ES2632550T3 - Sistema optrónico de visión supra-hemisférica - Google Patents
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Abstract
Sistema optrónico (100) de video de visión supra-hemisférica de una escena, que comprende un captador (10) con una óptica supra-hemisférica y un detector matricial situado en el plano focal de la óptica, una entidad (20) de tratamiento de las imágenes captadas, unos medios (30) de presentación de las imágenes tratadas, caracterizado porque: - el detector matricial es de cadencia de video y comprende: i. L líneas x C columnas de píxeles siendo L y C > 2000, estando cada píxel de doble muestreo correlacionado y adecuado para asegurar una conversión cargas-tensión, y ii. 2 C elementos de conversión analógica-digital (o CAD) de tensión en paralelo, asociados respectivamente a cada columna de la matriz del detector, incluyendo cada elemento de conversión por sí mismo un primer CAD de reducido nivel en la entrada y alta ganancia y un segundo CAD de nivel elevado en la entrada y baja ganancia, - porque la óptica supra-hemisférica presenta una distancia focal f controlada en función del ángulo de elevación, siendo la distancia focal más larga en el plano ecuatorial, y tiene una apertura numérica f/D comprendida entre 0,9 y 1,6, siendo D el diámetro de la óptica, - unos medios de adaptación de la dinámica de la imagen captada a la dinámica de la escena, mediante un control del tiempo de exposición, y/o de la ganancia, - y porque el detector incluye una temperatura, un tiempo de exposición y unos ruidos temporales predeterminados, teniendo la imagen captada y los medios de presentación una dinámica predeterminada, teniendo la imagen captada unas frecuencias espaciales altas y bajas y teniendo la escena una iluminación predeterminada, la unidad de tratamiento comprende: i. unos medios de corrección de no uniformidades del detector por medio de tablas de correcciones adaptadas en función de la temperatura y del tiempo de exposición del detector, ii. unos medios de suma ponderada de varios píxeles vecinos, iii. unos medios de compresión de la dinámica de la imagen captada en función de los ruidos temporales del detector, que crece con la iluminación de la escena, unos medios de adaptación de la dinámica de la imagen captada a la dinámica de los medios de presentación y/o a la del ojo, por restitución de las altas frecuencias espaciales de la imagen y compensación de las bajas frecuencias espaciales.
Description
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DESCRIPCION
Sistema optronico de vision supra-hemisferica
El campo de la invencion es el de la observacion y de la vigilancia para la proteccion de un vehroulo, de un convoy de vehroulos, de una plataforma (terrestre, naval o aerotransportada), o de un sitio.
Esta observacion o vigilancia se asegura generalmente por un observador o un equipo embarcado en una plataforma; eventualmente puede estar telecontrolado.
Entre los dispositivos existentes para asegurar esta mision de vigilancia, se pueden citar los dispositivos siguientes que utilizan:
- una corona de episcopios o periscopios que atraviesan los blindajes, paredes y medios de proteccion en los carros blindados, o
- una camara montada sobre una montura orientable segun dos ejes, de tipo PTZ, siglas de la expresion anglosajona Pan Tilt Zoom, que no permiten cubrir el conjunto del panorama instantaneamente o
- una red de varias camaras repartidas y que cubren el panorama, que necesitan gestionar una red de flujos de video, o
- un captador de horquilla, en el interior de una optica, que barre totalmente en 360° la escena en el plano ecuatorial por ejemplo con unas cadencias de 1 a 10 Hz.
Estos medios de tipo optronico proporcionan unas senales que eventualmente se tratan y posteriormente se restituyen sobre unas pantallas. Se describen otros sistemas optronicos en los documentos US-A-5 023 725, US-B1- 6 449 103, US-A1 -2008/151084, US-A1-2004/169726, EP-A2-0 776 124, WO-A1-2005/029865 y US-A1- 2005/046715.
