FR3136067A1 - High Resolution Image Synthesis Sensor device - Google Patents
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Abstract
CSHR, Capteur de Synthèse à Haute Résolution Le présent brevet d’invention concerne un dispositif de Capteur de Synthèse d’images Haute Résolution. L’innovation consiste en la maitrise des déplacements du capteur d’images dans un volume focal d’un objectif avec la possibilité de constituer une focale variable par variation de la distance capteur/objectif et un capteur de synthèse haute résolution par déplacement d’un capteur dans un plan parallèle à la lentille de sortie de l’objectif. La FIG.1 montre la composition des déplacements. Avec de telles caractéristiques, le CSHR, objet du présent brevet permet d’obtenir un capteur haute résolution par synthèse d’images issues d’acquisitions coplanaires. En outre, l’accès à la troisième dimension permet le ZOOM à résolution constante. Figure pour l’abrégé FIG.2CSHR, High Resolution Synthesis Sensor This patent of invention relates to a High Resolution Image Synthesis Sensor device. The innovation consists of controlling the movements of the image sensor in a focal volume of a lens with the possibility of creating a variable focal length by varying the sensor/lens distance and a high-resolution synthesis sensor by moving a sensor in a plane parallel to the output lens of the objective. FIG.1 shows the composition of the displacements. With such characteristics, the CSHR, the subject of this patent, makes it possible to obtain a high-resolution sensor by synthesis of images from coplanar acquisitions. In addition, access to the third dimension allows ZOOM at constant resolution. Figure for abstract FIG.2
Description
Le présent brevet d’invention concerne un dispositif de déplacement d’un capteur matriciel d’images dans le volume utile de focalisation d’un objectif piloté. Le dispositif de déplacement selon deux axes, d’un capteur dans le plan focal permet, par déplacement dans le plan (0,X,Y), de disposer d’un capteur de synthèse à très haute résolution (CSHR), le troisième axe (O,Z) du repère (O,X,Y,Z) permet de faire varier artificiellement la focale de l’optique par déplacement du capteur suivant un axe perpendiculaire au plan de la lentille de sortie de l’objectif .This patent of invention relates to a device for moving an image matrix sensor in the useful focusing volume of a controlled lens. The device for moving along two axes, a sensor in the focal plane allows, by moving in the plane (0,X,Y), to have a very high resolution synthesis sensor (CSHR), the third axis (O,Z) of the mark (O,X,Y,Z) makes it possible to artificially vary the focal length of the optics by moving the sensor along an axis perpendicular to the plane of the output lens of the objective.
Cette manière de procéder, objet de la présente invention, présente de nombreux avantages tant sur les aspects techniques que financiers. Le dispositif fonctionne avec un débit limité de transmission puisque le flux d’information est limité à une fraction du capteur CSHR. En outre, la consommation énergétique du CSHR est largement inférieure à celle d’un capteur de taille et de résolution globales équivalentes. Entre autres avantages, le système CSHR, objet de la présente invention, présente un intérêt technico-financier puisque le cout unitaire d’un CSHR est faible en comparaison d’un capteur d’image de taille et de résolution équivalentes. Il permet d’atteindre des niveaux de performances actuellement accessibles uniquement par des appareillages d’empreinte logistique largement supérieure.This way of proceeding, object of the present invention, presents numerous advantages both in technical and financial aspects. The device operates with a limited transmission rate since the information flow is limited to a fraction of the CSHR sensor. In addition, the energy consumption of the CSHR is significantly lower than that of a sensor of equivalent size and overall resolution. Among other advantages, the CSHR system, object of the present invention, is of technical and financial interest since the unit cost of a CSHR is low in comparison with an image sensor of equivalent size and resolution. It makes it possible to achieve performance levels currently only accessible by equipment with a much greater logistical footprint.
