans une unique bande spectrale. Ce système délivre par conséquent une information d'imagerie. Néanmoins celle-ci ne présente pas d'impression de profondeur obtenue par des systèmes bi-spectraux ou bicolores. En outre, le système n'est pas capable de détecter un événement très bref comme un départ de menace tel qu'un coup de feu.
En outre, il peut exister des dispositifs comportant plusieurs systèmes multi- spectraux afin par exemple de fournir une information d'imagerie en profondeur ou de réaliser une détection de départ de menace. Néanmoins, la multiplicité de ce type de dispositifs conduit surtout à une complexité et donc à un coût d'intégration à la plateforme et à des coûts d'équipements très élevés.
Le but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif d'imagerie moins encombrant, plus facile à intégrer et globalement moins cher qu'un ensemble de dispositifs mono-fonction pour des plateformes telles que des plateformes de surveillance ou de combat.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'imagerie du type précité, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitements simultanés de la pluralité d'images bi-spectrales pour générer en plus de l'information d'imagerie une information de veille et/ou une information de départ de menaces, comportant les étapes suivantes :
- rechercher des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrales, une signature spectrale et temporelle particulière étant associée à une menace particulière ; et
- détecter un objet particulier sur chaque image bi-spectrale, et générer un suivi temporel de la position de l'objet sur la pluralité d'images dans chaque bande spectrale, la détection et le suivi de l'objet formant l'information de veille.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le procédé d'imagerie comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les deux bandes appartiennent à une même bande spectrale infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι et sont situées chacune de part et d'autre d'une longueur d'onde sensiblement égale à 4,3 μηι ;
- l'étape d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales est réalisée à une fréquence élevée au moins égale à sensiblement 400 Hz ; - l'étape d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales comprend une étape de micro-balayage pour générer une pluralité d'images bi-spectrales de plus grande résolution ;
- il comprend une étape de combinaison d'une pluralité de pixels de chaque image bi-spectrale de plus grande résolution pour réduire le nombre de pixels et améliorer le rapport signal sur bruit avant l'étape de recherche des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrales de plus grande résolution ;
- la pluralité d'images bi-spectrales est acquise par au moins deux caméras préalablement synchronisées temporellement.
L'invention a également pour objet un dispositif d'imagerie comportant au moins une caméra bi-spectrale, chacune comprenant une matrice bi-spectrale d'une pluralité de détecteurs aptes à acquérir une pluralité d'images bi-spectrales, chaque image bi- spectrale étant la combinaison de deux images acquises dans deux bandes spectrales différentes, le dispositif d'imagerie comportant des moyens pour générer une pluralité d'images donnant chacune une impression de profondeur à partir des deux images acquises dans les deux bandes différentes, la pluralité d'images étant une information d'imagerie et le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de traitements simultanés de la pluralité d'images bi-spectrales pour générer au moins deux informations parmi une information de veille, une information de départ de menace et une information d'imagerie, les moyens de traitements simultanés étant reliés à la au moins une caméra bi-spectrale et comportant :
- les moyens pour générer l'information d'imagerie ;
- des moyens de recherche des signatures spectrales et temporelles particulières dans la pluralité d'images bi-spectrale, une signature spectrale et temporelle particulière étant associée à une menace particulière ; et
- des moyens de détection d'un objet particulier sur chaque image bi-spectrale et de génération d'un suivi temporel de la position de l'objet sur la pluralité d'images dans chaque bande spectrale, la détection et le suivi de l'objet formant l'information de veille.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le dispositif d'imagerie comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- les deux bandes appartiennent à une même bande spectrale infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι et sont situées chacune de part et d'autre d'une longueur d'onde sensiblement égale à 4,3 μηι ;
