FR2681749A1 - Dispositif de balayage opticomecanique bidimensionnel a plusieurs champs d'analyse. - Google Patents

Abstract

Le dispositif utilise pour le balayage bidimensionnel un objectif, un réflecteur plan basculant autour d'un axe pour le balayage trame, un miroir de champ, un tambour rotatif à faces réfléchissantes pour le balayage ligne et un détecteur sensible au rayonnement dont l'image balaye l'image du champ dans le plan focal de l'objectif. Le dispositif est conçu pour balayer au moins deux champs, l'un dit normal l'autre réduit, compris l'un dans l'autre, le champ réduit correspondant à une augmentation des performances en identification des objets, le passage de l'un à l'autre champ s'effectuant par de simples translations de tambour et variations d'amplitude de basculement du miroir réflecteur, sans modification de la distance focale de l'objectif et de l'angle d'ouverture du faisceau sur l'image du détecteur dans le plan focal de l'objectif, ladite image étant plus petite en champ réduit qu'en champ normal. Application: vision en infrarouge

Description

DISPOSITIF DE BALAYAGE OPTICONECANIQUE BIDIMENSIONNEL A

PLUSIEURS CHAMPS D'ANALYSE.

La présente invention concerne un dispositif de balayage opticomécanique bidimensionnel, notamment dans la gamme des longueurs d'onde infrarouge, du genre utilisant, pour le balayage bidimensionnel, un objectif,

un réflecteur plan pouvant basculer autour d'un axe pa-

rallèle à sa face r 6 flectrice afin d'explorer dans une première direction, un tambour rotatif muni de plusieurs

faces r 6 flectrices servant à l'exploration dans une di-

rection perpendiculaire à la première direction ainsi

qu'un détecteur sensible au rayonnement, ledit disposi-

tif étant construit pour balayer plusieurs champs de di-

mensions différentes compris les uns dans les autres.

L'existance de plusieurs champs trouve sa jus-

tification dans le fait de pouvoir avec ce dispositif examiner d'une façon globale une scène pour y découvrir

un objet qui fait ensuite l'objet d'un examen particu-

lier L'examen global utilise untalayage en grand champ tandis que l'examen particulier de l'objet utilise un

balayage en petit champ.

Les performances de ce genre de dispositif s'analysent en termes de performance de détection et en termes de performances respectivement de reconnaissance et d'identification Par détection, qui s'effectue en

grand champ, on entend le fait qu'est signalé la présen-

ce d'un objet dans le champ, par reconnaissance de cet objetqui s'effectue en petit champ, qu'il est possible de déterminer que cet objet appartient à une certaine catégorie et par identification, qui a lieu également en petit champ, que cet objet présente dans la catégorie un

signe distinctif Par exemple, une fois détecté, l'ob-

jet sera reconnu comme appartenant à la catégorie des

chars de combat et identifié comme étant un certain mo-

dèle ennemi ou ami C'est notamment les performances de reconnaissance et d'identification de ces dispositifs

que l'invention se propose d'améliorer.

Les différentes performances de ces disposi-

tifs se traduisent en terme de distances respectivement, de détection, de reconnaissance et d'identification,

pour lesquelles ces détections reconnaissance et identi-

fication se produisent Ces performances sont fonction

de la résolution angulaire du dispositif elle-même fonc-

tion, d'une part, de son rapport signal à bruit appelé aussi par la suite sensibilité et, d'autre part, de l'angle de champ élémentaire d'analyse qui est l'angle de champ sous tendu par le détecteur dans le plan focal

de l'objectif.

Il va sans dire que de bonnes performances en reconnaissance et identification nécessitent, lors du balayage en petit champ, un champ élémentaire d'analyse plus petit que lors de la détection en grand champ et qu'il est généralement préférable, qu'en petit champ, la sensibilité du système soit au moins aussi élevée que

lors de la détection en grand champ.

Le rapport signal sur bruit du système et l'angle élémentaire d'analyse étant des grandeurs liées, il en résulte un certain nombre de difficultés dans la réalisation de ces dispositifs fonctionnant à plusieurs champs. La demande de brevet français N O 78 06 503 déposée le 13 Juin 1979 au nom de la Société N.V PHILIPS' GLOEILAIMPENFABRIEKEN décrit un dispositif

de ce genre Un double système d'analyse permet d'ana-

lyser deux champs rectangulaires de dimensions diffé-

rentes dans le plan focal d'un objectif unique, les

deux analyses étant effectuées avec des résolutions an-

gulaires différentes Les dimensions de chaque champ sont fixées, d'une part, par la valeur de l'angle de basculement d'un réflecteur plan d'exploration dans une première direction, dite trame, et, d'autre part, par la longueur d'exploration de la représentation du détecteur

dans leplanfocal de l'objectif selon la direction, perpendi-

culaire à la première, dite ligne, laquelle dépend de la

périphérie du tambour et du nombre de facettes Le dis-

positif utilise le même diamètre de pupille d'entrée dans les deux champs et par ailleurs la représentation du détecteur d'o, aussil'angle de champ élémentaire d'analyse sur la ligne analysée 1 est plus grand en grand

champ qu'en petit champ, si bien que l'ouverture angu-

laire du système d'analyse sur le détecteur et, par con-

trecoup, le rapport signal sur bruit du dispositif est

plus grand en grand champ qu'en petit champ Un tel dis-

positif peut présenter de ce fait de bonnesperformances de détection en grand champ, mais il faut craindre,

d'après ce qui a été dit précédemment que les performan-

ces de reconnaissance et identification en petit champ

soient très limitées.

La demande de brevet français N O 78 31 '352 déposée le 6 Novembre 1978 au nom de la Demanderesse, fait également état d'un dispositif d'analyse à deux champs du genre selon l'invention Le système analyseur avec miroir oscillant et tambour tournant est unique tandis que l'objectif est bifocal, la grande focale servant à l'examen en petit champ et la courte focale en grand champ La pupille d'entréeest plus petite en

grand champ qu'en petit champ, tandis que c'est l'inver-

se en ce qui concerne les champs élémentaires d'analyse.

