FR2779897A1 - Procede pour corriger les valeurs de gris d'images d'une camera numerique a infrarouge - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé pour corriger les valeurs de gris d'images d'une caméra numérique à infrarouge.Selon ce procédé pour corriger des valeurs de gris d'images d'une caméra comportant un détecteur bidimensionnel (20), les coefficients de correction pour chaque point d'image sont mémorisés dans une mémoire d'un système de traitement d'images (M-VIP 30), sont améliorés en permanence à l'aide d'un procédé de correction dynamique, et l'image située sur le détecteur (20) et le détecteur sont déplacés l'un par rapport à l'autre.Application notamment dans le domaine de la recherche, de la médecine et de l'industrie.
Description
La société AIM AEG fabrique, depuis les années 70, des détecteurs
d'infrarouge de haute qualité ainsi que les composants qui y sont associés, comme par exemple un dispositif de refroidissement et un système électronique d'exploitation. On utilise les détecteurs dans le domaine militaire, dans le domaine de la recherche, en médecine et dans l'industrie. Dans les détecteurs de la génération la plus récente, les éléments individuels sont disposés suivant une structure bidimensionnelle sur la surface et ne requièrent plus aucun scanner mécanique pour la formation d'images. Dans le détecteur bidimensionnel, l'image d'une scène peut être formée directement par un système optique approprié sur une plaquette photosensible. Les éléments individuels sont lus en série et sont réunis à nouveau, par le traitement électronique suivant des données pour former
une structure bidimensionnelle de données d'une image.
En raison de l'hétérogénéité du détecteur, liée à la technologie, un défaut d'image apparaît dans les éléments individuels. Les hétérogénéités qui apparaissent sont aussi bien invariables dans le temps que variables dans le temps. D'après le document allemand DE 197 15 983.4 on connaît un procédé pour corriger les valeurs de gris d'images d'une caméra numérique à infrarouge, selon lequel les coefficients de correction K pour chaque point d'image j du détecteur sont mémorisés dans une mémoire d'un système de traitement d'images. Le procédé connu comprend plusieurs étapes opératoires. Tout d'abord les valeurs de gris Uj sont détectées. Ensuite les valeurs de gris Uj de l'image sont corrigées à l'aide des coefficients de correction K dans le système de traitement d'images, et les valeurs de gris corrigées Ukj sont mémorisées temporairement. Après le filtrage des valeurs de gris corrigées Ukj par un filtre adaptatif M, qui agit localement, le défaut d'image subsistant ej est déterminé à l'aide des valeurs de gris Ukj de l'image corrigée non filtrée et des valeurs de gris F(Ukj) de l'image corrigée filtrée, et les coefficients de correction K sont améliorés à l'aide du défaut d'image subsistant déterminé ej. Enfin la mémorisation des coefficients de correction améliorés K dans la mémoire du système de traitement d'images est exécutée. Ce procédé connu présente cependant l'inconvénient consistant en ce que des objets fixes ayant une fréquence locale élevée, par exemple des bords, sont distingués à la longue au moyen du procédé de correction et sont introduits conjointement dans les coefficients de correction "améliorés". Dans le cas d'un changement de scène, il apparaît alors ce qu'on appelle des images fantômes qui sont provoquées par les coefficients de correction ameliorés". C'est pourquoi l'invention a pour but d'améliorer le procédé connu pour corriger les valeurs de gris d'images d'une caméra numérique à infrarouge de telle sorte que des objets fixes ayant une fréquence locale élevée n'ont aucune
influence sur les coefficients de correction.
Ce problème est résolu conformément à l'invention dans un procédé pour corriger les valeurs de gris d'images d'une caméra infrarouge numérique, comportant un détecteur bidimensionnel, selon lequel des coefficients de correction Kj pour chaque point d'image j sont mémorisés dans un système de traitement d'images et les coefficients de correction d'image Kj sont améliorés de façon permanente à l'aide d'un procédé de correction dynamique, caractérisé en ce qu'on déplace l'image située sur le détecteur et le détecteur l'un par rapport à l'autre. De ce fait, dans le cas de scènes statiques ayant des objets fixes avec une fréquence locale élevée, ces objets n'ont aucune influence sur l'amélioration des coefficients de correction étant donné que l'emplacement de la formation d'image sur le
détecteur varie.
