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SAISIE D'IMAGE AVEC ADDITION DE SIGNAUX D'ACCUMULATION POUR
DES PHOTODETECTEURS ADJACENTS
La présente invention concerne un instrument de saisie d'image dans
lequel des signaux d'accumulation qui sont produits par des photodétecteurs
adjacents sont ajoutés entre eux. Elle concerne aussi un procédé qui est mis
en oeuvre dans un tel instrument.
L'invention vise à améliorer une qualité des images qui sont saisies
lorsque les conditions de formation et de détection d'image génèrent un
repliement de spectre, ou spectral aliasing en anglais, ou lorsque le
rapport
signal-sur-bruit de l'image est insuffisant.
Une caractéristique d'un instrument de saisie d'image est sa fonction
de transfert de modulation, ou FTM. Cette fonction caractérise la capacité de
l'instrument à restituer dans les images qui sont saisies, des motifs de la
scène
photographiée qui ont des dimensions variables. Ainsi, la fonction de
transfert
de modulation est le rapport de contraste entre l'image et la scène, pour un
motif dont l'intensité varie sinusoïdalement et qui est identifié par sa
fréquence
spatiale dans l'image. La fonction de transfert de modulation est obtenue en
variant la fréquence spatiale du motif, et en déterminant son contraste dans
l'image en fonction de cette fréquence spatiale.
De façon connue, la saisie d'une image par l'instrument a un effet de
filtre passe-bas. Cet effet apparaît comme une décroissance de la fonction de
transfert de modulation au fur et à mesure que la fréquence spatiale du motif
dans l'image augmente.
Plusieurs contributions constituent ensemble la fonction de transfert de
modulation, sous forme d'un produit de ces contributions pour constituer la
fonction de transfert de modulation de l'instrument complet. Une première
contribution est produite par l'optique de formation de l'image qui est
utilisée
dans l'instrument. Cette première contribution est une fonction décroissante
de
la fréquence spatiale dans l'image, et est sensiblement nulle pour des
fréquences spatiales qui sont supérieures à une fréquence de coupure fc.
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Cette fréquence de coupure est donnée par la formule suivante : fc = 1/(N =
A),
où:
A est une longueur d'onde du rayonnement qui est utilisé pour former
l'image, et qui provient de la scène imagée par l'instrument, et
N est l'ouverture numérique de l'optique de formation d'image : N = f/D,
où f et D sont respectivement une distance focale et un diamètre de
pupille de cette optique.
Ainsi, les composantes spectrales de la scène qui correspondraient à
des fréquences spatiales dans l'image qui sont supérieures à la fréquence de
coupure fc, sont supprimées de l'image par l'optique elle-même. Autrement dit,
l'image de la scène qui est formée par l'optique ne contient que des
composantes spectrales dont les fréquences spatiales sont inférieures à la
fréquence de coupure fc.
Une seconde contribution à la fonction de transfert de modulation est
produite par le capteur d'image qui est utilisé dans l'instrument. Ce capteur
est
situé dans le plan focal de l'optique de formation d'image, et comprend au
moins une rangée de photodétecteurs qui ont des dimensions individuelles
identiques et sont alignés avec un pas p qui est constant le long de la
rangée.
De façon connue, un tel capteur réalise un échantillonnage de l'image,
avec une fréquence d'échantillonnage fE qui est égale à 1/p, lorsqu'un signal
d'accumulation est lu séparément dans chaque photodétecteur pour constituer
un point différent de l'image saisie.
Lorsque la fréquence d'échantillonnage fE par les photodétecteurs est
inférieure au double de la fréquence de coupure fc, un repliement de spectre
intervient à cause du niveau d'échantillonnage qui est insuffisant. Ce
repliement de spectre concerne les composantes spectrales de la scène dont
les fréquences spatiales dans l'image sont comprises entre fE/2 et fc. Les
intensités de ces composantes spectrales apparaissent ajoutées à celles dont
les fréquences spatiales sont inférieures à fE. La limite que constitue la
moitié
de la fréquence d'échantillonnage fE vis-à-vis de la capacité du capteur à
fournir une représentation fidèle des composantes spectrales de l'image, est
appelée fréquence de Nyquist.