La représentation du détecteur sur la ligne analysée est la même en grand champ qu'en petit champ de même Que

l'ouverture angulaire du système d'analyse sur le dé-

tecteur, si bien que le rapport signal sur bruit reste

le même d'un champ à l'autre, ce qui fait que le sys-

tème assure effectivement, en petit champ, un rôle de reconnaissance et d'identification Typiquement avec ce dispositif à deux champs comportant un système d'analyse unique associé à un objectif à deux distances focales,

lorsqu'en grand champ, de valeur angulaire, la dis-

tance de détection est d, en petit champ de valeur angu-

laire égale à 0,3 , les distances de reconnaissance et d'identification sont respectivement 0,3 d et 0,2 d donc

notablement inférieures à la distance de détection.

L'invention se propose de doubler sensible-

ment ces distances de reconnaissance et d'identification

en améliorant la résolution angulaire du système d'ana-

lyse sans modifier l'objectif bifocal de la caméra Pour cela elle crée un troisième champ d'analyse limité au centre du petit champ Typiquement, ce troisième champ, dit par la suite "réduit" par opposition au petit champ dit "normal", est de l'ordre de 0,1 " L'analyse du

champ réduit fait intervenir un champ élémentaire d'ana-

lyse plus petit qu'en champ normal Le diamètre de la pupille d'entrée restant le même en champ réduit et en champ normal, comme dans la demande de brevet français

N O 78 06 503 précitée, la réduction du champ élémentai-

re introduit également une chute du rapport signal sur bruit Selon l'invention cette chute est partiellement compensée par un balayage très redondant du champ, de manière à effectivement améliorer les performances de

reconnaissance et d'identification du dispositif L'af-

fichage de ce champ réduit sur un moniteur de t 6 lévi-

sion au standard de la télévision peut s'accompagner

d'un effet de Zoom électronique qui aide encore à l'i-

dentification de la cible L'analyseur est double, com-

me pour le dispositif selon la demande de brevet rréci-

tée NO 78 06 503, mais il est réalisé A l'aide de mo-

yens très différents et beaucoup plus simples, les subs-

titutions des moyens les uns aux autres ne s'effectuant que par de simples translations et sans que l'angle d'ouverture du faisceau sur l'image du détecteur dans le plan focal de l'objectif ne soit modifié d'un champ

à l'autre.

L'invention sera mieux comprise A l'aide de

la description A titre d'exemple d'un mode de réalisa-

tion du dispositif de l'invention avec plusieurs varian-

tes, ladite description étant accompagnée de considéra-

tions théoriques et de figures qui représentent:

Figures 1 A, l B, l C: une illustration du pro-

blème résolu par l'invrention.

Figure 2: le rôle du tambour tournant A fa-

ces réfléchissantes dans différents cas de balayage.

Figure 3: des courbes indiquant le rayon de courbure et la longueur de ligne analysée en fonction de la distance de l'image du d 6 tecteur A l'axe de rotation

du tambour.

Figure 4: une vue en coupe par son plan de symétrie du dispositif de l'invention selon l'un de ses

modes de réalisation.

Figure 5: une vue du dispositif précédent,

en projection parallèlement A l'axe de rotation du tam-

bour tournant, limitée à la partie correspondant A son

fonctionnement en champ normal.

Figure 6: la même vue aue préc 6 demment limi-

t 6 e à la partie correspondant au fonctionnement en champ réduit. Figure 7: une vue en coupe selon son plan de symétrie du même dispositif équipé d'une visualisation

par diodes électroluminescentes.

Figure 8: un graphique indiquant en fonction du temps l'amiplitude du balayage trame en charn normal et

petit champ selon une première variante.

Figure 9: le même balayage selon une troisiè-

me variante.

L'ensemble des figures 1 A, l B, IC illustre

le problème résolu par l'invention Chacune de ces fi-

gures schématise dans le sens ligne un dispositif d'a-

nalyse du genre de l'invention à plusieurs champs fonc-

s tionnant avec l'un de ses champs Les figures IA et l B

O 5 <

correspondent au dispositif à double charp obtenu à

l'aide d'un objectif bifocal et un analyseur unique se-

lon la demande de brevet francais n 78 31 352 Sur la

figure 1 A, l'objectif ll d'are 12 du dispositif fonc-

tionne en distance focale courte Pl avec un champ angu-

laire élevé La ligne analys 6 e est la ligne 13 de lon-

gueur il située dans le plan focal de l'objectif Cette ligne est analysée à l'aide de l'image lin 6 aire 15, de longueur d', parallèle à la ligne 13 du détecteur 14

ayant la longueur d, formée par l'analyseur ligne sché-

matisé par la lentille convergente 16 et fonctionnant au grandissement 1 Dans la réalité, comme on le voit

plus loin, cet analyseur comporte entre autre un tam-

bour tournant muni sur son pourtour de facette r 6 fll é-

chissantes Le champ du dispositif est < 1 tandis que

le champ élémentaire d'analyse est 1 c'l tous deux re-

présentés sur la figure 1 A L'angle d'ouverture du sys-

tème optique sur le détecteur est U'1 pour un angle

d'ouverture U de l'objectif Le grandissement de l'ana-

lyseur est = celui-ci étant dimensionn 6 pour

que le système ait une sensibilité conduisant à de bon-

nes performances de d 6 tection.

