FR2730577A1 - Procede et dispositif de correction des defauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un reseau de photodetecteurs - Google Patents
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Abstract
Le procédé comporte les étapes suivantes: -détermination des signaux représentant les différences voie à voie entre les signaux des photodétecteurs pris deux à deux analysant des lignes adjacentes de balayage de l'image, - construction des histogrammes des différences voie à voie, - extraction du mode principal de chaque histogramme qui donne une estimation de la tension relative de décalage existant entre les deux photodétecteurs concernés, - poursuite de ces modes principaux dans les images successives analysées par les photodétecteurs, et - correction, par les estimations des tensions relatives de décalage, des signaux de voie délivrés par les photodétecteurs. Il est remarquable par son efficacité sur une image infrarouge et par le fait qu'il ne nécessite pas de circuits spécifiques et peut être mis en oeuvre par un calculateur convenablement programmé.
Description
La présente invention est relative à la correction des lignes de bruit affectant une image engendrée par un réseau de photodétecteurs, barrette ou colonne, balayant un champ. Lorsqu'une image est obtenue à partir d'un réseau de photodétecteurs balayant un champ, elle est affectée, si aucune précaution particulière n'est prise, d'un réseau de rayures ou lignage parasite dans le sens de balayage du champ dû aux différences existant entre les tensions de décalage et les gains des différents photodétecteurs du réseau.
Il est connu, pour atténuer ce lignage parasite de modéliser le lignage présent dans l'image à partir de son observation sur un fond de scène neutre, gris uniforme puis de soustraire le modèle de lignage obtenu de l'image pour en faire disparaitre les lignes de bruit. Une telle solution a l'inconvénient de nécessiter une réactualisation périodique du modèle de lignage et, par conséquent une interruption périodique de l'image incompatible avec une utilisation continue d'une caméra.
II est également connu par le brevet français n" 2 662 283 de modéliser le lignage parasite par extraction des composantes stationnaires de l'image en utilisant une méthode par approximations successives mettant en oeuvre une représentation simplifiée du lignage faisant appel à des fonctions polynomiales formant un espace vectoriel et un algorithme des moindres carrés, puis de soustraire le modèle de lignage parasite obtenu de l'image. C'est une manière de faire relativement compliquée nécessitant une importante masse de calculs.
II est aussi connu d'extraire les différences entre valeurs moyennes de luminance entre deux photodétecteurs adjacents pour estimer les différences relatives de tensions de décalage des photodétecteurs et les corriger. L'inconvénient majeur de cette technique est d'obtenir de mauvais résultats lorsqu'il y a des variations de flux de scène d'une image à l'autre ou lorsque les défauts ne sont pas stationnaires, cela en raison des différences de gain existant entre les divers photodétecteurs du réseau.
La présente invention a pour but un procédé de correction des défauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un réseau de photodétecteurs, barrette ou colonne, qui soit bien adapté au traitement d'une image, notamment infrarouge, tout en ne nécessitant qu'une masse limitée de calculs.
Elle a également pour but un procédé de correction des défauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un réseau de photodétecteurs qui puisse éventuellement se passer d'une calibration.
Elle a pour objet un procédé de correction des défauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un réseau de photodétecteurs remarquable en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- détermination des signaux représentant les différences voie à voie entre les signaux des photodétecteurs pris deux à deux analysant des lignes adjacentes de balayage de l'image,
- construction des histogrammes des différences voie à voie,
- extraction du mode principal de chaque histogramme qui donne, par sa localisation, une estimation de la tension relative de décalage existant entre les deux photodétecteurs concemés,
- poursuite de ces modes principaux dans les images successives analysées par les photodétecteurs, et
- correction, par les estimations des tensions relatives de décalage, des signaux de voie délivrés par les photodétecteurs.
- détermination des signaux représentant les différences voie à voie entre les signaux des photodétecteurs pris deux à deux analysant des lignes adjacentes de balayage de l'image,
- construction des histogrammes des différences voie à voie,
- extraction du mode principal de chaque histogramme qui donne, par sa localisation, une estimation de la tension relative de décalage existant entre les deux photodétecteurs concemés,
- poursuite de ces modes principaux dans les images successives analysées par les photodétecteurs, et
- correction, par les estimations des tensions relatives de décalage, des signaux de voie délivrés par les photodétecteurs.
De manière préférentielle, la poursuite du mode principal d'un histogramme se fait, au moins à l'initialisation, en partageant l'histogramme en trois intervalles contigus, en sélectionnant l'intervalle le plus peuplé, en partageant l'intervalle sélectionné en trois sous-intervalles, en sélectionnant le sous-intervalle le plus peuplé et en recommençant les deux demières opérations jusqu'à ce que la largeur du sous-intervalle obtenu soit suffisamment petite ou que la population du sous-intervalle le plus peuplé devienne inférieure à un seuil.
