FR2920629A1 - Procede et dispositif de capture d'image - Google Patents

Abstract

Le dispositif de capture d'image comporte :- un objectif (105) adapté à former une image d'une scène,- un capteur d'image matriciel (130) placé en aval dudit objectif et adapté à fournir un signal représentatif de l'image de la scène formée, à sa surface, par ledit objectif,- un moyen (115, 126, 127) de mise en mouvement de l'image formée par ledit objectif sur ledit capteur, placé en amont dudit objectif ou mettant en mouvement ledit objectif pour que le capteur d'image fournisse, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, sur le capteur d'image et- un moyen (135, 140) de combinaison d'images fournies successivement par ledit capteur, pour former une image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel.Dans des modes de réalisation, le moyen de mise en mouvement comporte :- au moins un déflecteur (115) mobile positionné devant ledit objectif et possédant des moyens de déplacement (126, 127) et- un moyen (185) de commande des moyens de déplacement de chaque déflecteur, adapté à commander la position du déflecteur pour déplacer l'image de la scène sur le capteur d'image matriciel.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CAPTURE D'IMAGE 5 10 La présente invention concerne un procédé et un dispositif de capture d'image. Elle s'applique, en particulier, à la prise de vues de haute définition avec un capteur d'image électronique, par exemple d'une caméra vidéo, d'un camescope ou d'un appareil photo numérique. Lorsque la réponse impulsionnelle d'un appareil de prise de vue numérique (c'est-à- 15 dire le détail le plus fin que son objectif peut produire sur le capteur) est plus petite que la taille d'un point photosensible (connu sous le nom de pixel ) du capteur d'image solide constituant ledit appareil de prise de vue numérique, l'information présente sur l'image est sous-échantillonnée par les pixels dudit capteur solide et les détails les plus fins ne sont pas correctement reproduits. Il est alors intéressant d'essayer d'obtenir une définition d'image, et 20 donc une résolution d'image, augmentée par rapport à la définition du capteur d'image pour reproduire des détails perdus par la simple utilisation du capteur d'image. Dans les cas d'utilisation où le réglage du système optique de capture (par exemple sa focale et son diaphragme) conduit à un point image (tâche de diffraction) de taille plus petite que celle du pixel, on est en présence d'un sous-échantillonnage de l'information. 25 Afin d'échantillonner le signal jusqu'à la fréquence de Nyquist (de l'optique), fréquence liée aux détails les plus fins à reproduire, il faudrait fabriquer des capteurs d'image solides comportant un nombre de pixels plus élevé et de plus petite taille. Cependant, l'accroissement du nombre de pixels dans les capteurs d'image solides actuels à transfert de charge (connus sous le nom de CCD , acronyme de charge 30 coupled device pour dispositif à transfert de charges) ou à semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (connus sous le nom de CMOS , acronyme de complementary metal oxyde semiconductor pour semiconducteur à oxyde métallique complémentaire) présente plusieurs limitations (comme rappelé dans la revue Electronique n°137, pp.102-114, juin 2003) : 35 - l'augmentation de la surface du capteur à taille de pixel constante entraîne un coût de matière première élevé, un surcoût et un surpoids de l'optique à lui associer ; - la diminution cle la taille individuelle des pixels à surface de capteur constante entraîne une baisse de la sensibilité à la lumière desdits pixels. Le coût du capteur d'images devient alors prohibitif pour des applications qui nécessitent une haute définition.

De plus, les techniques actuelles de fabrication des capteurs d'image solides impliquent l'existence d'espaces non photosensibles entre les pixels. Lesdits espaces entraînent la perte de l'information qui est présente dans les zones d'image qui s'y forment. L'ajout de microlentilles permet de récupérer une partie de cette information mais le positionnement desdites microlentilles lors de la fabrication est délicat et, de plus, ces micro- lentilles collectent la lurnière environnant le pixel globalement, réalisant ainsi la moyenne entre plusieurs informations différentes. Les informations concernant les plus petits détails sont, là encore, perdues. On connaît aussi des systèmes de prise d'image qui possèdent une optique fixe et un capteur mobile, par exemple monté sur des cristaux piézo-électriques excités par un signal périodique de période multiple de la période de prises de vues. Ces systèmes effectuent la combinaison des images fournies successivement par le capteur d'image ; dans ce cas, la définition de l'image résultant de la combinaison peut être égale, dans chaque dimension du capteur, au double ou au triple de la définition du capteur. Cependant, ces systèmes s'avèrent fragiles, du fait des vibrations subies par le capteur d'image et par les connecteurs électriques entre le capteur d'image et les circuits électroniques de traitement. De plus, puisque des micro-mouvements doivent être générés, par exemple des mouvements d'amplitude inférieure à dix microns, les tolérances de fabrication sont très contraignantes. En particulier, ces cristaux requièrent une alimentation électrique de type scientifique à très faible dérive et à haute tension, donc onéreuses et incompatibles avec des produits de grande diffusion. La complexité de fabrication et le coût de ces systèmes peuvent être prohibitifs. De plus, des problèmes de dérive en température peuvent apparaître et détériorer la qualité des images produites. On connaît, enfin, des systèmes de prise d'image qui possèdent, entre un objectif fixe et le capteur d'image, un lame de déflexion optique, par exemple une lame transparente d'indice optique supérieur à celui de l'air. Puisque des micro-mouvements doivent être générés, par exemple des mouvements d'amplitude inférieure à dix microns, les tolérances de fabrication sont très contraignantes et le prix de ces systèmes peut être prohibitif. La présente invention ou certaines de ses caractéristiques particulières visent à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