Sur la figure l B, l'objectif 11 du dispositif fonctionne en distance focale longue F 2 avec un petit

champ angulaire (dit par la suite champ normal) La li-

gne analysée située dans le plan focal de l'objectif a

toujours la même longueur 11 Celle-ci est analysée com-

me en grand champ à l'aide de l'image 15 de même lon-

gueur d' du détecteur 14 de longueur d, l'analyseur restant le même en grand champ et petit champ Le champ total du dispositif et le champ élémentaire d'analyse

sont respectivement c< 2 et i 2 inférieurs respective-

ment à O c 1 et $" 1 La pupille d'entrée de l'objectif est

telle que l'angle de l'ouverture de l'objectif est com-

me en grand champ U 1, tandis que, l'analyseur n'étant pas modifié, l'ouverture sur le détecteur est U' Il s'ensuit que la sensibilité du dispositif reste la

même qu'en grand champ mais que, par contre, la résolu-

tion angulaire est meilleure puisque i 2 < 1

Sur la figure 1 C apparaît le but que se pro-

pose l'invention L'objectif ll fonctionne toujours en distance focale longue F 2 avec angle d'ouverture toujours égal à U 1, mais seule la partie centrale i 3 du champ 2 est analysée, la longueur de ligne correspondante

analysée étant 12 < 1 l L'invention se propose d'analy-

ser ce champ dit champ réduit avec une meilleure réso-

lution angulaire correspondant A un champ élémentaire

d'analyse D 3 < " 2 ' Pour cela, elle envisage de rédui-

re la longueur de l'image 15 du détecteur 14 de longueur d donnée par l'analyseur, celle-ci devenant d'3 < d' en modifiant l'analyseur pour lui donner un grandissement T 3 <l L'ouverture numérique du système optique sur le détecteur se trouve devenir U'3 (TU'1, si bien que la

sensibilité du dispositif devient plus faible L'inven-

tion se trouve confrontée aux mêmes difficultés que se-

lon la demande précitée n 78 o 6 503 Elle intervient sur la conception de l'analyseur de manière à compenser la chute de sensibilité en petit champ " 3 introduite

par la réduction du champ d'analyse et bénéficier ef-

fectivement de l'augmentation de résolution angulaire désirée L'invention se guide sur les considérations

théoriques exposées ci-après Les sensibilités d'un sys-

tème d'analyse du genre de l'invention sont caractéri-

sées classiquement par les deux quantités suivantes: NETD, différence de température minimale détectable équivalente au bruit (muserable sur le signal vidéo) NE Tp, différence de température minimale perceptible

visuellement équivalente au bruit.

Les expressions de ces quantités sont de la forme:

NETD =

NETD =

/4 V Cv C Hi Fi Ntp CV H 7 2 e V P N P O V DH t 2 T M* 4 '% C 11 Ce f V Nd 4 C, C I Fi N Np V i H i 2 T M* C d o la d 6 signation des symboles est:

Cv,' CH: dimensions du détecteur (V vertical, H horizon-

tal ou encore trame et ligne); Fi: fréquence image; N O:nombre de points analysés par ligne Nô:nombre de lignes dans l'image; 7 taux de recouvrement des lignes; p V, PH:rendement de balayage vertical et horizontal; "V' PH:champ élémentaire d'analyse; :diamètre de la pupille d'entrée; T:facteur de transmission de l'optique;

M*:facteur caractérisant la détectivité du d 6 tec-

teur; N: nombre d'éléments du détecteur; d

Z: temps d'intégration de l'oeil.

Pour comparer plus facilement les NETD et

NE Tp, des systèmes fonctionnant suivant les champs cor-

respondant aux figures respectivement l B et 1 C (champ appelés fréquemment par la suite normal et réduit), les expressions de ces quantités sont écrites ci-après en r 6 unissant dans un facteur k toutes les quantités qui

ne varient pas entre les deux configurations de systè-

me. Fi Ne Nr Fi

( V H H

( 1) NET k 1 Dt ê V H È(V "(H if 1 Ne N ( 2) NE Tp = k v _

X V H

OS a F représentant la bande passante du dispositif.

Ces expressions montrent que lorsque l'on di-

minue le champ élémentaire d'analyse de dimensions angu-

laires V' 'l I Tour analyser plus finement la partie cen-

trale du champ 3, sans rien changer par ailleurs, no-

tamment l'analyseur, NETD et NE Tp croissent, ce qui cor-

respond à un abaissement de sensibilité.

L'invention envisage plusieurs modes d'action ayant pour but de compenser, du moins partiellement, au

moyen d'une modification des caractéristiques de balaya-

ge et de l'analyseur, cette perte de sensibilité lors

d'une diminution de champ élémentaire d'analyse.

Un premier mode d'action envisagé admet une réduction de bande passante 3 f, afin que NET Det NE Tp restent constants quand on passe du champ O 2 au champ 3 ' La confrontation des deux expressions ( 1) et ( 2)

montre que cette réduction de bande doit se faire en ré-

duisant le nombre total de points de l'image N 1 x Np et/ ou en augmentant le rendement de balayage r V PH ou en

réduisant le taux 9 de recouvrement des lignes L'incon-

vénient de réduire la bande passante t f est de modifier les chaînes de traitement électronique du signal En particulier, dans le cas o le détecteur se pr 6 sente sous

forme d'une mosaîque d'éléments utilisés en balayage li-

gne série ou série parallèle, il est nécessaire de rem-

placer, lors du fonctionnement en champ central" 3, les lignes à retard nécessaires pour remettre en phase les signaux issus des différents éléments en série Malgré cet inconvénient, c'est l'une des options que revendique l'invention.

Un deuxième mode d'action envisage des modifi-

cations des caractéristiques de balayage qui conservent la bande passante Le numérateur de l'expression ( 1) a alors une valeur constante Le NETD croit nécessairement

lorsque le champ élémentaire d'analyse O V)X 2 H est réduit.

De manière à conserver une bonne sensibilité en recon-

naissance et identification, l'invention intervient pour que le NET croisse moins vite que le NETD Pour cela, il

suffit que le numérateur de l'expression ( 2) soit mini-

mal lorsque le numérateur de l'expression ( 1) a une va-

leur constante tf étant lui-même constant L'invention y parvient en diminuant le nombre de points dans l'image NI x Np, en augmentant le rendement de balayage P VI en augmentant la fréquence image Fi et en augmentant le

taux de recouvrement 9 des lignes.