De manière préférentielle, la poursuite du mode principal d'un histogramme se fait, en dehors d'une initialisation, par prédiction, en situant le mode principal dans un intervalle restreint de l'histogramme partagé en trois sous-intervalles, un sous-intervalle de centrage entouré de deux sousintervalles de cadrage de même largeur, en dénombrant les populations des sous-intervalles de cadrage et en déplaçant les trois sous-intervalles en direction de celui des deux sous-intervalles de cadrage qui est le plus peuplé.
Avantageusement, le procédé de correction des défauts de lignage peut être complété par une étape d'affinage mettant en oeuvre, lors de l'élaboration des signaux de différence voie à voie, des coefficients de correction de gain relatif déterminés par approximations successives de manière à réduire le plus possible la largeur du mode principal de l'histogramme correspondant, lesdits coefficients de correction de gain relatif étant utilisés avec les estimations des tensions relatives de décalage pour corriger les signaux de voie des photodétecteurs.
L'invention a également pour objet un dispositif de mise en oeuvre du procédé précité.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple.
Cette description sera faite en regard du dessin dans lequel:
- des figures 1, 2 et 3 illustrent trois types principaux de balayage possibles du champ d'une image avec une échelle de photodétecteurs;
- des figures 4a, 4b et 4c sont des diagrammes illustrant les amplitudes des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents au cours d'une ligne de balayage, la différence entre ces amplitudes et l'histogramme de cette différence échantillonnée au rythme des pixels;
- une figure 5 illustre les variations de forme et de position du mode principal d'un histogramme de la différence d'amplitude des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents en fonction de l'écart de gain existant entre lesdits photodétecteurs;
- une figure 6 est un schéma synoptique du procédé selon l'invention;;
- des figures 7 et 8 sont des schémas synoptiques détaillant des étapes du procédé illustré dans la figure 6;
- des figures 9, 10 et 11 illustrent, pour les trois types principaux de balayage du champ d'une image par une échelle de photodétecteurs, une image de calibration facilitant l'estimation des écarts de gain des photodétecteurs;
- une figure 12 est un diagramme représentant les amplitudes des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents au cours du balayage d'une image de calibration du type de celles montrées aux figures 9, 10 et Il ;et
- une figure 13 est un diagramme représentant l'histogramme de la différence des signaux représentés à la figure 12.
- des figures 1, 2 et 3 illustrent trois types principaux de balayage possibles du champ d'une image avec une échelle de photodétecteurs;
- des figures 4a, 4b et 4c sont des diagrammes illustrant les amplitudes des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents au cours d'une ligne de balayage, la différence entre ces amplitudes et l'histogramme de cette différence échantillonnée au rythme des pixels;
- une figure 5 illustre les variations de forme et de position du mode principal d'un histogramme de la différence d'amplitude des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents en fonction de l'écart de gain existant entre lesdits photodétecteurs;
- une figure 6 est un schéma synoptique du procédé selon l'invention;;
- des figures 7 et 8 sont des schémas synoptiques détaillant des étapes du procédé illustré dans la figure 6;
- des figures 9, 10 et 11 illustrent, pour les trois types principaux de balayage du champ d'une image par une échelle de photodétecteurs, une image de calibration facilitant l'estimation des écarts de gain des photodétecteurs;
- une figure 12 est un diagramme représentant les amplitudes des signaux émis par deux photodétecteurs adjacents au cours du balayage d'une image de calibration du type de celles montrées aux figures 9, 10 et Il ;et
- une figure 13 est un diagramme représentant l'histogramme de la différence des signaux représentés à la figure 12.
La figure 1 montre un balayage horizontal du champ d'une image Im avec une échelle verticale 1 de photodétecteurs 2. Ce balayage est obtenu en plaçant verticalement l'échelle 1 de photodétecteurs 2 dans le plan image d'un objectif et en la faisant défiler horizontalement. L'image engendrée est parasitée par un réseau de lignes rectilignes horizontales 3 dues aux différences de tension de décalage et de gain des photodétecteurs 2 qui intègrent le flux lumineux reçu et qui sont mis à zéro périodiquement au rythme des pixels analysés. Ce réseau de lignes parasites 3 diminue la lisibilité de l'image et l'efficacité des traitements de reconnaissance de forme susceptibles de lui être appliqués.
La figure 2 montre un balayage vertical du champ d'une image Im avec une échelle horizontale 3 de photodétecteurs 4. Ce balayage est obtenu en plaçant horizontalement l'échelle 3 de photodétecteurs 4 dans le plan image d'un objectif et en la faisant défiler verticalement. L'image engendrée est parasitée par un réseau de lignes verticales 5 également dues aux différences de tension de décalage et de gain des photodétecteurs 4 qui intègrent le flux lumineux reçu et sont mis à zéro périodiquement au rythme des pixels analysés.