A cet effet, la présente invention vise, selon un premier aspect, un dispositif de capture d'image, qui comporte : - un objectif adapté à former une image d'une scène, - un capteur d'image matriciel placé en aval dudit objectif et adapté à fournir un signal représentatif de l'image de la scène formée, à sa surface, par ledit objectif, un moyen de mise en mouvement de l'image formée par ledit objectif sur ledit capteur, placé en amont dudit objectif ou mettant en mouvement ledit objectif pour que le capteur d'image fournisse, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, sur le capteur d'image, et un moyen de combinaison d'images fournies successivement par ledit capteur, pour former une image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel. Grâce à ces dispositions, la présente invention peut être mise en oeuvre avec un dispositif de capture d'image pré-existant, par exemple un appareil photo ou une caméra vidéo. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mise en mouvement comporte : -au moins un déflecteur mobile positionné devant ledit objectif et possédant des moyens de déplacement et - un moyen de comrnande des moyens de déplacement de chaque déflecteur, adapté à commander la position du déflecteur pour déplacer l'image de la scène sur le capteur d'image matriciel. Grâce à ces dispositions, et notamment parce que le déflecteur optique est en amont de l'objectif et non en aval, comme dans l'art antérieur, le déflecteur mobile peut effectuer des déplacements de plus grande amplitude que les déflecteurs utilisés dans l'art antérieur, ce qui augmente les tolérances mécaniques et permet de réduire la complexité du dispositif ainsi que son coût. On observe que la présente invention peut être mise en oeuvre avec un dispositif de capture d'image pré-existant, par exemple un appareil photo ou une caméra vidéo pour au moins les raisons suivantes : le déflecteur optique est placé devant l'objectif, donc à l'extérieur de ce dispositif pré-existant, et la combinaison d'image peut être réalisée par des moyens logiciels téléchargeables ou, à posteriori, avec des images fournies à l'extérieur par le dispositif pré-existant.

Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mise en mouvement comporte un déflecteur optique unique adapté à provoquer un déplacement oblique de l'image formée sur le capteur entre deux instants de prise de vues, par rapport aux lignes et aux colonnes de points photosensibles du capteur d'image. Grâce à ces dispositions, un seul déplacement du déflecteur optique permet, à la fois, d'augmenter la définition verticale et la définition horizontale de l'image obtenue après combinaison des images fournies par le capteur d'image. De plus, la complexité du dispositif est réduite, ainsi que son encombrement, par rapport au cas où deux déplacements selon deux axes non colinéaires sont prévus. Selon des caractéristiques particulières, le déplacement oblique est parallèle à un axe passant par les points photosensibles du capteurs d'image décalés, entre eux, d'une ligne et d'une colonne. Selon des caractéristiques particulières, les moyens de déplacement de chaque déflecteur optique comportent un actionneur magnétique dont une partie, au moins, est mécaniquement liée à une partie mobile du déflecteur optique. Selon des caractéristiques particulières, les moyens de déplacement de chaque déflecteur optique comportent un électro-aimant fixe et un aimant permanent mécaniquement lié à une partie mobile du déflecteur optique. Grâce à ces dispositions, la dimension des moyens de déplacement est réduite ainsi que le délai de réaction du déflecteur optique. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mise en mouvement comporte un convoyeur. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mise en mouvement comporte un moyen de déplacement linéaire du capteur d'image et de l'objectif, solidairement fixés entre eux. Selon des caractéristiques particulières, le moyen de mise en mouvement comporte un moyen de déplacement linéaire de l'objectif. Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé ci-dessus comporte un rnoyen d'autocalibrage adapté à commander des déplacements identiques de l'image formée par ledit objectif sur ledit capteur, avec une scène connue immobile, à calculer les déplacements relatifs entre les images successives et à mémoriser ces déplacements dans une mémoire du dispositif. Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé ci-dessus comporte un moyen de recalage des images acquises avec ledit capteur, en fonction des données de calibrage mémorisées. Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé ci- dessus comporte un moyen de détermination de durée de prise de vues et d'un nombre d'images à combiner pour former ladite image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel. Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé ci-dessus comporte un moyen d'asservissement optique en boucle fermée de la position de l'image sur ledit capteur.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif tel que succinctement exposé ci-dessus comporte un moyen de détermination de déplacement de l'image sur ledit capteur, chaque décalage entre cieux images étant calculé par une méthode de phase. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de capture d'image, caractérisé en ce qu'il comporte : une étape de mise en mouvement de l'image d'une scène formée par un objectif sur un capteur d'image matriciel placé en aval de l'objectif, par un moyen de mise en mouvement placé en amont dudit objectif ou mettant en mouvement ledit objectif pour que le capteur d'image fournisse, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, sur le capteur d'image, et une étape de combinaison d'images fournies successivement par ledit capteur, pour former une image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel. Selon des caractéristiques particulières, l'étape de déplacement comporte une étape de déplacement d'au moins un déflecteur optique, au cours de laquelle, on déplace l'image formée sur le capteur optique, d'une partie de pas du capteur optique, dans au moins une des dimensions du capteur optique. Selon des caractéristiques particulières, au cours de l'étape de déplacement, on déplace un déflecteur optique unique de manière à provoquer un déplacement oblique de l'image formée sur le capteur entre deux étapes de capture d'image, par rapport aux lignes et aux colonnes de points photosensibles du capteur d'image. Selon des caractéristiques particulières, au cours de l'étape de déplacement, le déplacement oblique est parallèle à un axe passant par les points photosensibles du capteurs d'image décalés, entre eux, d'une ligne et d'une colonne. Selon des caractéristiques particulières, au cours de l'étape de déplacement, on met en oeuvre des moyens de déplacement de chaque déflecteur optique qui comportent un actionneur magnétique dont une partie, au moins, est mécaniquement liée à une partie mobile du déflecteur optique. Selon des caractéristiques particulières, l'étape de mise en mouvement comporte une étape de mise en mouvement d'un convoyeur.

