FR2580865A1

FR2580865A1 - AFOCAL THERMAL IMAGING APPARATUS

Info

Publication number: FR2580865A1
Application number: FR8605661A
Authority: FR
Inventors: Siegfried Roth; Michael Mohrenstein
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1985-04-20
Filing date: 1986-04-18
Publication date: 1986-10-24
Also published as: FR2580865B1; DE3514380A1; DE3514380C2

Abstract

APPAREIL D'IMAGERIE THERMIQUE AFOCAL, POUR ADAPTATION A UN APPAREIL OPTIQUE TEL QU'UN VISEUR, COMPORTANT UNE PARTIE PRISE D'IMAGE ET UNE PARTIE RESTITUTION D'IMAGE QUI ONT L'UNE PAR RAPPORT A L'AUTRE UN RAPPORT D'IMAGES DE 1:1 ET DONT LES AXES OPTIQUES DOIVENT ETRE PARALLELES. LE DISPOSITIF DE DETECTION 10 DE LA PARTIE PRISE D'IMAGE 3.1 PRESENTE UN DETECTEUR CONSTITUE PAR AU MOINS UN ELEMENT, ET LA PARTIE RESTITUTION D'IMAGE 3.2 PRESENTE UN AFFICHEUR CONSTITUE D'ELEMENTS D'IMAGE ORGANISES EN MATRICE ET MIS EN CORRESPONDANCE UNIVOQUE CHACUN AVEC UN ELEMENT DETECTEUR. CETTE CORRESPONDANCE PEUT ETRE DECALEE PAR PAS DEFINIS, DANS LA DIRECTION DES LIGNES ETOU DES COLONNES DE LA MATRICE. AINSI, LES AXES OPTIQUES 5, 15 DES PARTIES RECEPTION ET RESTITUTION D'IMAGE 3.1, 3.2 PEUVENT ETRE RENDUS PARALLELES.AFOCAL THERMAL IMAGING APPARATUS, FOR ADAPTATION TO AN OPTICAL APPARATUS SUCH AS A VIEWFINDER, INCLUDING AN IMAGE TAKING PART AND AN IMAGE RESTORATION PART WHICH HAVE A RELATED IMAGE RATIO 1: 1 AND WHOSE OPTICAL AXES MUST BE PARALLEL. THE DETECTION DEVICE 10 OF THE IMAGE TAKING PART 3.1 SHOWS A DETECTOR CONSISTING OF AT LEAST ONE ELEMENT, AND THE IMAGE RESTORATION PART 3.2 SHOWS A DISPLAY CONSISTING OF IMAGE ELEMENTS ORGANIZED IN MATRIX AND MIXED UNIVOCALLY EACH WITH A DETECTOR ELEMENT. THIS CORRESPONDENCE CAN BE SHIFTED BY DEFINED STEPS, IN THE DIRECTION OF THE LINES AND OR THE COLUMNS OF THE MATRIX. THUS, THE OPTICAL AXES 5, 15 OF THE RECEPTION AND IMAGE RESTITUTION PARTS 3.1, 3.2 CAN BE MADE PARALLEL.

Description

APPAREIL D'IMAGERIE THERMIQUE AFOCAL
L'invention concerne un appareil d'imagerie thermique afocal, pour adaptation à un appareil optique tel qu'un viseur, comportant : une partie prise d'image opérant dans l'infrarouge pour produire des signaux d'image électriques, cette partie présentant une optique d'entrée et un dispositif de détection; une partie restitution d'image liée à la partie réception d'image et destinée à engendrer une image dans le domaine du visible à partir des signaux d'image électriques; et une optique de sortie, la partie prise d'image et la partie restitution d'image ayant l'une par rapport à l'autre un rapport d'images de 1:1, et ayant leurs axes optiques mutuellement parallèles.AFOCAL THERMAL IMAGING APPARATUS
The invention relates to an afocal thermal imaging device, for adaptation to an optical device such as a viewfinder, comprising: an image taking part operating in the infrared to produce electrical image signals, this part having a input optics and a detection device; an image restitution part linked to the image reception part and intended to generate an image in the visible range from the electrical image signals; and an output optic, the image taking part and the image restoring part having an image ratio of 1: 1 with respect to each other, and having their optical axes mutually parallel.