Selon l'invention ces considérations théori-

ques sont mises en application, l'analyseur ligne étant du type à tambour tournant de forme prismatique à faces réfléchissantes comme décrit dans la demande de brevet

N O 78 31 352 précitée Selon cet art antérieur, le tam-

bour tournant est placé en faisceau convergent d'un

transport d'image de détecteur en un point A qui est si-

tué sur l'axe du tambour ou extérieur à cet axe Chaque

ligne du champ dans le plan focal de l'objectif est ana-

lysée au cours de la rotation du tambour par l'image de

ce point A dans l'une des faces du tambour.

La figure 2 représente, dans le plan perpen-

diculaire à l'axe de tambour passant par le point A, dif-

férents cas de balayage t La distance d du point A à l'axe du tambour étant un paramètre Sur cette figure, le tambour apparaît selon le polygone 21, son axe par le point 0, la ligne analysée selon 13, celle-ci

étant analysée par l'image A' de A dans la face de tam-

bour 22, le tambour tournant dans le sens de la flèche 23 De @ à & apparaît l'évolution du rayon de courbure r de la ligne analysée 13 et de la longueur e de l'arc

analysé pour une rotation de tambour O 150 Apparais-

sent dans deux colonnes à droite des figures les distan-

ces d et D, cette dernière représentant la distance en-

tre O et le sommet sur la droite o A de la ligne balayée dans les différents cas de balayage, ces distances étant

exprimées en fonction du cercle inscrit au polygone 21.

La ligne analysée est un limaçon de Pascal dont les coordonnées cartésiennes dans le système de coordonnées

XOY indiqué en D sont, en fonction de l'angle L de ro-

tation du tambour: X (O) = d 2 (d cos + R cos) Y () = 2 (d sing cos" + R sin O) La figure 3 donne au moyen des courbes M et N les valeurs respectivement de r et de 1/2 en fonction de d, l'unité étant le rayon R du cercle inscrit dans le polygone 21 du tambour, calculées par les expressions suivante:

(XI 2 2 3/2

(X'2 + YI)

r =

X' Y" Y' X"

= 2 i X'2 +Y,2 o o les symboles tels que X' et X" désignent les dérivés

respectivement première et seconde de X par rapport à ô.

Dans les expressions de X (<) et Y ("), d

est compté positivement quand le sens de O vers A cor-

respond au sens positif de l'axe OX tandis que r est compté positif ou négatif lorsque l'axe analysé tourne

respectivement sa convexité ou concavité vers 0.

La branche supérieure de la courbe donnant la valeur de r, indique d'une part que r passe par un minimum pour d = 0, ce qui signifie aue pour d 4 0, il

existe toujours deux valeurs de d de signe opposé com-

-R

prises entre et + pour lesquelles nous avons le me-

me rayon r de la ligne d'analyse, et d'autre part, qu'à

ces 2 valeurs de d correspondent des longueurs t diffé-

rentes de la ligne d'analyse Cette propriété permet donc d'analyser une longueur plus ou moins importantede

la surface focale de rayon r d'un objectif en transla-

tant simplement un tambour tournant unique perpendicu-

lairement à son axe de rotation de façon à fonctionner pour chacune de ces 2 valeurs de d En choisissant par

exemple pour d les valeurs +R et Z, le rapport des lon-

3 '-

* gueurs des lignes d'analyse correspondantes est de 3.

Ceci donne un moyen de faire varier le nombre Np de points dans la ligne dans un rapport de 3 Un rapport

plus grand que 3 peut évidemment être obtenu avec d'au-

tres valeurs de d Cette même propriété peut être utili-

sée en faisant varier d de façon continue entre les 2

valeurs du couple choisi On peut ainsi obtenir une sor-

te d'effet de Zoom en faisant varier de façon continue la longueur de la ligne d'analyse On remarque en effet que le rayon r varie peu lorsque l'on reste à proximité du minimum de la branche supérieure de la courbe On peut aussi obtenir un système d'analyse à plusieurs

champs en utilisant plusieurs tambours d'analyse de ra-

yon R différents et s'arranger pour obtenir le même ra-

yon r de la ligne d'analyse Il suffit pour cela de choisir d en se reportant à la courbe de la figure 3 On dispose ainsi d'un paramètre supplémentaire pour agir

sur le rapport des longueurs des lignes d'analyse Re-

marquons d'autre part, qu'il n'est pas obligatoire d'u-

tiliser toute la longueur de la ligne analysée mais seulement la partie centrale de la ligne Nous avons également la possibilité, lors-que nous utilisons des

tambours différents, de choisir le nombre de faces ré-

fléchissantes sur chacun des tambours de façon à obte-

nir le meilleur rendement de balayage en fonction de l'ouverture des faisceaux d'analyse et en fonction de la longueur de la ligne analysée Les tambours peuvent être coaxiaux et tourner à la même vitesse ou bien être indépendants. Un mode de r 6 alisation mettant en oeuvre ces résultats est donné à titre d'exemple aux figures 4, , 6 Le dispositif est réalisé dans son principe comme

selon la demande de brevet français N 78 31 352 préci-

tée à un seul analyseur mais ici l'analyseur est double,

ses deux parties étant utilis 6 es en champs dits respec-

tivement normal et réduit V 2 et O ( 3 des figures lb et 1 C.