- il est adapté pour mettre en œuvre le procédé précédent. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'imagerie selon l'invention comportant une pluralité de caméras bi-spectrales,
- la figure 2 est un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un dispositif d'imagerie selon l'invention comportant une caméra bi-spectrale,
- la figure 3 est un schéma bloc illustrant un procédé d'imagerie et de traitement mis en œuvre par le dispositif d'imagerie selon l'invention,
- la figure 4 est un schéma synoptique d'une méga-image bi-spectrale selon l'invention,
- la figure 5 est un graphique représentant la transmission atmosphérique à courte et longue distances dans la bande infrarouge comprise entre 3 et 5 μηι dont la longueur d'onde centrale est de 4,3 μηι,
- la figure 6 est un graphique représentant le flux optique dans la bande infrarouge dont la longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι, pour un jet de missile, le fond terrestre et le rayonnement solaire,
- les figures 7 et 8 sont des schémas synoptiques illustrant les notions de signatures spectrales et temporelles d'un objet détectées par le dispositif d'imagerie selon l'invention,
- la figure 9 est un schéma synoptique d'un autre mode de réalisation d'un dispositif d'imagerie selon l'invention comportant une caméra bi-spectrale,
- la figure 10 est un schéma synoptique illustrant le principe d'un micro-balayage d'une caméra bi-spectrale, et
- la figure 1 1 est un schéma bloc illustrant un autre mode de réalisation du procédé d'imagerie selon l'invention.
L'invention concerne un dispositif d'imagerie destiné à être intégré à une plateforme aérienne ou terrestre telle qu'un avion, un hélicoptère, un drone, un blindé... Ce type de plateforme est destiné à la surveillance et/ou au combat. Il permet, de jour comme de nuit et en temps réel, l'acquisition et le traitement d'images en vue par exemple de coordonner efficacement les manœuvres d'auto-défense de la plate-forme ou d'aider au pilotage de la plateforme.
Ce même dispositif est propre à permettre la mise à disposition d'un opérateur :
- d'une information d'imagerie, à savoir une image interprétable par l'homme de la zone considérée,
- d'une information de veille, à savoir une image sur laquelle figurent des cibles potentielles et leur position, par exemple des hommes, un char, une autre plateforme... et - d'une information de départ de menace, à savoir une image sur laquelle un départ de menace est clairement identifié et positionné, par exemple un coup de feu, un tir de missile ou de canon.
La figure 1 illustre un dispositif 2 selon l'invention qui comprend au moins une caméra bi-spectrale 4, des moyens de traitements 6 et une interface homme/machine telle qu'un écran 7. Les moyens de traitements 6 sont connectés d'une part à la ou à chaque caméra bi-spectrale 4 et d'autre part à l'écran. L'écran est destiné à afficher les informations traitées par les moyens de traitements 6.
Bien entendu un nombre quelconque de caméras bi-spectrales peut être envisagé, trois étant représentées sur cette figure. Les caméras bi-spectrales 4 sont identiques dans leur principe et seront décrites en détail par la suite. Par exemple, elles peuvent différer dans leur résolution (nombre de pixels du détecteur des caméras), leur focale et le champ des optiques.
Chaque caméra regarde, c'est-à-dire est orientée, dans une direction moyenne différente des autres. Les champs de vision de chaque caméra peuvent être totalement distincts mais en évitant d'avoir des zones non couvertes ou bien avoir une partie commune afin d'obtenir et/ou de reconstruire une image ayant un champ de vision continu en passant d'une caméra à l'autre. Ainsi la pluralité de caméras bicolores couvre tout ou partie de l'espace.
Par exemple, une caméra dite frontale, car placée sur l'avant de la plateforme aérienne telle qu'un hélicoptère, est destinée à imager l'espace situé en avant de la plateforme, tandis que deux caméras latérales, car situées sur les flancs de la plateforme, sont aptes à regarder chacune dans une direction sensiblement perpendiculaire à celle de la caméra frontale. En outre, la caméra frontale a généralement une meilleure résolution spatiale que les caméras frontales.