La demande de brevet français No 2 253 903 décrit un appareil d'imagerie thermique afocal dans lequel la partie restitution d'image présente un tube cathodique, et dans lequel une harmonisation des axes de la partie réception d'image et de la partie restitution d'image est effectuée par le fait qu'un repère de la partie prise d'image apparaît sur l'écran, sous forme d'image, et peut, par déplacement électrique de l'image dans le tube cathodique, peut être superposé à un repère appliqué sur l'écran. French patent application No. 2 253 903 describes an afocal thermal imaging device in which the image reproduction part has a cathode ray tube, and in which a harmonization of the axes of the image reception part and of the image reproduction part image is effected by the fact that a mark of the image-taking part appears on the screen, in the form of an image, and can, by electrical displacement of the image in the cathode-ray tube, can be superimposed on a mark applied on the screen.

Le fonctionnement de tubes cathodiques exige une dépense électrique relativement importante, de sorte que, pour la restitution d'image, d'autres composants seront préférés dans l'avenir. Au premier rang des composants envisageables, il y a les afficheurs matriciels qui, avec la miniaturisation croissante des éléments d'image individuels (pixels), ont atteint une résolution suffisante pour de nombreuses applications. The operation of cathode ray tubes requires a relatively large electrical expenditure, so that, for image reproduction, other components will be preferred in the future. At the forefront of possible components are matrix displays which, with the increasing miniaturization of individual picture elements (pixels), have achieved sufficient resolution for many applications.

Le but de la présente invention est de créer à un appareil d'imagerie thermique afocal, du genre considéré plus haut, dans lequel l'harmonisation des axes sera réalisable sans problème, même en utilisant un afficheur matriciel dans la partie-restitution d'image. The aim of the present invention is to create an afocal thermal imaging device, of the kind considered above, in which the harmonization of the axes will be possible without problem, even using a matrix display in the image restitution part. .

Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que
a) le dispositif de détection de la partie prise d'image présente un détecteur constitué d'au moins un élément détecteur;
b) la partie restitution d'image présente un afficheur constitué d'éléments d'image organisés en matrice;
c) à chaque élément détecteur correspond, selon une correspondance univoque, au moins un élément d'image; et
d) la correspondance réalisée à chaque fois entre un élément détecteur et un élément d'image peut être décalée par pas définis, dans la direction des lignes et/ou des colonnes de la matrice, de façon telle que les axes optiques des parties prise d'image et restitution d'image soient parallèles.According to the invention, this object is achieved by the fact that
a) the device for detecting the image taking part has a detector consisting of at least one detector element;
b) the image restitution part has a display made up of image elements organized in a matrix;
c) to each detector element corresponds, according to a one-to-one correspondence, at least one image element; and
d) the correspondence produced each time between a detector element and a picture element can be shifted by defined steps, in the direction of the rows and / or columns of the matrix, in such a way that the optical axes of the taken parts d image and image restitution are parallel.

Si le dispositif de détection et l'afficheur sont agencés en position fixe à l'intérieur d'un boîtier, il existe alors, entre les éléments détecteurs et les points d'image de l'afficheur, du fait de la liaison électronique numérique, une correspondance univoque permanente qui, contrairement à ce qui se produit avec des tubes cathodiques, est insensible aux effets des fluctuations de tension et analogues. Il suffit donc, pour harmoniser les axes des parties prise d'image et restitution d'image, de repérer et viser, avec le viseur, un point donné du paysage ou d'une cible particulière, puis, après avoir adapté l'appareil d'imagerie thermique, de déplacer pas à pas l'image sur la partie restitution d'image, jusqu'à ce que le même point apparaisse de nouveau sur l'axe optique du viseur. If the detection device and the display are arranged in a fixed position inside a housing, there is then, between the detector elements and the image points of the display, due to the digital electronic connection, a permanent one-to-one correspondence which, unlike what happens with cathode ray tubes, is insensitive to the effects of voltage fluctuations and the like. It is therefore sufficient, in order to harmonize the axes of the image taking and image restitution parts, to locate and aim, with the viewfinder, a given point of the landscape or of a particular target, then, after having adapted the camera. thermal imaging, to move the image step by step on the image reproduction part, until the same point appears again on the optical axis of the viewfinder.