Sur la figure 4, le schéma optique du dispo-

sitif apparaît en coupe par son plan de sym 6 trie Sous

41 est représenté l'objectif par exemple pour infrarou-

ge, 6 ventuellement à deux distances focales, correspon-

dant aux champs l 1 et O Y 2 des figures l A et l C mais

supposé représenté ici fonctionnant avec sa grande fo-

cale et le champ dit normal O < 2 Le miroir de trame plan est 42 mobile autour de l'axe 43 perpendiculaire au plan de la feuille Le miroir de champ est 44 mobile

autour de l'axe 45 perpendiculaire au plan de la feuil-

le On distingue deux tambours tournants ayant même axe de rotation 48 translatables le long de cet axe L'un de ces tambours comportant par exemple 6 faces, utilisé en champ normal est représenté selon deux positions 46 et

46 ' la position 46 étant celle correspondant à son rô-

le actif L'autre tambour comportant par exemple 24 fa-

ces, utilisé en champ réduit est représenté dans deux

positions 47 et 47 ', la position 47 ' étant celle de rô-

le actif En corrélation avec l'existence des deux tam-

bours, le dispositif comprend deux systèmes de trans-

port d'image du détecteur 14 L'un utilisé en champ normal, comporte l'élément optique convergent 55, le miroir de renvoi 53, l'élément optique convergent 51,

l'image du détecteur 14 se formant en 49 L'autre uti-

lisé en champ réduit comporte de la même façon l'élé-

ment convergent 55, le miroir de renvoi 54, l'élément convergent 52, l'image du détecteur 14 se formant en 50. La figure 5 est la projection de la figure 4 parallèlement à l'axe 48 des tambours limitée à la représentation du tambour 46, au miroir de champ 44, dont la face arrière est réfléchissante, à l'axe 45 de

rotation du miroir de champ ainsi qu'à la ligne d'ana-

lyse 13 en champ normal dont les extrémités sont 57 et 58 La figure 6 est aussi la projection de la figure 4 mais le dispositif fonctionnant en champ réduit Les extrémités de la ligne analysée 13 sont 59 et 60 Les propriétés du dispositif et son fonctionnement sont

analysés ci-après dans un certain nombre de ses varian-

tes données à titre d'exemple.

Le changement de champ normal en champ réduit est obtenu par les trois mouvements suivants a) translation des deux tambours des positions 46, 47 aux positions 46 ', 47 ' le long de leur axe commun 48; b) translation du bloc composé des éléments convergents 51 et 52 et des miroirs 53 et 54 perpendiculairement au plan de la figure 4 de façon à amener soit l'axe optique 39 de 51 soit l'axe optique 38 de 52 dans le plan de la figure 4;

c) modification de l'amplitude de rotation des deux mi-

roirs de trame et champ respectivemenet 42 et 44 au-

tour des axes 43 et 45.

La position de l'image 49 du détecteur et le rayon du tambour utilisé en champ normal (en position 46) ainsi que la position de l'image 50 et le rayon du tambour utilisé en champ réduit (en position 47 ') ont été choisis de telle façon que les lignes d'analyse

57-58 et 59-60 soient exactement confondues, le change-

ment de champ d'analyse n'introduisant aucune défoca-

lisation. Le rapport des distances focales de 51 et 52, ainsi que les rayons des tambours 46 et 47 sont choisis de telle sorte que l'image 50 du détecteur soit plus petite que l'image 49 afin que la vitesse de

défilement de l'image du passage dans le plan du dé-

tecteur 14 soit la même en champ normal et en champ réduit. Le nombre de faces des tambours 46 et 47 a été choisi de telle façon que la ligne d'analyse 59-60

soit plus courte et contienne moins de points d'ana-

lyse que la ligne d'analyse 57-58 et que le rendement

d'analyse soit aussi élevé que possible tout en conser-

vant la même ouverture 37 de faisceau convergent sur l'image 49 ou 50 du détecteur Il est également choisi de façon à analyser un nombre d'images par seconde compatible avec le standard de télévision d'affichage

de l'image grâce à un traitement électronique appro-

prié (décrit ultérieurement).

Le miroir de champ 44 est de préférence un

miroir catadioptriaue dont la face arrière 44 ' est ré-

fléchissante Comme dans la demande de brevet N O 78 31 352 précitée, ce miroir de champ conjugue, d'une part, la pupille de sortie de l'objectif 41 avec la pupille d'entrée 61 de l'analyseur et d'autre part

la surface focale de l'objectif 41 avec la ligne ana-

lysée 57-58 La pupille 61 est virtuelle En champ nor-

mal elle est sensiblement située sur la face de tam-

bour 46 De cette façon elle définit un faisceau fixe issu du point fixe 49 vers la lentille 51 puis vers le

détecteur 14 Ainsi le faisceau 37 tombant sur le dé- tecteur 14 est fixe Le champ de vue du détecteur est

minimal et la détectivité du détecteur est optimalisée.

En champ réduit, la pupille d'entrée de l'analyseur

est toujours 61 Elle est encore virtuelle comme indi-

qué à la figure 6 Les rayons extrêmes du faisceau 62 et 63 issus de l'extrémité 59 de la ligne d'analyse 13, après réflexion sur le miroir de champ 44 s'appuient

sur la pupille 61 puisque le miroir de champ est inclin-

gé Après réflexion sur la face 24 du tambour 47, ces rayons semblent venir du point 50 image du détecteur 14 On voie que lorsque le tambour tourne, le faisceau , 66 est mobile à l'intérieur du faisceau 65, 67 En choisissant convenablement différents paramètres de construction on s'arrange pour que le champ sur l'image

*du détecteur soit le même dans les deux configurations.

En champ normal, le faisceau convergent sur le d 6 tec-

teur est fixe tandis qu'en champ réduit ce faisceau est

mobile mais toujours inclus dans le faisceau précédent.

L'amplitude du miroir 42 d'analyse trame est

réduite dans le rapport des longueurs des lignes d'ana-

lyse 57-58 et 59-60 de manière à conserver le même for-

mat d'image lorsque l'on passe du champ normal au champ réduit Le miroir de champ 44 subit la même réduction dtamplitude oue le miroir 42 - Ces deux miroirs sont par exemple mécaniquement liés Le mouvement de rotation du miroir de champ est destinés classiquement à conserver la conjugaison de la pupille de sortie de l'objectif avec la pupille d'entrée 61 de l'analyseur dans le sens trame En effet, le mouvement du miroir trame 42 rend mobile l'image de la pupille de sortie de l'objectif 41

vue par réflexion sur le miroir 42.