Les moyens de traitements 6 comportent des moyens 14 de mise en forme des signaux générés par chaque caméra bicolore 4 reliés à des moyens 16 de génération d'une information de veille, des moyens 18 de génération d'une information de menace et des moyens 20 de génération d'une information d'imagerie pour le pilotage ou la navigation.
Bien entendu, le signal généré par chaque caméra est représentatif de l'image acquise par celle-ci. Par la suite, un traitement d'une image signifie un traitement du signal associé à l'image acquise par la caméra, l'image étant convertie en signal par la caméra.
Les moyens 14 de mise en forme des signaux comportent des moyens de synchronisation de l'ensemble des signaux délivrés par une pluralité M de caméras bi- spectrales 4 du dispositif d'imagerie 2 et des moyens de génération d'une image appelée méga-image bi-spectrale et formée en combinant l'ensemble des images bi-spectrales acquises par les caméras du dispositif au même instant.
Les moyens 16 de génération d'une information de veille comprennent des moyens de traitement de la méga-image bi-spectrale aptes à détecter et identifier au moins une cible par sa signature radiométrique et/ou spectrale et à générer un pistage de ces cibles.
De façon connue, une cible est un point chaud, c'est-à-dire qui dégage de la chaleur par rapport à son environnement : une personne, un matériel, une plateforme mobile...
En outre, une signature spectrale d'un objet est la dépendance avec la longueur d'onde d'un ensemble de caractéristiques du rayonnement électromagnétique de l'objet, qui contribue à identifier l'objet, par exemple son intensité relative d'émission lumineuse entre deux bandes spectrales, sa longueur d'onde d'émission maximale...
On définit la signature radiométrique d'une cible par l'intensité rayonnée par celle- ci par rapport à son environnement, appelé de façon connue : fond de l'image.
De même, les moyens 18 de génération d'une information de menace comprennent des moyens de recherche d'une signature spectrale représentative d'une éventuelle menace dans la même méga-image bi-spectrale.
Ils comportent en outre des moyens de recherche d'une signature temporelle de cette éventuelle menace et de discrimination du type de menace, par exemple par la comparaison avec une banque de données, afin de confirmer qu'il s'agit bien d'une menace et de quel genre.
Par définition, une signature temporelle d'une menace est le temps caractéristique de l'émission de la menace. Par exemple, un coup de feu sera beaucoup plus bref que le jet d'un missile, et peut se répéter rapidement (par exemple, une rafale d'arme légère).
Les moyens 20 de génération d'une information d'imagerie pour le pilotage ou la navigation comportent des moyens pour générer une image avec une impression de profondeur tels que décrit dans le brevet EP 0 759 674.
Les caméras bi-spectrales 4 vont maintenant être détaillées en regard de la figure
2 qui illustre un dispositif d'imagerie 2 ne comportant qu'une seule caméra afin de ne pas surcharger la figure.
La caméra bi-spectrale 4 est une caméra grand champ permettant de couvrir une partie de l'espace à analyser. Elle comporte au moins un système optique grand champ 8 et un détecteur 10. Une telle caméra est par exemple décrite dans le brevet EP 0 759 674. Un tel système optique 8 grand champ a déjà été décrit par exemple dans le brevet FR 2 692 369. De préférence, le champ de l'optique 8 est sensiblement compris entre 60 ° et 90 °.
Le détecteur 10 est un détecteur bi-spectral par exemple tel que décrit dans le brevet EP 0 759 674, qui comprend une matrice bi-spectrale par exemple de type multi- puits quantiques ou super-réseaux permettant en particulier de délivrer des signaux dans deux sous-bandes d'une même bande spectrale ou dans deux bandes spectrales différentes. Dans le premier cas, le détecteur est dit bicolore. La taille de la matrice bi- spectrale est sensiblement d'au moins 640 pixels x 480 pixels.