Estos medios son muy insuficientes:
- bien porque no permiten tener una percepcion completa de todo el entorno pudiendo presentar numerosos angulos muertos; esto es importante por ejemplo para un vehroulo que se desplaza en un medio urbano y que puede maniobrar igualmente en diferentes direcciones, con unas amenazas que pueden provenir de diferentes direcciones,
- o bien porque la resolucion es muy insuficiente con relacion a las dimensiones angulares de los objetos, eventos o amenazas a detectar teniendo en cuenta la distancia a la que es necesario poder discriminarlos. Se trata en efecto de:
❖ reconocer hasta una distancia de 150 m, unos tiradores aislados susceptibles de ser amenazantes con un lanzagranadas (o RPG siglas de la expresion anglosajona Rocket Propelled Grenade), o que pueden desplazarse sobre los techos de inmuebles en medio urbano,
❖ reconocer unos vehroulos que se desplazan en el terreno, en un radio que puede alcanzar 500 m; en medio urbano es raro ir mas alla, en medio abierto la deteccion es posible a unas distancias de 1500 m,
❖ reconocer unos objetos puestos en el terreno tales como unas minas (o IED, siglas de la expresion anglosajona Improvised Explosive Device): deben poder detectarse unos objetos de algunas decenas de centimetres o metros de dimension, situados a algunas decenas de metros con el fin de decidir evitarles rodando,
- o bien porque la cadencia de renovacion es muy insuficiente para sustituir a una percepcion proxima a la capacidad humana, es decir para tener una percepcion continua en tiempo real del entorno y de su evolucion teniendo en cuenta la velocidad de desplazamiento del vehroulo y unas decisiones de reaccion que pueden tomarse por los equipos. Existen por ejemplo unos dispositivos que se basan en el empleo de una optica asociada a una camara CCD, que barre en el plano ecuatorial en 360° con unas cadencias de 1 a 10 Hz y estan limitadas en altura angular a una veintena de grados: estos dispositivos se basan o bien sobre pequenas matrices (de 2 Mpx o menos) para ser compatibles con una cadencia de video de alta definicion (HD 25 a 50 Hz) o bien sobre unas grandes matices superiores a 2 Mpx pero limitadas en cadencia (del orden de 1 a 10 Hz) o incluso sobre unas horquillas que barren los 360° que estan tambien limitadas a unas frecuencias de barrido de 1 a 10 Hz.
Finalmente todos estos medios anteriores estan limitados a un funcionamiento de dfa, siendo sensibles en el campo visible o el infrarrojo cercano o pueden ofrecer una capacidad de vision nocturna de tipo infrarrojo termico insuficiente para apreciar las amenazas y que proporcionan de dfa unas imagenes menos facilmente aprovechables que las imagenes dadas por las camaras visibles o del infrarrojo cercano.
En consecuencia, continua existiendo hasta el momento una necesidad de un sistema que de satisfaccion simultaneamente al conjunto de las exigencias antes citadas, en terminos de campo de vision, de resolucion, de permanencia de la observacion, de cadencia y de vision dfa-noche.
Mas precisamente la invencion tiene por objeto un sistema optronico de video de vision supra-hemisferica de una
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escena, que comprende un captador con una optica supra-hemisferica y un detector matricial situado en el plano focal de la optica, una entidad de tratamiento de las imagenes captadas y unos medios de presentacion de las imagenes tratadas. Se caracteriza principalmente porque:
- el detector matricial es de cadencia de video y comprende:
i. L lmeas x C columnas de pfxeles siendo L y C > 2000, siendo cada pixel de doble muestreo correlacionado y adecuado para asegurar la conversion cargas-tension, y
ii. 2 C elementos de conversion analogica-digital (o CAD) de tension en paralelo, asociados respectivamente a cada columna de la matriz del detector, incluyendo cada elemento de conversion por sf mismo un primer CAD de reducido nivel en la entrada y fuerte alta y un segundo CAD de nivel elevado en la entrada y baja ganancia,
- porque la optica supra-hemisferica presenta una distancia focal f controlada en funcion del angulo de elevacion, siendo la distancia focal mas larga en el plano ecuatorial, y tiene una apertura numerica f/D comprendida entre 0,9 y 1,6, siendo D el diametro de la optica,
- unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de la escena, mediante un control del tiempo de exposicion, y/o de la ganancia,
- y porque el detector incluye una temperatura, un tiempo de exposicion y unos ruidos temporales predeterminados, teniendo la imagen captada y los medios de presentacion una dinamica predeterminada, teniendo la imagen captada unas frecuencias espaciales altas y bajas y teniendo la escena una iluminacion predeterminada, la unidad de tratamiento comprende:
i. unos medios de correccion de las no uniformidades del detector por medio de tablas de control adaptadas en funcion de la temperatura y del tiempo de exposicion del detector,
ii. unos medios de suma ponderada de varios pfxeles vecinos,
iii. unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de la escena, unos medios de compresion de la dinamica de la imagen captada en funcion de los ruidos temporales del detector, que crece con la iluminacion de la escena, unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de la pantalla de presentacion y/o a la del ojo, por restitucion de las altas frecuencias espaciales de la imagen y compensacion de las bajas frecuencias espaciales.
Segun una caractenstica de la invencion, comprende unos medios de definicion de la distancia focal de la optica y unos medios de correccion de las distorsiones en funcion de un sector de la escena observado.
El captador asegura una cobertura hemisferica o superior, con una resolucion adaptada a las dimensiones y posiciones de las amenazas potenciales. El captador multi-megapfxeles puede leerse con cadencia de video o incluso con unas cadencias superiores con un nivel de sensibilidad ajustable a partir de los niveles de iluminacion del dfa hasta unos niveles de iluminacion de noche siendo compatible con la presencia de fuentes luminosas en la escena. Este ultimo aspecto es ventajoso para utilizaciones en zona urbana.