Le nombre de lignes d'analyse balayées par

seconde est plus grand en champ réduit qu'en champ nor-

mal Chaque face des tambours 46 ou 47 balayant une li-

gne d'analyse, le nombre de lignes balayées est propor-

tionnel au nombre de faces des tambours lorsque ceux-ci tournent à la même vitesse Il est évidemment pratique de ne pas modifier la vitesse des tambours lorsque l'on change de champ Il est pratique aussi d'avoir un axe de rotation commun aux deux tambours Or, du fait du choix du nombre de faces des tambours 46 et 47, le nombre de points par ligne est plus faible en champ

réduit qu'en champ normal Il s'ensuit qu'en champ ré-

duit l'image doit contenir moins de lignes d'analyse si l'on veut conserver le rapport du nombre de lignes au

nombre de points par ligne pour le même format d'image.

Ceci signifie qu'il faut analyser en champ réduit, si les tambours 46 et 47 ont même vitesse, un plus grand

nombre d'images par seconde qui ne seront plus analy-

sées au standard de télévision Pour conserver le standard télévision à la visualisation, l'invention propose de stocker les diff 6 rentes images analysées dans une mémoire d'image unique dans laquelle est faite la somme point par point de toutes les images analysées

pendant le temps d'une trame de télévision, puis de re-

lire cette mémoire au standard télévision L'invention propose également d'utiliser un moniteur de télévision multistandard dont les caractéristiques de balayage soit liées à celles de l'analyse dans chaque champ Dans ce

cas la sommation des informations correspondant à cha-

que point se fait grace à la rémanence du tube cathodi-

que et de l'oeil de l'observateur Il est avantageux d'afficher l'image réduite avec les mêmes dimensions que l'image normale En effet, la modulation de la fonction de transfert (e IFT) du moniteur de télévision intervient dans la portée d'une cam 6 ra thermique Du fait du grandissement de l'image sur le moniteur, l'effet de cette MFT est moins sensible L'affichage de l'image réduite sur le moniteur de télévision avec les mêmes dimensions que l'image normale, N 6 cessite

d'afficher plusieurs fois chaque point et chaque ligne.

Pour le stockage dans la mémoire d'image, l'invention

propose plusieurs variantes.

Une première variante est décrite en réfé-

rence à la figure 8 En ordonnées d'un système d'axes rectangulaires et indiquée l'amplitude O du balayage

du miroir trame en fonction du temps indiqué en abscis-

se En champ normal cette amplitude varie selon une succession d dents de scie linéaires identiques telle que 81 En champ réduit, la fr 6 quence d'analyse trame est augmentée et l'amplitude réduite de telle sorte que celle-ci varie suivant la succession de dents de

scie linéaires telle que 82 de durée inférieure à 81.

L'augmentation de fréquence et la réduction d'ampli-

tude sont choisies de telle sorte que le rapport du nombre de lignes au nombre de points par ligne soit le

même en champ réduit qu'en champ normal A la visua-

lisation du champ réduit, on affiche plusieurs fois la même ligne pour avoir le même nombre de lignes sur le

moniteur de télévision.

Selon une seconde variante on augmente éga-

lement la fréquence de balayage trame et onréduit son amplitude comme précédemment, la durée de la dent de scie 81 étant encore un multiple entier de celle de 82,

mais l'augmentation de fréquence et la réduction d'am-

plitude sont choisies de telle sorte à conserver le me-

me nombre de lignes en champ normal et en champ réduit.

La visualisation du champ réduit est plus simple puis-

qu'il n'y a pas à afficher plusieurs fois la même ligne

comme selon la première variante, mais la mémoire d'ima-

ge doit être de plus grande capacité.

Selon une troisième variante, on ne modifie pas la fréquence trame mais on réduit l'amplitude du balayage trame comme précédemment On s'arrange pour que n lignes successives analysent la même ligne de l'image de façon à pouvoir en faire la somme en les stockant

dans une mémoire d'image Une première façon de réali-

ser cette variante est expliquée en référence à la fi-

gure 9 Sur cette figure 9, la dent de scie 81 repré-

sente, comme sur la figure 8, l'amplitude t de balayage trame en champ normal en fonction du temps En champ réduit l'amplitude de ce balayage trame est représentée par la succession de marches d'escalier 91, N lignes

étant balayées à chaque pas Une deuxième façon de réa-

liser cette troisième variante consiste à conserver un balayage trame linéaire mais de réaliser un tambour 47 dont N faces sucessives sont différemment inclinées d'un petit angle par rapport à son axe de rotation de façon que les N lignes correspondantes analysent une ligne unique dans l'espace objet Le tambour 47 doit a

alors avoir un nombre de faces multiples de N; d'au-

tre part, l'enregistrement dans la m 6 moire doit être

synchronis 6 avec la position du tambour de façon à fai-

re la somme des lignes correspondant à la même ligne de

l'espace objet.

Le tableau ci-après résume les principales

caractéristiques du mode de r 6 alisation du dispositif de balayage représent 6 à titre d'exemple sur les figu-

res 4, 5, 6 et compare les performances en champ normal et champ réduit, les notations étant celles utilisées

pour les expressions de NETD et NE Tp.