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Lorsque le capteur d'image est supposé parfait, la valeur de sa
contribution à la fonction de transfert de modulation, pour la fréquence
spatiale
dans l'image qui est égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE,
est
égale à sinc(7/2) -,--, 0,64, lorsque chaque photodétecteur produit séparément
un signal d'accumulation qui correspond à un point d'image différent. Dans la
formule précédente, sinc(x) est la fonction sinus-cardinal, ou [sin(x)]/x
lorsqu'elle est appliquée à un argument x.
La fonction de transfert de modulation qui résulte de l'optique de
formation d'image et du capteur d'image présente alors une valeur qui est
encore importante pour la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE. Le
repliement de spectre produit alors des artéfacts dans l'image saisie, qui
sont
visibles notamment lorsque cette image est fusionnée avec une autre de la
même scène mais dont la fréquence d'échantillonnage est supérieure.
Une solution pour réduire ces artéfacts consiste à réduire la taille des
photodétecteurs, afin de réduire leur pas p dans la rangée du capteur. De
cette
façon, l'échantillonnage de l'image est augmenté. Mais le capteur d'image, à
photodétecteurs qui sont plus petits, est plus complexe. Les débits de données
à traiter sont alors plus importants, ce qui entraîne aussi une complexité
accrue
pour la chaîne de traitement des données qui est embarquée. En outre, le
capteur d'image qui est utilisé peut être imposé par diverses contraintes, et
notamment par d'autres utilisations du même capteur lorsqu'une mission
polyvalente est prévue. Autrement dit, la dimension individuelle et le pas des
photodétecteurs peuvent être imposés.
Une autre solution pour réduire les artéfacts dus au repliement de
spectre consiste à réduire la dimension de la pupille de l'optique de
formation
d'image. Ainsi, la valeur de la fonction de transfert de modulation à la
moitié de
la fréquence d'échantillonnage est réduite. De cette façon, la contribution
parasite des fréquences repliées, dans les contrastes des composantes
spectrales de l'image dont les fréquences spatiales sont inférieures à la
fréquence d'échantillonnage, est diminuée. Mais, l'optique de formation
d'image peut être commune à plusieurs fonctions. En particulier, cette optique
peut être commune à plusieurs voies de saisie d'images qui sont utilisées
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simultanément, par exemple avec des intervalles qui sont différents pour la
longueur d'onde du rayonnement. La dimension de la pupille de l'optique de
formation d'image est alors fixée, sans pouvoir être adaptée séparément en
fonction du capteur de chaque voie d'imagerie.
Enfin, il est aussi connu de modifier la dimension effective et le pas
effectif des photodétecteurs pour des images qui sont saisies, en
agglomérant des photodétecteurs qui sont voisins le long d'une rangée du
capteur. Pour cela, les photodétecteurs sont regroupés en segments de
rangée, successifs le long de la rangée et disjoints. On entend par
agglomération de photodétecteurs voisins , ou photodetector binning en
anglais, un mode de lecture des signaux d'accumulation des photodétecteurs
selon lequel les signaux respectifs de photodétecteurs qui appartiennent à un
même segment sont additionnés entre eux. La Figure 3 illustre un tel mode de
lecture du capteur d'image, tel que connu avant la présente invention. Dans
cette figure, la référence 10 désigne les photodétecteurs individuels du
capteur
d'image 1, et Si', S2', S3', S4'... désignent des paires successives et
disjointes
de regroupement des photodétecteurs 10. Des conséquences d'une telle
agglomération des photodétecteurs sont notamment :
- la fréquence spatiale d'échantillonnage de l'image est divisée par deux,
ce qui représente une réduction des performances d'imagerie ; et
- le rapport signal-sur-bruit relatif à chaque valeur d'intensité qui est
utilisée dans l'image telle qu'elle est saisie, est amélioré.
Une telle agglomération des photodétecteurs, qui a pour but
d'augmenter le rapport signal-sur-bruit en acceptant une dégradation de la
résolution, fait aussi apparaître ou aggrave les artéfacts d'image qui sont
provoqués par le repliement de spectre.