Un conjunto de tratamiento repartido en el captador y el calculador permite proporcionar unas imagenes sobre la o las pantallas de las IHM (Interfaces Hombre Maquina) con unas incrustaciones adaptadas a las misiones de los usuarios.
La invencion tiene tambien por objeto una plataforma adecuada para desplazarse, equipada con un sistema optronico de video de vision supra-hemisferica tal como se ha descrito.
La invencion permite de ese modo al usuario tener la percepcion de su entorno exterior en tiempo real mientras permanece en el seno de la plataforma sin que se le requiera salir. En particular en un contexto militar o de entorno peligroso el sistema contribuye a la proteccion del equipo. Permite en efecto ofrecer al usuario una vision total de dfa y de noche en tiempo real con cadencia de video, con una resolucion adaptada a la dimension angular de estas amenazas teniendo en cuenta su distancia y sus posiciones potenciales en el panorama.
Surgiran otras caractensticas y ventajas de la invencion con la lectura de la descripcion detallada que sigue, realizada a tftulo de ejemplo no limitativo y con referencia a la figura 1 que representa esquematicamente un ejemplo de sistema segun la invencion.
El sistema 100 segun la invencion mostrado en la figura 1, comprende un captador 10, un calculador 20, una interfaz IHM 30 destinada al usuario tal como un dispositivo de presentacion de imagenes y una interfaz IHM 40 tal como un dispositivo de control por el usuario de ciertas funciones del sistema.
Ademas el sistema puede recibir unas informaciones procedentes de la plataforma o de otros equipos 50 integrados en la plataforma, como la medida de su velocidad de desplazamiento, su localizacion y su orientacion sobre la cartograffa (proporcionadas por ejemplo por un sistema GPS), o incluso la recepcion de informaciones que den la localizacion de los soldados o de otras plataformas moviles amigas por ejemplo.
Se instala a bordo de una plataforma tal como un vetuculo terrestre.
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El captador 10 incluye una optica y un detector.
La optica muy abierta, de resolucion variable en el campo cubre un campo angular superior a un hemisferio cuyo eje esta orientado hacia el zenit. La optica puede presentar ademas importantes distorsiones con el fin de ofrecer unas resoluciones aumentadas en ciertos dominios angulares, por ejemplo en el plano ecuatorial, para aumentar su alcance.
Esta optica es por ejemplo de tipo:
- ojo de pez con una distancia focal de 4,5 mm y 12 pfxeles/°; 1 o 2 opticas son suficientes para cubrir un campo de 360°,
- ojo de pez con una distancia focal de 8 mm y 21 pfxeles/° sobre 120°; son necesarias 3 opticas para cubrir un campo de 360°,
- optica de distorsion muy grande o de tipo Panomorphe™ que permite cubrir un campo de 360°, con una resolucion radial variable segun el angulo de elevacion que puede ir de 20 a 22 pfxeles/°; o mas en resolucion radial (es suficiente una optica de ese tipo); la orientacion vertical de una optica asf permite tener una resolucion tangencial creciente con la disminucion del angulo de elevacion y mejor para las elevaciones negativas. La optica Panomorphe™ es un objetivo anamorfico de gran angular desarrollado por la sociedad Immervision y descrito en las patentes FR 2826221 y FR 2827680, que controla la distorsiones y produce una imagen ampliada que cubre un campo division de al menos 360 grados por 180 grados. La geometna de la imagen formada por una optica de ese tipo (adaptada a la necesidad actual como se ha indicado) sobre el detector, muestran una cobertura de 360° en orientacion o en un plano ecuatorial, por 220° en elevacion o en los planos meridianos.
La cobertura angular en los planos meridianos sobre 220° puede ser diferente en funcion del azimut para optimizar la implantacion sobre el vetuculo y aumentar la cobertura por ejemplo sobre el sector delantero y % posterior izquierdo y derecho en los que el vetuculo puede progresar o maniobrar. Esta optica supra-hemisferica presenta una distancia focal f variable definida en funcion del angulo de elevacion, siendo la distancia focal mas larga en el plano ecuatorial, y con una apertura numerica f/D comprendida entre 0,9 y 1,6, siendo D el diametro de la optica.
El detector funciona con cadencia de video (25 a 50 Hz) o superior en el visible o el infrarrojo cercano tanto de dfa como de noche e incluye al menos 5 megapfxeles. Incluye por ejemplo 2560 lmeas (L) x 2160 columnas (C) de pfxeles. El detector de tipo CMOS permite ademas unos modos de lectura y de presentacion y unos controles de tiempos de exposicion adaptados a las condiciones como se vera mas adelante. Finalmente este tipo de detector puede proporcionar directamente una senal digital.
