Titre de l'invention : Système de mesure aéroporté comprenant une caméra SPAD

Domaine technique :

[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l’aéronautique et plus précisément au domaine des systèmes de mesure aéroportés pour aide à la navigation.

Technique antérieure :

[0002] Les systèmes de mesure aéroportés par un aéronef comprennent une pluralité de capteurs qui fournissent des données à au moins une unité de traitement. A partir de ces données, l’unité de traitement génère une information délivrée au pilote de l’aéronef ou à un ordinateur de vol (par exemple un pilote automatique). Cette information concerne en général des paramètres fondamentaux du vol de l’aéronef, comme la position, la vitesse par rapport au référentiel terrestre, la hauteur par rapport au sol, la vitesse air calibrée (CAS pour Calibrated Air Speed en anglais) la vitesse air vraie (TAS pour True Air Speed), l’altitude de vol, la distance par rapport à un relief,... Les différents capteurs conventionnels utilisés sont trop nombreux pour être tous énumérés mais ils sont typiquement choisis parmi la liste suivante : un capteur météorologique, un capteur de localisation comme un récepteur GNSS (pour Géolocalisation et Navigation par un Système de Satellites) par exemple un récepteur GPS, ou un capteur VOR (pour VHF Omnidirectional Range), ou encore un capteur DME (pour Distance Measuring Element en anglais). Le système de mesure peut aussi comprend des capteurs anémobarométriques comme des sondes Pitot ou des lidars pour générer des données, par exemple la portance via l’angle d’incidence de l’avion, la CAS, la TAS, l’altitude de vol,... Les systèmes de mesure peuvent être enrichis par des bases de données embarquées comme les bases de données concernant les approches.

[0003] En conditions de visibilité dégradée, les systèmes de mesure de l’art antérieur d’aide à la navigation utilisent les données de localisation fournies par les capteur de localisation (GPS, VOR, DME, ... ), de radioaltimétrie et dans certains cas des caméras sont utilisées en complément notamment dans les systèmes de visualisation améliorée (Enhanced Vision System - EVS) tels que les systèmes de visualisation synthétique (Synthetic Vision System - SVS) ou de réalité augmentée (Enhanced Flight Vision System - EFVS). Ces caméras présentent des sensibilités limitées et ne sont pas utilisables dans des conditions de vol dégradées comme en présence de brouillard, de chutes de neige, de forte pluie, ou encore de nuage de poussière comme par exemple lors de l’atterrissage d’un hélicoptère.

[0004] Les systèmes de mesure existants nécessitent : soit un haut niveau d’équipement des aéronefs pour naviguer en conditions de visibilité dégradée, notamment lors des phases de décollage, d’approche et d’atterrissage dites IFR (pour Instrument Flight Rules en anglais), de sauvetage, soit la présence au sol d’aides notamment pour les atterrissages tout temps (Instrument Landing System en anglais), soit la limitation des opérations à des catégories d’approches ILS (Instrument Landing System) de faible niveau (CATégorie I telle que définie dans l’Annexe 10 de la Convention de Chicago).

[0005] Les systèmes de vision existants ne permettent que des améliorations marginales mais sans réel gain opérationnel comme la réduction de l’altitude de décision lors des approches faisant (la hauteur de décision est la hauteur au-dessus du sol à laquelle le pilote doit avoir les références visuelles suffisantes pour se poser sinon il est tenu de remettre les gaz et d’abandonner l’approche), par exemple, baisser la hauteur de décision d’un niveau d’approche donné.

[0006] L’invention vise à augmenter les capacités liées à l’utilisation de systèmes de vision de l’art antérieur. Pour cela, un objet de l’invention est un système de mesure aéroporté comprenant au moins une caméra SPAD (pour Single Photon Avalanche Diode en anglais) c’est-à-dire comprenant un détecteur matriciel de photodiodes à avalanche à photon unique. Comparativement aux caméras CMOS ou CCD traditionnelles, les caméras SPAD présentent notamment une sensibilité de détection et une cadence de prise de vue nettement plus élevée, une résolution temporelle nettement plus fine. Cela les rend plus performantes dans des phases de vol spécifiques ou des conditions de visibilité dégradées.

