EP0497945A1 - Camera panoramique du type a transfert de charges dans un systeme de veille - Google Patents

Camera panoramique du type a transfert de charges dans un systeme de veille

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Publication number
EP0497945A1
EP0497945A1 EP91914534A EP91914534A EP0497945A1 EP 0497945 A1 EP0497945 A1 EP 0497945A1 EP 91914534 A EP91914534 A EP 91914534A EP 91914534 A EP91914534 A EP 91914534A EP 0497945 A1 EP0497945 A1 EP 0497945A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photodetector
camera
charges
panoramic camera
row
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP91914534A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Yves Eouzan
Jean-Claude Heurtaux
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thales SA
Original Assignee
Thomson CSF SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thomson CSF SA filed Critical Thomson CSF SA
Publication of EP0497945A1 publication Critical patent/EP0497945A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/78—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S3/782—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/783—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems
    • G01S3/784—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using amplitude comparison of signals derived from static detectors or detector systems using a mosaic of detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/20—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from infrared radiation only
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/20—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming only infrared radiation into image signals
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/71—Charge-coupled device [CCD] sensors; Charge-transfer registers specially adapted for CCD sensors
    • H04N25/711—Time delay and integration [TDI] registers; TDI shift registers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Definitions

  • the present invention relates to the field of permanent surveillance of a 360 ° field of observation or of a sector using a panoramic camera and, more precisely, it relates to a detection method, a camera - > for its implementation, and a panoramic standby system equipped with such a camera operating in visible light or in infrared.
  • a panoramic camera usually delivers a signal from information supplied by an integration of 0 charges during a continuous scanning of the observation field over a sector which can go up to 360 °; the frame rate, which can be defined by the analysis time of this sector by integration of charges, differs from that of a video type signal (for example, charge integration time: 540 ⁇ s and "classical period video frame: 64 ⁇ s).
  • a camera represented schematically in FIG. 1, is mainly daring:
  • a photodetector module consisting of a linear array b of p photodetector cells associated respectively with p stages, E- to E, of a shift reading register R delivering a signal at an output 5 through an amplifier A;
  • a transfer clock circuit 6 delivering the clock pulses necessary for the bar b and associated with a circuit 4 for analyzing the speed of rotation of the bar so as to transfer the charges in synchronism with the rotation from bar b: -
  • a mechanical drive device (not shown) producing a rotational movement of a support with a vertical axis, for example a turret 7, on which is installed the optical system / photodetector assembly.
  • the operation of such a camera is conditioned by the values of duration parameters.
  • the duration separating two successive analyzes of the same part of space is given by the rotation period T. It should be short, on the order of a second, to allow objects to be detected quickly
  • the photodetector bar b is periodically worn in charge integration during an integration time T .. During this period, the quantity of charges integrated in the silicon substrate with regard to each cell is
  • the synchronization clock circuit supplies signals for controlling the transfer of charges from stage to stage up to output 5.
  • the object of the invention is to overcome these drawbacks by proposing a detection method and a camera for its implementation intended for:
  • the photodetection method for panoramic camera comprising a photodetector system composed of n rows? s of photosensitive cells and a shift reading register, a vertical axis support for this photodetector system of a cylindrical turret, a focusing optical system for focusing the image of a sector of the field of observation on a strip extending from top to bottom of the turret over a width of row of cells, a mechanical system of drive of the optical system / photodetector system in rotation, is characterized in that the charges of each pixel of the row coinciding with said strip are integrated and in that the charges of a row are transferred to the adjacent row which comes in coincidence with the same image strip, and so on up to the n row, in synchronism with the speed of rotation of the turret.
  • the apparent duration dti integration time of the charges is multiplied by a factor n without increasing the real value of this integration time
  • FIG. 5 the organization of all the circuits and elements of the camera according to the invention
  • TDI mode for "Time Delay and Integration” meaning: integration in deferred time.
  • TDI mode provides cumulative charge transfer and is applied in planar imagers.
  • a plane imager in TDI mode is constituted by the juxtaposition of N photosensitive linear bars arranged in line and made up of P elementary cells each defining a pixel; the charges integrated in each of the pixels of a given line, with an integration time of 19 or 20 ms, are transferred synchronously, in each of the pixels of the adjacent line located opposite, and so on to the register of horizontal shift reading 8, the register being read every 64 ⁇ s.
  • the quality of the image very significantly depends on the synchronism between the charge transfers, managed by a generator of clock circuits 9, and the scrolling of the imager, the direction of which is indicated by the arrow F, relative to the scene analyzed: the speed of travel of the optical image in the plane of the imager must therefore be perfectly stabilized so that the electronic image follows synchronously the changes in this optical image.
  • the panoramic camera must be able to operate in visible or infrared mode
  • the structure of the planar imager imposes a vertical scrolling of the image of the scene observed.