El detector situado en el plano focal es tipicamente una matriz CMOS 4T (de 4 transistores en el pixel) o mas, funcionando a 25 Hz, de reducido ruido (inferior a 2 electrones) y gran dinamica (superior a 80 dB). Cada pixel es de doble muestreo correlacionado y la conversion cargas-tension se realiza en cada pixel, lo que asegura al detector un muy reducido nivel de ruido y una gran dinamica instantanea. Ademas el control del tiempo de exposicion (o de integracion), desde unas duraciones inferiores a 10 ps a unas duraciones de 40 ms por ejemplo, le permiten funcionar el dfa y de noche. En ambiente de noche, de muy reducido nivel de ruido, es posible aumentar los tiempos de exposicion por ejemplo a 100 ms y reducir la cadencia de las imagenes por ejemplo a 10 Hz con el fin de mejorar la S/R de la imagen restituida.
El detector funciona en el IR proximo (650 nm - 1 pm), que puede estar preferentemente en el campo visible para una vision de noche, con el fin de aprovechar los flujos fotonicos y los contrastes de los albedos superiores de esta banda.
A cada columna de la matriz se asocian por ejemplo dos CAD en paralelo identicos, teniendo uno una entrada de ganancia reducida a alto nivel de luz que permite codificar el nivel saturando unos pfxeles (por ejemplo 35.000 electrones) y otro que tenga una entrada de alta ganancia con bajo nivel de luz gracias a una ganancia (que codifica los electrones con un nivel de cuantificacion inferior al ruido o inferior a 1 electron sobre una dinamica de N bits). Estas dos ganancias son eventualmente controlables: esto permite asegurar la codificacion de la senal sin perdida de la salida de los pfxeles de cada columna para diferentes niveles de luz. Ademas de esta dinamica instantanea y de esta dinamica de ganancias de las salidas del detector, se tiene una dinamica de los tiempos de exposicion controlable que permite hacer variar los tiempos de exposicion entre 10 ps y 40 ms incluso hasta 100 ms reduciendo la cadencia 10 Hz. Este control en tiempo real de los niveles de los tiempos de exposicion, de la ganancia baja y del nivel de ganancia alto que salen en paralelo se obtiene o bien por la IHM 40 que controla estos niveles, o bien mediante un automatismo asegurado por un procesador en la camara. El operador ajusta mediante dos cursores que controlan el brillo y el contraste de la imagen restituida sobre la pantalla de la manera siguiente:
- pasando al modo manual la camara conserva las ultimas regulaciones generadas por el modo automatico,
- o el operador elige inicializar la camara a su estado “por omision” en el que la camara se regula con un tiempo de exposicion mmimo de 10 ps y una ganancia reducida. Si constata que no puede apreciar la senal en las zonas sombreadas de la imagen ordena un brillo mayor para un mando de polarizacion sobre la senal. Si la senal no se satura en las zonas brillantes utiles de la imagen, ordena un contraste mayor. Este mando de contraste actua: sobre un mando del tiempo de exposicion aumentandole en el lfmite de 40 ms, posteriormente sobre la ganancia
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empleada. Con una ganancia muy grande (para las condiciones de iluminacion reducida), si constata un ruido demasiado grande en las zonas sombreadas de la imagen, puede aun aumentar el tiempo de exposicion mas alia de 40 ms y controlar el modo de suma de los pfxeles adyacentes (o “binning” en ingles) a 2x2 y posteriormente 4x4. De manera preferida esta suma o “binning” puede ponderarse por el nivel de ruido de cada pixel. Reajusta si es necesario el nivel de brillo con el fin de ajustar las zonas sombreadas de la imagen a un nivel hasta por encima del negro de la pantalla. Puede funcionar asf con alta velocidad, a 25 imagenes por segundo, o bien del orden de 138 megapfxeles/segundo sin degradar la S/R en la dinamica de la imagen.
El sistema 100 asegura las funciones siguientes:
- Una correccion en tiempo real de las no uniformidades del detector, realizada por un FPGA o un DSP integrado
en el captador 10 o realizada en el calculador 20. Efectua al menos una resta de la polarizacion, la resta de la
corriente de oscuridad por medio de tablas de correcciones adaptadas en funcion de la temperatura y del tiempo de exposicion del detector, y la division por un intervalo de luminancia uniforme que asegura la correccion de las no uniformidades de respuesta de los pfxeles. Ademas el calculador podra tener en cuenta las no linealidades de la respuesta para cada pixel y unas no uniformidades del nivel de ruido temporal de cada pixel para mejorar la relacion senal a ruido global en la imagen asf restituida.