Il est en outre prévu que l'image située sur le détecteur et le détecteur sont déplacés cycliquement l'un par rapport à l'autre. De ce fait le déplacement peut être
obtenu simplement au moyen de dispositions périodiques.
L'exploitation peut s'effectuer d'une manière simple correspondante. Dans un mode avantageux de mise en oeuvre du procédé, le déplacement de l'image s'effectue sur une fraction de la distance entre les pixels dans une direction
de déplacement relatif entre l'image et le détecteur.
Il est particulièrement avantageux que le
déplacement relatif de l'image s'effectue sur une demi-
distance entre les pixels dans la direction de déplacement.
Alors, dans le cas d'une préparation correspondante de l'information d'image, on obtient un doublement de la définition de l'image par rapport à la définition physique
du détecteur.
Dans un autre mode de mise en oeuvre, il est prévu que grâce au déplacement cyclique, des positions entre des pixels voisins sont tout d'abord occupées, puis des positions entre des pixels plus éloignés sont occupées. Ce mode particulier de déplacement de l'image sur le détecteur garantit que l'intervalle de temps entre les images est optimisé en rapport avec leur réunion pour former une image
complète ayant une définition supérieure.
Il est prévu de réunir respectivement quatre images
pour former une image complète ayant une résolution double.
Les coefficients de correction sont évalués pour chaque
image (partielle).
Dans une caméra numérique à infrarouge comportant un détecteur bidimensionnel et un système de traitement d'images, dans laquelle les coefficients de correction Kj pour chaque point d'image j du détecteur sont mémorisés dans une mémoire du système de traitement d'images et les coefficient de correction Kj sont améliorés en permanence à l'aide d'un procédé de correction dynamique, caractérisé en ce que dans le trajet du rayonnement de la caméra à infrarouge est disposé un micro- scanner, qui déplace
l'image sur le détecteur par rapport au détecteur.
D'autres caractéristiques et avantages de la
présente invention ressortiront de la description donnée
ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente la succession des positions du centre d'un point d'image de la scène autour de 4 points d'image du détecteur; - la figure 2 représente un schéma-bloc des composants de la caméra infrarouge; et - la figure 3 représente la synchronisation entre
le micro-scanner et l'unité de traitement d'image.
L'invention vise à améliorer des données d'image, qui ont été enregistrées avec des mosaïques de détecteurs d'infrarouge. On obtient cette amélioration à l'aide d'un dispositif optique, ce qu'on appelle un micro-scanner, qui déplace pas-à-pas l'information d'image qui arrive dans le système optique, en l'amenant dans différentes positions intermédiaires (figure 1) autour d'un point d'image, et ainsi réalise une exploration plus dense de la scène que ce qui correspondrait au nombre prédéterminé de points d'image du détecteur. Lors de chaque changement de position du micro-scanner, tous les points d'image de la matrice de détecteurs concernent chacun une autre position respective de la scène observée. L'information de la scène, qui arrive en un point d'image déterminé du détecteur, ne provient par conséquent plus spécifiquement d'un point de la scène, mais au contraire envoie d'une manière aléatoire le rayonnement infrarouge de différents points de la scène en un point
d'image. En raison de ce caractère aléatoire, le micro-
scanner fournit, en coopération avec le procédé de correction décrit dans la demande de brevet allemand 197 15 983.4, la possibilité de déterminer et de corriger des hétérogénéités du détecteur sans l'aide d'émetteurs de référence et sans déplacement dans la scène observée. Des objets fixes à fréquence locale élevée, par exemple des bords, n'ont alors aucune influence sur le procédé de correction, en raison du déplacement de l'image sur le détecteur. La figure 1 représente, d'une manière schématique, la succession des positions du centre d'un point de la scène de l'image après déviation par un micro- scanner 10 (voir figure 2). Sur la figure 1, en raison de la vue d'ensemble claire, quatre points d'image A-D du détecteur sont extraits à titre d'exemple, et les surfaces des éléments d'un détecteur actives pour le rayonnement
infrarouge sont caractérisées par des hachures.
