FR2701321A1 - Appareil permettant d'observer une particularité de détail éloignée de laquelle un rayonnement est reçu. - Google Patents

Abstract

Un système optique (4) dont l'ouverture est trop petite pour permettre la résolution de deux sources rapprochées (3A, 3B) se trouvant sur une cible éloignée (3) est conçu pour produire une image qui est suffisamment grosse pour s'étaler sur un certain nombre de capteurs (5) d'un réseau. La forme et l'orientation de l'image dépend du nombre et des orientations des sources, si bien que l'on peut utiliser le signal de sortie du réseau de capteurs pour identifier certains types de source.

Description

La présente invention concerne Les appareils servant à examiner une particuLarité de détail éloignée de laquelle un rayonnement est reçu, du type comprenant : un moyen de mise au point conçu pour focaliser Le rayonnement afin de former une image, et un moyen de détection conçu pour recevoir l'image et reconnaître des images de différentes formes et, ou bien, orientations.

Avec une petite source lumineuse éloignée, idéalement une source ponctuelle,et si l'on emploie un système de lentillesFourproduire une image de cette source, L'image réelle qui est formée n'est pas un point, mais une zone d'une étendue considérable, appelée la tache de diffraction d'Airy, dont les dimensions peuvent être calculéesen relation avec La taille de la lentille, sa distance focale et les lois de la diffraction. Ceci est montré dans "Principles of Optics" de Born et Wolf (2e édition révisée, 1964) aux pages 395 et suivantes.

En considérant ce qui vient d'être énoncé, on voit que, si deux sources ponctuelles sont très proches L'une de L'autre (telles qu'on les voit avec le système optique), il s'ensuit qu'elles ne peuvent pas obligatoirement être résolues dans le plan d'image, car Les deux images se chevauchent de manière importante. Une telle limite de résolution a été étudiée par Lord Rayleigh, qui a précisé les données d'un critère de résolution, comme décrit dans L'ouvrage ci-dessus mentionné à la page 415.

Ce critère est réel et a conduit à fixer une limite au grossissement que L'on peut employer dans un système optique en vue de La détection de petites sources rayonnantes éloignées. Avec des capteurs électro-optiques formant un réseau d'éLéments sensibles à La Lumière, ce critère est classiquement agencé de façon que
L'image d'une source ponctuelle distante soit d'une taille comparable à celle du capteur élémentaire. Toute grossissement optique allant au-delà du grossissement nécessaire pour obtenir ceci est fréquemment appelé, en langage vulgaire, "grossissement en vain", car la lumière entrante est alors répartie sur plusieurs détecteurs élémentaires, ce qui réduit le rapport signal-bruit au niveau de chaque élément détecteur et ne fait gagner aucune résolution supplémentaire pour La scène observée.

L'invention propose un appareil du type ci-dessus indiqué, caractérisé en ce que Le moyen de mise au point est ainsi conçu qu'il forme, à partir d'une particularité de détail qui est trop petite et, ou bien, trop éLoignée pour que les parties les plus largement séparées soient résolues par le moyen de mise au point, une image qui est suffisamment grande pour que le moyen de détection reconnaisse sa forme.

L'invention peut donc faire usage du "grossissement en vain" pour produire une image dont la forme, en meme temps quelle n'est pas une reproduction correcte de la forme de la particularité de détail examinée, permet néanmoins de déterminer une information utile, concernant par exemple le nombre de sources existant dans La particularité. En examinant la forme de L'image, iL est possibLe de distinguer par exemple entre une source ponctuelle unique, qui produira une image qui est symétrique autour d'un point et une paire de sources ponctuelles ou une source allongée (telle qu'un périscope immergé) qui ne donnent pas une image présentant cette symétrie.On peut donc utiliser la forme et l'orientation de cette image pour déduire des informations concernant Le nombre et, ou bien, la disposition angulaire de sources qui sont trop étroitement rapprochées pour être résoLues par le moyen de mise au point. Ceci permet d'identifier, à une distance plus grande que cela ne serait autrement possible, certains types d'objets tels que des cibles militaires, contenant des nombres et des configurations connus de capteurs optiques rétroréfléchissants.