Selon des caractéristiques particulières, l'étape de mise en mouvement comporte une étape de déplacement linéaire du capteur d'image et de l'objectif, solidairement fixés entre eux. Selon des caractéristiques particulières, l'étape de mise en mouvement comporte une étape de déplacement linéaire de l'objectif.

Selon des caractéristiques particulières, le procédé tel que succinctement exposé ci-dessus comporte une étape d'autocalibrage au cours de laquelle on commande des déplacements identiques de l'image formée par ledit objectif sur ledit capteur, avec une scène connue immobile, on calcule les déplacements relatifs entre les images successives et on mémorise ces déplacements dans une mémoire du dispositif. Selon des caractéristiques particulières, le procédé tel que succinctement exposé ci-dessus comporte une étape de recalage des images acquises avec ledit capteur, en fonction des données de calibrage mémorisées. Selon des caractéristiques particulières, le procédé tel que succinctement exposé ci-dessus comporte une étape de détermination de durée de prise de vues et d'un nombre d'images à combiner pour former ladite image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel.

Selon des caractéristiques particulières, le procédé tel que succinctement exposé ci-dessus comporte une étape d'asservissement optique en boucle fermée de la position de l'image sur ledit capteur. Selon des caractéristiques particulières, le procédé tel que succinctement exposé ci- dessus comporte une étape de détermination de déplacement de l'image sur ledit capteur, chaque décalage entre deux images étant calculé par une méthode de phase. Les avantages, buts et caractéristiques particulières de ce procédé étant similaires à ceux du dispositif tel que succinctement exposé ci-dessus, ils ne sont pas rappelés ici. D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en oeuvre dans un premier mode de réalisation du procédé objet de la présente invention, la figure 3 représente des zones photosensibles d'un capteur d'image et un décalage d'image réalisé par un déflecteur optique du premier mode de réalisation du dispositif objet de la présente invention, tel qu'illustré en figure 1, - la figure 4 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, la figure 5 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et la figure 6 représente, schématiquement, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention. D'une manière générale, la présente invention concerne un dispositif d'imagerie qui comporte un appareil de prise de vue numérique à capteur d'image solide et permet d'échantillonner plus finement le signal optique, ou image, reçu par le capteur d'image en utilisant le décalage, entre deux périodes de capture d'images, de l'image formée sur ce capteur par le biais d'un (premier mode de réalisation, figure 1) ou deux déflecteur(s) optique(s), d'un mouvement de la scène par exemple sous l'effet d'un convoyeur ou d'un mouvement de caméra, par exemple par suite d'un tremblement de son support. Dans le cas de l'utilisation d'au moins un déflecteur optique, chaque déflecteur optique est, préférentiellement, sensiblement fixe pendant une période de capture d'image et mis en déplacement entre deux périodes de capture d'images. Puis, les différentes images captées sont combinées pour former une image de plus haute définition que celle de chacune des images captées et que celle du capteur d'image. La présente invention permet ainsi d'accéder à des détails plus petits que ceux visibles à l'aide du seul capteur d'image, lorsqu'il n'y a pas de déflecteur optique. Le dispositif objet de la présente invention permet ainsi un échantillonnage plus fin que celui que permet le seul capteur, grâce au mouvement de l'image de la scène sur le capteur d'image, par exemple sous l'effet de chaque déflecteur optique réalisant un balayage de l'image formée sur ledit capteur. Préférentiellement, le mouvement s'opère de manière à ce que le balayage de l'image dans le plan du capteur solide se fasse selon des incréments de distance inférieurs à la taille d'un pixel le long de la direction de balayage. Lors du balayage, plusieurs images sont mises successivement en mémoire du dispositif, chacune des images correspondant à l'image issue dudit capteur pour une position donnée de chaque déflecteur optique. La série, ou séquence, d'images obtenue au cours d'un balayage subit une combinaison, ou recomposition, pour fournir une image finale présentant des détails visibles plus petits que ceux qui seraient visibles avec le capteur sans mouvement du déflecteur optique. L'image finale permet : d'avoir accès aux informations habituellement perdues entre les pixels dudit capteur ; - d'échantillonner l'image en différentes positions successives de manière à récupérer l'information des réponses impulsionnelles en dissociant les réponses qui s'additionnent normalement sur un même pixel du fait de la taille trop élevée du pixel ou de la présence d'une microientille au-dessus du pixel. Du fait de l'utilisation du dispositif objet de la présente invention, et, en particulier, du balayage, un capteur d'image solide de faible surface, comportant des pixels de taille relativement élevée (entre 5 et 10 pm) et en nombre restreint, peut être utilisé pour produire des images de haute définition en lieu et place d'un capteur fabriqué spécifiquement dans ce but, ce qui permet : une économie de matière première ; une bonne sensibilité à la lumière ; un rendement du transfert des charges élevé, dans le cas de l'utilisation d'une technologie CCD.