Résumé de l’invention : [0007] Un objet de l’invention est un système de mesure aéroporté par un aéronef, et comprenant une pluralité de capteurs conventionnels d’aide à la navigation générant des données dites conventionnelles, au moins une caméra SPAD comprenant un détecteur matriciel de photodiodes à avalanche à photon unique et générant des données SPAD comprenant une première et une deuxième images d’une scène à observer, ledit système comprenant une unité de traitement reliée aux capteurs conventionnels et à ladite au moins une caméra SPAD, l’unité de traitement étant adaptée pour : choisir, en fonction d’un critère prédéterminé et à partir des données conventionnelles et/ou des données SPAD, une utilisation des données conventionnelles dit mode conventionnel, ou une utilisation des données SPAD, et comprenant éventuellement des données conventionnelles, dit mode SPAD et, pour le mode conventionnel, générer une information de mesure dite conventionnelle à partir de données conventionnelles, pour le mode SPAD : déterminer, à partir de la première et de la deuxième image, un intervalle d’erreur de mesure de position horizontale de l’aéronef, appelé rayon de protection, générer une information de mesure dite renforcée à partir a minima de données SPAD.

[0008] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une seule caméra SPAD. Préférentiellement, dans ce mode de réalisation, la première image est acquise à un premier instant et la deuxième image étant acquise à un deuxième instant, le rayon de protection étant déterminé à partir d’une valeur de mouvement de l’aéronef entre le premier instant et le deuxième instant. Encore préférentiellement, la première image est acquise à un premier instant et la deuxième image étant acquise à un deuxième instant, le rayon de protection étant déterminé à partir d’une valeur de mouvement de l’aéronef entre le premier instant et le deuxième instant. Préférentiellement, la détermination de la valeur de mouvement est une valeur de rotation et/ou une valeur de translation déterminée par comparaison de points d’intérêt entre la première et la deuxième image.

[0009] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend comprenant un laser émettant un rayonnement laser, et dans lequel la caméra SPAD est adaptée pour détecter un rayonnement laser réfléchi par la scène, l’unité de traitement est adaptée pour déterminer alors une distance D _o entre un point de la scène et l’aéronef à partir du rayonnement réfléchi, ladite information renforcée comprenant alors ladite distance D _o . Préférentiellement, l’unité de traitement est adaptée pour calculer une image 3D de profondeur de la scène à partir d’une pluralité de distance D _o,i entre des points i de la scène et l’aéronef, chaque distance D _o,i étant déterminée par l’unité de traitement à partir du rayonnement détecté un pixel de la caméra SPAD différent des autres, ladite information renforcée comprenant alors ladite image 3D de profondeur de la scène.

[0010] Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une première caméra SPAD et une deuxième caméra SPAD. la première et la deuxième caméra SPAD sont synchronisées, la première et la deuxième image étant acquises simultanément respectivement par la première et par la deuxième caméra SPAD. Préférentiellement, dans ce mode de réalisation, l’unité de traitement est adaptée pour calculer une image 3D de profondeur de la scène de ladite scène à partir de la première et de la deuxième image, ladite information renforcée comprenant alors ladite image 3D de profondeur de la scène.

[0011] Selon un mode de réalisation les capteurs conventionnels comprennent : un radar météorologique et/ou un système de réception de relevés météorologiques par liaison sol/air ou air air/satellite, le choix du mode conventionnel ou SPAD étant effectué à partir des données conventionnelles fournies par le radar météorologique et/ou le système de relevés météorologiques, et éventuellement par un récepteur GPS.

[0012] Selon un mode de réalisation, ladite au moins une caméra SPAD détecte, à des temps de réception T _rec et avec un temps d’exposition T _exp , des signaux lumineux émis, à des temps d’émission T _em prédéfinis, par une station émettrice comprise dans la scène à observer, l’unité de traitement étant configurée pour recevoir une information sur les temps d’émission et pour générer une information renforcée qui est une distance de l’aéronef à ladite scène pour tous les temps de réception T _rec , déterminée à partir des signaux lumineux détectés et de ladite information sur les temps d’émission T _em . Préférentiellement, les temps d’émission sont précis à 0.01 μs ou moins. Préférentiellement, dans lequel les capteurs conventionnels comprennent un récepteur GPS fournissant des données GPS utilisées par l’unité de traitement afin de lever une ambiguïté de distance entre l’aéronef et ladite scène.