De préférence, les dimensions de la matrice sont de 1000x1000 pixels correspondant à un champ élémentaire de 1 ,57 mrad ou de 500x500 pixels correspondant à un champ élémentaire de 3,14 mrad.
En outre, la fréquence d'acquisition de la caméra 4 bi-spectrale est élevée et de préférence d'au moins 400 Hz.
La caméra acquiert simultanément deux images du même champ de vision de l'espace : une dans chaque bande spectrale.
Pour cela, l'optique 8 focalise le flux lumineux sur le détecteur bi-spectral 10 qui le convertit en un signal électrique transmis aux moyens de traitements 6.
En outre, les deux bandes spectrales dans lesquelles la caméra bi-spectrale 2 est sensible sont telles qu'elles présentent des caractéristiques particulières, en particulier en ce qui concerne l'émission électromagnétique des jets de missiles et la variation de la transmission atmosphérique en fonction de la distance.
Par exemple et de préférence, la bande spectrale est située dans l'infrarouge et sa longueur d'onde est comprise entre 3 et 5 μηι. Les deux sous-bandes sont situées de part et d'autre d'une longueur d'onde sensiblement égale à 4,3 μηι. La première sous-bande a une longueur d'onde sensiblement comprise entre 3,4 et 4,2 μηι et la seconde une longueur d'onde sensiblement comprise entre 4,5 et 5 μηι.
De façon connue, on définit bande rouge ou chaude, la sous-bande spectrale dont les longueurs d'ondes sont les plus grandes par rapport à celles de la seconde sous- bande spectrale, appelée bande bleue ou froide.
Le dispositif d'imagerie selon l'invention met en œuvre le procédé 100 d'imagerie qui va maintenant être décrit en regard de la figure 3.
Chaque caméra bi-spectrale 4 du dispositif d'imagerie 2 acquiert une pluralité d'images bi-spectrales notées IB M où M est le numéro de la caméra au cours d'une étape 102 d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales du procédé 100. L'acquisition est réalisée à la fréquence F élevée, de préférence sensiblement égale à 400 Hz.
Chaque image d'une sous-bande l M i , IM2 a une dimension de L pixels x H pixels (les dimensions de la matrice bi-spectrale de la caméra), soit N pixels au total (N=LxH).
Chaque paire d'images l M i , IM2 est ensuite combinée pour former une image bi- spectrale IB M de 2xLxH, par exemple en les juxtaposant.
De façon connue, les M caméras (pour M≥ 1 ) sont synchronisées par construction avant l'acquisition des images bi-spectrales. Par exemple, elles utilisent une horloge commune.
Ensuite, ces moyens 14 combinent les M images bi-spectrales des caméras pour former une méga-image bi-spectrale MIB au cours d'une étape 106 de génération d'une méga-image bi-spectrale.
Par exemple, la méga-image bi-spectrale MIB est générée en juxtaposant les images bi-spectrales IB M de chaque caméra, comme représentée sur la figure 4.
Ainsi, une pluralité de méga-images bi-spectrales est obtenue à la même fréquence F d'acquisition des images par les caméras.
Chaque méga-image bi-spectrale MIB a une dimension de 2xMxN pixels où N est le nombre total de pixels d'une image dans une bande d'une caméra (N=LxH).
Cette pluralité de méga-images bi-spectrales forme un signal unique à la fréquence F.
Celui-ci est exploité par les moyens de traitements 16, 18, 20 de façon simultanée afin de générer au moins deux informations parmi une information d'imagerie, de veille et de départ de menace au cours des étapes 108, 1 10, 1 12 respectivement.
L'étape 108 de génération d'une information d'imagerie mise en œuvre par les moyens 20 de génération d'une information de pilotage va maintenant être détaillée.
L'information d'imagerie comprend une méga-image de résolution spatiale élevée formée des images de chaque caméra ayant une résolution de 1000 pixels x 1000 pixels.