Dans des modes de réalisation, tels que celui décrit en figure 1, le dispositif est réalisé par ajout, à un dispositif de prise de vues électronique classique, de chaque déflecteur optique, en amont de l'objectif de la caméra, c'est-à-dire entre la scène et l'objectif, et des moyens de combinaison d'image qui travaillent sur les signaux issus du capteur d'image sont prévus en aval du capteur d'image de ce dispositif de prise de vues classique. Dans des modes de réalisation, tels que celui illustré en figure 1, une caméra 100, comportant un objectif 105 et un capteur d'image 130, est associée à un déflecteur optique unique comportant une lame à faces parallèles 115 mise en mouvement autour d'un axe de rotation 120 parallèle au plan du capteur d'image 130 et oblique par rapport aux lignes et aux colonnes du capteur d'image 130, par action d'un élément moteur 125 dont une partie, 126, est fixe et une partie, 127, est mécaniquement liée à la lame à faces parallèles 115. La lame à faces parallèles 115 possède un indice de réfraction supérieur à celui de l'air, préférentiellement constant dans la bande spectrale de sensibilité du capteur d'image 130. Préférentiellement, la lame à faces parallèles 115 possède, sur chacune de ces faces, un traitement anti-reflet pour éviter que des double-réflexions ne perturbe l'image captée et pour éviter une diminution de sensibilité due à des réflexions sur ces faces. Comme illustré en figure 3, les décalages d'image 300 successifs provoqués par le déflecteur optique entre deux périodes de capture d'image sont préférentiellement parallèles aux axes 305 passants par les centres des zones photosensibles, ou pixels, 310, placés en diagonale du capteur d'image 130. Dans des modes de réalisation particuliers, le décalage d'image représente un cinquième de la distance entre deux centres de zones photosensibles, de telle manière que la lumière qui parvenait à un pixel, au cours d'une première prise de vue se répartissent, d'une part, sur la zone insensible entre les pixels, et, d'autre part, sur un à quatre pixels adjacents du capteur d'images 130. L'élément moteur 125 entraîne la lame 115 en rotation autour de son axe de rotation 120, pour l'arrêter sur les trois positions intermédiaires entre les deux positions extrêmes que la lame 115 peut prendre et sur ces positions extrêmes.

L'élément moteur 125 est, en figure 1, constitué d'un moteur électrodynamique, en particulier dans le cas où la vitesse de fonctionnement souhaitée est rapide, par exemple dans les cas où les objets à visualiser sont en mouvement. L'élément moteur comporte, comme partie fixe, un électro-aimant constitué d'une simple bobine montée sur un support fixe rigide et, comme partie mobile, un aimant permanent, ou une bobine secondaire alimentée en courant continu, solidaire de la lame à faces parallèles 115. En variante, l'élément moteur 125 est constitué d'un moteur pas-à-pas ou continu asservi pour un fonctionnement plus lent, lorsque les objets à visualiser sont immobiles.

Le dispositif comporte une mémoire vive 135, dans laquelle sont conservées les images successives destinées à la détermination de l'image haute définition, et un moyen de combinaison 140 qui, à partir des images correspondant aux différentes positions du ou des déflecteurs optiques, réalise une image de haute définition, par exemple une image d'une définition double, dans chaque dimension du capteur de la définition du capteur, c'est-à-dire comportant quatre fois plus de points que le nombre de pixels du capteur d'image, comme exposé ci-après. On note ici que, pour cinq positions différentes du ou des déflecteurs optiques, on multiplie par cinq le nombre de pixels horizontaux et verticaux, c'est-à-dire par 25 le nombre de pixels total.

Préférentiellement, la mémoire 135 et le moyen de combinaison 140 sont intégrés sur une carte électronique embarquée dans la caméra 100. Préférentiellement, les différentes positions de la lame à face parallèle 115 sont prises de manière cyclique de telle manière qu'un nombre prédéterminé d'images qui viennent d'être mises en mémoire corresponde à une et une seule image dans chacune des positions possibles de la lame 115. Par exemple, s'il y a cinq positions de la lame, comme illustré en figure 3 et que ces positions sont référencées A , B , C , D et E , le cycle de positions de la lame est défini par les positions successives A , B , C , D , E , A , B , C ... En variante, pour limiter les accélérations qui peuvent être nuisibles à la stabilité du dispositif et/ou à la durée de vie du dispositif, on peut inverser, à chaque extrémité du mouvement, l'ordre de passage dans les positions successives (le cycle de positions de la lame est défini par les positions successives A , B , C , D , E , D , C , B , A , B , C ...), une seule image prise dans chaque position étant traitée à chaque instant. Grâce à cette caractéristique, le traitement des images permet, pour chaque nouvelle image de basse résolution (c'est-à-dire celle du capteur) de déterminer une image de haute résolution sur la base des dernières images mises en mémoire qui correspondent aux différentes positions du déflecteur. Dans des modes de réalisation, tels que celui illustré en figure 1, le dispositif objet de la présente invention comporte également un moyen de contrôle 150 de la position de la lame à faces parallèles 115, mettant en oeuvre un asservissement en boucle fermée. Cette caractéristique est particulièrement avantageuse dans les cas où l'élément moteur 125 comporte un moteur électrodynamique ou un moteur continu. Dans le mode de réalisation illustré en figure 1, le moyen de contrôle 150 comporte une diode électroluminescente 155, un diffuseur 160, un diffuseur 165, un premier groupe de lentilles optiques 170 éclairant un bord de la lame à face parallèle opposé à l'axe de rotation 120, un deuxième groupe de lentilles optiques 175, une photodiode 180 et un microcontrôleur 185. On observe que les diffuseurs ont pour rôle d'homogénéiser la lumière et peuvent être remplacés par des composants optiques connus sous le nom de glass rod ou tout autre moyen réalisant cette fonction (verre dépoli, papier calque, feuille de matière plastique translucide ou composants optiques diffractifs, par exemple). La diode électroluminescente 155 émet de la lumière dans le domaine de transparence des autres composants optiques du moyen de contrôle 150.