  • the photodetector system rotates horizontally and is consequently carried by a turret with a vertical axis of rotation;
  • the timing of the planar imager in particular a charge integration time that is far too long (at least 200 times), is absolutely not suitable for use of the panoramic camera type;
  • the method according to the invention makes it possible to integrate the principle of the cumulative transfer of charges in a panoramic camera. It consists :
  • the method according to the invention can be completed by a third step which consists in comparing the values of the luminance levels successively received by the photodetector system, the values being compared at each point of the space observed for a focusing of the same height, and to trigger an alarm when a correlation between these different values appears.
  • FIG. 3 a first embodiment of a panoramic camera is shown in FIG. 3. It includes a DTC type surface sensor (device with charge transfer) composed of n columns of p photodetector cells b _. ,. . . , b, arranged vertically in a column on a turret 7 with a vertical axis, and a reading register R also vertical.
  • DTC type surface sensor device with charge transfer
  • the DTC surface sensor chosen to work in panoramic must have a timing such that it can operate in TDI mode, that is to say the timing described above for the plane imager operating in TDI mode; however, to function thus, that is to say by integration by row or by column, the surface sensor must meet two conditions: having a photosensitive zone capable of containing all the information of the same image;
  • TDI is done column by column by transfer in the memory areas and the reading is done by vertical shift of the charges accumulated in the reading register.
  • the analyzed observation sector is projected onto a zone successively covering each of the columns b., To b of photosensitive cells by means of an optical focusing system 11 fixed to the turret 7 and consisting, for example, of a cylindrical lens.
  • the charges integrated in the silicon substrate, opposite each pixel of a column b. data, are transferred simultaneously into the silicon substrate located opposite each pixel of the same rank in column b. + 1 adjacent.
  • the speed of rotation of the turret 7 is such that the transfer of the charges from one column to the other is carried out in synchronism with the travel in opposite direction of the columns, so that the integrated charges accumulate on the focusing zone of the same sector observed. More precisely : - in the case of an interline type sensor, the clock generator must ensure a double synchronism: the transfer of the charges integrated into the blind memory registers and the addition of the information by transfer of the charges from register to register to the register reading in synchronism with the displacement of the image projected on the sensor;
  • the photosensitive and integrated charge storage areas are combined; the clock generator of such a sensor must manage a single synchronism: that of the cumulative transfer of charges to the reading register with the displacement of the projected image.
  • the charge integration time T. is at most equal to the time separating the passage of two columns over the same focusing area of a given observed sector; the speed of rotation of the camera and the image resolution that one ultimately wishes to obtain govern the timing of the charge transfers to be applied.
  • an integration time of 100 ⁇ s is compatible with a DTC sensor (of 512x512 or 1024x1024) pixels of one of the two types chosen, the transfer times to the memory registers being of the order of a few microseconds for the sensor line spacing and less than the microsecond for the frame transfer sensor.
  • the sensitivity of the system is multiplied by a factor n, going from a photodetector made up of a single array of cells to a surface sensor made up of n columns of cells, the noise introduced by the transfer of charges from an array to the other being negligible compared to the noise resulting from the transfer of the charges in the shift reading register.
  • This first embodiment implemented using a DTC sensor with adapted chronometry, has the main objective of increasing the sensitivity of the detection system.
  • a matrix sensor does not allow this sensitivity to be adjusted, only a masking of part of the matrix authorizes a mechanical solution to such an adjustment.
  • a second embodiment of a panoramic camera according to the invention incorporates a sensor more specifically adapted to "panoramic in TDI mode" exploration on which the invention is based.
  • the structural organization of this sensor allows, in addition to the increase in sensitivity:
  • FIG. 4 illustrates such a system shown flat and composed of k photodetector modules, distributed over the periphery of the turret 7.
  • the panoramic camera which incorporates such a system then includes an optical system for focusing the field of observation on the turret as that it successively focuses, and in the same way, a given observation sector on each bar which is superimposed on the image area of this sector.
  • the optical system consists, for example, of the cylindrical lens of Figure 3 but, this time, of revolution around the axis of rotation of the turret.
  • Each of the modules ML to M is composed of n columns of P photosensitive cells, respectively b_ ... . . b_. , t> 21 "''fc> 2n '.., ⁇ kl' , - ⁇ kn ' and ⁇ a re S is t re with offset shift R_. to R., respectively associated.
  • the outputs of these registers are connected to amplifiers, respectively A 1 ,..., A k .
  • Each output S. to S, of each amplifier delivers a voltage whose variation in level reflects the variation in luminance between a line of a photodetector module and the next line of this same module.
  • the quantity of charges represents, for the associated line j, the level of cumulative luminance of an elementary zone of the analyzed field whose image is located at a height H.; this ha ititer Hj corresponds to the position of the line j in the photodetector module and of the stage E. of the associated register.
  • the optical system 11 successively forms the image of a given portion of space on each of the k modules of the system photodetector 12 disposed on a support 7.
  • a comparator-selector 13 processes the signals coming from the outputs S _. to S, supplied by the k outputs after amplification; the comparator-selector 13 measures the contrast of the image by comparison between the differences in levels of a given signal; the comparator-selector 13 then delivers a control signal to a sequencing circuit 14 for the selection of the number of columns, from 1 to n, contributing to the integration of charges by comparison of the contrast thus measured with a predetermined reference value.