La figure 3 montre un balayage circulaire du champ d'une image Im avec une échelle verticale 6 de photodétecteurs 7. Ce balayage est obtenu en plaçant l'échelle 6 de. photodétecteurs 7 dans le plan image d'un objectif, avec une de ses extrémités au centre de l'image, et en faisant toumer l'image sur elle-même au moyen d'un prisme ou d'un miroir tournant.
L'image engendrée est alors parasitée par un réseau de lignes circulaires 8 toujours dues aux différences de tension de décalage et de gain des photodétecteurs 7 qui intègrent le flux lumineux reçu et sont mis à zéro périodiquement au rythme des pixels analysés.
II existe également des modes de balayage composites horizontal et vertical utilisés lorsque l'échelle de photodétecteurs est d'une longueur insuffisante pour couvrir la hauteur ou la largeur de l'image. Par exemple, lorsque l'on dispose d'une échelle verticale de photodétecteurs insuffisante pour couvrir la hauteur de l'image, il est possible de procéder par une succession de balayages horizontaux sur toute la largeur de l'image séparés par des décalages verticaux de la longueur de l'échelle de photodétecteurs.
Dans tous ces modes de balayage d'une image à l'aide d'une échelle de photodétecteurs il apparaît un lignage parasite parallèle à la direction du balayage qui dégrade la qualité de l'image et qu'il importe de réduire le plus possible. Pour ce faire, on propose de se baser sur l'histogramme de la différence entre deux signaux issus de photodétecteurs adjacents.
La figure 4a représente les amplitudes des signaux engendrés par deux photodétecteurs adjacents de rangs k et k+1 au cours d'une ligne de balayage. Ces amplitudes représentent la luminance ou niveau de gris des pixels analysés. Elles contiennent la partie utile du signal, c'est-à-dire provenant du flux d'entrée (partie basse fréquence) et des bruits aux origines diverses (partie haute fréquence) tels que le bruit thermique, le bruit en 1/F, le bruit de quantification. Leurs variations ont des formes voisines car les photodétecteurs sont adjacents et reçoivent des flux lumineux comparables. Mais elles ne sont pas superposées en raison des différences de tension de décalage et de gain des photodétecteurs.
La figure 4b représente la différence entre les amplitudes des signaux engendrés par deux photodétecteurs adjacents représentées à la figure 4a.
La figure 4c représente l'histogramme de la courbe de la figure 4b échantillonnée au rythme des pixels. Cet histogramme présente un pic ou mode principal d'autant plus étroit et d'amplitude élevée que les deux signaux des deux photodétecteurs adjacents sont corrélés. Dans le cas contraire, par exemple de deux photodétecteurs éloignés dont les signaux ne sont pas corrélés, I'histogramme serait plat ou multimodal.
Si l'on considère le problème de façon théorique on peut admettre que le signal ski issu du détecteur de rang k pour le ième pixel d'une ligne de balayage et le signal sk+1i issu du détecteur de rang k+1 pour le ième pixel d'une ligne de balayage se mettent sous la forme::
g, et k étant le gain et la tension de décalage ou offset du photodétecteur de rang k, gk+1 et ok+1 étant le gain et l'offset du photodétecteur de rang k+1 adjacent au photodétecteur de rang k, qui étant le flux ou la luminance commun aux pixels de rang i dans deux lignes adjacentes de balayage visés par les photodétecteurs de rang k et k+1,
Bki étant le bruit sur le photodétecteur de rang k lorsqu'il vise le ième pixel d'une ligne de balayage, et Bk+i étant le bruit sur le photodétecteur de rang k+1 lorsqu'il vise le ième pixel d'une ligne de balayage.
g, et k étant le gain et la tension de décalage ou offset du photodétecteur de rang k, gk+1 et ok+1 étant le gain et l'offset du photodétecteur de rang k+1 adjacent au photodétecteur de rang k, qui étant le flux ou la luminance commun aux pixels de rang i dans deux lignes adjacentes de balayage visés par les photodétecteurs de rang k et k+1,
Bki étant le bruit sur le photodétecteur de rang k lorsqu'il vise le ième pixel d'une ligne de balayage, et Bk+i étant le bruit sur le photodétecteur de rang k+1 lorsqu'il vise le ième pixel d'une ligne de balayage.
Les deux bruits Bk et Bk.l1 regroupent les bruits de mesure des quantités sk et soit les bruits propres aux photodétecteurs (bruit de quantification et bruit électronique) et les flux considérés comme parasites qui ne sont vus que par un photodétecteur et un seul. On trouvera donc entre autres dans Bki le flux #ki reçu pour le ième pixel d'une ligne de balayage par le photodétecteur de rang k et non vu par le photodétecteur de rang k+1.