Il serait possible pour le "moyen de détection" d'être balayé ou de balayer une image afin qu'il soit produit un signal de sortie qui pourrait ensuite être mis en corrélation avec certaines configurations emmagasinées représentant des types connus de cibles que l'on souhaite détecter. Toutefois, de préférence, le moyen de détection comporte un réseau d'observation fixe formé d'éléments de détection distincts conçu de façon qu'un certain nombre d'entre eux soit simultanément éclairé par L'image d'une source ponctuelle placée à l'infini afin de produire des signaux de sortie simultanés devant être ensuite comparés avec des configurations emmagasinées.

La lumière venant d'une source ponctuelle éloignée est formée en image par un système optique, non pas sous forme d'un point, mais sous forme d'un disque, entouré d'anneaux d'interférence,
La limite de résolution étant prise approximativement égale aux rayons de ce disque, soit 1,22 A/d. Si l'on utilise un système optique classique, le disque sera d'une plus grande luminance que les anneaux. Le moyen de détection peut être conçu pour ne réagir qu'au disque central, auquel cas le grossissement doit être tel que Le disque ait une dimension plus grande que la Limite de résolution du moyen de détection. Selon une autre possibilité, venant en remplacement, ou en addition, le moyen de détection peut être conçu pour répondre à La forme d'un ou plusieurs des anneaux.

Dans ce dernier cas, il peut être avantageux d'utiliser un dispositif optique du type qui renforce la Luminance des anneaux au prix de celLe du disque central. Un moyen d'obtenir cela est décrit à la page 142 de "Modern Interferometers", de C. Candler, pub lié en 1951 par Hilger and Watts.

ALors que l'on considère L'invention comme présentant un intérêt particulièr lorsque le rayonnement est optique, c'est-à-dire infrarouge, visible ou ultraviolet, Les mêmes principes s'appliquent naturellement à d'autres régions du spectre électromagnétique et, en fait, à d'autres types de rayonnement, par exemple un rayonnement acoustique.

Le moyen de mise au point sera normalement une lentille ou un système de lentilles, mais d'autres possibilités, par exemple des miroirs, peuvent également être mises en oeuvre. La "source ponctuelLe" peut émettre un rayonnement, ou simplement le réfLéchir.

Si L'on souhaite détecter de semblables réflecteurs plutôt que des émetteurs, il sera normalement souhaitable de prévoir une source d'éclairage appropriée. Celle-ci peut être codée pour permettre au moyen de détection de rejeter des réponses dues à la réflexion de la lumière ambiante par des surfaces non rétroréfléchissantes d'une cible.

Une manière de mettre en oeuvre L'invention va maintenant être décrite, à titre d'exemple, en relation avec les dessins annexés, parmi lesquels
- la figure 1 montre un système d'identification de cible optique conçu selon L'invention ; et
- la figure 2 mcntne une image formée par un autre système, également conçu selon l'invention.

On se reporte d'abord à La figure 1. Un système 1 d'identification de cible optique comporte une source de lumière infrarouge 2, sous forme d'un laser. Celui-ci est utilisé pour éclairer une cible éloignée 3 qui porte deux dispositifs optiques optiquement rétroréfléchissants, séparés d'une courte distance verticale, 3A et 3B, qui sont suffisamment petits pour être considérés comme des sources ponctuelles.

La lumière est réfléchie par le réflecteurs 3A et 3B et revient à l'appareil 1, où elle est reçue par une lentille 4 possédant une ouverture de rayon r. L'angle sous-tendu au niveau de la lentille par les réflecteurs 3A et 38 est trop petit pour permettre qu'une lentille possédant ce rayon d'ouverture produise la résolution des deux réflecteurs, mais, comme cela va apparaitre clairement, l'appareil est néanmoins susceptible d'identifier la cible comme étant du type qui porte deux réflecteurs verticalement disposés 3A et 3B.

Derrière la lentille 4, dans son plan focal, se trouve un réseau 5 de 8 x 8 capteurs de lumière infrarouge. L'écartement des capteurs du réseau et la distance focale de la lentille 4 sont tels qu'une source ponctuelle située à l'infini (et, par conséquent, L'une et L'autre des particularités 3A et 38) produira un disque lumineux circuLaire qui occupera un certain nombre des capteurs du réseau 5. Des anneaux d'interférence sont naturellement produits également, mais la lentille 4 est, dans cet exemple particulier, classique et les anneaux d'interférence sont d'une moindre intensité que le disque central. Les signaux de sortie venant des détecteurs éclairés par ces anneaux sont donc rejetés par des détecteurs de seuil 6.