  • the sequencer 14 then ensures synchronization between:
  • the sequencer 14 applies control signals to the clocks 15, 18 of the photodetector system mr synchronizing the transfer of charges, for a nor.ibre of strips predetermined by the comparator 13 and the speed of rotation of the system.
  • a discriminator 20 also collects the signals coming from the outputs S_. at S, read registers to store them and compare their values, stage by stage, that is to say for the lines of cells of the photodetector modules located at the same height.
  • the panoramic camera according to the invention has:
  • This sensitivity is a function the number of arrays involved in each photodetector module for integrating the charges, this number varying between 1 and n. This number is such that a predetermined illumination or contrast threshold is observed or reached, the comparison between the illumination or contrast values being carried out at the level of the comparator-selector 13.
  • the distinction between a target detection and noise peak is obtained from the comparison of the levels of the signals S_. to S, for the same stage of the read registers, that is to say for the same height of cell lines of each of the photodetector modules.
  • These levels stored in the discriminator 20 are compared for the same line height and, when a correlation of values appears for levels corresponding to the same line height, the alarm 21 is triggered by means of a control signal coming from the discriminator 20 without having to wait for a complete revolution of the rotation system.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating such a standby system. It comprises a panoramic camera 31, such as that shown in FIG. 5, and measurement sensors 33 and 34 measuring respectively the speed of rotation of the camera and the movements of the support vehicle 32 relative to a frame of reference.
  • a central processing unit 35 gathers the information coming from the sensors 33 and 34, and see Icule the correction signals to be applied to the signal delivered by the camera 31 as follows: the unit 35 calculates the coefficients of a spatial filtering temporal F having the same effects as the rotational speed errors of In camera and those consecutive to the movements of the support vehicle 32, then the coefficients of the inverse spatio-temporal filter F; to apply the correction signals, a transform of
  • a processing stage 37 then performs the reverse filtering F from the coefficients delivered by the unit 35 on the output signal of floor 36; a processing stage 30 finally makes it possible to return to temporal mode, by applying the inverse Fourier transform TF, in order to deliver a corrected final signal.

Landscapes

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Abstract

Une caméra panoramique (7) comporte un système photodétecteur du type à transfert de charges (12), un système optique de focalisation (11) d'un secteur du champ d'observation et un système mécanique d'entraînement (17) en rotation du support d'axe vertical de l'ensemble. Le système de photodétection (12) de la caméra panoramique comporte au moins un module (M1, M2...Mk) constitué de barrettes jointives (b1 à bn) disposées verticalement, des moyens (4, 15, 18, 6) permettant d'ntégrer (en mode TDi) les charges en synchronisme avec la rotation du support, des moyens (13, 14) pour varier le nombre de barrettes activées et pour comparer (20) les niveaux de luminance reçus (S1, S2...Sk) successivement par les cellules élémentaires (E1, E2, Ej) des différentes barrettes situées à une même hauteur (H1, H2, Hj). L'invention s'applique à la recherche de cible et à la détection rapide des fausses alarmes dues aux crêtes de bruit.

Description

CAMERA PANORAMIQUE DU TYPE A TRANSFERT DE CHARGES DANS UN SYSTEME DE VEILLE.
La présente invention se rapporte au domaine de la surveillance permanente d'un champ d'observation de 360° ou d'un secteur à l'aide d'une caméra panoramique et, plus précisément, elle concerne un procédé de détection, une caméra -> pour sa mise en oeuvre, et un système de veille panoramique équipé d'une telle caméra opérant en lumière visible ou en infrarouge .
Une caméra panoramique délivre habituellement un signal à partir d'une information fournie par une intégration de 0 charges lors d'un balayage continu du champ d'observation sur un secteur pouvant aller jusqu'à 360° ; la fréquence d'image, qui peut être définie par le temps d'analyse de ce secteur par intégration de charges, diffère de celle d'un signal type vidéo (par exemple, temps d'intégration des charges : 540 μs et " période classique de trame vidéo : 64 μs) . Une telle caméra, représentée schématiquement à la figure 1, se ce ose principalement :
- d'un système optique, symbolisé par une lentille 1 pour focaliser une portion d'espace analysée sur un module 0 photodétecteur ;
- d'un module photodétecteur, constitué d'une barrette linéaire b de p cellules photodétectrices associées respectivement à p étages, E- à E , d'un registre de lecture à décalage R délivrant un signal au niveau d'une sortie 5 à travers un 5 amplificateur A ;
- d'un circuit d'horloge de transfert 6 délivrant les impulsions d'horloge nécessaires à la barrette b et associé à un circuit d'analyse 4 de la vitesse de rotation de la barrette de façon à transférer les charges en synchronisme avoc la rotation de la barrette b : - d'un dispositif mécanique d'entraînement (non représenté) produisant un mouvement de rotation d'un support d'axe vertical, par exemple une tourelle 7, sur lequel est embarqué l'ensemble système optique/photodétecteur.