[0013] Selon un mode de réalisation, les données conventionnelles sont choisies parmi la liste suivantes : des données de localisation de type GPS, IRS, VOR ou DME par exemple ; des données météorologiques ; des données anémobarométriques ; des données radioaltimétriques.

[0014] Un autre objet de l’invention est un procédé de mesure avionique par un système comprenant aéroporté par un aéronef, et comprenant une pluralité de capteurs conventionnels d’aide à la navigation générant des données dites conventionnelles, au moins une caméra SPAD comprenant un détecteur matriciel de photodiodes à avalanche à photon unique et générant des données SPAD comprenant une première et une deuxième images d’une scène à observer, ledit procédé comprenant : choisir, en fonction d’un critère prédéterminé et à partir des données conventionnelles et/ou des données SPAD, une utilisation des données conventionnelles dit mode conventionnel, ou une utilisation des données SPAD, et comprenant éventuellement des données conventionnelles, dit mode SPAD et pour le mode conventionnel, générer une information de mesure dite conventionnelle à partir de données conventionnelles, pour le mode SPAD : déterminer, à partir de la première et de la deuxième image, un intervalle d’erreur de mesure de position horizontale de l’aéronef, appelé rayon de protection, générer une information de mesure dite renforcée (IR) à partir a minima de données SPAD.

Brève description des figures :

[0015] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d’exemple et qui représentent, respectivement :

[0016] [Fig.1] une vue schématique d’un système de mesure selon l’invention ; [0017] [Fig.2] une vue schématique d’un mode de réalisation de la première variante de l’invention ;

[0018] [Fig.3] une vue schématique d’une deuxième variante de l’invention ;

[0019] [Fig.4] une vue schématique du système selon un mode de réalisation.

[0020] Dans les figures, sauf indication contraire, les éléments ne sont pas à l’échelle.

Description détaillée :

[0021] La figure 1 illustre une vue schématique d’un système de mesure 1 selon l’invention, aéroporté par un aéronef pour aide à la navigation de l’aéronef. Comme les systèmes de mesure de l’art antérieur, le système de mesure 1 comprend une pluralité de capteurs conventionnels CC d’aide à la navigation générant des données dites conventionnelles DC. A titre d’exemple non limitatif, les données conventionnelles DC sont choisies parmi la liste suivantes : des données de localisation ; des données météorologiques ; des données anémobarométriques, des données de hauteur par rapport au sol (radioaltimétrie). Les données de localisation sont par exemple des données de type GPS, des données inertielles (notée 1RS pour Inertial Reference System en anglais), des données VOR ou des données DME.

[0022] De plus, afin de rendre le système plus performant dans des phases de vol spécifiques ou dans certaines conditions de vol où les capteurs conventionnels CC peuvent être sub-optimaux, le système 1 comprend au moins une caméra SPAD notée CS. La ou les caméras SPAD comprennent un détecteur matriciel de photodiodes à avalanche à photon unique.

[0023] Les caméras SPAD sont des éléments connus de l’homme de l’art et sont par exemple décrites dans l’article « Comparative assessment of different active imaging technologies for imaging through obscurants » Proc, of SPIE Vol. 10796 107960C-1. Pour la détection, chaque pixel des capteurs CMOS ou CCD conventionnels mesure la quantité de lumière qui l'atteint en un temps donné, alors que les pixels des capteurs SPAD mesurent chaque photon qui atteint le pixel. Chaque photon qui entre dans le pixel est immédiatement converti en charge électrique, et les électrons qui en résultent sont multipliés par un phénomène d’ionisation par avalanche jusqu'à ce qu'ils forment une grande charge de signal qui peut être extraite. Les capteurs CMOS détectent la lumière sous forme de signaux électriques en mesurant le volume de lumière qui s'accumule dans un pixel pendant le temps d’acquisition, ce qui permet au bruit électronique de pénétrer dans le pixel avec les photons, contaminant ainsi les informations reçues. Les capteurs SPAD, quant à eux, comptent numériquement les photons individuels, ce qui réduit le bruit électronique dans les images. Les caméras SPAD présentent une sensibilité sans commune mesure avec les caméras CCD ou CMOS conventionnelles (au moins 1000 fois plus sensibles), une cadence de prise de vue extrêmement élevée (10 000 voire 200 000 images par seconde), une résolution temporelle très fine (quelques ns à quelques ps), un rapport signal / bruit très élevé du fait de la technologie nativement digitale du capteur matriciel.