Le premier groupe de lentilles optiques 170 et le deuxième groupe de lentilles optiques 175 effectuent la conjugaison optique de la diode électroluminescente 155 et de la photodiode 180. La photodiode 180 est photosensible dans le domaine d'émission de la diode électroluminescente 155. Le microcontrôleur est relié, en entrée, à la photodiode 180, par l'intermédiaire d'un convertisseur analogique-numérique interne et, en sortie, à l'électro- aimant 126, par l'intermédiaire d'un convertisseur numérique-analogique interne. Le bord de la lame 115 qui traverse le flux lumineux de la diode électroluminescente 155 est opaque. Aussi, la tension mesurée par le microcontrôleur 185 en sortie de la photodiode 180 est fonction de la position de la lame 115. La consigne enregistrée dans le microcontrôleur 185 compare la tension lue en sortie de la photodiode 180, à celle enregistrée en mémoire pour la position voulue. Si la tension mesurée est plus faible que celle qui est requise pour une position voulue, le microcontrôleur 185 envoie une tension plus élevée à l'électroaimant 126, et inversement dans le cas contraire. Dans des variantes préférentielles, deux électro-aimants sont placés en vis-à-vis, de part et d'autre de l'aimant permanent traversant la lame 115. Pour limiter les frottements, l'axe de la lame mobile peut finir par des pointes ou billes en contact avec un bâti. La lame mobile est ainsi très libre de mouvement. Comme illustré en figure 2, le procédé de capture d'image objet de la présente invention comporte, dans des modes de réalisation particuliers, d'une part, des étapes de recalage pour déterminer le déplacement relatif de l'image formée par l'objectif 105 sur le capteur d'image 130, entre deux images successives et, d'autre part, des étapes de combinaison d'images pour constituer une image de haute résolution ou haute définition. Concernant les premières, relatives au recalage, deux exemples de méthodes sont exposés ci-dessous : - lorsque les décalages sont réguliers (équidistants), on détermine le nombre N d'images nécessaires pour avoir un déplacement d'un pixel entier. Le décalage individuel sous-pixélique correspond alors au pas entre deux pixels situés en diagonale dans la direction du déplacement, divisé par N ; - lorsque les décalages entre deux images successives sont irréguliers (non équidistants), chaque décalage individuel est calculé par une méthode de phase (calcul du spectre de puissance croisé des deux images, mettant en oeuvre des transformées de Fourier des deux images : TF(11).TF*(12)/mod(TF(11).TF*(12)), formule dans laquelle mod signifie le module complexe et * désigne l'opération de conjugaison complexe. Dans des modes de réalisation, on prévoit une procédure initiale de calibrage 210 qui consiste à commander des déplacements identiques et, à partir d'une scène connue immobile, à calculer les déplacements relatifs entre les images successives. Ces déplacements sont mémorisés dans une mémoire du dispositif. Dans le cas où la scène et les objets qu'elle contient sont immobiles, on utilise ensuite ces données pour recaler correctement les images acquises à la suite de ce calibrage et effectuer une superposition correcte des images lors du traitement de reconstruction, en mettant en oeuvre un vecteur de déplacement pour chaque image captée. Dans le cas où des objets présents dans la scène sont en mouvement, les décalages des objets en mouvement à travers les différentes images d'une séquence sont irréguliers si la lame n'est pas mise en action. Dans ce cas, on utilise algorithme de calcul de recalage avant la reconstruction en haute résolution. Si la lame est mise en action à une vitesse plus grande que la vitesse caractéristique du mouvement de l'objet, de manière à ce que l'objet reste dans le champ de prise de vue pendant toute la durée de la séquence qui va servir à la reconstruction HR, on effectue le recalage par asservissement, par le moyen de contrôle 150, après chaque prise de vue et avant d'appliquer l'algorithme de reconstruction haute résolution.

Pour effectuer le recalage, on fait effectuer une translation des images selon une translation inverse à celle du déplacement. On observe que, dans de nombreuses applications, il n'y a qu'un seul objet rigide dans l'image et il effectue un mouvement de translation globale d'axe parallèle à l'axe optique. On peut donc limiter la mesure du recalage à effectuer sur seulement les zones de l'image les plus éloignées de son centre.