Le fonctionnement d'une telle caméra est conditionné par les valeurs de paramètres de durée. La durée séparant deux analyses successives d'une même partie d'espace est donnée par la période de rotation T . Elle doit être courte, de l'ordre de la seconde, pour permettre de détecter rapidement des objets
10 apparaissant dans cet espace. Au cours d'nne rotation complète, la barrette photodetectrice b est portée périodiquement en intégration de charges pendant un temps d'intégration T.. Au cours de cette période, la quantité de charges intégrées dans le substrat de silicium au regard de chaque cellule est
-- proportionnelle à la quantité de photons reçus. A la fin de chaque cycle d'intégration, les charges intégrées sont transférées dans un registre de lecture R. Le circuit d'horloge de synchronisation fournit des signaux de commande de transfert de charges d'étage en étage jusqu'à la sortie 5. Le signal
20 électrique alors obtenu à la sortie 5 est. représentatif des variations de luminance de haut en bas du secteur angulaire du champ d'observation analysé. La largeur du secteur analysé dépend du nombre de lectures par rotation complète, et donc en définitive de Tj. ^ L'appréciation des performances d'une caméra panoramique résulte de l'appréciation de divers critères , en particulier :
- sa résolution temporelle, c'est-à-dire son temps de réponse ; sa résolution spatiale, mesurée par la précision de la localisation correspondant à une variation dr> luminance donnée ;
™ - sa sensibilité résultant de son seuil de détection.
Plus précisément, les performances de ce type de caméra sont liées aux valeurs de T î. et du rap ~prort T I./T r :
- pour T. court : la résolution temporelle , du fait de la réduction du temps de réponse, est bonne mais la sensibilité
" diminue puisque moins de charges ont pu ôtrp intégrées ; - la résolution spatiale varie en fonction du rapport T./T .
L'optimisation de ce système conduit à raccourcir le temps T. tout en augmentant la sensibilité au maximum à l'aide d'un gain électronique élevé. Mais ces conditions d'utilisation entraînent un mauvais rapport signal/bruit, c'est-à-dire une mauvaise discrimination entre une détection de cible et celle d'une crête de bruit temporel du fait du gain élevé, cette mauvaise discrimination pouvant aboutir à une fausse alarme. Pour lever l'indétermination, il est nécessaire d'attendre le ou les prochains passages du système de détection dans la même direction (soit une ou plusieurs fois T ) , ce qui peut être extrêmement néfaste pour des cibles rapides compte tenu de la vitesse de rotation de la tourelle.
D'autre part, le montage d'une caméra panoramique sur un engin mobile (terrestre, aérien ou marin) entraîne des défauts sur l'image du fait des mouvements du véhicule, ces défauts pouvant être amplifiés par des ermurs sur la vitesse de rotation de l'axe de la caméra.
L'objet de l'invention est de pallier ces inconvénients en proposant un procédé de détection et une caméra pour sa mise en oeuvre destinés à :
- procurer une bonne résolution temporelle et spatiale grâce à un temps d'intégration T. court ;
- fournir une bonne sensibilité du système de détection et un réglage adapté de cette sensibilité aux conditions d'utilisation ;
- permettre une levée de doute sur les alarmes sans attendre l'écoulement d'une période de rotation T .
- améliorer la qualité de l'image en supprimant les dégradations dues aux mouvements du porteur de la caméra.
Pour atteindre ces objectifs , le procédé de photodétection pour caméra panoramique comportant un système photodétecteur composé de n rangé? s de p cellules photosensibles et d'un registre de lecture à décalage, un support d'axe vertical pour ce système photodétecteur constitué d'une tourelle cylindrique, un système optique de focalisation pour focaliser l'image d'un secteur du champ d'observation sur une bande s 'étendant de haut en bas de la tourelle sur une largeur de rangée de cellules, un système mécanique d'entraînement en rotation de l'ensemble système optique/système photodétecteur, est caractérisé en ce que les charges de chaque pixel de la rangée coïncidant avec ladite bande sont intégrées et en ce que les charges d'une rangée sont transférées à la rangée adjacente qui vient en coïncidence avec la même bande image, et ainsi de suite jusqu'à la n rangée, en synchronisme avec la vitesse de rotation de la tourelle . Ainsi, lorsque les charges s'accumulent en regard du même secteur d'observation analysé, la durée apparente dti temps d'intégration des charges est multipliée par un facteur n sans augmenter la valeur réelle de ce temps d'intégration.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre faite en référence aux figures annexées qui représentent respectivement : - la figure 1 (déjà commentée) , un schéma illustrant le système photodétecteur de l'art antérieur ;
- la figure 2 , le principe du transfert cumulé de charges intégrées ;
- les figures 3 et 4, deux modes de réalisation du système photodétecteur de la caméra selon l'inventio .