[0024] Selon un mode de réalisation de l’invention, le système comprend une seule caméra SPAD (voir par exemple figure 2). Alternativement, selon un autre mode de réalisation, le système comprend au moins deux caméra SPAD (voir par exemple figure 3). Dans la suite de la description de la figure 1 , à titre d’exemple non limitatif et pour simplifier la compréhension, on décrira le système 1 de la figure 1 comprenant une seule caméra SPAD mais l’invention s’applique tout aussi bien à plus d’une caméra SPAD.

[0025] La SPAD CS généré de manière continue des données SPAD, notées DS, comprenant une première image 11 et une deuxième images I2 d’une scène à observer Obj. La scène Obj est typiquement une portion du relief survolé par l’aéronef. Les données SPAD sont des images 2D ou sont des données déclenchées par un événement (ou « event-based » en anglais), c’est-à-dire une information comprenant la position des pixels éclairés et la valeur en intensité du pixel. L’utilisation de la détection « event-based » permet de réduire le flux de données DS à traiter par le système.

[0026] Pour traiter ces données DC et DS, le système 1 comprend une unité de traitement UT reliée aux capteurs conventionnels et à la caméra SPAD. Cette unité de traitement UT est adaptée pour choisir, en fonction d’un critère prédéterminé et à partir des données conventionnelles et/ou des données SPAD, une utilisation des données conventionnelles dit mode conventionnel, ou une utilisation des données SPAD, dit mode SPAD. Dans le mode SPAD, l’unité de traitement utilise optionnellement les données conventionnelles DC, en plus des données DS. [0027] L’unité UT permet donc au système 1 de basculer d’un mode conventionnel dans lequel les données DC des capteurs conventionnels CC sont les plus pertinentes, à un mode SPAD dans lequel les données DS de la caméra SPAD présentent un intérêt particulier, par exemple parce que les capteurs CC sont susceptibles d’être dysfonctionnels dans l’environnement actuel de l’aéronef ou parce que les caméras SPAD sont plus performantes pour la phase de vol spécifique de l’aéronef.

[0028] Le critère prédéterminé à parti duquel est basé le choix de l’unité de traitement est par exemple un critère météorologique déterminé en fonction de la plage d’utilisation optimale de certains des capteurs conventionnels CC, ou un critère de localisation pour des approches spécifiques comme des stations pétriolières. En fonction du critère, le choix du mode est lui effectué par l’unité de traitement en tenant compte des données DC et/ou des données DS, par exemple à partir de relevés météorologiques pour un critère météorologique ou des données de localisation (ex : données GPS) pour un critère de localisation.

[0029] Selon un mode de réalisation, un des critères prédéterminés est basé sur une gamme de température ou sur une gamme de densité de particules dans l’air en cas de neige, pluie, givre ou encore brouillard, dans laquelle les caméras conventionnelles et certaines sondes anémobarométriques présentent des performances dégradées ou des dysfonctionnements.

[0030] Par exemple, un critère est associé à la visibilité des images produites par les capteurs d’images conventionnels. C’est-à-dire que le critère correspond à un paramètre limite à partir duquel les images produites par les capteurs d’images conventionnels (« images conventionnelles ») sont considérées comme inexploitables. Selon un mode de réalisation, ce critère correspond, à un seuil de visibilité minimal des images conventionnels, le seuil de visibilité étant par exemple un contraste minimal comme celui défini par la Commission Internationale de l’Eclairage, soit 5% (« smallest contrast, produced at the eye of an observer by a given object, which renders the object perceptible against a given background »). Dans ce mode de réalisation, le choix du mode par l’unité de traitement UT est effectué à partir de traitement des images conventionnelles en déterminant le contraste dans ces images. C’est-à-dire que l’unité de traitement sélectionne le mode SPAD si le contraste dans les images conventionnelles est inférieur à 5%. [0031] Par exemple, un critère est associé à des conditions givrantes extrêmes qui correspondent typiquement à une densité particulaire supérieure à une densité particulaire supérieure limite n _lg = 10 cm ^-3 pour des particules de rayon compris entre 1 μm et 10 μm et dans lesquelles les sondes Pitot sont susceptibles de connaître des défaillances. Ainsi, le choix du mode par l’unité de traitement UT est effectué à partir de données météorologiques DC délivrées par le radar météorologique. C’est-à-dire que l’unité de traitement sélectionne le mode SPAD si les données météorologiques fournies à l’unité UT indiquent que la densité particulaire est supérieure à n _lg = 10 cm ^-3 dans l’environnement immédiat de l’aéronef.