- Un control de la cadencia de imagenes realizado por la electronica de la camara que controla al detector, o bien automaticamente o bien ordenada manualmente por el operador para hacer variar la cadencia de 25 a 100 Hz. Un modo de ese tipo puede ser muy util rodando en ambiente diurno o si los niveles de iluminacion mas reducida lo permiten con el fin de aumentar la fluidez de las imagenes y reducir el tiempo de latencia.
- Un modo “binning” ponderado de suma de las senales S de los pfxeles vecinos ponderadas por ejemplo con la
inversa del ruido (1/R) de cada pixel y multiplicando el total por la suma de los ruidos. Este modo “binning” ponderado puede ser sobre 2x2, 3x3 o 4x4 pfxeles por ejemplo.
- Una salida lineal sobre 16 bits del detector porque una salida lineal sobre 12 bits es insuficiente en relacion con la dinamica de la escena y la dinamica del captador; la digitalizacion sobre 2x11 bits esta en el lfmite del rendimiento analogico del captador y de la finura de las operaciones de correccion de no uniformidad. El pixel es susceptible de tener un nivel de ruido RMS (siglas de la expresion anglosajona Root Mean Square) inferior a 1 electron. Se ha medido un ruido RMS de 0,5 electrones sobre los pfxeles menos ruidosos para una senal digital codificada a 0,6 electrones por paso y son sin duda accesibles unos niveles de ruido mas reducido. Las senales mas reducidas pueden tener de hecho una senal de 0 en la oscuridad total, posteriormente de 1 foto-electron sobre un pixel; por tanto un paso de codificacion inferior a 1 electron incluso inferior al nivel de ruido RMS es apreciable para el tratamiento de la senal con el fin de limitar el ruido aportado por la codificacion digital. Este ruido RMS de cuantificacion es igual al paso de cuantificacion dividido por V12. En este caso el ruido de cuantificacion es igual a 0,6/V12=0,17 lo que es efectivamente pequeno frente al ruido RMS de 0,5 electrones. El pixel puede tener un nivel de saturacion superior a 35.000 electrones. Por tanto una codificacion lineal sobre 65.536 niveles o 16 bits se aproxima a nuestras necesidades. Una codificacion mediante dos convertidores de dinamica mas reducida con dos ganancias de entrada diferentes puede adaptarse mejor (codificacion con dos pendientes). De ese modo la codificacion de ganancia reducida sobre 11 bits codificara los niveles fuertes sobre 2048 niveles de 17 a 35.000 electrones con paso de 17 electrones. La codificacion de alta ganancia codificara posteriormente los niveles mas reducidos adaptados al ruido en la oscuridad (0,5 electrones por ejemplo) a unos niveles superiores al cuadrado del nivel mmimo del convertidor de baja ganancia es decir 292 como mmimo. En efecto el ruido RMS de una senal de amplitud igual a N foto-electrones segun una estadfstica descrita por la ley de Poisson tiene una amplitud igual a V/N; de ese modo a partir de este nivel de 292 el ruido RMS se convierte en inferior al paso de cuantificacion. De ese modo puede realizarse una codificacion de 0 a 1024 electrones con un paso de codificacion de 0,5 electrones bajo 11 bits para una salida de alta ganancia. La relacion de las ganancias entre la salida de alta ganancia y la de baja ganancia es asf de 35.000/1024 es decir 34. Se prefiere una conversion sobre 2x12 bis para tener margen con relacion al analisis anterior para realizar las operaciones aritmeticas de las correcciones de las no uniformidades y de la no linealidad limitando el impacto de los niveles de cuantificacion sobre el ruido final resultante y para permitir acceder a un nivel de ruido mas reducido y a unos niveles de saturacion mayores potencialmente accesibles.
- Una gestion de la tabla de conversion de la senal en la salida (designada “look up table” en ingles) durante las operaciones de correccion de no uniformidad y de no linealidad con el fin de comprimir los niveles de imagenes corregidas mediante unas leyes diferentes sobre toda la dinamica de la escena: respuesta a grandes pendientes, respuesta en lazo, respuesta logantmica, igualacion del histograma por ejemplo. Esto permite conservar la dinamica de la senal mientras se reduce con un mmimo de perdida la velocidad de los datos.
Lectura y presentacion con alta cadencia de las zonas de interes controladas por un automatismo o por la interfaz hombre maquina 40. Estas zonas de interes se definen de diferentes maneras en funcion de la mision, de las operaciones realizadas por cada hombre y el estado del vehmulo o bien en situacion de rodadura o bien en posicion fija. Por ejemplo, un jefe del dispositivo supervisa los sectores de amenazas potenciales, un tirador podra emplear una imagen que cubre el sector de su direccion de vision, un piloto de vehmulo podra emplear una imagen que cubre el sector delante del vehmulo en rodadura (o sector posterior en caso de marcha atras o para tener una funcion retrovisor). En caso de progresion del vehmulo, un software de tratamiento de imagen por analisis del flujo optico puede presentar automaticamente los sectores nuevamente descubiertos de la escena para el jefe del dispositivo. En el caso de vehmulo parado un software de tratamiento de imagenes puede detectar automaticamente los eventos en la escena (aparicion, desapariciones, deteccion de movimientos)
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generando unas alertas para el equipo, unos trazados de deteccion y unas pistas sobre la pantalla de situacion presentan el entorno del vehnculo y generando de ese modo unas imagenes de alta cadencia y de resolucion total para permitir al operador apreciar si hay o no una amenaza y movilizar una reaccion. Finalmente el vehnculo o la red en la que esta inscrito pueden estar equipados con otros captadores susceptibles de generar unas alertas y unas designaciones de objetivo para los que el presente sistema podra proporcionar una imagen del sector angular a los operadores.