- la figure 5, l'organisation de l'ensemble des circuits et des éléments de la caméra selon l'invention ,
- la figure 6, un schéma synoptique représentant système de veille panoramique équipé d'une caméra selon l'invention. présente invention repose sur un mode particulier connu d'intégration de charges appelé mode TDI (pour "Time Delay and Intégration" signifiant : intégration en temps différé) . Le mode TDI assure un transfert cumulé de charges et est appliqué dans les imageurs plans . U tel mécanisme du tranfert cumulé est illustré à la figure 2 : un imageur plan en mode TDI est constitué par la juxtaposition de N barrettes linéaires photosensibles disposées en ligne et constituées de P cellules élémentaires définissant chacune un pixel ; les charges intégrées dans chacun des pixels d'une ligne donnée, avec un temps d'intégration de 19 ou 20ms, sont transférées en synchronisme, dans chacun des pixels de la ligne adjacente située en regard, et ainsi de suite jusqu'au registre de lecture à décalage horizontal 8, le registre étant lu toutes les 64 μs . La qualité de l'image dépend très sensiblement du synchronisme entre les transferts de charges, géré par un générateur de circuits d'horloge 9, et le défilement de l'imageur, dont le sens est indiqué par la flèche F, par rapport à la scène analysée : la vitesse de défilement de l'image optique dans le plan de l'imageur doit donc être parfaitement stabilisée pour que l'image électronique suive de manière synchrone les évolutions de cette image optique.
La structure de l'imageur plan , qui vient d'être succinctement décrite, est incompatible avec une utilisation en mode panoramique, et cela pour trois raisons principales :
- il n'existe pas d'imageur plan sensible en infrarouge. Or la caméra panoramique doit impérativement pouvoir fonctionner en mode visible ou infrarouge ;
- la structure de l'imageur plan impose un défilement vertical de l'image de la scène observée . Or, dans une caméra panoramique, le système photodétecteur tourne horizontalement et est en conséquence porté par une tourelle d'axe de rotation vertical ;
- la chronométrie de l'imageur plan , en particulier un temps d'intégration des charges beaucoup trop long (au moins 200 fois) , n'est absolument pas adaptée h une utilisation du type caméra panoramique ;
- dans un imageur plan le défilement de l'image à analyser doit être parfaitement synchronisé avec le transfert des charges, ce qui est réalisable lorsque le cadrage de la scène d'observation est fixe . Or, dans une rπméra panoramique, il s'agit d'observer un espace en rotation à bord d'un équipage mobile : les mouvements du véhicule, s'ajoutant aux erreurs de vitesse de rotation de l'axe de la caméra, entraîneraient des défauts importants d'instabilité ou de flou d'image, le synchronisme du défilement de l'image avec le transfert des charges n'étant plus assuré.
En revanche, le procédé selon l'invention permet d'intégrer le principe du transfert cumulé des charges dans une caméra panoramique. Il consiste :
- dans une première étape, à accumuler successivement n fois les charges du photodétecteur de la caméra panoramique, pendant un temps d'intégration apparent égal à n fois le temps d'intégration des charges T.. L'introduction de ce temps d'intégration, égal à n fois T., est qualifié d'apparent parce qu'il permet d'augmenter la sensibilité du système, en la multipliant par un facteur n, sans augmenter le temps d'intégration réel T. et donc sans diminuer les résolutions temporelle et spatiale de la caméra ;
- dans une seconde étape, à varier la valeur de ce facteur n de façon à pouvoir ajuster à volonté la sensibilité de la caméra en fonction de la qualité d'image désirée déterminée, par exemple, à partir d'une mesure de l'éclairement moyen de la scène observée, ou d'une mesure du contraste d'image établie à partir de la mesure de la variation du niveau de luminance du signal de sortie.
Le procédé selon l'invention peut être complété par une troisième étape qui consiste à comparer le^ valeurs des niveaux de luminance successivement reçus par le système photodétecteur, les valeurs étant comparées en chaque point de l'espace observé pour une focalisation de même hauteur, et à déclencher une alarme lorsqu'une corrélation entre ces différentes valeurs apparaît.
Pour mettre en oeuvre ce procédé , un premier mode de réalisation de caméra panoramique est représenté à la figure 3. Il comporte un capteur surf cique du type DTC (dispositif à transfert de charges) composé de n colonnes de p cellules photodétectrices b _. , . . . , b , disposées verticalement en colonne sur une tourelle 7 d'axe vertical, et un registre de lecture R également vertical.
Conformément à l'invention, le capteur surfacique DTC choisi pour travailler en panoramique doit posséder une chronométrie telle qu'il puisse fonctionner en mode TDI, c'est-à-dire la chronométrie précédemment décrite pour l'imageur plan fonctionnant en mode TDI ; or, pour fonctionner ainsi, c'est-à-dire par intégration par ligne ou par colonne, le capteur surfacique doit répondre à deux conditions : posséder une zone photosensible capable de contenir toutes les informations d'une même image ;
- fonctionner en transfert de charges dans cette zone.
Ces conditions sont remplies avec un capteur du type interligne ou avec un capteur du type à transfert de trame.