On observe que si la vitesse de l'objet est supérieure à celle correspondant au mouvement de la lame, on effectue d'abord un recalage grossier (correspondant à plusieurs pixels) puis un recalage sub-pixelique, c'est-à-dire correspondant à moins d'un pixel. Sauf dans les modes de réalisation particuliers sans déflecteur optique, avant une première utilisation du dispositif objet de la présente invention ou après avoir modifié la caméra (par exemple par changement d'objectif), on soumet ce dispositif à une procédure de calibrage 210. Le dispositif utilise alors une procédure d'autocalibrage pour s'adapter automatiquement à une optique, un capteur et une résolution donnés, en déterminant les positions d'arrêt successives que doit prendre la lame à faces parallèles au cours d'une prise de vue et le nombre des positions intermédiaires, en fonction de l'optique et du capteur et de la résolution finale souhaitée. A cet effet, au cours d'une étape 211, on effectue une acquisition d'une séquence d'images avec des positions successives prédéterminées de la lame.

Puis, au cours d'une étape 212, on effectue une détection de contours souspixéliques, par rehaussement des contours puis binarisation en implémentant un algorithme de type Cany ou Deriche). Au cours d'une étape 213, on effectue une mesure des déplacements successifs de 5 l'image de chaque objet dans le champ optique de la caméra par rapport à la matrice de pixels du capteur d'image. Ces mesures sont les distances parcourues par les contours entre les images successives. On détermine si les déplacements mesurés correspondent aux déplacements souhaités. Si oui, on passe à une étape 214. 10 Sinon, au cours de l'étape 213, on calcule alors de nouvelles positions à utiliser pour compenser les erreurs constatées et on retourne à l'étape 211. Au cours d'une étape 214, on met en mémoire les coordonnées des positions à utiliser, par exemple, la courbe de courant à appliquer au moteur 125. Lors d'une prise de vue en haute résolution, l'utilisateur peut régler, au cours d'une 15 étape 215, la valeur des paramètres suivants : - la taille de l'image haute résolution voulue ; -la qualité haute résolution voulue ; la zone de l'image standard (image basse résolution ayant la résolution du capteur) que l'on désire transformer en image haute résolution (fonction zoom) et/ou 20 la redondance anti-bruit. La valeur de ces paramètres ayant été choisie par l'utilisateur, le dispositif détermine et affiche à l'utilisateur la durée prévisionnelle de la séquence de prises de vues et des calculs de combinaison d'images. L'impact du réglage de ces paramètres sur le fonctionnement interne de l'algorithme 25 est le suivant : - la taille de l'image haute résolution correspond, par une table de correspondance, au nombre N d'images basse résolution à capturer ou à prendre en compte sur un PC pour effectuer le calcul de l'image de haute résolution (par exemple la table de correspondance indique que cinq images sont nécessaires pour multiplier par cinq la 30 définition dans chaque direction du capteur) ; -la qualité haute résolution voulue correspond au nombre n d'itérations réalisées par l'algorithme la zone cle l'image basse résolution à transformer en haute résolution correspond à la définition d'une ROI (acronyme de region of interest pour région 35 d'intérêt) sur le capteur d'image ; - la redondance anti-bruit correspond au nombre d'images fixes à superposer pour moyenner le bruit.

Puis, au cours d'une étape 220, on effectue une prise d'une image, avec le capteur d'image, la mise en mémoire de l'image captée, un déplacement d'au moins un déflecteur optique pour déplacer l'image d'un N-ième du pas de capteur dans la direction de déplacement, et on réitère la prise d'une image, la mise en mémoire de l'image et le déplacement du déflecteur jusqu'à ce que N images aient été mémorisées. On effectue, ensuite, une étape de combinaison ou reconstruction 225 d'image haute résolution, à partir de chaque image conservée en mémoire, selon un algorithme de combinaison usuel dans le domaine de l'imagerie médicale, appelé rétroprojection itérative , associé ou non à un algorithme usuel de régularisation, tels que celui de Wiener, en mettant éventuellement en oeuvre des données de déplacement conservées en mémoire, pour le cas où les déplacements de l'image formée sur le capteur entre les instants de capture d'images sont irréguliers. On observe que la combinaison effectuée au cours de l'étape 225 comporte, pour chaque image mémorisée (appelée image basse résolution ), la construction d'une image de haute résolution (résolution égale à celle de l'image finalement fournie par le dispositif), par interpolation bilinéaire, par exemple. Les différentes images haute résolution décalées entre elles sont alors transformées en images de basse résolution décalées simulées qui sont soustraites aux images de basse résolution réelles provenant des différentes prises de vues, pour obtenir des images de différence.

Puis on mesure, par exemple par mesure quadratique moyenne, l'amplitude des images de différence. Si cette amplitude moyenne est inférieure à une valeur seuil, l'image de haute résolution fournie est correcte et est donc fournie à l'utilisateur. Sinon, on met en oeuvre cette image obtenue par soustraction afin de calculer une correction à additionner à l'image de haute résolution, pour donner une nouvelle image haute résolution de départ sur laquelle on effectue une itération supplémentaire, et ainsi de suite. Par exemple, l'algorithme implémenté met en oeuvre les grandeurs suivantes : Ir : les images réelles, sortant de la caméra et - Is : les images simulées et IHR : les images de haute résolution.

La succession d'étapes effectuée comporte : une étape de choix de la résolution par l'utilisateur permettant de donner une valeur à la variable N correspondant au nombre total d'images de basse résolution acquises par l'intermédiaire du capteur d'image et au nombre d'itérations pour la boucle des étapes de construction d'images simulées et d'une image haute résolution exposées plus loin.