La différence Fik,k+, entre les signaux Sk+i et Ski délivrés par les photodétecteurs de rang k+1 et k pour le ième pixel d'une ligne de balayage s'exDrime alors Dar:
avec W,Bk+I et Bk les espérances mathématiques sur i ou les valeurs moyennes sur une ligne de balayage de cpi, Bk+i et Bki.
avec W,Bk+I et Bk les espérances mathématiques sur i ou les valeurs moyennes sur une ligne de balayage de cpi, Bk+i et Bki.
La différence Fikk+, entre les signaux sk+1i et Ski délivrés par les détecteurs de rang k+1 et k pour le ième pixel d'une ligne de balayage peut donc être décomposée en deux parties: une partie (1) indépendante du numéro de pixel dans une ligne de balayage et une partie (2) fonction de cet indice mais de valeur moyenne nulle. L'histogramme de l'ensemble des différences Fik,k+1, lors que l'indice i varie, a donc l'allure de la distribution de la partie (2) autour de la valeur de la partie (1) représentant le mode principal. La distribution de la partie (2) peut être multimodale en cas de scènes fortement structurées.Mais, du fait de la convolution de la scène par l'optique de prise de vue et par la largeur des photodétecteurs (les canaux sont fortement corrélés), les modes situés ailleurs qu'en zéro sont, dans la majeure partie des cas, secondaires et relativement larges.
On peut faire trois déductions à partir de l'expression précédente de la différence Fik,k+1 entre les signaux sk+1i et ski délivrés par les détecteurs de rang k+1 et k pour le ième pixel d'une ligne de balayage:
- Si les gains sont parfaitement connus et égalisés (9k+1-gk=0), la corrélation parfaite et les bruits nuls, la différence est égale à l'offset intrinsèque et l'histogramme présente une raie unique.
- Si les gains sont parfaitement connus et égalisés (9k+1-gk=0), la corrélation parfaite et les bruits nuls, la différence est égale à l'offset intrinsèque et l'histogramme présente une raie unique.
Fk,k+1i Fk,k+1i PARFAIT = (ok+1 - ok)
- Si la corrélation est parfaite et les bruits sont nuls, c'est à dire si seuls ne subsistent que l'offset et la différence de gain, il vient:
Fk,k+1iGAIN=(ok+1 -ok) (pic du mode principal)
+(g*+l-gt)rD (décalage du pic)
+(gk+1 - gk)(#i - #) (élargissement du pic)
On voit immédiatement la dépendance de la différence Fk,k+1i en . Une variation de l'espérance q' d'une trame à l'autre décale la position du pic du mode principal. II faut pouvoir le suivre d'où l'intérêt d'un algorithme de poursuite. On observe également l'apparition d'une distribution autour du pic du mode principal due au terme en (pi, avec des éventuels modes secondaires.
- Si la corrélation est parfaite et les bruits sont nuls, c'est à dire si seuls ne subsistent que l'offset et la différence de gain, il vient:
Fk,k+1iGAIN=(ok+1 -ok) (pic du mode principal)
+(g*+l-gt)rD (décalage du pic)
+(gk+1 - gk)(#i - #) (élargissement du pic)
On voit immédiatement la dépendance de la différence Fk,k+1i en . Une variation de l'espérance q' d'une trame à l'autre décale la position du pic du mode principal. II faut pouvoir le suivre d'où l'intérêt d'un algorithme de poursuite. On observe également l'apparition d'une distribution autour du pic du mode principal due au terme en (pi, avec des éventuels modes secondaires.
- Si la corrélation est imparfaite et si des bruits sont présents, il vient:
Fk,k+1i = Fk,k+1i GAIN
+(Bk+1 - Bk) (décalage du pic)
+(Bk+1i -Bk+1)-(Bki - Bk) (élargissement du pic)
Le pic du mode principal est de nouveau décalé et élargi par le bruit.
Fk,k+1i = Fk,k+1i GAIN
+(Bk+1 - Bk) (décalage du pic)
+(Bk+1i -Bk+1)-(Bki - Bk) (élargissement du pic)
Le pic du mode principal est de nouveau décalé et élargi par le bruit.
Quelles que soient les conditions et, notamment la distribution de la deuxième partie (2) de l'expression de la différence Fikk+, on minimise la puissance du lignage en adoptant pour offset le niveau du mode principal car celui-ci donne la valeur de la différence de niveau la plus fréquemment rencontrée au cours d'une ligne de balayage.
Dans le cas général, les gains des photodétecteurs sont à peu près connus (à 10 % près), la corrélation entre voies adjacentes est largement suffisante du fait des diverses convolutions (optique, largeur des détecteurs, arrangement des détecteurs sur la barrette) en amont ( > 0,8) et les bruits sont négligeables devant les structures de scène.