Les deux disques produits par les deux sources se chevauchent l'un L'autre et ne peuvent donc être résolus. Toutefois, ils produisent ensemble une forme verticalement allongée 7 analogue à une forme ovale ou une etlipse qui est caractéristique de la présence de deux sources verticalement disposées, caractérisant le type de cible représenté en 3.

Une mémoire 8 contient des signaux identiques à ceux attendus de la sortie du réseau 5 pour différents types de cible.

Il sont alors mis en corréLation, en 9, avec te signal de sortie de 5 pour produire un signal de sortie de 9 lorsqu'une concordance a été détectée.

Dans un autre mode de réalisation de L'invention, la lentille 4 est du type précédemment décrit pour lequel le premier anneau d'interférence est plus brillant que le disque central. Ceci conduit à la formation sur Le réseau de détecteurs d'une configuration telle que représentée sur la figure 2, et la mémoire 8 est chargée à L'aide de signaux correspondant à de semblables configurations. Il faut noter que, dans cet autre système, la puissance de la lentille 4 ne doit pas nécessairement être telle qu'elle amène le disque central à éclairer plus d'un capteur. Le fait qu'il en soit ou non ainsi n'a pas d'importance, puisque toutes Les réponses données au disque central sont rejetées en 6 et que c'est L'anneau d'interférence qui constitue l"'image" dont la forme est détectée.

Il est donc simplement nécessaire que L'anneau d'interférence couvre suffisamment de capteurs pour que sa forme puisse être détectée.

Sur la figure 2, les anneaux sont représentés comme possédant des bords nets pour la facilité de la représentation, mais, en pratique, ils auront naturellement des bords diffus.

Avec un réseau de 8 x 8 détecteurs élémentaires, il faut un nombre très limité de configurations de cible pour détecter une corrélation et reconnaître une cible. Pour éviter la nécessité d'avoir un certain nombre de configurations de référence qui sont identiques et ne présentent que des changements d'échelle relativement à L'étendue de la cible, la lentille 4 du mode de réalisation représenté sera une lentille à grossissement variable, ou zoom, qui est commandée par un compteur 10 de manière à assurer qu'un nombre constant (par exemple 20) d'éléments produisent un signal qui dépasse Les niveaux de seuil défini en 6.

Dans le mode de réalisation représenté, chaque configuration contenue dans la mémoire 8 comporte une valeur pour chacun des soixante-quatre éléments du réseau de détecteur. Selon un autre système qui présente un grand angle de visée et beaucoup plus d'élé- ments dans Le réseau, chaque configuration contenue dans la mémoire 8 contient un nombre beaucoup plus petit de valeurs que le nombre total de capteurs du réseau. Ceci donne la possibilité de détecter plus d'une cible dans Le champ visuel.

Bien entendu, L'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'appareil dont la description vient d'être données à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de L'invention.

Claims (5)

REVENDICATIONS

1. Appareil servant à examiner une particularité de détail éloignée de laquelle un rayonnement est reçu, comprenant un moyen de mise au point (4) conçu pour focaliser le rayonnement afin de former une image ; et un moyen de détection (5, 6, 8) conçu pour recevoir L'image et pour reconnaître des images de différentes formes et, ou bien, orientations ; caractérisé en ce que le moyen de mise au point est ainsi construit et conçu qu'il forme, à partir d'une particularité de détail qui est trop petite et, ou bien, trop éloignée pour que Les particularités les plus largement séparées puissent être résolues par le moyen de mise au point, une image qui est suffisamment grande pour que le moyen de détection reconnaisse sa forme.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de détection comporte un réseau (5) d'éléments de détection distincts et en ce que L'image d'une source ponctuelle placée à l'infini,telle qu'elle est produite par le moyen de mise au point, est suffisamment grande pour éclairer plusieurs des éléments de détection.

3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de mise au point est conçu pour renformer l'inten- sité des anneaux de diffraction par rapport à la tache d'Airy centrale.

4. Appareil selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, servant à identifier des cibles (3) possédant certaines dispositions connues de particularités rétroréfléchissantes (3A et 3B) et comportant une source (2) de rayonnement servant à éclairer une cible (3), une mémoire (8) de configurations correspondant à des signaux de sortie du moyen de détection attendus de la part de certains types de cibles, et un moyen (9) servant à comparer le signal de sortie du moyen de détection avec les configurations emmagasinées afin de permettre l'identification d'une cible.

5. Appareil selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (10) permettant d'ajuster la puissance du moyen de mise au point de manière à maintenir constante la taille de L'image.