Puis, on effectue une acquisition d'image et une mise en mémoire des N images Ir et on effectue un calcul des recalages à effectuer. Puis, on calcule la moyenne des images Ir, pixels par pixel.

Puis, on effectue une interpolation (en anglais Upsampling ) d'un facteur N de cette valeur moyenne de la première image Ir, Ir(moy) pour obtenir une image lo. Pour chaque image de basse résolution acquise, on effectue une construction de l'image de basse résolution simulées Is à partir de lo ou IHR par : une translation de 10 ou IHR en fonction du recalage, - une convolution par opérateur de flou pour appliquer à l'image basse résolution un filtre de flou et - une étape de décimation (en anglais downsampling ) de l'image ainsi obtenue pour fournir une image simulée Is.

Puis, on effectue une étape de construction d'une nouvelle image de haute résolution, par le biais : d'une étape de calcul de différence entre chaque image simulée Is et l'image réelle Ir correspondante, interpolation des différences pour obtenir une différence de haute résolution, - une convolution par un opérateur passe haut, ce qui revient à l'application d'un filtre à chaque différence en haute résolution, ou l'application à chaque différence en haute résolution d'un filtre de régularisation de type Wiener ou autre, une translation inverse de chaque différence en haute résolution, une addition de toutes les différences en haute résolution, une division de cette somme par N, - une addition du résultat obtenu avec la dernière image de haute résolution, obtenue au cours de la précédente itération, pour fournir une image de haute résolution IHR. Et on réitère l'étape de construction d'une image de basse résolution. Un exemple d'interpolation très simple est la moyenne entre deux pixels. Elle peut être fait classiquement par interpolation bilinéaire, bicubique ou tout autre méthode usuelle. Pour ce qui concerne la décimation, on tronque l'image en ne conservant qu'un pixel tous les N pixels. Alternativement, on peut réaliser la décimation en appliquant un filtre moyenneur qui calcule la moyenne des intensités des plus proches voisins d'un pixel. La convolution revient en l'application sur une image I d'un filtre par multiplication de cette image par une matrice carrée n x n qui parcourt successivement toutes les positions possibles de I. En variante, illustrée à gauche de la figure 2, pour obtenir un flux continu d'images haute résolution, après la mise en mémoire de chaque image basse résolution, étape 211, on effectue les étapes 212, 213 et 225 décrites ci-dessus pour les N dernières images mémorisées et on fournit une image haute résolution.

Du point de vue utilisateur, les opérations successives pour un pilotage de la caméra et du dispositif de décalage par une carte électronique embarquée comportent : 1. L'utilisateur effectue ses réglages sur un ordinateur relié au dispositif pour fournir le nombre N d'images à combiner, le nombre n d'itérations, la zone image pour laquelle il souhaite une haute résolution, par les coordonnées de ses coins extrêmes (x,, y,) et (x2, y2)) et ces réglages sont mémorisés sur la carte électronique embarquée ; en variante, l'utilisateur effectue les réglages directement sur la caméra, moyennant une interface adaptée, par exemple mettant en oeuvre un viseur de caméra ; 2. Un indicateur montre à l'utilisateur la rapidité de prise de vue à laquelle il aura accès. 3. L'utilisateur appuie sur le bouton de déclenchement de la prise de vue. 4. La carte électronique embarquée envoie un ordre de déclenchement de capture à la caméra et une suite d'ordres de positionnements opto-mécaniques de la lame 115. 5. Les images sont capturées successivement pour chacune des N positions de la lame 115 ; 6. Ces images sont stockées successivement en mémoire 135 sur la carte électronique embarquée. Lorsque les N images capturées sont stockées, la capture s'arrête. 7. Optionnellement, si les pas de décalage de l'image ne sont pas réguliers, le calcul du recalage est lancé sur la carte électronique embarquée : les vecteurs déplacement correspondants aux différentes images sont mis en mémoire. 8. Le calcul de reconstruction haute résolution est lancé sur la carte électronique embarquée, utilisant les vecteurs déplacement précédents, les N images stockées en mémoire et accomplissant n itérations. 9. L'image haute résolution ainsi reconstruite est stockée en mémoire. 10. L'image haute résolution est visualisée par l'utilisateur sur l'écran de l'ordinateur ou de la caméra ou sur tout écran prévu à cet effet. On observe, pour le deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention illustré en figure 4, une caméra 400 à capteur électronique 430, munie d'un objectif 405, un convoyeur 450, la mémoire vive 135 et le moyen de combinaison 140 et un objet 460, dont on veut obtenir une image en haute définition.