Cette étape 108 comprend une sous-étape 1 14 de génération d'une méga-image ayant une impression de profondeur en combinant les images acquises dans la bande rouge et la bande bleue.
Une mesure de la distance des objets présents dans l'image est réalisée comme décrit dans le brevet EP 0 759 674 en comparant l'image obtenue dans chaque bande. L'exploitation des images bi-spectrales pour l'évaluation de la distance est inchangée par rapport à celle décrite dans ce document. La bande rouge est choisie de manière à être partiellement absorbée. Dans le cas de la bande 3-5 μηι, pour un objet naturel (corps noir ou reflet solaire) la bande bleue est peu absorbée par le gaz carbonique, alors que la bande rouge subit un effet variable avec la distance. La comparaison des signaux des 2 bandes permet d'estimer la distance.
Le ratio de l'intensité de chaque pixel de l'image dans la bande rouge et la bande bleue est calculé. Le ratio est une fonction de la transmission atmosphérique qui est fonction de la distance de l'objet imagé sur le pixel. La figure 5 est un exemple de transmission atmosphérique, dans les bandes spectrales situées de part et d'autre de 4,5 μηι entre 3 et 5 μηι, pour deux distances différentes.
Ensuite au cours d'une étape 1 16 une image est affichée par l'écran 7. Cette image est soit l'image ayant une impression de profondeur résultant de l'étape 108, soit l'image de l'une ou l'autre bande en fonction des conditions météorologiques.
En effet, il est connu que dans des climats froids l'image acquise dans la bande rouge, par exemple de longueurs d'onde supérieures à 4,5 μηι, est généralement meilleure que celle acquise dans la bande bleue de longueurs d'onde par exemple inférieures à 4,5 μηι.
L'étape 1 10 de génération d'une information de veille mise en œuvre par les moyens 16 de génération d'une information de veille va maintenant être détaillée.
La veille consiste à rechercher et détecter des cibles et à les pister, c'est-à-dire suivre leur déplacement en mesurant leur position au cours du temps.
De façon connue les objets ou cibles à surveiller sont de taille quasi-ponctuelle sur les images et évoluent assez lentement dans le temps.
Par conséquent un contraste radiométrique est fondamental sur les images afin de détecter une cible et pour en déduire l'information de veille, c'est pourquoi on utilise de préférence des images bi-spectrales de dimensions minimales 1000 pixels x 1000 pixels produites par la (ou les) caméra(s).
L'étape 1 10 comprend une sous-étape 1 17 de détection d'un contraste radiométrique par les moyens 16 de génération d'une information de veille. Au cours de cette sous-étape, l'intensité de chaque pixel est comparée à l'intensité d'un pixel représentatif du fond de l'image, c'est-à-dire d'un environnement normal. Les pixels représentatifs d'une éventuelle cible ont une intensité différente de celle du fond pour au moins une des deux bandes.
Ensuite, au cours d'une étape 1 18, les moyens 16 de génération d'une information de veille identifient la(les) cible(s) par leur signature spectrale respective, en comparant les images produites dans chacune des bandes.
Pour cela, les intensités des pixels sont comparées dans les deux bandes pixel par pixel ou groupe de pixels par groupe de pixels. Cette comparaison permet par exemple d'évaluer la température apparente de la cible et donc d'en déduire une classe d'objet (homme, char...).
Par exemple, un objet dont le rayonnement dans les deux bandes suit les lois du corps noir est probablement un objet naturel.
Ensuite, un pistage de chaque cible est généré au cours d'une étape 120, c'est-à- dire un suivi de la position de la cible. La piste est réalisée sur au moins une pluralité d'images acquises dans une même bande.
Par exemple, une cible peut être détectée dans une bande dite « bande sensible » mais pas dans l'autre, alors appelée « bande aveugle ». Cette non-détection dans la bande aveugle et la valeur de l'intensité lumineuse émise par la cible dans la bande sensible forment des éléments d'identification de la cible.