El captador 10 y el calculador 20 aseguran unas funciones de tratamiento en tiempo real de diferentes tipos:
- Tratamientos de bajo nivel de las senales procedentes del detector con el fin de tratar las fuentes de ruido y restaurar con su mayor dinamica las senales.
- Tratamiento de compensacion de las distorsiones de la combinacion optica y del detector mediante unos medios algontmicos que aprovechan la definicion de la distancia focal de la optica en funcion del sector de la imagen presentada, con el fin de proporcionar sobre una pantalla 30, unas imagenes o unas sub-imagenes en funcion de los angulos de elevacion y de orientacion cubiertos efectivamente por cada elemento de imagen o pixel.
- Tratamientos de las imagenes en coherencia con las informaciones de la plataforma y en funcion del entorno para asegurar unas funciones variadas tales como deteccion, generacion de alarma incrustada en la imagen presentada segun la referencia de la plataforma.
- Tratamientos de adaptacion de la dinamica de la imagen detectada a la de los medios de presentacion y/o a la del ojo, para restituir las imagenes sobre estas pantallas o interfaces 30 hombre maquina, respondiendo a las necesidades ergonomicas y operativas de los usuarios. Asf por ejemplo el sistema detecta las iluminaciones de cresta, o las sobre-iluminaciones que saturan los pfxeles, puntuales o cuasi puntuales en la imagen. Se asociaran por ejemplo al sol de dfa, a lamparas y faros de noche. Estas zonas se presentan en blanco sobre la imagen y no contribuyen a los controles automaticos del tiempo de exposicion y de la ganancia descritos anteriormente. Por otro lado, en el caso de una dinamica de la escena muy grande, por ejemplo en presencia de zonas de pleno sol y simultaneamente zonas oscuras en la sombra, la presentacion de la imagen restituye las frecuencias espaciales elevadas (los detalles de la imagen) y compensa las variaciones de iluminaciones en baja frecuencia por ejemplo mediante la tecnica de enmascaramiento del flujo o por normalizacion multi-zona o por filtrado por ondfculas.
Los tratamientos realizados por el sistema 100, y repartidos entre captador 10, el calculador 20 y la IHM 30 y 40 son los siguientes:
- La optica del captador incluye ademas un diafragma, mando de la apertura y cierre del diafragma (eventual) del captador, control de la temperatura del captador, desempanado y deshielo del dioptrico frontal de la optica, mando del enfoque de la optica.
- Mando de los tiempos de exposicion,
- Mando de la ganancia del detector,
- Gestion de las presentaciones de las imagenes de tipo banda panoramica, radar, lupa sobre unos sectores de la imagen o zonas de interes con correccion de las distorsiones y de los movimientos de vehnculos.
Estos mandos de los tiempos de exposicion, de la ganancia del detector, de las presentaciones, se realizan por ejemplo sucesivamente. Por omision se cierra por ejemplo el diafragma del captador y el tiempo de exposicion y la ganancia estan en el mmimo; se realiza entonces el histograma de la imagen, lo que es en este caso una imagen negra. Posteriormente se abre el diafragma, y se realiza el histograma de la imagen obtenida verificando que se ha extendido desde el nivel mas bajo hasta el nivel mas alto. Posteriormente estando abierto el diafragma, se aumenta el tiempo de exposicion: si esto no es suficiente (es decir si el histograma no se ha extendido convenientemente), se aumenta incluso mas el tiempo de exposicion y eventualmente la ganancia. Se puede partir a la inversa de una imagen blanca, totalmente saturada. Como se indica mas arriba, se puede suprimir igualmente el diafragma y ajustar los tiempos de exposicion y la ganancia. Se puede utilizar tambien un filtro que se aplica a la optica para atenuar la senal y/o limitar la banda espectral.
Se pueden igualmente citar como tratamientos realizados por el sistema 100, y repartidos entre el captador 10, calculador 20 y la IHM 30 y 40:
- Incrustacion de los datos de contexto en la imagen (Norte, direccion del vector velocidad, cartograffa, posiciones de los amigos, zonas de amenazas,...).