Dans les deux cas l'accumulation des charges réalisée en mode
TDI se fait colonne à colonne par transfert dans les zones mémoires et la lecture se fait par décalage vertical des charges cumulées dans le registre de lecture. Le secteur d'observation analysé est projeté sur une zone recouvrant successivement chacune des colonnes b., à b de cellules photosensibles par l'intermédiaire d'un système optique de focalisation 11 fixé à la tourelle 7 et constitué, par exemple, d'une lentille cylindrique. Les charges intégrées dans le substrat de silicium, en regard de chaque pixel d'une colonne b. donnée, sont transférées simultanément dans le substrat de silicium situé en regard de chaque pixel de même rang de la colonne b. + 1 adajacente . La vitesse de rotation de la tourelle 7 est telle que le transfert des charges d'une colonne à l'autre est effectué en synchronisme avec le défilement en sens opposé des colonnes, de sorte que les charges intégrées s'accumulent sur la zone de focalisation d'un même secteur observé. Plus précisément : - dans le cas d'un capteur type interligne, le générateur d'horloge doit assurer un double synchronisme : le transfert des charges intégrées aux registres de mémoire aveugle et l'addition des informations par transfert des charges de registre en registre jusqu'au registre de lecture en synchronisme avec le déplacement de l'image projetée sur le capteur ;
- dans le cas d'un capteur type transfert de trame, les zones photosensibles et de stockage des charges intégrées sont confondues ; le générateur d'horloges d'un tel capteur doit gérer un seul synchronisme : celui du transfert cumulé des charges vers le registre de lecture avec le déplacement de l'image projetée.
Le temps d'intégration des charges T. est au maximum égal au temps séparant le passage de deux colonnes sur la même zone de focalisation d'un secteur observé donné ; la vitesse de rotation de la caméra et la résolution d'image que l'on désire finalement obtenir gouvernent la chronométrie des transferts de charges à appliquer. Par exemple, un temps d'intégration de 100 μs est compatible avec un capteur DTC (de 512x512 ou 1024x1024) pixels d'un des deux types choisis, les temps de transfert aux registres mémoires étant de l'ordre de quelques microsecondes pour le capteur interligne et inférieur à la microseconde pour le capteur transfert de trame.
La sensibilité du système est multipliée par un facteur n en passant d'un photodétecteur composé d'une seule barrette de cellules à un capteur surfacique composé de n colonnes de cellules, le bruit introduit par le transfert des charges d'une barrette à l'autre étant négligeable par rapport au bruit résultant du transfert des charges dans le registre de lecture à décalage.
Ce premier mode de réalisation, mis en oeuvre à partir d'un capteur DTC à chronométrie adaptée, a pour principal objectif d'augmenter la sensibilité du système de détection. Cependant un tel capteur matriciel ne permet pas de régler cette sensibilité, seul un masquage d'une partie de la matrice autorise une solution mécanique à un tel réglage . Pour dépasser ce stade, un second mode de réalisation de caméra panoramique selon l'invention incorpore un capteur plus spécifiquement adapté à l'exploration "panoramique en mode TDI" sur laquelle repose l'invention. L'organisation structurelle de ce capteur permet, outre l'augmentation de sensibilité :
- un réglage de la sensibilité de la caméra
- une levée de doute rapide sur les alarmes.
Pour lever l'indétermination entre la détection d'un objet réel et d'une crête de bruit, sans attendre une rotation complète de la caméra, le capteur surfacique précédent, composé de n colonnes de p cellules photosensibles, est reproduit k fois dans un second mode de réalisation. Chaque capteur joue, dans ces conditions, le rôle d'un module photodétecteur, l'ensemble de ces modules formant alors le système photodétecteur. La figure 4 illustre un tel système représenté à plat et composé de k modules photodétecteurs, répartis sur la périphérie de la tourelle 7. La caméra panoramique qui intègre un tel système comporte alors un système optique de focalisation du champ d'observation sur la tourelle tel qu'il focalise successivement, et de la même façon, un secteur d'observation donné sur chaque barrette qui vient se superposer à la zone image de ce secteur. Le système optique est constitué, par exemple, de la lentille cylindrique de la figure 3 mais, cette fois, de révolution autour de l'axe de rotation de la tourelle .
Chacun des modules ML à M, est composé de n colonnes de P cellules photosensibles, respectivement b_.. . . . b_. , t>21 " ' ' fc>2n' . . . , ^kl ' , - ^kn' et ^ un reSistre de lecture à décalage R_. à R. , respectivement associé . Les sorties de ces registres sont reliées à des amplificateurs, respectivement A1, . . . , Ak .