Le domaine de la vision digitale et des capteurs est en perpétuelle évolution et la résolution des capteurs ne cesse de s’accroître. Cette course au nombre de pixels est néanmoins freinée par le prix des technologies, la consommation énergétique, la complexité du traitement et du transfert d’images très résolues. L’approche CSHR, objet de la présente invention, permet la constitution d’un dispositif de vision à longue distance et de très haute résolution sur des zones d’intérêts, sans l’utilisation d’un capteur de très haute résolution. L’approche CSHR, objet de la présente invention, est à faible cout, évolutive et peut intégrer des traitements de signaux avancés sans nécessiter des ressources calculatoires déportées. Doté de telles caractéristiques polyvalentes optiques, mécaniques et électroniques le CSHR peut être utilisé comme un capteur déposé, autonome et télé-opérable.The field of digital vision and sensors is constantly evolving and the resolution of sensors continues to increase. This race for the number of pixels is nevertheless hampered by the price of technologies, energy consumption, and the complexity of processing and transferring very resolved images. The CSHR approach, the subject of the present invention, allows the creation of a long-distance and very high resolution vision device on areas of interest, without the use of a very high resolution sensor. The CSHR approach, the subject of the present invention, is low cost, scalable and can integrate advanced signal processing without requiring remote computational resources. Equipped with such versatile optical, mechanical and electronic characteristics, the CSHR can be used as a deposited, autonomous and tele-operable sensor.
Le dispositif CSHR dispose d’une enceinte spécifique dans laquelle est disposé le capteur d’images sur une platine motorisée selon trois axes (OX, OY, OZ). Cette enceinte pourra répondre à des critères d’étanchéité spécifiques et intégrer une connectique adaptée sans pour autant modifier la présente invention. Le CSHR intègre également son électronique de contrôle-commande, de dialogue et de transfert d’information à l’utilisateur. Cette enceinte dispose d’une bague permettant l’adaptation d’un objectif piloté ou non. Cette fonctionnalité permet d’utiliser des optiques robustes et de faible cout. Selon le cas, l’intégration d’optiques/objectifs spécifiques pourra nécessiter une bague d’adaptation sans pour autant modifier la présente invention. Le CSHR peut également intégrer sa propre source d’énergie (batteries, piles, panneau solaire …) ainsi que tout autre module électronique accessoire complémentaire : pointage, détection jour/nuit, unité de calcul, géolocalisation GPS, GSM, WiFi, capteur de vibration, module de positionnement de type PAN & Tilt … (liste non-exhaustive), sans pour autant modifier la présente invention.The CSHR device has a specific enclosure in which the image sensor is placed on a motorized plate along three axes (OX, OY, OZ). This enclosure will be able to meet specific sealing criteria and integrate suitable connectivity without modifying the present invention. The CSHR also integrates its control-command electronics, dialogue and information transfer to the user. This speaker has a ring allowing the adaptation of a controlled or uncontrolled lens. This feature allows the use of robust and low-cost optics. Depending on the case, the integration of specific optics/objectives may require an adapter ring without modifying the present invention. The CSHR can also integrate its own energy source (batteries, batteries, solar panel, etc.) as well as any other complementary accessory electronic module: pointing, day/night detection, calculation unit, GPS geolocation, GSM, WiFi, vibration sensor , PAN & Tilt type positioning module… (non-exhaustive list), without modifying the present invention.
Le dispositif se distingue de l’état de l’art par l’utilisation de déplacements au niveau du capteur non pas dans un but de stabilisation d’images (capteurs PENTAX et assimilables) mais pour constituer un capteur de synthèse haute résolution. Outre l’innovation technique, la simplicité de mise en œuvre et le moindre coût de production et d’utilisation rendent cette approche économiquement très intéressante pour toutes les applications de vision longue distance.The device differs from the state of the art by the use of movements at the sensor level not for the purpose of image stabilization (PENTAX sensors and similar) but to constitute a high-resolution synthesis sensor. In addition to the technical innovation, the simplicity of implementation and the lower cost of production and use make this approach economically very interesting for all long-distance vision applications.