Le micro-scanner 10 a besoin de plusieurs cycles de lecture de l'ensemble du détecteur pour réunir les images partielles, qui sont au nombre de quatre représentées sur la figure 1, pour former une image complète. L'image complète contient alors des données, qui ont été éclairées et lues à 4 instants différents. Des points d'image voisins sont associés, dans le cas d'un choix inapproprié de la succession des positions, à des instants qui sont séparés d'une durée correspondant jusqu'à la durée d'une image complète - habituellement environ 40 ms. Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, ceci serait alors le cas pour les positions 1 et 4 lorsque les quatre positions d'un cercle imaginaire sont atteintes successivement. La succession, qui diffère de cela et est représentée sur la figure 1, des quatre positions atteintes selon la séquence monotone 1, 2, 4, 3, qui se déroule dans le sens de rotation indiqué sous la forme d'une ligne circulaire, permet d'obtenir, dans le cas d'une lecture ligne par ligne d'une image selon le procédé expliqué précédemment, un intervalle de temps réduit au minimum entre l'exposition de l'une des quatre images partielles et de la lecture de deux lignes voisines et réduit au minimum l'intervalle de temps entre deux points d'image voisins respectifs. Des données d'image associées aux instants 1 et 2 ou 3 et 4 sont séparées respectivement par un quart de la durée de l'image complète. Les données d'image associées aux instants 1 et 4 ou 2 et 3 diffèrent d'une durée
correspondante à la moitié de la durée d'image complète.
L'intervalle de temps le plus long entre deux voisins les plus proches est par conséquent réduit du facteur 2 par rapport au cas d'une autre séquence sélectionnée. Cette caractéristique est importante pour la poursuite du traitement mécanique de données d'image, par exemple dans
des dispositifs de suivi.
L'image fournie par les détecteurs d'infrarouge comportant plus d'un élément et même des détecteurs à un seul élément présentent, dans le cas de la présence d'instabilités temporelles, des hétérogénéités en raison de tolérances inévitables dans la fabrication ou même de variations dans le temps. Les différents défauts apparaissent dans l'image sous la forme de variations de luminosité, qui ne disparaissent pas même lorsque l'on observe des scènes complètement homogènes sans la signature thermique respective. Les défauts conduisent par conséquent directement à des défauts d'image dans des scènes dynamiques et peuvent être formalisés en tant que distribution hétérogène d'un arrière-plan en tension continue (offset) et d'une allure d'amplification (gain) de points d'image individuels (pixels) par rapport au comportement moyen dans l'image. La suppression de ces défauts d'image (non uniformité) s'effectue à l'aide d'un matériel et d'un logiciel appropriés que l'on désigne comme étant le système NUC (système de correction de non uniformité). L'invention associe le système particulier NUC décrit dans le document allemand DE 197 15 983.4 et un micro-scanner et fournit les avantages suivants: ò L'étalonnage en usine du détecteur suffit pour corriger des hétérogénéités du détecteur en temps réel sans qu'il soit nécessaire de prévoir des dispositions coûteuses sur place ou même des scènes à mouvement rapide, rendues pseudo-aléatoires. * La capacité de compenser des instabilités temporelles dans le détecteur au moyen d'un algorithme d'observateur qui apprend de façon automatique et qui identifie et élimine des hétérogénéités nouvelles apparues, mais reçoit dans une très large mesure des informations de -7 scènes réelles, * l'augmentation de la définition géométrique du détecteur au moyen du micro-balayage moyennant une réduction
simultanée de l'intervalle de temps.
Le procédé permet de faire fonctionner également des détecteurs instables du point de vue thermique et dans le temps, comme par exemple des détecteurs au HgCdTe dans la bande de longueurs d'onde LWIR (8-10 pm) après la mesure précise, exécutée une seule fois, des détecteurs pour identifier toutes les hétérogénéités y compris des effets non linéaires sans étalonnage complémentaire réitéré, et ce sans avoir à s'accommoder d'une altération de l'image due à des hétérogénéités. Le procédé se règle en outre automatiquement sur des scènes dynamiques dans le cadre
dans lequel la mesure précise du détecteur a été réalisée.