Chaque sortie S. à S, de chaque amplificateur délivre une tension dont la variation de niveau traduit la variation de luminance entre une ligne d'un module photodétecteur et la ligne suivante de ce même module . En effet , la quantité de charges représente, pour la ligne j associée, le n iveau de luminance cumulée d'une zone élémentaire du champ analysé dont l'image est située à une hauteur H. ; cette ha iteur Hj correspond à la position de la ligne j dans le module photodétecteur et de l'étage E. du registre associé. Ainsi, un objet réel qui provoque une modification du niveau du signal de la sortie S
1 correspondant au niveau de luminance de la j ligne, provoque une modification sensiblement identique de la sortie ème S„ correspondant à la j ligne du deuxième module avec un retard connu dépendant de la vitesse de déplacement de l'image, et ainsi de suite jusqu'à la sortie S, . Si une même modification des niveaux de luminance se produit pour une même hauteur de ligne des différents modules photodétecteurs après compensation des retards entre les sorties S _. à S, , il y a corrélation entre les différents signaux. En revanche, une crête de bruit détectée, qui apparaît sur certaines ou sur toutes les sorties S., à S, , est repérée à des hauteurs différentes par exemple H.. , H», H. * sur la figure 4, et donc à des étages différents pour chaque registre associé à chaque module photodétecteur . Il y a alors absence de corrélation entre les signaux et donc fausse alerte : le doute est. ainsi levé par la lecture comparée des signaux de sortie étage par étage .
L'organisation de l'ensemble des circuits et des organes composant la caméra selon l'invention est illustrée à la figure 5. Le système optique 11 forme successivement l'image d'une portion d'espace donnée sur chacun des k modules du système photodétecteur 12 disposé sur un support 7. Un comparateur- sélecteur 13 traite les signaux provenant des sorties S _. à S, fournis par les k sorties après amplification ; le comparateur- sélecteur 13 mesure le contraste de l'image par comparaison entre les écarts de niveaux d'un signal donné ; le comparateur- sélecteur 13 délivre alors un signal de commande à un circuit séquenceur 14 pour la sélection du nombre de colonnes, de 1 à n, contribuant à l'intégration de charges par comparaison du contraste ainsi mesuré avec une valeur de référence prédéterminée . Le séquenceur 14 assure alors la synchronisation entre :
- une horloge 15 pour le transfert de charges colonne à colonne en synchronisme avec la vitesse de rolation de la caméra, imposée par la commande 16 du moteur d'entraînement 17,
- une horloge 18 de lecture des registres de lecture à décalage,
- et le signal de commande de sélection du nombre de colonnes appliqué au photodétecteur 12 et provenanl du comparateur 13 à partir de la mesure du contraste d'image et/ou du niveau d'éclairement du système photodétecteur mesuré par une cellule
19. Le séquenceur 14 applique des signaux de commande aux horloges 15, 18 du système photodétecteur mr synchroniser le transfert des charges , pour un nor.ibre de barrettes prédéterminé par le comparateur 13 et la vitesse d'entraînement en rotation du système.
Un discriminateur 20 recueille également les signaux provenant des sorties S_. à S, des registres de lecture pour les mémoriser et comparer leurs valeurs , étage par étage, c'est-à-dire pour les lignes de cellules des modules photodétecteurs situées à une même hauteur. Le discriminateur
20 peut déclencher une alarme 21.
En fonctionnement, la caméra panoramique selon l'invention possède :
- une sensibilité adaptée, établie en regard de son niveau d'éclairement déterminé par la cellule 1 () et/ou du contraste déterminé à partir de a variation du niveau des signaux de sortie mepurée par le comparateur- sélecteur 13. Cette sensibilité est fonction du nombre de barrettes intervenant dans chaque module photodétecteur pour l'intégral ion des charges, ce nombre variant entre 1 et n . Ce nombre est tel qu'un seuil d'éclairement ou de contraste prédéterminé est constaté ou atteint, la comparaison entre les valeurs d'éclairement ou de contraste s 'effectuant au niveau du comparateur- sélecteur 13.
- un pouvoir de reconnaissance de cible extrêmement dynamique : la distinction entre une détt-et ion de cible et de crête de bruit est obtenue à partir de la comparaison des niveaux des signaux S_. à S, pour un même étage des registres de lecture, c'est-à-dire pour une même hauteur de lignes de cellules de chacun des modules photodétecteurs . Ces niveaux mémorisés dans le discriminateur 20 sont comparés pour une même hauteur de ligne et, lorsqu'une corrélation de valeurs apparaît pour des niveaux correspondant à une même hauteur de ligne, l'alarme 21 est déclenchée grâce à un signal de commande provenant du discriminateur 20 sans qu'il soit nécessaire d'attendre un tour complet du système de rotation.
La caméra panoramique, qui vien l d'être décrite, peut avantageusement être combinée , dans un système de veille panoramique , à un système de traitemenl du signal issu de la caméra destinée à compenser les défauts de prises de vue dus aux erreurs de vitesse de rotation de la caméra et aux mouvements propres du véhicule support. La figure 6 est un schéma synoptique illustrant un tel système de veille . Il comprend une caméra panoramique 31, telle que celle représentée à la figure 5, et des capteurs de mesure 33 et 34 mesurant respectivement la vitesse de rotation de la caméra et les mouvements du véhicule support 32 par rapport à un référentiel.