La largeur du mode principal est fonction de l'écart de gain entre les deux photodétecteurs considérés. En effet une estimation de cette largeur est donnée par var(F*i*+,) qui peut s'exprimer par
var(Fk,k+1i) = (gk+1-gk) var(#i) + var(Bk+1i - Bki) (3)
On peut exprimer d'une autre manière le terme var(Bt+,-Bj*) en remarquant que: Ski = gk#i + ok + Bki d'où: #i = (ski - ok - Bki)/gk or:
sk+1i = gk+1#i + ok+1 + Bk+1i
En remplaçant #i par sa valeur il vient:
d'où:
et la relation:
var(Fk,k+1i) = (gk+1-gk) var(#i) + var(Bk+1i - Bki) (3)
On peut exprimer d'une autre manière le terme var(Bt+,-Bj*) en remarquant que: Ski = gk#i + ok + Bki d'où: #i = (ski - ok - Bki)/gk or:
sk+1i = gk+1#i + ok+1 + Bk+1i
En remplaçant #i par sa valeur il vient:
d'où:
et la relation:
En remarquant que le rapport 9k+1/9k est proche de 1, on peut faire l'approximation suivante:
de sorte que l'on obtient::
ce qui s'exprime encore par:
de sorte que l'on obtient::
ce qui s'exprime encore par:
L'équation (3) peut donc se mettre sous la forme approchée:
Cela montre que le pic du mode principal est d'autant plus étroit (variance d'autant plus petite) que l'erreur de gain relatif est faible (ou que la puissance de flux est faible - cas de l'image homogène), et que les signaux issus de deux photodétecteurs adjacents sont corrélés.
La largeur du pic du mode principal dépend de la covariance entre les signaux sik et sik+1 des photodétecteurs de rangs k et k+1. Elle est maximum lorsque le facteur de corrélation vaut un. On a alors:
a( ) étant l'écart type, et l'élargissement apporté par le bruit est:
a( ) étant l'écart type, et l'élargissement apporté par le bruit est:
L'équation (3) montre également que la largeur du pic du mode principal est fonction de l'écart de gain entre deux détecteurs consécutifs.
On peut donc approximer la correction de gain qui élimine cet écart en retenant celle qui conduit à une largeur minimum du pic du mode principal.
Soit G,, cette correction de gain. La figure 5 montre les histogrammes obtenus sur la différence des signaux de deux photodétecteurs adjacents de rangs k et k+1 échantillonnée au rythme des pixels sur une ligne de balayage lorsque l'on fait varier la correction de gain Gkk+, appliquée au signal du photodétecteur de rang k+1 avant de lui soustraire le signal du détecteur de rang k. Sous l'effet de cette variation, le pic du mode principal se déplace le long de l'axe des abscisses gradué en flux lumineux ou niveau de gris en se déformant et en atteignant pour la valeur de correction optimale une forme 9 de hauteur maximale et de largeur minimale.
La figure 6 représente un schéma synoptique des étapes principales d'un procédé de correction de défauts de lignage basé sur l'étude précédente. De manière conventionnelle, les données eVou résultats sont inscrits dans des trapèzes tandis que les phases du procédé, c'est à dire les différentes étapes de traitement, sont inscrites dans des rectangles.
Le procédé comporte essentiellement six étapes et s'applique à un ensemble 10 d'échantillons de niveau de gris ou de luminance (ski) qui est délivré par une échelle (barrette ou colonne) de photodétecteurs de rang k pour les différents pixels de rang i d'une ligne de balayage et qui définit une trame d'image brute affectée d'un réseau de lignes parasites.
La première étape 11 consiste à extraire de l'ensemble 10 des échantillons (ski) les différences voie à voie:
des signaux six+, et sik délivrés sur une ligne de balayage par les photodétecteurs pris deux à deux et choisis de manière à être adjacents, I'un desdits signaux étant éventuellement corrigé par un coefficient de rattrapage d'écart de gain G+1.
des signaux six+, et sik délivrés sur une ligne de balayage par les photodétecteurs pris deux à deux et choisis de manière à être adjacents, I'un desdits signaux étant éventuellement corrigé par un coefficient de rattrapage d'écart de gain G+1.
La deuxième étape 12 consiste à faire les histogrammes Hk+, des différences voie à voie obtenues à l'étape précédente.
La troisième étape 13 consiste à localiser le mode principal dans chaque histogramme Ho+1.
La quatrième étape 14 consiste à déterminer les écarts d'offsets relatifs:
Ok.k+l = Gk.k+lxOk+1-Ok en fonction des positions des modes principaux.
Ok.k+l = Gk.k+lxOk+1-Ok en fonction des positions des modes principaux.
La cinquième étape 15 qui est facultative, consiste à approximer les coefficients de rattrapage d'écart de gain Gk,k+1 par leur influence sur la largeur des modes principaux.
La sixième et dernière étape 16 consiste à calculer les gains et offsets à appliquer à la ligne k+I Gappk+ et hOappk+ à partir des gains et offsets relatifs Gk.k+1 et k k+1 et des gains et offsets de corrections appliqués aux détecteurs de rangs inférieurs pour obtenir une image délignée 17.