A partir de cette situation, un premier but de l'invention consiste à
réduire plus efficacement les artéfacts qui sont produits par le repliement de
spectre dans les images saisies.
Un second but de l'invention est d'améliorer le rapport signal-sur-bruit
pour chaque valeur d'intensité qui constitue l'image saisie.
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Enfin, des buts complémentaires de l'invention sont d'éviter de rendre
trop complexes l'instrument de saisie d'image et/ou le traitement des images
qui sont saisies, ainsi qu'éviter d'augmenter le prix de revient de
l'instrument.
En particulier, un but complémentaire de l'invention est d'éviter d'augmenter
la
fréquence d'échantillonnage de l'image pour une fréquence de coupure de
l'optique de formation d'image qui reste constante.
Pour atteindre l'un au moins de ces buts ou d'autres, la présente
invention propose un instrument de saisie d'image qui comprend :
- une optique de formation d'image et une rangée de photodétecteurs
telles que décrites précédemment ; et
- un contrôleur, adapté pour commander des lectures des signaux
d'accumulation qui sont produits respectivement par les
photodétecteurs.
Le contrôleur est adapté en outre pour définir une série de segments à
l'intérieur de la rangée, qui comprennent chacun un même nombre de
photodétecteurs adjacents, appelé longueur de segment, et pour commander
les lectures des signaux d'accumulation en additionnant ceux dont les
photodétecteurs appartiennent à un même des segments. Autrement dit, le
contrôleur est adapté pour réaliser une agglomération ( binning ) des
photodétecteurs.
Le contrôleur est aussi adapté pour définir les segments de sorte
qu'une longueur de décalage M entre deux segments successifs dans la
rangée, exprimée comme un nombre de photodétecteurs, soit constante le long
de la rangée, et supérieure à 1/(2 = fc = p). De cette façon, l'instrument
possède
une nouvelle fréquence d'échantillonnage fE de l'image qui est formée par
l'optique, égale à 1/(M = p). Cette nouvelle fréquence d'échantillonnage fE
est
inférieure au double de la fréquence de coupure fc. L'instrument de
l'invention
fonctionne donc dans des conditions telles que le repliement de spectre se
produise. Ces caractéristiques impliquent que la longueur de décalage M soit
non-nulle.
L'instrument de l'invention possède en outre la caractéristique
additionnelle suivante : la longueur de segment est strictement supérieure à
la
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longueur de décalage M, et strictement inférieure au double de cette même
longueur de décalage M.
Cette caractéristique additionnelle engendre une réduction de la
contribution du capteur d'image à la fonction de transfert de modulation (FTM)
de l'instrument. Or une réduction de la FTM est contraire à ce que recherche
en général le spécialiste en optique spatiale, dont le but est plutôt de
l'augmenter quand il vise une amélioration de la qualité d'image. Cependant,
en réduisant la contribution du capteur d'image à la FTM, la contribution
parasite des composantes spectrales de la scène dont les fréquences spatiales
sont repliées dans l'image qui est saisie, est diminuée. L'image qui est
saisie
en agglomérant les photodétecteurs selon l'invention présente donc moins
d'artéfacts causés par le repliement de spectre, qui apparaitraient notamment
lorsque cette image est fusionnée avec une autre image dont la fréquence
d'échantillonnage serait supérieure.
En conséquence de l'invention, deux segments successifs de
photodétecteurs qui sont utilisés pour additionner les signaux d'accumulation
lors de la lecture, présentent entre eux un recouvrement d'au moins un
photodétecteur. De plus, ce recouvrement est plus petit que la moitié de la
longueur de chaque segment.
En outre, l'addition des signaux d'accumulation pour chaque segment,
qui produit chaque valeur d'intensité de l'image saisie, présente une valeur
améliorée pour le rapport signal-sur-bruit. En effet, la surface totale de
collecte
du rayonnement qui correspond à cette valeur d'intensité, est proportionnelle
à
la longueur de segment qui est utilisée pour appliquer l'invention.