Une unité de traitement centrale 35 regroupe les informations provenant des capteurs 33 et 34, et cf Icule les signaux de correction à appliquer au signal délivré par la caméra 31 de la manière suivante : l'unité 35 calcule les coefficients d'un filtrage spatio-temporel F ayant les mêmes effets que les erreurs de vitesse de rotation de In caméra et celles consécutives aux mouvements du véhictile support 32, puis les coefficients du filtre spatio-temporel inverse F ; pour appliquer les signaux de correction , une transformée de
Fourier TF est effectuée sur le signal délivré par la caméra
31 dans un étage de traitement 36, pour passer de l'espace temporel à l'espace fréquentiel ; un étage de traitement 37 réalise alors le filtrage inverse F à partir des coefficients délivrés par l'unité 35 sur le signal de sortie de l'étage 36 ; un étage de traitement 30 permet enfin de repasser en mode temporel, par application de la t ransformée de Fourier inverse TF , afin de délivrer un signal final corrigé .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de photodétection pour caméra panoramique comportant un système photodétecteur composé de n rangées de p cellules photosensibles et d'un registre de lecture à décalage, un support d'axe vertical pour ce système photodétecteur constitué d'une tourelle cylindrique, un système optique de focalisation pour focaliser l'image d'un secteur du champ d'observation sur une bande s'étendant de haut en bas de la tourelle sur une largeur de rangée de cellules, un système mécanique d'entraînement en rotation de l'ensemble système optique/système photodétecteur, caractérisé en ce que les charges de chaque pixel de la rangée coïncidant avec ladite bande sont intégrées, et en ce que les charges intégrées d'une rangée sont transférées à la rangée adjacente qui vient en coïncidence avec la même bande image, et ainsi de suite jusqu'à la n ièiΩθ rangée, en synchronisme avec la vitesse de rotation du support, multipliant la sensibilité du système par un facteur n.
2. Procédé de photodéctection selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'une commande de la valeur de ce facteur n est en outre effectuée, de façon à régler la sensibilité du système de détection, en fonction de l'éclairement moyen reçu par la caméra et/ou du contraste voulu pour l'image issue de la caméra.
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'une comparaison des valeurs des niveaux de luminance, successivement reçus par le système photodétecteur pour une focalisation de même hauteur, commande le déclenchement d'une alarme lorsqu'une corrélation entre ces différentes valeurs apparaît.
4. Caméra panoramique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que son système photodétecteur est constitué par un capteur surfacique du type dispositif à transfert de charges composé de n colonnes de p cellules photosensibles, disposées verticalement sur une tourelle et formant un module photodétecteur, un générateur d'horloges de synchronisation (9) pour synchroniser la vitesse de rotation de la caméra avec le transfert cumulé des charges de chaque cellule d'une colonne donnée à la cellule de même hauteur de la colonne adjacente, et un registre de lecture à décalage (8) à p étapes dont chaque étage (E.) , associé aux cellules de la ligne de même hauteur (H.) , reçoit les charges cumulées à cette hauteur, la sortie (S) de ce registre délivrant un signal dont les variations reproduisent les variations de luminance du haut en bas de la portion d'espace analysée.
5. Caméra panoramique pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que son système photodétecteur comporte k modules photodétecteurs composés chacun d'un capteur surfacique de n colonnes de cellules photosensibles et associés respectivement à des horloges de synchronisation de transfert de charges gérées par un générateur, k registres de lecture à décalage des charges provenant respectivement des k modules photodétecteurs, k sorties (S_. à S, ) associés respectivement aux k registres à décalage et à des horloges de synchronisation de lecture pour délivrer des signaux de sortie.
6. Caméra panoramique selon les revendications 4 ou 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'elle comporte un comparateur-sélecteur (13) pour mesurer les écarts de niveau du signal ou des signaux provenant respectivement de la sortie (S) ou de chacune des sorties (S. à S, ) , de façon à déduire une mesure du contraste d'image et délivrer, par comparaison à une valeur de contraste prédéterminée et/ou au niveau d'éclairement du système photodétecteur mesuré par une cellule (19) , un signal de commande sélectionnant le nombre adapté de barrettes actives, de 1 à n, de chacun des modules photodétecteurs pour atteindre le contraste désiré, et un séquenceur (14) pour synchroniser les différentes horloges de transfert et de lecture et le signal de commande provenant du comparateur (13) .
7. Caméra panoramique selon la revendication 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 3, caractérisée en ce que les signaux provenant des sorties (S. à S, ) sont appliqués à un discriminateur (20) qui les mémorise et compare leur niveau étage par étage pour une même hauteur de ligne de cellules des modules photodétecteurs et en ce que le discriminateur (20) déclenche une alarme (22) lorsque la comparaison desdits niveaux révèle une corrélation entre les valeurs ainsi comparées.
8. Système de veille panoramique, caractérisé en ce qu'il comporte une caméra panoramique (31) selon la revendication 8 combinée à un ensemble de traitement correctif du signal issu de la caméra (31) , un tel ensemble de traitement comprenant une unité de traitement centrale (35) , regroupant les données provenant des capteurs de mesure (33, 34) de la vitesse de rotation de la caméra (31) et des mouvements du véhicule support (32) , et trois étages de traitement (36, 37, 38) du signal (S) issu de la caméra (31) pour appliquer à la transformée de Fourier de ce signal (S) les coefficients correctifs calculés par l'unité (35) .
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