Dans ce deuxième mode de réalisation, le moyen de mise en mouvement de l'image formée par l'objectif 405 sur le capteur 430 placé en amont de l'objectif 405 est constitué du convoyeur 450, mettant l'objet 460 en déplacement rectiligne uniforme ou en déplacement pas à pas, selon des techniques connues de l'homme du métier. Le capteur d'image 430 fournit ainsi, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, de moins d'un élément d'image, ou pixel, ou d'un nombre fractionnaire de pixels, la fraction ne devant pas être redondante avec une autre fraction (c'est-à-dire correspondant à deux nombres séparés par un nombre entier) de la même séquences d'images. On observe, pour le troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention illustré en figure 5, une caméra 500 à capteur électronique 530, munie d'un objectif 505, la mémoire vive 135 et le moyen de combinaison 140 et un objet 560, dont on veut obtenir une image en haute définition. Dans ce troisième mode de réalisation, le moyen de mise en mouvement de l'image formée par l'objectif 505 sur le capteur 530 placé en amont de l'objectif 505 est constitué de la main de l'utilisateur ou d'un support de la caméra 400, qui tremble, ou vibre et met l'image de l'objet 560 en déplacement sur le capteur d'image 530. On observe, pour le quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention illustré en figure 6, une caméra 600 à capteur électronique 630, munie d'un objectif 605 et d'un moyen 620 de déplacement linéaire de l'objectif 605, la mémoire vive 135 et le moyen de combinaison 140 et un objet 660, dont on veut obtenir une image en haute définition. Dans ce troisième mode de réalisation, le moyen de mise en mouvement de l'image formée par l'objectif 605 sur le capteur 630 placé en amont de l'objectif 605 est constitué du moyen 620 de déplacement linéaire de l'objectif 605 qui met cet objectif en mouvement afin que son axe oscille autour de l'axe perpendiculaire au capteur d'image 630. Le mouvement de l'objectif, très atténué suivant les lois de l'optique, décale, en effet, l'image formée par l'objectif sur le capteur d'image. Par exemple le moyen 620 de déplacement de l'objectif 605 comporte au moins une pièce en métal à mémoire de forme parcourue par un courant variable et associé à un ressort de rappel.25

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif de capture d'image, caractérisé en ce qu'il comporte : un objectif (105, 405, 505, 605) adapté à former une image d'une scène (460, 560, 660), un capteur d'image matriciel (130, 430, 530, 630) placé en aval dudit objectif et adapté à fournir un signal représentatif de l'image de la scène formée, à sa surface, par ledit objectif, - un moyen (115, 126, 127, 450, 620) de mise en mouvement de l'image formée par ledit objectif sur ledit capteur, placé en amont dudit objectif ou mettant en mouvement ledit objectif pour que le capteur d'image fournisse, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, sur le capteur d'image et un moyen (135, 140) de combinaison d'images fournies successivement par ledit capteur, pour former une image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel.

2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen (115, 126, 127) de mise en mouvement comporte : - au moins un déflecteur (115) mobile positionné devant ledit objectif (105) et possédant des moyens de déplacement (126, 127) et - un moyen (185) de commande des moyens de déplacement de chaque déflecteur, adapté à commander la position du déflecteur pour déplacer l'image de la scène sur le capteur d'image matriciel.

3 ù Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen (115, 126, 127) de mise en mouvement comporte un déflecteur optique (115) unique adapté à provoquer un déplacement oblique de l'image formée sur le capteur entre deux instants de prise de vues, par rapport aux lignes et aux colonnes de points photosensibles du capteur d'image (130).

4 ù Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le déplacement oblique est parallèle à un axe passant par les points photosensibles du capteurs d'image (130) décalés, entre eux, d'une ligne et d'une colonne.

5 ù Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les moyens (115, 126, 127) de déplacement de chaque déflecteur optique (115) comportent un actionneur magnétique (126, 127) dont une partie (127), au moins, est mécaniquement liée à une partie mobile du déflecteur optique.

6 ù Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens (115, 126, 127) de 35 déplacement de chaque déflecteur optique (115) comportent un électro-aimant fixe (126) et un aimant permanent (127) mécaniquement lié à une partie mobile du déflecteur optique.7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de mise en mouvement comporte un convoyeur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de mise en mouvement comporte un moyen de déplacement linéaire du capteur 5 (130) d'image et de l'objectif (105), solidairement fixés entre eux. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le moyen de mise en mouvement comporte un moyen de déplacement linéaire de l'objectif (1 05). 10 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il 10 comporte un moyen (150 à 180) d'autocalibrage adapté à commander des déplacements identiques de l'image formée par ledit objectif (105) sur ledit capteur (130), avec une scène connue immobile, à calculer les déplacements relatifs entre les images successives et à mémoriser ces déplacements dans une mémoire du dispositif. 11 û Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (140) de 15 recalage des images acquises avec ledit capteur (130), en fonction des données de calibrage mémorisées. 12 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (140) de détermination de durée de prise de vues et d'un nombre d'images à combiner pour former ladite image d'une définition supérieure à celle du capteur 20 d'image matriciel (130). 13 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (150 à 180) d'asservissement optique en boucle fermée de la position de l'image sur ledit capteur (130). 14 û Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il 25 comporte un moyen (150 à 180) de détermination de déplacement de l'image sur ledit capteur, chaque décalage entre deux images étant calculé par une méthode de phase. 15 - Procédé de capture d'image, caractérisé en ce qu'il comporte : une étape de mise en mouvement de l'image d'une scène (460, 560, 660) formée par un objectif (105, 405, 505, 605) sur un capteur d'image matriciel (130, 430, 530, 630) 30 placé en aval de l'objectif, par un moyen (115, 126, 127, 450, 620) de mise en mouvement placé en amont dudit objectif ou mettant en mouvement ledit objectif pour que le capteur d'image fournisse, successivement, des signaux représentatifs d'images de ladite scène décalées, entre elles, sur le capteur d'image, et une étape (225) de combinaison d'images fournies successivement par ledit capteur, 35 pour former une image d'une définition supérieure à celle du capteur d'image matriciel.