Pour estimer le rayonnement dans la bande aveugle, les détections effectuées dans la bande sensible sont alors utilisées pour identifier les pixels de la bande aveugle où se trouve la cible et obtenir ainsi l'information de signature spectrale dans cette bande.
En outre, le pistage des cibles généré dans chaque bande est complémentaire.
Par exemple, une cible est détectée dans la première bande pendant une première période T1 puis dans la seconde bande dans une seconde période T2 consécutive à T1 . Dans ce cas la piste est réalisée de préférence dans la première bande pendant T1 , puis dans la seconde pour la période T2.
Ensuite, l'étape 1 12 de génération d'une information de menace mise en œuvre par les moyens 18 de génération d'une information de menace est exécutée afin d'établir si la cible est une menace. Cette étape 1 12 va maintenant être détaillée.
Une information de départ de menace comporte la détection du départ de cette menace, c'est-à-dire d'une émission fugitive ou présentant une signature temporelle caractéristique d'un type de menace (liée à la propulsion de cette menace). Pour générer cette information il est prépondérant d'avoir à la fois une sensibilité radiométrique et une réponse temporelle élevée.
Ainsi, le traitement pour générer une information de départ de menace est réalisé sur des images de dimensions au moins égale à 500 pixels x 500 pixels et délivrées à une cadence d'au moins 400 Hz.
L'étape 1 12 comprend une sous-étape 122 de recherche d'une signature ou contraste radiométrique puis d'une signature spectrale suivie d'une sous-étape 124 de recherche d'une signature temporelle et de discrimination du type de menace. Comme décrit précédemment, une intensité différente de celle du fond pour un pixel constitue une signature radiométrique et est associée à une éventuelle menace. Dans le cas d'une flamme ou d'un jet, l'intensité est plus forte que celle du fond. Au cours de la sous-étape 122, les images issues des deux bandes rouge Sr et bleue Sb sont combinées, afin de distinguer les menaces des points brillants provoqués par les réflexions solaires en comparant les rayonnements dans les deux sous-bandes.
En regard des figures 6 et 7, chaque image Sr , Sb dans la bande spectrale infrarouge comprise entre 3 et 5 μηι est la résultante de l'émission lumineuse de trois contributions : le fond terrestre, le rayonnement solaire et le jet de missile si un missile est lancé ou le jet de bouche si une munition est tirée.
Le but de la combinaison des deux images Sr et Sb est d'annuler la contribution du fond naturel dans les deux sous-bandes.
Pour cela et de manière connue, pour chaque pixel une quantité S est calculée selon la formule S = Sr - A.Sb en ajustant le paramètre A. Le paramètre A est généralement choisi pour l'ensemble des pixels de l'image.
Un signal S positif met en évidence un jet de missile ou un jet de bouche. Un signal S négatif correspond à un reflet solaire et un signal nul au fond terrestre.
Un avantage de ce procédé est que la probabilité de fausse alarme pour la détection de missiles est diminuée par rapport à l'utilisation de caméra mono-spectrale. En effet, la combinaison de ces bandes permet de s'affranchir des reflets solaires et de distinguer l'émission du missile de sources naturelles, contrairement à un système d'imagerie mono-spectral. Pour un tel dispositif mono-spectral, il est aisé de détecter les pixels « chauds » c'est-à-dire ayant une intensité forte, néanmoins il est difficile de différencier s'ils sont associés à un départ de menace ou à une réflexion solaire sur une surface.
Cela permet en outre de déterminer la direction des menaces potentielles.
Ensuite au cours de l'étape 124 et en regard de la figure 8, l'intensité lumineuse de ces pixels, identifiés comme des menaces possibles, est suivie au cours du temps dans une bande ou dans les deux. Le profil temporel de l'intensité lumineuse permet par la suite de discriminer le type de menace, par ce que l'on appelle leur signature temporelle.