[0032] De manière plus générale, selon un mode de réalisation préféré, les capteurs conventionnels comprennent un radar météorologique et/ou un système de réception de relevés météorologiques par liaison sol/air ou air air/satellite et le choix entre mode conventionnel et le mode SPAD est effectué à partir des données conventionnelles fournies par le radar météorologique et/ou le système de relevés météorologiques, et éventuellement par un récepteur GPS de l’aéronef. Dans ce mode de réalisation, les informations météorologiques précisent si l’aéronef est en condition de vol optimale ou dégradée pour certains des capteurs conventionnels. Le récepteur GPS optionnel peut être utilisé pour situer précisément l’aéronef par rapport aux informations météorologiques.

[0033] Selon un mode de réalisation, un des critères prédéterminé est associé à une phase d’approche d’une piste d’atterrissage dans laquelle la sensibilité des caméras SPAD permet de détecter aisément le balisage lumineux de la piste ou à l’approche de la piste (voir figure 4 par exemple) ou encore le balisage lumineux de lignes à haute tension ou de points hauts comme des éoliennes, des immeubles, etc.

[0034] Dans le mode conventionnel, l’unité de traitement UT est configurée pour générer une information de mesure dite conventionnelle IC à partir de données conventionnelles. Dans ce mode conventionnel, les données SPAD ne sont pas désirables ou n’apportent pas d’information pertinente supplémentaire. Ces informations de mesure IC sont par exemple des mesures de distance par rapport à un objet de la scène Obj, une altitude pression ou une altitude réelle, une vitesse CAS ou TAS ou encore tout autre paramètre de vol connu de l’homme de l’art. [0035] Dans le mode SPAD, l’unité de traitement UT est configurée pour générer une information de mesure dite renforcée IR à partir a minima des données SPAD. Dans le mode SPAD, à cause de l’environnement de l’aéronef ou de la phase de vol, les données SPAD apportent une information supplémentaire par rapport aux données DC. Cette information supplémentaire dépend de l’utilisation spécifique des données SPAD. Préférentiellement, dans le mode SPAD, l’unité de traitement UT fournit une information de mesure basée sur les données DC mais enrichies par les données DS, c’est-à-dire que les données SPAD viennent compléter ou corriger celles produites par les capteurs conventionnels. Par exemple, l’unité de traitement génère une information de vitesse CAS et/ou TAS, ou encore d’angle d’incidence à partir des données SPAD, par exemple en mesurant le déplacement relatif de points d’intérêts entre deux images au moins, et par comparaison avec les mêmes paramètres déterminés avec des données DC, l’unité de traitement invalide ou non certains des paramètres déterminés avec des données DC.

[0036] De plus, dans le mode SPAD, l’unité de traitement UT est configurée pour déterminer, à partir de la première I1 et de la deuxième images I2, un intervalle d’erreur de mesure de position horizontale et / ou verticale de l’aéronef, appelé rayon de protection RP. C’est-à-dire que le système 1 est adapté pour préciser l’intégrité des mesures de position horizontale et / ou verticale fournies dans le mode SPAD calculées via les des données DS.