- Deteccion automatica de los eventos, movimientos y novedades en la imagen (procedentes de la escena) con el fin de generar unas alarmas e incrustarlas en la imagen restituida.
- Presentacion de imagenes en ventanas con correccion de las distorsiones y de los movimientos del vehnculo.
- Realizacion del blindaje transparente con unas lunetas de micro pantalla colimadas, llevada sobre el casco y controladas por el control de orientacion de la cabeza del usuario en la referencia terrestre soportada por el vehnculo.
- Funcion de presentacion bajo la forma de mosaico, en la referencia del terreno del conjunto de las imagenes adquiridas desde el terreno (o en 3D del panorama terrestre) durante el desplazamiento y restitucion de estas imagenes en la referencia del terreno o vehnculo.
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- Distribucion de las imagenes y de las incrustaciones proporcionadas para cada usuario al resto del equipo por ejemplo para permitir el jefe del vehnculo indicar la direccion en la que el piloto debe dirigirse o indicar al tirador las zonas a vigilar con su medio de vision.
- En desplazamiento, encuadre de las zonas de la imagen puestas al descubierto de nuevo, mediante un tratamiento automatico que detecta las discontinuidades del flujo optico en la imagen o por medio de un teclado o de una palanca de mando por el operador.
- Emision de designaciones de objetivos hacia unos sistemas de armamento por ejemplo.
Siendo el captador 10 solidario con el vehnculo, el calculador 20 esta provisto preferentemente de medios para realizar:
- Una estabilizacion de la imagen en un sistema de referencia inercial soportado (pantalla montada sobre vehnculo) o situacion de zoom con una ampliacion > 1, por medio de un software de estabilizacion de imagen sobre referencia inercial o sobre deteccion de los movimientos globales de la imagen.
- Una salida directa con un retardo limitado para presentar las imagenes sobre la pantalla colimada con una ampliacion de 1, solidaria con el vehnculo (mismo sistema de referencia que el vehnculo).
- Una salida que compensa los movimientos relativos entre el captador y la pantalla colimada (movimiento de torreta, plataforma sensor,...) y tratamiento de los retardos entre la adquisicion y la presentacion de las imagenes,
- Una salida que compensa los movimientos relativos de la cabeza del usuario con respecto a la plataforma por medio de un dispositivo “Head Tracker” montado sobre la cabeza y con relacion a unos puntos de referencia en la cabina, o montado en la cabina, o incluso un captador inercial montado sobre la cabeza y un captador inercial montado sobre el vehnculo y de un calculo diferencial entre los dos.
Esto ofrece la posibilidad de consolidar el conjunto de las imagenes del terreno adquiridas rodando, haciendo accesible una vision del terreno o de la calzada comprendida en ella al pie o sobre el vehnculo dando asf una capacidad de vision total.
Ademas, en rodadura, la medida de las discontinuidades del flujo optico en la imagen, permite detectar las zonas puestas al descubierto y de ese modo atraer la atencion del equipo sobre los campos a vigilar susceptibles de poner al descubierto nuevas amenazas.
Los medios de presentacion de imagenes son o bien espedficos del sistema, o bien utilizan unos medios de presentacion ya existentes para los que se realizan unas adaptaciones en los tratamientos para restituir unas imagenes aprovechables. Estos medios de presentacion de las imagenes pueden ser de tipo pantalla plana (o multiples pantallas planas) eventualmente tactiles, pantalla colimada, o incluso micropantallas colimadas solidarias con la cabeza o soportada sobre el casco. Pueden estar integrados en unos sistemas de observacion existentes tales como los episcopios o los medios de restitucion de la camara del jefe del carro. Estas pantallas e imagenes presentadas responden a las necesidades particulares de cada vehnculo y de su equipo teniendo en cuenta sus misiones.
El sistema segun la invencion puede incluir 2 o 3 captadores con el fin de gestionar los eventuales problemas de enmascarado de la plataforma o para ofrecer unas capacidades de vision estereoscopica.
El sistema segun la invencion aporta una vision panoramica de dfa y de noche, en tiempo real para el equipo de un blindado. Responde a multiples necesidades de percepcion del entorno y de proteccion del equipo con respecto a amenazas potenciales. Permiten el reconocimiento:
- de un tirador aislado sobre un inmueble de 25 m de altura hasta 150 m de distancia,
- de un carro a 500 m,
- de un objeto (mina, IED) de 30 cm colocado en el suelo 20 m.
Para prioritariamente:
- asegurar la proteccion del equipo,
- dar soporte a la cooperacion de los actores,
- adquirir unas informaciones tacticas.