Après un temps d'apprentissage correspondant le procédé peut fournir, grâce à l'algorithme d'observateur, des données de détecteur bien corrigées même dans le cas d'instabilités des conditions de fonctionnement ou de températures de la scène variant de façon importante, sans nécessiter un étalonnage complémentaire dans les conditions modifiées. Sur la figure 2 on a représenté schématiquement une unité de calcul. Le micro-scanner 10 est synchronisé au moyen d'une boucle PLL par le système externe qui poursuit le traitement (en 40). Cette boucle PLL introduite de l'extérieur fournit la possibilité de synchroniser différentes sources d'images, comme par exemple un canal
pour la lumière du jour et l'image infrarouge. Le micro-
scanner 10 reçoit à cet effet un signal FFS-S, qui appelle la première de par exemple quatre images partielles du détecteur, qui doivent être réunies ultérieurement pour former une image complète. Le micro-scanner 10 envoie pour sa part quatre impulsions de synchronisation d'image FFS- M au détecteur d'infrarouge 20 pour tirer de ce dernier respectivement une image pour les positions atteintes. Le détecteur d'infrarouge 20 envoie, en synchronisme avec son cycle temporel interne, quelques impulsions de ligne et quelques impulsions de démarrage d'image LS-DFS-D à l'unité de traitement d'image M-VIP 30. Le détecteur délivre en outre les données numérisées, dans l'exemple des données DD-0 - DD13 d'une profondeur de 14 bits, et une information indiquant que des données valables DV-D sont présentes à la sortie. L'unité de traitement d'image M-VIP 30 contient plusieurs processeurs de signaux numériques, désignés de façon abrégée par DSP, pour les problèmes décrits plus haut. Un processeur DSP corrige des données brutes délivrées - en aval d'une mémoire premier entré-premier sorti (FIFO) en tant que mémoire tampon asynchrone - à l'aide des coefficients de correction connus. Un second processeur DSP améliore continûment les coefficients de correction à l'aide du procédé connu. Un troisième processeur DSP trie les données d'une manière aussi précoce que possible ligne par ligne selon la séquence représentée
sur la figure 3 et les envoie à une mémoire FIFO de sortie.
D'autres mémoires premier entré-premier sorti (FIFO) sont présentes entre les différents processeurs DSP pour permettre un caractère non synchrone de toutes les opérations sur la même base de données d'image corrigées et
des coefficients de correction.
Le système externe fournit une impulsion de synchronisation pour la ligne d'image qui apparaît à
l'extérieur sous la forme d'une ligne de l'image complète.
Cette impulsion LS-S commute périodiquement une mémoire FIFO double de sorte que des données de sortie disposent toujours d'une mémoire FIFO pour le système externe de lecteur et d'une seconde mémoire FIFO pour l'unité de
traitement de données M-VIP pour l'écriture.
L'unité de traitement de données M-VIP 30 délivre au système externe une impulsion de démarrage d'image FS-V en tant qu'information indiquant que la première ligne
d'une nouvelle image complète peut être prélevée.
Les détails de la séquence temporelle sont
représentés schématiquement sur la figure 3.
Claims (8)
1. Procédé pour corriger les valeurs de gris d'images d'une caméra infrarouge numérique, comportant un détecteur bidimensionnel (20), selon lequel des coefficients de correction Kj pour chaque point d'image j sont mémorisés dans un système de traitement d'images et les coefficients de correction d'image Kj sont améliorés de façon permanente à l'aide d'un procédé de correction dynamique, caractérisé en ce qu'on déplace l'image située sur le détecteur (20) et le détecteur l'un par rapport à l'autre.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on déplace cycliquement l'image située sur le
détecteur (20) et le détecteur l'un par rapport à l'autre.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déplacement relatif de l'image s'effectue sur une fraction de la distance entre les pixels dans la direction
de déplacement.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déplacement relatif de l'image s'effectue sur la moitié de la distance entre les pixels dans la direction de déplacement.
5. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sous l'effet du
déplacement cyclique, tout d'abord des positions entre des pixels voisins sont occupées, puis des positions entre des
pixels plus éloignés sont occupees.
6. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 4 images sont
réunies pour former une image complète avec une définition doublée.
7. Procédé selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on applique les
coefficients de température à chaque image.
8. Caméra numérique à infrarouge comportant un détecteur bidimensionnel (20) et un système de traitement d'images (M-VIP 30), dans laquelle les coefficients de correction KD pour chaque point d'image j du détecteur sont mémorisés dans une mémoire du système de traitement d'images et les coefficient de correction Kj sont améliorés5 en permanence à l'aide d'un procédé de correction dynamique, caractérisé en ce que dans le trajet du
rayonnement de la caméra à infrarouge est disposé un micro- scanner (10), qui déplace l'image sur le détecteur (20) par rapport à ce détecteur.
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