L'invention propose aussi un procédé de saisie d'image, qui comprend
les étapes suivantes :
- fournir l'optique de formation d'image ;
- disposer la rangée des photodétecteurs dans le plan focal de l'optique
de formation d'image ;
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- définir la série des segments à l'intérieur de la rangée, qui comprennent
chacun le même nombre de photodétecteurs adjacents, appelé
longueur de segment ; et
- commander la lecture des signaux d'accumulation qui sont produits
respectivement par les photodétecteurs, en additionnant ceux dont les
photodétecteurs appartiennent à un même des segments.
Dans le procédé de l'invention, une longueur de décalage M entre deux
segments successifs dans la rangée, exprimée comme un nombre de
photodétecteurs, est constante le long de la rangée, et supérieure à
1/(2 = fc = ID).
Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que la longueur de
segment soit strictement supérieure à la longueur de décalage M, et
simultanément strictement inférieure au double de cette longueur de décalage
M.
Or, les contrastes des composantes spectrales de l'image dont les
fréquences spatiales sont comprises entre la fréquence de coupure de l'optique
de formation d'image et la moitié de cette dernière, sont faibles dans la
pratique à cause des valeurs de la fonction de transfert de modulation de
l'instrument pour ces fréquences spatiales. Dans ce cas, et pour des modes
préférés de réalisation de l'invention, il peut être avantageux que la
longueur
de décalage M entre deux segments successifs dans la rangée soit supérieure
à 1 /(fc = p). Le recouvrement entre deux segments successifs est ainsi plus
petit. La fréquence spatiale d'échantillonnage fE de l'image qui est saisie
est
alors inférieure à la fréquence de coupure fc, en plus d'être inférieure au
double de fc. Le capteur d'image qui est sélectionné pour l'instrument peut
ainsi être moins onéreux, et la quantité de données d'image est réduite.
En particulier, la longueur de décalage M entre deux segments
successifs dans la rangée, peut être comprise entre 2/(fc = p) et 10/(fc = p).
De
cette façon, la fréquence spatiale de coupure fc peut être comprise entre deux
fois et dix fois la fréquence spatiale d'échantillonnage fE=
Par exemple, la longueur de segment peut être égale à trois
photodétecteurs adjacents, et la longueur de décalage M entre deux segments
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successifs dans la rangée peut être égale à deux photodétecteurs adjacents.
De façon générale, les photodétecteurs qui sont concernés par
l'invention peuvent être des photodétecteurs élémentaires d'un capteur
d'image, ou bien des unités de détection de rayonnement qui résultent déjà
d'une agglomération de plusieurs photodétecteurs élémentaires du capteur
d'image. Le vocable photodétecteur qui est utilisé dans la présente
description
couvre tous ces deux modes d'utilisation d'un capteur d'image.
Dans des mises en oeuvre préférées du procédé de l'invention,
l'addition des signaux d'accumulation pour les photodétecteurs qui
appartiennent à un même des segments lorsque la longueur de segment est
strictement supérieure à la longueur de décalage M et strictement inférieure
au
double de cette même longueur de décalage M, peut correspondre à un
premier mode de lecture qui est disponible parmi plusieurs modes de lecture
alternatifs. Alors, une autre série de segments peut être définie à
l'intérieur de
la rangée des photodétecteurs, pour un autre des modes de lecture, avec la
même longueur de décalage M entre deux segments successifs que dans le
premier mode de lecture, mais avec une nouvelle longueur de segment qui est
égale à la longueur de décalage M. Ainsi, deux segments qui sont successifs
dans la rangée de photodétecteurs n'ont plus de recouvrement entre eux dans
l'autre mode de lecture. Les signaux d'accumulation sont additionnés dans cet
autre mode de lecture, pour des photodétecteurs qui appartiennent à un même
des segments de l'autre série. Dans ce cas, le procédé peut comprendre une
étape initiale de sélection d'un des modes de lecture.
Au sein d'un instrument de saisie d'image qui est conforme à
l'invention, les deux modes de lecture alternatifs peuvent être définis et
commandés chacun par le contrôleur. L'instrument de saisie d'image est alors
polyvalent, et peut être adapté de cette façon pour plusieurs missions sans
modification matérielle.