La figure 7 détaille la troisième étape de localisation du mode principal de chaque histogramme. Celle-ci se fait selon une technique de prédiction secondée, en cas d'échec, par une recherche par approximations successives.
La technique de prédiction consiste à faire une hypothèse sur la localisation du mode principal basée sur la connaissance de sa localisation antérieure. Un test 130 permet de vérifier que le mode principal est bien à l'endroit prévu. II consiste à choisir un intervalle de variation relativement étroit partagé en trois sous-intervalles, un sous-intervalle de centrage encadré de deux autres sous-intervalles de cadrage de même largeur et à vérifier que le sous-intervalle de centrage est le plus peuplé.Si c'est le cas, hypothèse de localisation est adoptée et l'on passe à une étape 131 de détermination de la tendance de dérive de la localisation du mode principal par comparaison des populations et des niveaux moyens des deux sousintervalles de cadrage et à une étape 132 de prédiction de la prochaine localisation du mode principale consistant à modifier, à l'aide d'un filtre prédictif, l'hypothèse de localisation dans le sens de la dérive observée. Si, par contre le test 130 est négatif et montre que l'hypothèse sur la localisation du mode principal est erronée, on passe à une étape 133 de recherche par approximations successives de la localisation du mode principal.Celle-ci consiste à partager l'histogramme en trois intervalles contigus, à sélectionner l'intervalle le plus peuplé, à partager l'intervalle sélectionné en trois sous-intervalles, à sélectionner le sous-intervalle le plus peuplé et à recommencer les deux dernières opérations jusqu'à ce que la largeur du sous-intervalle obtenu soit suffisamment petite ou que la population du sous-intervalle le plus peuplé devienne inférieure à un seuil.
On adopte alors pour position du mode principal le niveau moyen de ce sous-intervalle le plus peuplé.
La mise en oeuvre du procédé de correction de défauts de lignage qui vient d'être décrit ne nécessite pas la détermination des histogrammes complets des différences de voies adjacentes, ce qui pourrait s'avérer coûteux en temps de calcul, cela d'autant plus qu'il peut y avoir un grand nombre de couples de voies, mais se satisfait d'une détermination d'histogrammes des différences de voies adjacentes simplifiés, restreints à trois sous-intervalles se partageant une petite partie de la dynamique d'entrée dans le cas le plus fréquent où la technique de prédiction prévaut sur la technique de recherche par approximations successives.
Bien entendu, le nombre de sous-intervalles utilisés peut être supérieur à trois si l'on veut affiner la détermination de la localisation du mode principal. Cependant il faut bien voir que la quantité de calculs donc la rapidité du procédé dépendent du nombre de sous-intervalles pris en considération ainsi que de la précision désirée et de la finesse du pic du mode principal.
La localisation du mode principal par la technique de recherche par approximations successives, soit à l'initialisation, soit après un échec de la technique de poursuite par prédiction peut s'effectuer sur une seule trame (on travaille alors sur la même image), ou sur plusieurs trames successives, dans ce demier cas la recherche doit être effectuée à flux de scène stable (pas de mouvement de caméra).
Plutôt que de passer directement à la technique de recherche par approximations successives si le test de présence du mode principal à l'endroit prévu échoue, montrant un décrochage de la poursuite prédictive, il peut être avantageux d'élargir l'intervalle pris en considération dans la poursuite prédictive pour tenter de la raccrocher.
La figure 8 détaille la cinquième étape 15 d'approximation des coefficients de rattrapage d'écart de gain Gkk+,. Celle-ci se fait selon une technique d'approximations successives.
Elle commence par une étape 150 de modification de la valeur estimée de Gk.k.1 d'une quantité EkAG positive ou négative, selon le cas (gk égal à + ou -1) et se poursuit par une étape 151 de mesure de la largeur du mode principal et par une étape de test 152 de l'évolution de la largeur du mode principal. Si la largeur du mode principal augmente le signe k de la quantité AG est inversé par un inverseur de signe 153 avant que cette dernière ne soit de nouveau ajoutée à la valeur estimée de Gkk,, par retour à l'étape 150.Si la largeur du mode principal diminue, la quantité AG conserve son signe et est de nouveau ajoutée à la valeur estimée Gkk+, par retour à l'étape 150. Le processus est arrêté au bout d'un certain nombre d'itérations et repris périodiquement.
L'étape de test sur la largeur du mode principal consiste à reprendre l'intervalle partagé en trois sous-intervalles, un sous-intervalle centré sur le mode principal et les deux sous-intervalles de cadrage de même largeur et utilisé pour la localisation du mode principal, à évaluer les populations des sous-intervalles de cadrage et leurs niveaux moyens et à adopter l'écart de leurs niveaux moyens comme une estimation de la largeur du mode principal.
Les figures 9, 10 et 11 illustrent une image de calibration à deux zones homogènes contrastées, avec une ligne de séparation perpendiculaire au sens de balayage, facilitant l'estimation des écarts de gains entre photodétecteurs d'une échelle.