Par exemple, un coup de feu a une émission très courte, de l'ordre de la milliseconde, par rapport aux missiles qui sont ainsi détectés par l'émission de leur jet ou flamme dont l'émission est longue, de l'ordre de plusieurs secondes.
En outre, on peut réaliser un pistage comme à l'étape 120 afin de suivre la menace. Par exemple, pour suivre le déplacement d'un missile.
Les informations de veille et de menace sont ensuite affichées sur l'écran 7.
Par exemple, la menace est indiquée sur l'image ayant une impression de profondeur réalisée à l'étape 1 14 et affichée sur l'écran au cours de l'étape 7. En outre, la piste d'une cible est affichée par superposition sur cette même image. Selon un second mode de réalisation du dispositif d'imagerie 2 représenté sur la figure 9, le détecteur de la ou chaque caméra bi-spectrale 4 a une dimension minimale de 500 pixels x 500 pixels. De façon connue, ce dispositif permet d'améliorer l'image destinée à l'observation au détriment de la résolution temporelle.
En outre, la caméra bi-spectrale 4 comprend un système de micro-balayage 12, tel que par exemple celui décrit dans le brevet EP 0 759 674.
Le micro-balayage est réalisé sur une pluralité k de positions consécutives et de préférence, sur au moins 4 positions.
Par exemple, le système de micro-balayage est de type diasporamètre.
En regard de la figure 10, un exemple de micro-balayage à quatre positions est illustré par le déplacement suivant quatre positions successives notées Im T1 à Im T4 de l'image d'un objet ponctuel sur quatre pixels adjacents notés P1 à P4 du détecteur 10.
Par exemple, une matrice bi-spectrale de dimensions de 500 pixels x 500 pixels et de fréquence d'acquisition de 400 Hz génère alors 400 trames par seconde, chacune de dimensions 500 pixels x 500 pixels. Une image comporte les quatre trames bi-spectrales consécutives générées par le micro-balayage.
Il est connu qu'un dispositif de micro-balayage permet de générer des pixels supplémentaires et donc d'améliorer l'échantillonnage de l'image et d'augmenter sa résolution.
Ainsi, chaque image bi-spectrale reconstruite après un micro-balayage a une dimension de 1000 pixels x 1000 pixels x 2 bandes spectrales.
En outre et de façon également connue, le micro-balayage permet d'effectuer des corrections de non-uniformités (NUC pour « non-uniformity correction », en anglais).
En regard de la figure 1 1 , un autre mode de réalisation du procédé va maintenant être détaillé. Ce mode de réalisation est destiné à être mis en œuvre par un dispositif d'imagerie comportant un dispositif de micro-balayage tel que représenté sur la figure 9. Les étapes identiques au précédent mode de réalisation portent la même référence et ne seront pas détaillées ci-après.
L'étape 102 d'acquisition d'une pluralité d'images bi-spectrales par M caméras comporte une sous-étape 130 de micro-balayage selon une pluralité k de positions des pixels du détecteur. Ainsi, le flux optique balaie chaque pixel de la matrice du détecteur selon une pluralité k de positions grâce au système de micro-balayage 12. De préférence, k est égal à 4.
Les k positions du balayage du flux optique génèrent ainsi k trames décalées sur la matrice de photodétecteurs formant une image. A la fin de l'étape 102, une pluralité d'images bi-spectrales de k trames bicolores est générée à la fréquence F.
Chaque trame d'une bande a pour dimensions au moins 500 pixels x 500 pixels.
Ensuite les images résultant du micro-balayage et des deux bandes spectrales sont traitées de manières différentes selon l'information à générer.
L'étape 108 de génération d'une information d'imagerie comporte une sous-étape 132 de combinaison de k méga-images bicolores successives avant de générer à l'étape 1 14 une image ayant une impression de profondeur. Cette sous-étape 132 est exécutée par des moyens de combinaison d'une pluralité de méga-images bicolores des moyens de traitement 6 du dispositif d'imagerie 2.