Pour certaines applications de l'invention au domaine de l'imagerie
spatiale, l'optique de formation d'image et la rangée des photodétecteurs
peuvent être parties d'un instrument de saisie d'image qui est monté à bord
d'un satellite. Le procédé peut alors être mis en oeuvre pour saisir au moins
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une image d'une portion de surface de la Terre.
D'autres particularités et avantages de la présente invention
apparaîtront dans la description ci-après d'exemples de réalisation non
limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
- la Figure 1 représente un instrument de saisie d'image auquel la
présente invention peut être appliquée ;
- la Figure 2 illustre un mode de lecture par agglomération de
photodétecteurs, tel que proposé par la présente invention ; et
- la Figure 3 illustre un autre mode de lecture par agglomération de
photodétecteurs, connu avant la présente invention.
Pour raison de clarté, les dimensions des éléments qui sont
représentés dans ces figures ne correspondent ni à des dimensions réelles ni à
des rapports de dimensions réels. En outre, des références identiques qui sont
indiquées dans des figures différentes désignent des éléments identiques ou
qui ont des fonctions identiques.
Conformément à la Figure 1, un instrument de saisie d'image
comprend une optique de formation d'image 100, un capteur d'image 1 et un
contrôleur de saisie d'image 2. Le contrôleur 2 est noté CTRL et est en
général
une unité électronique dédiée, séparée ou non du capteur 1.
L'optique de formation d'image 100 peut être de tout type, à base de
lentilles ou de miroirs. Notamment, elle peut être adaptée pour des missions
d'imagerie spatiale. Dans ce cas, l'optique 100 peut être un télescope d'une
configuration connue de l'Homme du métier, telle qu'un télescope à deux
miroirs. Les références 101 et 102 désignent alors respectivement le miroir
primaire et le miroir secondaire du télescope. De façon connue, l'ouverture
des
faisceaux de rayonnement qui entrent dans l'optique 100 est limitée par la
pupille P de cette optique, dont le diamètre est noté D. Dans le cas d'un
télescope, la pupille d'entrée correspond le plus souvent à la limite
périphérique du miroir primaire 101.
L'optique de formation d'image 100 possède une fréquence de coupure
fc qui est effective pour les composantes spectrales de l'image formée, en
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fonction de la fréquence spatiale de ces composantes. L'expression de cette
fréquence de coupure fc a été rappelée au début de la présente description.
La surface photosensible du capteur d'image 1 est située dans le plan
de formation d'image 103 de l'optique 100, qui correspond le plus souvent au
plan focal de celle-ci. Ainsi, des faisceaux de rayonnement F1 et F2 qui
proviennent de points différents d'une scène qui est située dans le champ
d'entrée de l'optique 100, convergent à des endroits séparés de la surface
photosensible du capteur 1.
Le capteur d'image 1 peut être de tout type : capteur matriciel, capteur
en ligne ou capteur à intégration décalée temporellement, désigné par
l'acronyme TDI pour time delay integration . Le capteur 1 comprend alors au
moins une rangée de photodétecteurs 10, qui sont juxtaposés selon une
direction de rangée notée R. La rangée peut contenir 3500 photodétecteurs 10,
par exemple. Pour saisir une image, chaque photodétecteur 10 produit
individuellement un signal d'accumulation qui est noté I, et qui est
proportionnel
à une quantité de rayonnement reçue par ce photodétecteur pendant une
durée d'exposition déterminée. Dans la suite, mais de façon non limitative, on
pourra considérer que le capteur 1 est un capteur en ligne, c'est-à-dire
constitué d'une seule rangée de photodétecteurs.
Enfin, le contrôleur 2 commande le fonctionnement du capteur 1 pour
saisir chaque image. Outre l'étape d'exposition de chaque photodétecteur 10,
il
commande une étape de lecture des signaux d'accumulation I. Le capteur
d'image 1 et le contrôleur 2 peuvent être adaptés pour saisir les images selon
des modes de fonctionnement différents, tels que l'exposition simultanée de
tous les photodétecteurs 10, désignée par snapshot en anglais, ou un mode
de lecture continue des photodétecteurs, désigné par rolling en anglais.