La figure 9 se rapporte au cas d'une échelle verticale 1 de photodétecteurs 2 balayant horizontalement le champ d'une image. L'image de calibration est dans ce cas une image présentant deux zones uniformes,
I'une 20 claire et l'autre 21 sombre1 séparées par une ligne rectiligne médiane verticale 22.
I'une 20 claire et l'autre 21 sombre1 séparées par une ligne rectiligne médiane verticale 22.
La figure 10 se rapporte au cas d'une échelle horizontale 3 de photodétecteurs 4 balayant verticalement le champ d'une image. L'image de calibration est dans ce cas une image présentant deux zones uniformes,
I'une 30 claire, I'autre 31 sombre, séparées par une ligne rectiligne médiane verticale 32.
I'une 30 claire, I'autre 31 sombre, séparées par une ligne rectiligne médiane verticale 32.
La figure 11 se rapporte au cas d'une échelle 6 de photodétecteurs 7 balayant circulairement le champ d'une image. Dans ce cas l'image de calibrage est une image circulaire présentant deux zones uniformes semi-circulaires, I'une 40 claire, I'autre 41 sombre, séparées par une ligne rectiligne diamétrale 42.
Dans les trois cas, deux photodétecteurs de rangs k+1 et k engendrent au cours du balayage des signaux sk+1 et sk présentant la forme d'une marche comme cela est représenté à la figure 12. L'histogramme de la différence des signaux sk+1i - ski de deux photodétecteurs adjacents de rangs k+1 et k présentent deux raies 50 et 51 dont la position dépend des différences d'offset et de gain des deux photodétecteurs. Plus précisément, la première raie 50 est due au balayage de la zone sombre et sa position P1 est donnée par la relation:
P1 = (ok+1 - ok) + (gk+1 - gk)#(+b1)
b1 étant du bruit, tandis que la deuxième raie 51 est due au balayage de la
zone claire de l'image de calibrage et a sa position donnée par la relation:
P2 =(ok+1 - ok) + (gk+1 - gk)#2(+b2) b2 étant du bruit.
P1 = (ok+1 - ok) + (gk+1 - gk)#(+b1)
b1 étant du bruit, tandis que la deuxième raie 51 est due au balayage de la
zone claire de l'image de calibrage et a sa position donnée par la relation:
P2 =(ok+1 - ok) + (gk+1 - gk)#2(+b2) b2 étant du bruit.
En corrigeant au préalable le signal du photodétecteur de rang
k+1 par un coefficient de rattrapage d'écart de gain Gkk,1 il vient:
P1c = (Gk,k+1ok+1 - ok) + (Gk,k+1gk+1 - gk)#(+b1) P2c = (Gk,k+1ok+1 - ok) + (Gk,k+1gk+1 - gk)#(+b2)
L'égalité des deux positions est obtenue pour: P2c - P1c = (Gk,k+1gk+1 - gk)(# - #)(+b) = 0 b étant du bruit.
k+1 par un coefficient de rattrapage d'écart de gain Gkk,1 il vient:
P1c = (Gk,k+1ok+1 - ok) + (Gk,k+1gk+1 - gk)#(+b1) P2c = (Gk,k+1ok+1 - ok) + (Gk,k+1gk+1 - gk)#(+b2)
L'égalité des deux positions est obtenue pour: P2c - P1c = (Gk,k+1gk+1 - gk)(# - #)(+b) = 0 b étant du bruit.
Comme les flux # et # sont différents, il vient: Gk,k+1gk+1 - gk = 0(-b/(# - #)) d'où: Gk,k+1 = gk+1/gk(+b/gk+1(# - #))
On obtient ainsi une estimation de l'écart de gain relatif du photodétecteur de rang k+1 par rapport au photodétecteur de rang k d'autant plus précise que les valeurs des deux flux # et # sont éloignées.
On obtient ainsi une estimation de l'écart de gain relatif du photodétecteur de rang k+1 par rapport au photodétecteur de rang k d'autant plus précise que les valeurs des deux flux # et # sont éloignées.
Pour palier aux inconvénients de non-linéarité du gain (gain fonction du flux), on recherchera le meilleur compromis en travaillant non plus avec deux plages de température mais avec n. Cette estimation des écarts de gain relatif entre photodétecteurs au moyen d'une image de calibrage se fait de la même manière que précédemment lorsque l'on opérait sur une image quelconque, c'est à dire par approximations successives guidées par une recherche du minimum de largeur du mode principal des histogrammes des différences deux à deux des signaux des photodétecteurs adjacents, mais elle est plus rapide car menée sur une image aux caractéristiques propices.
Elle peut être facilement effectuée en laboratoire en cours de mise au point ou bien avant chaque utilisatiori s'il existe dans le système une procédure d'autocalibration.