Nature de la caractéristique: Cham nornmal::Champ réduit Champ élémentaire d'analyse:" V et W: (V et:Hi

_ 9

Nombre de points dans la li-

gne Champ horizontal total

Nombre de lignes dans l'i-

mage Champ vertical to- tal

Rendement de balayage ho-

rizontal

Rendement de balayage ver-

tical Nombre de lignes balayées par seconde Fréquence image Bande passante NETD NE Tp Distance de reconnaissance Distance d'identification N p H N P N " e-

* NT

C.H:Tn) * o : 2

: V 1

: 4 P H V N Fi à f : 1 : 1 : d r : d. i 2 f 11 Pv 4 N : 8 Fi : 4 f

: W

V r : 2 1,4 dr : z 1,l di 3 o

La figure 7 représente une variante dans la-

quelle la visualisation est obtenue par des diodes élec-

troluminescentes Ce schéma diffère du schéma de la fi-

gure 4 par un objectif 41 ' fonctionnant à la longueur d'onde de la visualisation dont la distance focale est

égale ou différente de celle de l'objectif 41 fonction-

nant à la longueur d'onde de l'analyse Une lame dich-

roique 78 réfléchit par exemple la longueur d'onde d'a-

nalyse et transmet la longueur d'onde de visualisation (ou inversement) Il en est de même de la lame 79 Les

diodes électroluminescentes 14 ' ont la même configura-

tion que le détecteur ilú et sont disposées symétrique-

ment par rapport à 79, chaque détecteur étant relié à la

diode électroluminescente homologue par une chaîne 6 lec-

trique d'amplification non représentée Les rayons d'a-

nalyse et de visualisation sont confondus dans tout le trajet optique de l'analyseur compris entre les lames dichroiques 78 et 79 Tout les défauts de réalisation,

de synchronisation des balayages, de vibrations parasi-

tes sont ainsi automatiquement compensés et l'image res-

tituée est exactement identique à l'image analysée Il est évident que ce système optique ne peut fonctionner

que si le système est achromatisé pour les deux lon-

gueurs d'ondes d'analyse et de visualisation Il est avantageux d'utiliser des transports à miroirs plutôt qu'à lentilles comme il est représenté figure 8 pour la

clarté du schéma La visualisation peut être soit direc-

te à l'oeil nu ou par l'intermédiaire d'une lunette visi-

ble grossissante ou non derrière l'objectif 41 ', soit par

l'intermédiaire d'une reprise par une caméra de tél 6 vi-

sion placée derrière l'objectif 41 '.

Dans les deux cas, le système d'analyse peut fonctionner à un standard quelconque sans rapport avec le standard de la télévision Le passage du champ en champ

réduit ne pose aucun problème de visualisation La somma-

tion des images est effecutée soit par l'oeil, soit par

le vidicon d'une caméra de télévision.

Claims (14)

REVENDICATIONS:

1 Dispositif de balayage opticomécanique bidi-

mensionnel d'au moins deux champs de vision de dimen-

sions différentes inclus les uns dans les autres, l'un dit normal, l'autre réduit et de visualisation desdits champs du genre comportant, dans l'ordre de propagation de la lumière depuis le champ de dision, un système

d'objectif, un réflecteur plan placé en faisceau con-

vergent entre l'objectif et son plan focal pouvant bas-

culer autour d'un axe parallèle à sa face réflectrice

pour le balayage du champ dans ledit plan focal de l'ob-

jectif selon une première direction dite trame, un mi-

roir de champ, un système de balayage du champ dans le plan focal de l'objectif selon une seconde direction, dite ligne, perpendiculaire à la direction trame du genre à tambour tournant à facettes réfléchissantes, un système de transport d'image de détecteur, un détecteur

fixe a un ou plusieurs éléments, un système de visuali-

sation de l'image infrarouge, le miroir de champ étant mobile autour d'un axe parallèle & celui du miroir de

balayage trame et rabattant le faisceau vers le syst A-

me de balayage ligne et conjuguant, d'une part, la pu-

pille de sortie de l'objectif avec la pupille d'entrée

du système de balayage ligne et, d'autre part, la sur-

face focale de l'objectif avec les lignes analysées, le e tambour tournant du système de balayage- ligne étant placé en faisceau convergent dans le transport d'image

du détecteur, l'image du détecteur dans chaque face ré-

fléchissante du tambour tournant analysant une ligne du champ)caractérisé en ce que

l'objet est unique et fonctionne avec la même ouver-

ture en champ normal et en champ réduit, le système d'analyse trame utilise pour les champs normal et réduit le même miroir réflecteur avec une amplitude de basculement respectivement plus grande et plus petite en champ normal et champ réduit, en liaison avec l'amplitude respectivement plus grande et plus petite du basculement du miroir de champ,

le système de balayage ligne utilise un tambour dif-

férent en forme et (ou) position par rapport à l'ima-

ge du détecteur par le transport d'image pour chacun

des champs, l'axe de rotation du tambour restant pa-

rallèle à lui-même, des moyens permettant la substi-

tution d'un tambour à l'autre, les lignes analysées ayant le même rayon de courbure en champ normal et en champ réduit mais les longueurs différentes, le transport d'image du détecteur comporte deux voies

optiques affectées chacune à l'un des champs, lesdi-

tes voies pouvant comporter des éléments communs et des éléments non communs, des moyens permettant la

substitution des éléments non communs les uns aux au-

tres, le détecteur est pourvu d'un champ de vue identique en champ normal et réduit, le faisceau convergent sur le détecteur en champ normal étant fixe tandis que le faisceau convergent sur le détecteur est mobile en

champ réduit et inclus dans le faisceau précédent.

2 Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que les voies optiques du transport d'image du détecteur sont confondues et en ce que le tambour du système d'analyse ligne est

indéformable d'un champ à l'autre et occupe, pour cha-

cun des champs, des positions se déduisant l'une de l'autre par translation dirigée parallèlement à la perpendiculaire de l'image du détecteur sur l'axe de rotation du tambour, les distances d de ladite image

audit axe relatives à ces positions étant celles don-

nées par la branche supérieure de la courbe M de la figure 3 et correspondant à une meme valeur de rayon de courbure de ligne analysée dans la surface focale

de l'objectif.

3 Dispositif selon la revendication 2, carac-

térisé en ce que le rayon r de ligne analysée a une valeur proche de celle du minimum présenté par la branche supérieure de la courbe M de la figure 3 et en

ce que l'amplitude du champ de vision réduit est con-

tinûment variable, la translation de l'axe de rotation étant continue et de sens constant, ladite translation correspondant à une distance d allant en décroissant

depuis la valeur positive relative au champ normal.