Mais
de façon préférée, le capteur d'image 1 et le contrôleur 2 sont adaptés pour
combiner l'invention avec un mode de saisie d'image de type pushbroom .
L'Homme du métier comprendra que l'invention qui est décrite dans la suite
peut être combinée avec une grande variété de modes de fonctionnement pour
le capteur d'image 1. Le contrôleur 2 produit en sortie une image, qui est
construite en affectant des valeurs d'intensité respectivement à des points
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discrets d'une trame d'image.
Dans un procédé de référence pour la saisie d'image, chaque point de
la trame d'image peut correspondre à un seul des photodétecteurs 10, de sorte
que les valeurs d'intensité respectives des points de l'image saisie
correspondent une-à-une aux signaux d'accumulation I qui sont lus
séparément dans les photodétecteurs 10. Les caractéristiques d'imagerie qui
sont alors obtenues dépendent de celles de l'optique de formation d'image 100
et du capteur d'image 1. Ces caractéristiques comprennent notamment :
- la fréquence de coupure fc de l'optique 100;
- la dimension individuelle d des photodétecteurs 10 selon la direction R.
Plus précisément, d est la dimension de la portion de surface
photosensible du capteur d'image 1, qui correspond à un seul
photodétecteur ; et
- le pas p des photodétecteurs 10 selon la direction R, défini comme la
distance selon cette direction entre deux bords d'un même côté, relatifs
à deux photodétecteurs 10 qui sont voisins au sein de la rangée.
Autrement dit, le pas p est la période spatiale des photodétecteurs 10
dans la surface photosensible du capteur 1, selon la direction R.
L'écart entre le pas p et la dimension d est la largeur d'une bande
morte qui existe entre deux photodétecteurs 10 voisins dans la rangée. Cet
écart est négligé dans la suite, mais l'Homme du métier saura en tenir compte
si nécessaire à la lecture des explications données ci-dessous.
Les valeurs numériques exactes de ces caractéristiques n'ont pas
d'importance par rapport au principe de l'invention, et dépendent des
composants réels qui sont sélectionnés pour constituer l'instrument de saisie
d'image. De même, la dimension e des photodétecteurs 10, mesurée
perpendiculairement à la direction R, n'a pas d'importance par rapport à
l'invention.
Les procédés de saisie d'image qui sont conformes à l'invention
utilisent une agglomération des photodétecteurs 10. Certaines des
caractéristiques d'imagerie présentées, dont la contribution du capteur 1 à la
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fonction de transfert de modulation et la fréquence d'échantillonnage,
dépendent alors en outre du motif d'agglomération qui est utilisé.
Toutefois, la contribution de l'optique de formation d'image 100 à la
fonction de transfert de modulation de l'instrument, appelée première
contribution plus haut, n'est pas modifiée. Par suite, la fréquence de coupure
fc
de l'optique 100 est inchangée.
La Figure 2 illustre une mise en oeuvre particulière de l'invention. Les
photodétecteurs 10 y sont regroupés en segments continus selon la direction
R, avec une longueur de segment L qui est commune pour tous les segments,
et une longueur de décalage M entre deux segments successifs selon la
direction R, qui est aussi constante. Les segments successifs sont notés Si,
S2, S3, S4..., par exemple à partir d'une extrémité de la rangée des
photodétecteurs 10. Les longueurs M et L sont évidemment chacune
supérieures ou égales à l'unité, c'est-à-dire chacune plus grandes qu'un seul
photodétecteur.
L'invention introduit la condition suivante : M < L < 2 = M. Autrement dit,
la longueur de décalage M est inférieure à la longueur de segment L, et
supérieure à la moitié de cette même longueur de segment L.
La première inégalité (M < L) exprime que deux segments successifs
dans la rangée ont un recouvrement l'un avec l'autre, c'est-à-dire qu'ils
possèdent au moins un photodétecteur 10 en commun.
La seconde inégalité (M > L/2) exprime que ce recouvrement entre
deux segments successifs est plus court que la moitié de la longueur de
chaque segment.