Le procédé de traitement d'image qui vient d'être décrit est particulièrement efficace pour le délignage d'une image infrarouge. II peut être mis en oeuvre par un calculateur convenablement programmé opérant sur les échantillons numérisés des signaux provenant d'une barrette ou colonne de photodétecteurs balayant une image et correspondant aux flux lumineux mesurés sur chaque pixel de l'image et ne nécessite pas de circuits spécifiques.
Claims (6)
1. Procédé de correction des défauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un réseau de photodétecteurs caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes:
- détermination des signaux représentant les différences voie à voie entre les signaux des photodétecteurs pris deux à deux analysant des lignes adjacentes de balayage de l'image,
- construction des histogrammes des différences voie à voie,
- extraction du mode principal de chaque histogramme qui donne par sa localisation une estimation de la tension relative de décalage existant entre les deux photodétecteurs concernés,
- poursuite de ces modes principaux dans les images successives analysées par les photodétecteurs, et
- correction, par les estimations des tensions relatives de décalage, des signaux de voie délivrés par les photodétecteurs.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poursuite du mode principal d'un histogramme se fait par prédiction, en situant le mode principal dans un intervalle restreint de l'histogramme partagé en au moins trois sous-intervalles, un sous-intervalle de centrage entouré de deux sous-intervalles de cadrage de même largeur, en dénombrant les populations des sous-intervalles de cadrage et en déplaçant les trois sous-intervalles en direction de celui des deux sous-intervalles de cadrage qui est le plus peuplé.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poursuite du mode principal d'un histogramme se fait en partageant l'histogramme en trois intervalles contigus, en sélectionnant l'intervalle le plus peuplé, en partageant l'intervalle sélectionné en trois sous-intervalles en sélectionnant le sous-intervalle le plus peuplé et en recommençant les deux dernières opérations jusqu'à ce que la largeur du sous-intervalle obtenu soit suffisamment petite ou que la population du sous-intervalle le plus peuplé devienne inférieure à un seuil.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'affinage mettant en oeuvre, lors de l'élaboration des signaux de différence voie à voie, des coefficients de correction de gain relatif déterminés par approximations successives de manière à réduire le plus possible la largeur du mode principal de l'histogramme correspondant, lesdits coefficients de correction de gain relatif étant utilisés avec les estimations des tensions relatives de décalage pour corriger les signaux de voie des photodétecteurs.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape d'affinage se fait en scrutant une image de calibrage comportant au moins deux bandes uniformes (20, 21) perpendiculaires à la direction de balayage, présentant des teintes de clartés différentes.
6. Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte:
- des moyens de détermination des signaux représentant les différences voie à voie entre les signaux des photodétecteurs pris deux à deux analysant des lignes adjacentes de balayage de l'image,
- des moyens de construction des histogrammes des différences voie à voie,
- des moyens d'extraction du mode principal de chaque histogramme qui donne par sa localisation une estimation de la tension relative de décalage existant entre les deux photodétecteurs concernés,
- des moyens de poursuite de ces modes principaux dans les images successives analysées par les photodétecteurs, et
- des moyens de correction des signaux de voie délivrés par les photodétecteurs, par les estimations des tensions relatives de décalage.
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|---|---|---|---|
| FR9501571A FR2730577B1 (fr) | 1995-02-10 | 1995-02-10 | Procede et dispositif de correction des defauts de lignage d'une image obtenue par balayage d'un champ par un reseau de photodetecteurs |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2730577A1 true FR2730577A1 (fr) | 1996-08-14 |
| FR2730577B1 FR2730577B1 (fr) | 1997-03-14 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998035497A1 (fr) * | 1997-02-07 | 1998-08-13 | Raytheon Company | Systeme d'imagerie thermique sprite |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4214271A (en) * | 1979-02-16 | 1980-07-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Technique for DC restoration in AC coupled display systems |
| EP0393763A1 (fr) * | 1989-04-18 | 1990-10-24 | Telecommunications Radioelectriques Et Telephoniques T.R.T. | Procédé de correction des dispersions des décalages présentés par les détecteurs photoélectriques et dispositif de correction utilisant un tel procédé |
-
1995
- 1995-02-10 FR FR9501571A patent/FR2730577B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4214271A (en) * | 1979-02-16 | 1980-07-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Technique for DC restoration in AC coupled display systems |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BARTLRTT T A: "Techniques for Pseudo -DC Restoration and Dynamic Range Enhancement of Scanned Infrared Imagery.", PROCEEDINGS OF THE SPIE - THE INTERNATIONAL SOCIETY FOR OPTICAL ENGINEERING, vol. 310, 27 August 1981 (1981-08-27), USA, pages 175 - 182 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998035497A1 (fr) * | 1997-02-07 | 1998-08-13 | Raytheon Company | Systeme d'imagerie thermique sprite |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2730577B1 (fr) | 1997-03-14 |
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