Le dispositif objet du présent brevet permet de réalisation de la compression sélective d’image par déplacement mécanique du capteur. Contrairement aux algorithmes de compression qui nécessitent le traitement d’un flux complet, le dispositif objet du présent brevet permettra la transmission de flux vidéo de préférence pour certaines positions du capteur correspondant à des zones d’intérêts marquées par l’utilisateur.The device which is the subject of this patent makes it possible to carry out selective image compression by mechanical movement of the sensor. Unlike compression algorithms which require the processing of a complete stream, the device covered by this patent will allow the transmission of video streams preferably for certain positions of the sensor corresponding to areas of interest marked by the user.
Contrairement aux dispositifs actuels de vision à haute résolution, le dispositif objet du présent brevet n’a pas pour vocation de constituer une image haute résolution en une seule acquisition comme le ferait un capteur plein format type « global shutter ». Au contraire, l’acquisition plein champ se fera par déplacements successifs d’un capteur et recalage des sous-images entre elles pour synthétiser une acquisition haute résolution (principe du CSHR). Le dispositif se distingue notamment des solutions d’imagerie satellitaire type « push broom » (peigne de détection) dans le sens que le capteur de l’invention est déplacé selon deux axes et est de type matriciel et non en barrettes. L’une des innovations du CSHR est ainsi d’utiliser la pleine résolution du capteur d’images principalement sur les seules zones d’intérêts identifiées par l’utilisateur.Unlike current high-resolution vision devices, the device covered by this patent is not intended to constitute a high-resolution image in a single acquisition as would a full-format “global shutter” type sensor. On the contrary, full-field acquisition will be done by successive movements of a sensor and registration of the sub-images between them to synthesize a high-resolution acquisition (CSHR principle). The device differs in particular from “push broom” type satellite imaging solutions in the sense that the sensor of the invention is moved along two axes and is of the matrix type and not in strips. One of the innovations of CSHR is to use the full resolution of the image sensor mainly only on areas of interest identified by the user.
Les dessins annexés illustrent l’invention :The accompanying drawings illustrate the invention:
La légende des figures est la suivante :The legend of the figures is as follows:
1 Volume Focal1 Focal Volume
2 Objectif/lentille2 Objective/lens
3 Capteur d’images3 Image sensor
4 Plan des déplacements 2D du capteur, à distance fixe de (2)4 Plan of 2D movements of the sensor, at a fixed distance of (2)
5 Barillet multispectral5 Multispectral barrel
6 Axe de coupe du barillet multispectral pour la représentation de la
7 Filtre spectral7 Spectral filter
8 Axe de rotation du barillet multispectral8 Axis of rotation of the multispectral barrel
Le CSHR est un dispositif hautement intégré disposant de quatre degrés de liberté. Trois degrés de liberté permettent de déplacer le capteur d’images dans le volume focal défini par l’objectif. Le quatrième degré de liberté permet d’agir directement sur l’objectif par exemple sur sa fonction manuelle de ZOOM, d’un diaphragme …. Les objectifs retenus sont préférentiellement non-asservis électroniquement, mais tout objectif pilotable (NIKON®, NIKKOR®, CANON®, PENTAX®, SIGMA®…) peut être envisagé sans pour autant modifier la présente invention. Ainsi, selon l’optique retenue pour équiper le CSHR, il peut ou non y avoir un ou plusieurs axes de pilotage ou bien une ou plusieurs voies de commande d’un objectif motorisé nativement.The CSHR is a highly integrated device with four degrees of freedom. Three degrees of freedom allow the image sensor to be moved within the focal volume defined by the lens. The fourth degree of freedom allows you to act directly on the lens, for example on its manual ZOOM function, a diaphragm, etc. The objectives selected are preferably not electronically controlled, but any controllable objective (NIKON®, NIKKOR®, CANON®, PENTAX®, SIGMA®, etc.) can be considered without modifying the present invention. Thus, depending on the optics chosen to equip the CSHR, there may or may not be one or more control axes or one or more control channels for a natively motorized lens.