[0037] Dans le domaine de l’invention, l’intégrité représente le degré de confiance que l’on peut placer dans l’exactitude des informations fournies par un système de navigation. La mesure de l’intégrité d’un système de navigation est généralement réalisée en définissant des bornes d’alerte. On dit alors qu’il y a une défaillance de positionnement lorsque la différence entre la position réelle du corps et celle fournie par le système de navigation dépasse les bornes d’alerte définies. Les bornes d’alerte désignent les erreurs de position maximales que le système peut commettre en respectant des contraintes d’intégrité, et donc de défaillance. Elles se nomment respectivement « HAL » (pour « Horizontal Alert Limit » en anglais) ou « HPL » (pour « Horizontal protection level » en anglais), ainsi que « VAL » (pour « Vertical Alert Limit » en anglais) and « VPL » (pour « Vertical Protection Level » en anglais). En ce qui concerne l’erreur de position horizontale et / ou verticale, on peut également parler de « rayon de protection ». Pour une navigation ou des approches de type RNP (pour Required navigation performance en anglais), l’intégrité du système de navigation est obligatoire par définition. La navigation RNP est définie dans la norme « RTCA DO 236 MINIMUM AVIATION SYSTEM PERFORMANCE STANDARDS: REQUIRED NAVIGATION PERFORMANCE FOR AREA NAVIGATION » et par « ICAO Doc 9613 Performance-based Navigation (PBN) Manual » (voir §1 .2.4.1 ou encore §2.3.4).

[0038] Le concept d’intégrité pour l’aéronautique est quant à lui défini par la norme RTCA, Inc., Minimum Operational Performance Standards for Global Positioning System/Wide Area Augmentation System Airborne Equipment, RTCA DO-229C, November 28, 2001 .

[0039] La mesure de l’intégrité à partir de deux images fournies par un même capteur d’image est décrite dans la demande de brevet FR 3 091 777, notamment en section §261 -§264.

[0040] Dans l’invention, l’utilisation de capteurs SPAD permet d’assurer l’intégrité du système dans un contexte où les autres systèmes de navigation basés sur des capteurs d’image conventionnels ne peuvent pas garantir l’opération.

[0041] Le système de l’invention permet donc de fournir des mesures conventionnelles dans des conditions habituelles de vol et des mesures renforcées combinées à une information d’intégrité dans des conditions spécifiques. Le système ainsi formé constitue donc un système d’aide à la navigation plus performant et plus polyvalent que ceux de l’art antérieur. Il faut noter que les données SPAD et les données conventionnelles associées à des capteurs d’image conventionnels sont particulièrement complémentaires. En effet, la plage d’utilsation des données SPAD correspond à une plage où les images conventionnelles sont inutilisables soit par manque de luminosité (vol de nuit) soit par manque de contraste (contraste inférieur à 5% et vol dans le brouillard de jour), soit par manque de luminosité et de contraste (vol de nuit dans le brouillard).

[0042] Selon un mode de réalisation, le choix entre les modes SPAD et conventionnel peut aussi être opéré par un utilisateur de l’aéronef, comme le pilote ou un membre de l’équipage par exemple.

[0043] Selon un mode de réalisation, l’information de mesure IR ou IC est transmise au pilote via un système d’affichage cockpit pour faciliter la prise de décision du pilote. De plus, l’information IR ou IC est transmise à un système de calcul des consignes de vol comme un pilote automatique ou un système de commandes de vol afin de permettre un ajustement ou non des paramètres de vol de l’aéronef.

[0044] Selon une première variante de l’invention, le système 1 comprend une seule caméra SPAD. Dans cette première variante de l’invention, la première image est acquise à un premier instant t1 et la deuxième image est acquise à un deuxième instant t2. Comme cela est détaillé dans la demande FR 3 091 777, dans la première variante de l’invention, le rayon de protection est déterminé à partir d’une valeur de mouvement de l’aéronef entre le premier instant t1 et le deuxième instant t2. Pour des raisons de concision, nous ne reprendrons pas dans la présente demande le détail du calcul du rayon de protection, celui-ci étant explicité dans la demande FR 3 091 777. De manière préférentielle, la détermination de la valeur de mouvement est une valeur de rotation et/ou une valeur de translation déterminée par comparaison de points d’intérêt entre la première 11 et la deuxième image I2. Ainsi, il est possible de déterminer le rayon de protection du système 1 par le biais de données DS provenant uniquement de la caméra SPAD.

[0045] Alternativement, la valeur de mouvement est déterminée par d’autres moyens, par exemple par le biais de données GPS.