Ainsi les pixels de k trames successives d'une image sont combinés afin de générer une image sur-échantillonnée ayant donc une meilleure résolution. Cette image est alors produite à une fréquence plus lente.
Par exemple, un dispositif d'imagerie ayant une caméra bicolore dont la matrice a une dimension de 500 pixels x 500 pixels, une fréquence d'acquisition de 400 Hz et comportant un dispositif de micro-balayage à 4 positions va permettre de générer des images dans chaque bande spectrale de résolution 1000 pixels x 1000 pixels à la fréquence de 100 Hz.
Cette résolution temporelle est suffisante pour afficher une information d'imagerie par exemple pour l'aide au pilotage qui nécessite une résolution temporelle au moins égale à celle du système visuel humain.
De même, l'étape 1 10 de génération d'une information de veille comporte une sous-étape 134 identique à la sous-étape 132 avant de réaliser les étapes 1 17 et 1 18 de détection d'un contraste radiométrique et d'identification de cibles par signature spectrale.
Selon une variante, ces sous-étapes sont communes et réalisées par des moyens communs de traitement de la pluralité de méga-images bi-spectrales aux moyens 16 et 20 afin de diminuer le temps de traitement des images.
Enfin l'étape 1 12 de génération d'une information de menace comporte une sous- étape 136 de sommation de k pixels adjacents pour chaque méga-image bi-spectrale avant d'effectuer l'étape 122 de recherche d'un contraste radiométrique et de signature spectrale.
Cette sous-étape 136 a pour but d'améliorer la résolution spatiale des images. Elle est réalisée par des moyens de calcul intégrés aux moyens de traitement 6 du dispositif d'imagerie 2. En effet, le micro-balayage dilue le signal provoqué par l'émission d'un objet ponctuel. Par exemple, sur la figure 3, lors de l'acquisition de l'image Im T4, le signal est partagé entre les 4 pixels P1 , P2, P3 et P4.
Afin d'éviter cet effet, les signaux de 4 pixels adjacents sont sommés pour chaque image d'une même trame, l'ensemble des 4 pixels voyant à chaque instant la quasi totalité du signal émis par un point.
Dans l'exemple précédent on génère ainsi une pluralité d'images à 400 Hz de trames bi-spectrales dont l'image dans une bande a pour dimensions 500 pixels x 500 pixels. Ainsi la résolution spatiale d'une image est diminuée par 2 mais au moins un des pixels contient la totalité du signal.
L'étape 122 de recherche de signature spectrale est ensuite réalisée sur cette trame.
Dans ce mode de réalisation du procédé, les images ou signaux générés au cours de l'étape de micro-balayage sont exploités différemment et de manière optimale selon l'information recherchée.
Le procédé selon l'invention permet ainsi de générer, simultanément et par un même dispositif, au moins deux informations parmi :
- une information d'imagerie très grand champ utile pour la navigation, le pilotage...,
- une information de veille, et
- une information de détection de départ de menaces (coups de feu, missile, canon...).
Un avantage d'un système d'imagerie multi-fonctions selon l'invention est la réduction du nombre de détecteurs et de moyens nécessaires pour effectuer toutes les fonctions considérées et donc la réduction des coûts de l'ensemble du système et la réduction des coûts d'intégration à une plate-forme.
D'autres avantages sont une meilleure performance des fonctions réalisées par des caméras bi-spectrales par rapport aux caméras mono-spectrales, une discrimination améliorée pour les fonctions de veille et de détection de menaces et une impression de relief/profondeur dans les images fort utile pour le pilotage ou la navigation.
L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés, en particulier elle peut être étendue à d'autres bandes de la bande infrarouge ou d'autres bandes spectrales, par exemple dans la bande 8-12 μηι.