4 Dispositif selon la revendication 1, carac-

térisé en ce aue les tambours de balayage ligne sont

différents de forme, celui relatif au champ réduit com-

portant un plus grand nombre de facettes réfléchissan tes, les deux tambours ayant un axe de rotation commun, les deux voies optiques du transport d'image ne sont pas confondues la distance d de l'image du détecteur l par ledit transport d'image à l'axe de rotation étant

positive et négative pour respectivement le champ nor-

mal et le champ réduit.

Dispositif selon la revendication 4, carac-

térisé en ce que les tambours tournent à la même vites-

se, leurs rayons respectifs et les grandissements des

deux voies optiques du transport d'images sont propor-

tionnés de telle sorte que l'image du détecteur sur la ligne analysée soit plus petite en champ réduit qu'en champ normal et que la vitesse de défilement de l'image dans le plan du détecteur soit la même en champ normal

qu'en champ réduit.

6 Dispositif selon la revendication 5, carac-

térisé en ce que le nombre respectif de faces de chacun des tambours est tel que la ligne analysée en champ réduit contienne moins de points d'analyse qu'en champ normal et aue le rendement d'analyse soit le plus élevé possible.

7 Dispositif selon les revendications 5 et 6,

caractérisé en ce que les amnlitudes de basculement des miroirs, respectivement de trame et de champ, en champ normal et champ réduit sont dans le rapport des longueurs des lignes d'analyse pour les mêmes champs de manière à conserver le même format d'image d'un

champ à l'autre.

8 Dispositif selon l'une des revendication 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de visualisation de

l'image du champ comporte un moniteur de tél 6 vision mul-

tistandard dont les caractéristiques de balayage sont celles de l'analyse en champ respectivement normal et

1 O réduit.

9 Dispositif selon l'une des revendications 5

à 7, caractérisé en ce que les moyens de visualisation de l'image du champ comporte un moniteur de télévision

de standard unique dont les caractéristiques de bala-

yage sont celles d'analyse en champ normal, les images en champ normal étant directement affichées sur ledit moniteur tandis qu'avant affichage sur le moniteur de télévision les images en champ réduit, dont le nombre par seconde est plus grand qu'en champ normal, sont au

préalable stockées dans une mémoire unique dans laquel-

le est faite la somme point par point des images analy-

sées pendant le temps d'un balayage trame du moniteur, ladite mémoire étant relue selon les caractéristiques

de balayage du moniteur.

10 Dispositif selon la revendication 9, carac-

téris 6 en ce qu'en champ réduit la fréquence d'analyse trame et l'amplitude du balayage sont telles que le

rapport du nombre de lignes au nombre de points par li-

gne soit le même qu'en champ normal, et en ce qu'après

stockage dans la mémoire, à la visualisation sur le mo-

niteur, la même ligne est affichée plusieurs fois pour avoir le même nombre de lignes sur le moniteur qu'en

champ normal.

11 Dispositif selon la revendication 9, carac-

t&risé en ce qu'en champ réduit la fréquence d'analyse

trame et l'amplitude de balayage sont telles à conser-

ver le même nombre de lignes en champ réduit qu'en champ normal, puis après stockage dans la m&moire/à la visualisation, chaque ligne est affichée une seule fois.

12 Dispositif selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que la fréquence d'analyse trame est la même en champ réduit qu'en champ normal, l'amplitude du

balayage trame étant réduite et variant pas-à-pas de ma-

nière aue l'analyseur ligne analyse N fois la même li-

gne de l'image.

13 Dispositif selon la revendication 9, carac-

térisé en ce que la fréquence d'analyse trame est la

même en champ réduit qu'en champ normal, en ce que l'am-

plitude du balayage trame en champ réduit varie linéai-

rement en fonction du temps comme en champ normal, mais en ce qu'en champ réduit N faces successives du tambour sont différemment inclinées d'un même petit angle par rapport à l'axe de rotation de facon que les N lignes correspondantes analysent une même ligne dans l'espace objet, le nombre de faces du tambour étant un multiple

de ni, des moyens permettant la synchronisation de l'en-

registrement dans la mémoire avec la position du tam-

bour, de manière à faire la somme des Jgnes correspon-

dant à la même ligne de l'espace objet.

ik Dispositif selon l'une des revendications 1

à 7, caractérisé en ce que pour la visualisation le

dispositif est muni à l'entrée, entre l'objectif d'ana-

lyse et le miroir trame, d'une première lame dichrolque

dont ia normale fait un angle avec l'axe optique du dis-

positif et qui réfléchit le faisceau d'analyse vers le-

dit miroir de trame et, en sortie, du côté détecteur,

d'une deuxième lame dichroîque réfléchissant le fais-

ceau d'analyse vers le détecteur, ladite deuxième lame

dichro que faisant un angle avec l'axe optique du dis-

positif, d'une diode ou d'une mosaïque de diodes élec-

troluminescentes placée symétriquement au détecteur à

un ou plusieurs éléments par rapport à la deuxième la-

me dichrolque et commandée par le signal issu du dé-

tecteur, d'un objectif de visualisation placé à l'en-

trée du dispositif symétriquement a l'objectif d'ana-

lyse par rapport à la première lame dichroique, les-

dites première et seconde lardes dichroloues réfléchis-

sant la longueur d'onde d'analyse et étant transpa-

rentes à la longueur d'onde de la lumière émise par la diode.

15 Dispositif analogue à celui selon la reven-

dication 14, caractérisé en ce que les objectifs d'ana-

lyse et de visualisation sont échang 6 S en position de même que détecteur et diode, et en ce que les lames dichrolques sont transparentes a la longueur d'onde d'analyse et réfléchissent la longueur d'onde émise

par la diode.