Si le rapport d'images est de 1:1, les axes optiques des parties prise et restitution d'image sont alors parallèles. Il est alors possible de renoncer à des repères aménagés dans les parties prise ou restitution d'image.If the image ratio is 1: 1, the optical axes of the captured and restored image parts are then parallel. It is then possible to give up benchmarks arranged in the captured or restored image parts.

Parmi les diverses formes de réalisation possibles, l'invention prévoit notamment que
- le dispositif de détection présente une matrice de détecteurs, laquelle capte l'ensemble de l'image, et à chaque élément détecteur correspond, par l'intermédiaire d'une mémoire de points d'image, un élément d'image de la partie restitution d'image, et la correspondance avec les points d'image de la partie restitution d'image peut être modifiée par déplacement des points d'image dans la mémoire de points d'image; ou
- la partie prise d'image présente un dispositif de balayage transmettant l'image par lignes successives, par l'intermédiaire d'un dispositif de détection constitué d'un ou plusieurs éléments détecteurs, et l'image ainsi engendrée sur le dispositif de détection est mémorisée dans une mémoire de points d'image, et la correspondance avec les éléments d'image de la partie restitution d'image est modifiable par déplacement des points d'image dans la mémoire de points d'image.Among the various possible embodiments, the invention provides in particular that
- the detection device has a matrix of detectors, which captures the entire image, and to each detector element corresponds, via a memory of image points, an image element of the part image rendering, and the correspondence with the image points of the image rendering part can be changed by moving the image points in the image point memory; or
- the image taking part has a scanning device transmitting the image by successive lines, by means of a detection device consisting of one or more detector elements, and the image thus generated on the detection device is stored in an image point memory, and the correspondence with the image elements of the image reproduction part can be modified by moving the image points in the image point memory.

Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus complètement dans la description présentée dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, en se référant au dessin annexé dont les figures représentent schématiquement
- la figure 1, un appareil afocal d'imagerie thermique, avec une matrice de détecteurs captant l'ensemble de l'image; et
- la figure 24 un appareil afocal d'imagerie thermique, avec un dispositif de balayage transmettant l'image par l'intermédiaire d'un dispositif de détection.The characteristics and advantages of the invention will appear more fully in the description presented in the following, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing, the figures of which schematically represent
- Figure 1, an afocal thermal imaging device, with a matrix of detectors capturing the entire image; and
- Figure 24 an afocal thermal imaging device, with a scanning device transmitting the image via a detection device.

Devant l'ouverture de sortie d'un viseur 1 comportant un miroir de pointage 2 est agencé un appareil d'imagerie thermique 3 qui peut être déplacé angulairement avec le viseur ou avec avec le miroir de pointage, de manière que l'axe optique 4 du viseur 1 soit constamment parallèle à l'axe 5 de l'appareil d'imagerie thermique. L'appareil d'imagerie thermique 3 est constitué d'une partie prise d'image 3.1 et d'une partie restitution d'image 3.2. La partie prise d'image 3.1 selon la figure 1 présente, pour l'essentiel, une optique infrarouge, 6, 8, ainsi qu'une matrice de détecteurs 10. Les charges produites par les éléments détecteurs individuels de la matrice 10 sont enregistrées dans un élément à transfert de charge ou
CCD (Charge Coupled-Device) réalisé sous forme de mémoire de points d'image 7.Le processus d'enregistrement est commandé par horloge, sous l'effet d'un générateur de signaux d'horloge 16, commandé par une unité de synchronisation électronique 17 ainsi que par une horloge 18 actionnable manuellement. La lecture de la mémoire de ligne à CCD s'effectue également sous la dépendance d'un générateur de signaux d'horloge 19 qui est commandée par l'unité de synchronisation 17 ainsi que par une autre horloge actionnable manuellement, 20.In front of the exit opening of a viewfinder 1 comprising a pointing mirror 2 is arranged a thermal imaging device 3 which can be moved angularly with the viewfinder or with the pointing mirror, so that the optical axis 4 of the viewfinder 1 is constantly parallel to the axis 5 of the thermal imaging device. The thermal imaging device 3 consists of an image taking part 3.1 and an image restoring part 3.2. The image taking part 3.1 according to FIG. 1 essentially presents an infrared optic, 6, 8, as well as a matrix of detectors 10. The charges produced by the individual detector elements of the matrix 10 are recorded in a load transfer element or
CCD (Charge Coupled-Device) realized in the form of image point memory 7. The recording process is controlled by clock, under the effect of a clock signal generator 16, controlled by a synchronization unit electronic 17 as well as by a clock 18 which can be operated manually. Reading of the CCD line memory is also carried out under the dependence of a clock signal generator 19 which is controlled by the synchronization unit 17 as well as by another manually operable clock, 20.