[0046] La figure 2 illustre un mode de réalisation de la première variante de l’invention adapté pour effectuer une mesure par lidar de la distance D _o entre un point de la scène observée et l’aéronef. Pour cela, le système comprenant un laser L émettant un rayonnement laser RL. De plus, la caméra SPAD est adaptée pour détecter un rayonnement laser RR réfléchi par la scène et l’unité de traitement est adaptée pour déterminer la distance D _o de telle sorte que la mesure renforcée comprenne la distance D _o .

[0047] Selon un mode de réalisation, la source L est adaptée pour émettre un rayonnement laser impulsionnel et l’unité de traitement détermine la distance D _o à partir d’un temps de vol des impulsions laser, avec c la célérité de la lumière dans l’air.

[0048] Alternativement, selon un autre mode de réalisation, la source L est adaptée pour émettre un rayonnement laser de type FMCW (pour Frequency Modulated Continuous Wave en anglais). Dans ce mode de réalisation, la fréquence optique de la source est modulée, par exemple avec une rampe linéaire périodique. En outre, la lumière issue de la source est divisée en deux voies, une partie (voie objet) du rayonnement RL est projetée sur un point de la scène où elle est rétrodiffusée, partiellement en direction de la caméra SPAD (rayonnement RR). L’autre partie (voie de référence) du rayonnement RL est envoyée vers la caméra SPAD sans passer par la scène. Les deux voies interfèrent sur la caméra SPAD. Les interférences produisent des battements dont la fréquence est proportionnelle au retard entre les deux voies, donc à la distance. Plus précisément, pour une rampe linéaire, la fréquence des oscillations est avec B l’excursion de fréquence optique ou chirp pendant la durée T de la rampe, c la vitesse de la lumière. On déduit la distance z du nombre N (N ≈ Tf _R ) de périodes mesurées pendant la durée T: La resolution en distance est

[0049] Compte tenu du fait que la caméra SPAD est un détecteur matriciel, dans le mode de réalisation de la figure 2, il est possible d’obtenir une information de distance pour tout pixel de la caméra SPAD. Il est donc possible d’obtenir une cartographie 2D de la distance de la scène, aussi appelée « image 3D de profondeur », c’est à dire une image 2D dans laquelle l’intensité d’un pixel d’un point de la scène est proportionnelle à la distance entre l’aéronef et ce point. Ainsi, de manière préférentielle, une image 3D de profondeur de la scène est calculée par l’unité de traitement UT. Plus précisément, l’unité de traitement est adaptée pour calculer une image 3D de profondeur de la scène à partir de distance D _{o i} entre des points i de la scène et l’aéronef, chaque distance D _{o i} associée à un point i étant déterminée par l’unité de traitement à partir du rayonnement RR détecté par un pixel de la caméra SPAD différent des autres. Ainsi, la mesure renforcée comprend les distances D _o,i .

[0050] Selon une deuxième variante de l’invention, le système 1 comprend une première caméra SPAD, notée CS1 et une deuxième caméra SPAD, notée CS2. La figure 3 illustre schématiquement ce mode de réalisation. De manière préférentielle, dans la deuxième variante, la première et la deuxième caméra SPAD sont synchronisées de sorte que la première et la deuxième image soient acquises simultanément respectivement par la caméra CS1 et par la caméra CS2. Cette caractéristique permet de calculer une image 3D de profondeur de la scène. Aussi, de manière préférentielle, l’unité de traitement UT est adaptée pour calculer une image 3D de profondeur de la scène à partir de la première et de la deuxième image. Les algorithmes permettant de calculer une image 3D de profondeur à partir de deux images acquises simultanément sont bien connus de l’homme de l’art (voir par exemple, https://www.mathworks.com/discovery/stereo-vision.html). Ce mode de réalisation permet une reconstruction aisée du relief de la scène Obj et la mesure renforcée comprend l’image 3D. Dans ce mode de réalisation, le calcul de l’intégrité est simplifié par rapport au mode de réalisation de la figure 2. En effet, les images 11 et I2 étant acquises simultanément, il n’est pas nécessaire de déterminer le mouvement de l’aéronef entre les instants de prises de vues.