Constituye una ayuda para el ser humano y asegura las funciones siguientes:
- imagenes en rodadura,
- vigilancia automatica en la parada: tratamiento automatico para generar unas alarmas tras la deteccion de un movimiento o mas bien la clasificacion de una amenaza,
- registro e informe de la mision,
- incrustacion en realidad aumentada de la situacion procedente del SIT (Sistema de Informaciones Tacticas). En efecto el vetnculo se inscribe en una red que comparte unas informaciones del campo de batalla digitalizado. Con este fin recibe y envfa a la red unas informaciones geolocalizadas. Podnan asf incrustarse numerosas informaciones en la imagen panoramica restituida por el presente sistema tal como la localizacion de amigos y la
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localizacion de las amenazas realizadas por la red por ejemplo.
- servidor de imagenes en tiempo diferido o en tiempo real.
Las ventajas del sistema segun la invencion son las siguientes:
- vision de dfa y de noche
- proteccion contra multiples amenazas tales como tiradores aislados, vehuculos, minas
- alcance de reconocimiento de vehfculo hasta 500 m
- sistema mono detector de 5,5 Mpx
- vision supra-hemisferica en tiempo real
- optica panoramica de resolucion adaptada segun la altura
- facil de integrar sobre la plataforma
- bajo coste
- IHM de facil utilizacion
- captador estatico “furtivo” porque al no tener elementos giratorios, no permite por tanto saber a donde se esta observando
- tratamientos: BNL siglas de la expresion Bajo Nivel de Luz, deteccion automatica, gestion del movimiento de la plataforma, localizar las zonas puestas al descubierto con la progresion.
Claims (5)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Sistema optronico (100) de video de vision supra-hemisferica de una escena, que comprende un captador (10) con una optica supra-hemisferica y un detector matricial situado en el plano focal de la optica, una entidad (20) de tratamiento de las imagenes captadas, unos medios (30) de presentacion de las imagenes tratadas, caracterizado porque:- el detector matricial es de cadencia de video y comprende:i. L lrneas x C columnas de pfxeles siendo L y C > 2000, estando cada pixel de doble muestreo correlacionado y adecuado para asegurar una conversion cargas-tension, yii. 2 C elementos de conversion analogica-digital (o CAD) de tension en paralelo, asociados respectivamente a cada columna de la matriz del detector, incluyendo cada elemento de conversion por sf mismo un primer CAD de reducido nivel en la entrada y alta ganancia y un segundo CAD de nivel elevado en la entrada y baja ganancia,- porque la optica supra-hemisferica presenta una distancia focal f controlada en funcion del angulo de elevacion, siendo la distancia focal mas larga en el plano ecuatorial, y tiene una apertura numerica f/D comprendida entre 0,9 y 1,6, siendo D el diametro de la optica,- unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de la escena, mediante un control del tiempo de exposicion, y/o de la ganancia,- y porque el detector incluye una temperatura, un tiempo de exposicion y unos ruidos temporales predeterminados, teniendo la imagen captada y los medios de presentacion una dinamica predeterminada, teniendo la imagen captada unas frecuencias espaciales altas y bajas y teniendo la escena una iluminacion predeterminada, la unidad de tratamiento comprende:i. unos medios de correccion de no uniformidades del detector por medio de tablas de correcciones adaptadas en funcion de la temperatura y del tiempo de exposicion del detector,ii. unos medios de suma ponderada de varios pfxeles vecinos,iii. unos medios de compresion de la dinamica de la imagen captada en funcion de los ruidos temporales del detector, que crece con la iluminacion de la escena, unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de los medios de presentacion y/o a la del ojo, por restitucion de las altas frecuencias espaciales de la imagen y compensacion de las bajas frecuencias espaciales.
- 2. Sistema optronico de video de vision supra-hemisferica segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque la optica del captador incluye un diafragma, comprende unos medios de adaptacion de la dinamica de la imagen captada a la dinamica de la escena, mediante un control de la apertura del diafragma.
- 3. Sistema optronico de video de vision supra-hemisferica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende unos medios de definicion de la distancia focal y unos medios de correccion de las distorsiones de la optica en funcion de un sector de la escena a presentar, en funcion de las necesidades de los usuarios del sistema o en funcion de los tratamientos automaticos realizados por la unidad de tratamiento.
- 4. Sistema optronico de video de vision supra-hemisferica segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de tratamiento comprende unos medios para controlar el tiempo de exposicion, la ganancia, y la cadencia de la imagen del detector en funcion de las condiciones del entorno, de los medios para estabilizar la imagen en funcion de los movimientos del sistema o de los medios de presentacion, de los medios para detectar unas zonas de la escena nuevamente puestas al descubierto, para detectar y seguir la pista de unos eventos o movimientos en la escena, para incrustar en la imagen presentada unas informaciones procedentes de otras interfaces (50).
- 5. Sistema optronico de video de vision supra-hemisferica segun una de las reivindicaciones anteriores que incluye 2 o 3 captadores (10).
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