Dans l'exemple qui est représenté sur la Figure 2, la longueur L de
chaque segment Si, S2, S3, S4... est égale à trois fois le pas p,
correspondant
à des segments qui sont constitués chacun par trois photodétecteurs 10
successifs. La longueur de décalage M est égale à deux fois le pas p,
correspondant à des segments successifs qui sont décalés entre eux de deux
photodétecteurs 10 successifs. En conséquence, deux segments successifs
présentent un recouvrement qui possède la longueur L - M selon la direction R,
soit un recouvrement d'un photodétecteur 10 dans l'exemple représenté.
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Le contrôleur 2 effectue alors une addition des signaux d'accumulation
1 pour les photodétecteurs 10 qui appartiennent à un même des segments Si,
S2, S3, S4... Ainsi, une première valeur d'intensité li est obtenue à partir
de la
somme des signaux d'accumulation 1 respectifs des trois photodétecteurs 10
du segment Si, une deuxième valeur d'intensité 12 est obtenue à partir de la
somme des signaux d'accumulation 1 respectifs des trois photodétecteurs 10
du segment S2, une troisième valeur d'intensité 13 est obtenue à partir de la
somme des signaux d'accumulation 1 respectifs des trois photodétecteurs 10
du segment S3, etc. Une telle addition des signaux d'accumulation là
l'intérieur
de chaque segment Si, S2, S3, S4... peut être effectuée d'une façon
quelconque, accessible à l'Homme du métier : de façon matérielle au niveau
des circuits de lecture du capteur 1, de façon logicielle au sein du
contrôleur 2,
sur des signaux analogiques, mais aussi sur des signaux numériques. L'image
qui est délivrée en sortie par le contrôleur 2 est construite en affectant les
valeurs d'intensité li, 12, 13... à des points différents de la trame d'image.
La longueur du décalage remplace alors le pas p des photodétecteurs
individuels 10 dans la rangée 1, pour l'échantillonnage qui est ainsi réalisé
à
l'intérieur de l'image formée par l'optique 100. Autrement dit, la fréquence
d'échantillonnage de l'instrument est alors : fE = 1/(M = p). Dans l'exemple
particulier de la Figure 2, la fréquence d'échantillonnage fE est ainsi
divisée par
deux, par rapport au procédé de référence de saisie d'image qui a été rappelé
plus haut.
L'invention trouve intérêt lorsque la longueur de décalage M est
sélectionnée pour vérifier en outre l'inégalité M > 1/(2 = fc = p). Alors, la
fréquence d'échantillonnage fE est plus petite que le double de la fréquence
de
coupure fc de l'optique 100 : fE < 2 = fc. L'invention concerne donc des
conditions d'échantillonnage de l'image pour lesquelles le repliement de
spectre se produit, et est susceptible de produire des artéfacts dans l'image
échantillonnée qui est saisie.
La contribution à la fonction de transfert de modulation qui est due au
capteur d'image 1, appelée seconde contribution dans la partie générale de la
description, et évaluée pour la fréquence spatiale dans l'image qui est égale
à
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la moitié de fE la fréquence d'échantillonnage fE, devient sinc[7=142 = M)] en
appliquant l'invention. Etant donné que M < L < 2 = M, cette valeur est
comprise
strictement entre zéro et sinc(7/2) et 0,64. Autrement dit, la fonction de
transfert
de modulation évaluée pour la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE, est
réduite par rapport au procédé de référence où les signaux d'accumulation I
des photodétecteurs 10 sont affectés un-à-un aux points de la trame d'image.
Les composantes spectrales de l'image qui sont repliées ont donc des valeurs
de contraste qui sont réduites, si bien que l'image qui est construite à
partir des
valeurs d'intensité li, 12, 13... présente des artéfacts dus au repliement de
spectre, qui sont diminués.
Pour l'exemple avec L = 3 photodétecteurs et M = 2 photodétecteurs,
la contribution à la fonction de transfert de modulation qui est due au
capteur
d'image 1, à la moitié de la fréquence d'échantillonnage fE, est égale à
sinc(7=3/4) -,--, 0,30.