[0051] Compte tenu de la cadence très élevée des prises de vue des caméras CS1 , CS2, il est possible de moyenner plusieurs images obtenues par la caméra CS1 et par la caméra CS2 pendant un temps d’exposition de quelques microsecondes, voire quelques millisecondes selon la vitesse de l’aéronef, pour calculer l’image 3D de profondeur, sans que la reconstruction de l’image 3D soit perturbée par la distorsion d’images induite par le mouvement de l’aéronef. Le fait d’accumuler plusieurs images pendant un temps d’exposition - prédéterminé en fonction de la vitesse de l’aéronef - permet d’augmenter le rapport signal sur bruit de de l’image 3D. Ainsi, de manière préférentielle, l’image 3D de la scène est reconstruite à partir d’une première image moyennée et d’une deuxième image moyennée, la première et la deuxième image moyennées étant respectivement générée par l’unité de traitement en moyennant une pluralité N > 2 d’images acquises par la caméra CS1 et CS2, pendant un temps d’exposition prédéterminé en fonction de la vitesse de l’aéronef.

[0052] La figure 4 illustre schématiquement d’un système selon un mode de réalisation de l’invention, permettant la détection du balisage lumineux d’une approche et/ou d’une piste d’atterrissage. Dans le mode de réalisation de la figure 4, une caméra SPAD détecte, à des temps de réception T _rec , des signaux lumineux LP émis par une station émettrice de la scène Obj, à des temps d’émission T _em prédéfinis. La caméra SPAD acquiert les images des signaux lumineux LP avec un temps d’exposition T _exp . La station émettrice est par exemple une balise lumineuse au sol ou sur un point haut de la scène, comme une éolienne.

[0053] Dans le mode de réalisation de la figure 4, l’unité de traitement est configurée pour recevoir une information temporelle sur les temps d’émission T _em . C’est-à-dire que, à partir de l’information précitée, l’unité de traitement est apte à déterminer les temps d’émission T _em . L’unité de traitement est de plus configurée pour générer, à partir des signaux lumineux détectés et de l’information temporelle, une information renforcée qui est une distance D _o de l’aéronef à la station émettrice de la scène, pour chaque temps de réception T _rec , déterminée. Plus précisément, la date de réception T _rec étant connue, l’unité de traitement UT calcule la distance D _o = c.( T _r - T _em ) pour chaque signal lumineux LP.

[0054] La caméra SPAD ayant un temps d’exposition T _exp , l’incertitude de distance maximale associée à la réception d’un signal lumineux sera c. T _exp . A titre d’exemple non limitatif, pour un temps d’exposition T _exp inférieur ou égal à 5 ns, les signaux lumineux seront réceptionnés avec une incertitude de distance maximale ΔD _{o ,exp} = c. Texp = 1,5 m. L’incertitude de distance totale ΔD _o comprend de plus l’incertitude due à l’émission des signaux lumineux, ΔD _{o ,exm} = c. ATem, tel que ΔD _o = ΔD _{o ,exp} + ΔD _{o ,em.} Pour une détection visuelle de la piste (portée visuelle de piste ou en anglais RVR pour runway visual range) de 300m, il est souhaitable d’obtenir une incertitude de distance totale ΔD _o inférieure à 6m. Pour cela, il est nécessaire que ΔTem soit inférieur ou égal à 0.01 μ.s en considérant un temps d’exposition T _exp = 5 ns.

[0055] Selon un mode de réalisation, l’information temporelle est un taux de répétition Δt = 1 à 100 ms en temps universel ou en temps GNSS. Compte tenu de ce taux de répétition, l’ambiguïté de distance entre deux impulsions LP détectée sera ΔD _o = c.At > 300 km. Cette ambigüité de distance sera facilement résolue, par exemple, par croisement avec la position courante de l’aéronef par des données de localisation ou par l’utilisation d’une caméra SPAD en mode de mesure de distance. Ainsi, la date d’émission T _em de chaque signal lumineux sera donc connue de manière certaine.

[0056] Il est important de noter que l’unité de traitement UT est adaptée au très haut débit de données DS liées à la cadence de prise de vue extrêmement élevée de la ou des caméras SPAD. Cette cadence très élevée implique de fortes contraintes de dimensionnement des unités de traitement. Afin de surmonter ce problème, selon un mode de réalisation, l’unité de traitement traite les données DS par événement (appelé event based en anglais) en détectant les changement élémentaires intervenant dans les images des caméras SPAD pour ne transmettre et traiter que ceux-ci.