Un degré de liberté supplémentaire est envisagé dans une version multispectrale du CSHR pour intégrer à la demande des filtres optiques montés sur un barillet motorisé et lui-même placé sur le trajet optique de la lumière entre l’objectif et le capteur du CSHR. Un CSHR ainsi équipé de filtres dotés de bandes/fenêtres spectrales définies réalise une acquisition multispectrale pilotée selon les mêmes modalités que celles précédemment décrites supra.An additional degree of freedom is envisaged in a multispectral version of the CSHR to integrate on demand optical filters mounted on a motorized barrel and itself placed on the optical path of the light between the objective and the sensor of the CSHR. A CSHR thus equipped with filters equipped with defined spectral bands/windows carries out multispectral acquisition controlled according to the same methods as those previously described above.
Le dispositif CSHR n’est pas limité au seul spectre visible. Une optique infra-rouge et un capteur infra-rouge ou tout autres bandes de fréquences peuvent équiper le CSHR sans pour autant modifier la présente invention.The CSHR device is not limited to the visible spectrum only. Infra-red optics and an infrared sensor or any other frequency bands can equip the CSHR without modifying the present invention.
Le CSHR tel que décrit peut-être intégré dans un boitier sans que cela n’impacte le caractère innovant ou les revendications du présent. Dans une telle configuration, le boitier peut lui-même être piloté en orientation tel que site et gisement sans que cela ne remette en cause le caractère innovant du présent.The CSHR as described can be integrated into a box without this impacting the innovative character or the claims of the present. In such a configuration, the box itself can be controlled in orientation such as site and bearing without calling into question the innovative character of the present.
Avec ses trois degrés de liberté au niveau du capteur par rapport à son optique, le CHSR est un outil polyvalent d’observation à haute définition, à focale ajustable pouvant être intégré dans toute chaine d’information y compris les applications de sécurité critiques. Télé-opérable, le CSHR permet d’effectuer des opérations d’information, de renseignement et de poursuite de cible en mode supervisé ou, dans une version ultérieure, en mode semi-automatisé (par exemple par une intelligence artificielle embarquée). Enfin, le CSHR peut également constituer un dispositif embarqué pour des applications nécessitant une surveillance grand champ et grande capacité mais avec un débit ou une énergie limitée. En effet, le CSHR réalise une compression mécanique de l’information et présente une consommation énergétique nettement inférieure à un capteur plein format à la résolution/champ homologue. En mode acquisition d’images sur des zones définies, le nombre de pixels à transmettre est plus faible qu’avec un capteur plein champ, donc plus rapide, moins consommateur d’énergie et également plus discret. Simple à mettre en œuvre, le CSHR peut-être réglé à distance, en mode déporté et en toute sécurité.With its three degrees of freedom at the sensor level in relation to its optics, the CHSR is a versatile high-definition observation tool with adjustable focal length that can be integrated into any information chain, including critical security applications. Tele-operable, the CSHR makes it possible to carry out information, intelligence and target tracking operations in supervised mode or, in a later version, in semi-automated mode (for example by on-board artificial intelligence). Finally, the CSHR can also constitute an embedded device for applications requiring wide-field and high-capacity monitoring but with limited throughput or energy. Indeed, the CSHR performs mechanical compression of the information and has significantly lower energy consumption than a full-format sensor with the equivalent resolution/field. In image acquisition mode on defined areas, the number of pixels to transmit is lower than with a full-field sensor, therefore faster, less energy-consuming and also more discreet. Simple to implement, the CSHR can be adjusted remotely, in remote mode and in complete safety.
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Citations (3)
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| US6473121B1 (en) * | 1997-04-07 | 2002-10-29 | Canon Denshi Kabushiki Kaisha | Image pickup apparatus with optical element movable among a plurality of inclination positions |
| FR2920629A1 (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-06 | Lightnics Sarl Soc Responsabil | Image capturing device e.g. video camera, has displacement unit with deflector to displace lens such that sensor provides signals representing offset images, and combining unit combining images from sensor to form image with high definition |
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2022
- 2022-05-30 FR FR2205131A patent/FR3136067A1/en active Pending
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