Dans la pratique, les composantes spectrales de l'image dont les
fréquences spatiales sont comprises entre la moitié de la fréquence de coupure
te et cette fréquence de coupure te elle-même, ont des valeurs du contraste
qui
sont réduites. En effet, les valeurs de la fonction de transfert de modulation
sont faibles pour ces fréquences spatiales. Les artéfacts qui sont dus au
repliement de spectre à partir de cet intervalle de fréquences spatiales sont
donc mineurs, si bien que la fréquence d'échantillonnage fE peut être
inférieure
à la fréquence de coupure te, au-delà d'être inférieure au double de te, tout
en
obtenant une image saisie dépourvue d'artéfacts qui soient importants. Soit :
fE <fa, ou M> 1/(fc = p). Le recouvrement entre deux segments successifs de
photodétecteurs 10 peut donc être réduit tout en appliquant l'invention.
Par exemple, la longueur de décalage M peut être choisie égale à
8/(te = p). Dans ce cas, la fréquence d'échantillonnage fE est égale à 1/8 de
la
fréquence de coupure fc seulement.
Un autre avantage résulte de l'augmentation de la surface effective de
collecte du rayonnement, qui est associée à chaque valeur d'intensité de
l'image. Cette surface de collecte effective est multipliée par le nombre des
photodétecteurs 10 qui sont regroupés par segment, c'est-à-dire par la
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longueur de segment L. Par conséquent, le signal d'accumulation total qui est
associé à chaque segment Si, S2, S3, S4..., est multiplié par L, en moyenne,
alors que le niveau de bruit photonique n'est multiplié simultanément que par
la
racine-carrée de L. Le rapport signal-sur-bruit qui est associé à chaque
valeur
d'intensité de l'image saisie est ainsi lui-même augmenté d'un facteur
multiplicatif égal à la racine-carrée de L, qui supérieure à l'unité. D'où une
amélioration du rapport signal-sur-bruit de l'image saisie.
A titre de comparaison, la Figure 3 illustre un mode de lecture du
capteur d'image 1, qui procède en agglomérant des photodétecteurs voisins
par segments successifs disjoints, par exemple par paires disjointes de
photodétecteurs successifs. Autrement dit, la longueur de segment et la
longueur de décalage entre deux segments successifs sont égales : M = L, par
exemple toutes deux égales à deux photodétecteurs 10. Ce mode de lecture
n'utilise donc pas la présente invention. Si', S2', S3', S4'... désignent les
nouveaux segments qui sont ainsi définis dans la rangée des photodétecteurs
10 du capteur 1, à la place des segments Si, S2, S3, S4... La fréquence
d'échantillonnage du mode de lecture de la Figure 3 est deux fois plus faible
que celle du mode de lecture de la Figure 2, et la contribution du capteur 1 à
la
fonction de transfert de modulation pour la moitié de la fréquence
d'échantillonnage, est de nouveau égale à -,--, 0,64 pour la Figure 3, au lieu
de
-,--, 0,3 pour la Figure 2. Pour ces raisons, le mode de lecture de la Figure
2, qui
est conforme à la présente invention, produit moins d'artéfacts dans l'image
qui
est finalement saisie.
Par ailleurs, la valeur du rapport signal-sur-bruit est aussi plus faible
pour le mode de lecture de la Figure 2, en comparaison avec celui de la Figure
3, d'un facteur égal à (3/2)1/2 et 1,22.
Cependant, les deux modes de lecture des Figures 2 et 3
correspondent à des quantités de données d'image qui sont identiques.
Dans des réalisations polyvalentes de l'invention, les deux modes de
lecture du capteur d'image, respectivement conformes aux Figures 2 et 3,
peuvent être sélectionnés en alternance à volonté, en fonction de la mission
d'imagerie concernée. Une telle sélection peut être effectuée par une
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commande appropriée qui est adressée au contrôleur 2, par exemple.
Il est entendu que l'invention telle qu'elle vient d'être décrite peut être
adaptée ou modifiée dans des détails de sa mise en oeuvre, tout en conservant
certains au moins des avantages qui ont été cités. En particulier, les
longueurs
de segment L et de décalage M entre deux segments successifs peuvent être
augmentées, mais toutefois la longueur de segment L reste strictement
comprise entre la longueur décalage M et le double de cette dernière, pour
l'application de l'invention.