La restitution d'image s'effectue sur un afficheur à diodes électroluminescentes 11, dont la surface d'image est projetée, par une optique de sortie 13 et via un miroir partiellement transparent 14, dans le trajet optique du viseur 1. Les moyens optiques 6, 8 et 13 sont mutuellement harmonisés de façon que, compte tenu des dimensions du détecteur 10 et de l'afficheur 11, il s'établisse un rapport d'images de 1:1. The image restitution is carried out on a light-emitting diode display 11, the image surface of which is projected, by an output optic 13 and via a partially transparent mirror 14, in the optical path of the viewfinder 1. The optical means 6, 8 and 13 are mutually harmonized so that, taking into account the dimensions of the detector 10 and the display 11, an image ratio of 1: 1 is established.

L'axe optique 15 de la partie restitution d'image est défini par celui des éléments d'image de l'afficheur à diodes qui est situé sur l'axe optique 4 du viseur 1. The optical axis 15 of the image reproduction part is defined by that of the image elements of the diode display which is located on the optical axis 4 of the viewfinder 1.

Pour que les axes optiques 5 et 15 soient parallèles, il faut que cet élément d'image soit mis en correspondance exacte avec un élément détecteur, de façon qu'un repère 12 visé avec le viseur 1 en l'absence d'appareil d'imagerie thermique réapparaisse exactement au même endroit lorsque cet appareil d'imagerie thermique est en place. Cette mise en correspondance, donc aussi l'harmonisation des axes de l'appareil de prise d'image et de l'appareil de restitution d'image, s'effectue dans les directions des X et des Y en recourant aux générateurs de signaux d'horloge actionnables manuellement, 18 et 20. Le générateur de signaux d'horloge 18 a pour effet de décaler dans le temps la mémorisation d'une ligne d'image dans le registre à décalage de la mémoire de points d'image 7, ce qui correspond à un déplacement d'une ligne d'image dans la direction des X, vers la gauche ou vers la droite. Le générateur de signaux d'horloge actionnable manuellement 20 a pour effet de décaler dans le temps la lecture en mémoire d'une ligne complète de l'image, ce qui se traduit par un déplacement dans la direction des Y, vers le haut ou vers le bas. De cette manière, l'image 12' du repère 12 peut être amenée sur l'élément d'image 12" définissant l'axe optique 15, de sorte que, si les appareils de prise et de restitution d'image ont l'un par rapport à l'autre un rapport d'images de 1:1, l'harmonisation de leurs axes est alors réalisée.In order for the optical axes 5 and 15 to be parallel, this image element must be put in exact correspondence with a detector element, so that a marker 12 aimed with the viewfinder 1 in the absence of a camera thermal imaging reappears in exactly the same place when this thermal imaging device is in place. This matching, and therefore also the harmonization of the axes of the image taking apparatus and of the image restitution apparatus, is carried out in the X and Y directions using the signal generators d clock manually operable, 18 and 20. The clock signal generator 18 has the effect of shifting in time the storage of an image line in the shift register of the image point memory 7, this which corresponds to a displacement of a line of image in the direction of X, to the left or to the right. The clock signal generator 20 which can be actuated manually has the effect of shifting the reading in memory of a complete line of the image, which results in a displacement in the Y direction, upwards or towards the bottom. In this way, the image 12 ′ of the reference 12 can be brought to the image element 12 "defining the optical axis 15, so that, if the image capture and reproduction devices have one compared to the other an image ratio of 1: 1, the harmonization of their axes is then achieved.

Dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 2, ce n'est pas une matrice de détecteurs à grande surface qui est utilisée, mais un seul élément, ou bien une ligne de détection 10' constituée de quelques éléments, explorent de façon séquentielle un champ d'image au moyen d'un dispositif de balayage 9 (scanneur). Ce dispositif de balayage 9 présente, pour l'essentiel, deux unités 9.1 et 9.2 commandées électriquement, opérant dans deux directions de balayage orthogonales. Le rayonnement arrivant par les moyens optiques 6 et 8 rencontre d'abord un miroir de déviation en hauteur appartenant à l'unité 9.1 et accomplissant à une fréquence prédéterminée un mouvement de pivotement vertical au moyen d'un entraînement commandé par une régulation 21.De l'unité 9.1 provoquant la déviation en hauteur, le rayonnement parvient ensuite au dispositif de balayage horizontal 9.2 qui., pour l'essentiel, comporte un polygone réfléchissant explorant une ligne horizontale de l'image, avec une grande -vitesse de rotation. Ce polygone réfléchissant possède également un entraînement électrique et est commandé par un système de régulation de vitesse de rotation, 22. Sur l'axe du polygonae réfléchissant est monté un capteur d'angle 9.3 dont les signaux sont transmis à une unité de synchronisation électronique 17. In the embodiment shown in Figure 2, it is not a large area detector array that is used, but a single element, or a detection line 10 'made up of a few elements, explore sequentially an image field by means of a scanning device 9 (scanner). This scanning device 9 essentially has two electrically controlled units 9.1 and 9.2, operating in two orthogonal scanning directions. The radiation arriving by the optical means 6 and 8 first meets a height deflection mirror belonging to the unit 9.1 and performing a vertical pivoting movement at a predetermined frequency by means of a drive controlled by a regulation 21.De the unit 9.1 causing the deviation in height, the radiation then reaches the horizontal scanning device 9.2 which., essentially, comprises a reflecting polygon exploring a horizontal line of the image, with a high speed of rotation. This reflecting polygon also has an electric drive and is controlled by a speed control system, 22. On the axis of the reflecting polygon is mounted an angle sensor 9.3, the signals of which are transmitted to an electronic synchronization unit 17 .

Le rayonnement ainsi dévié parvient alors au détecteur d'infrarouge 10' dont les signaux de sortie sont mémorisés dans un élément à transfert de charge ou
CCD appartenant à une mémoire de points d'image, 7. Le processus de mise en mémoire est commandé par horloge, grâce à un générateur de signaux d'horloge 23 commandé par l'unité de synchronisation électrique 17 ainsi que par un générateur de signaux d'horloge 24 actionnable maauellement. La lecture de la mémoire de ligne à CCD effectue également sous synchronisation donnée par l'unité de synchronisation 17. Les signaux lus sont alors transmis à un afficheur à diodes électroluminescentes 11, analogue à celui utilisé dans l'exemple représenté sur la figure 1.The radiation thus deflected then reaches the infrared detector 10 ′, the output signals of which are stored in a charge transfer element or
CCD belonging to a memory of image points, 7. The memory storage process is controlled by clock, thanks to a clock signal generator 23 controlled by the electrical synchronization unit 17 as well as by a signal generator clockwork 24 maauablement. Reading the CCD line memory also takes place under synchronization given by the synchronization unit 17. The signals read are then transmitted to a light-emitting diode display 11, similar to that used in the example shown in FIG. 1.

L'harmonisation des axes des parties prise et restitution d'image s'effectue, tout comme dans le premier exemple de réalisation, au moyen d'un repère externe 12 dont l'image 12' est, là encore, déplacée sur l'afficheur à diodes électroluminescentes jusqu'à ce qu'elle se trouve exactement sur l'axe optique 4 du viseur 1 (12"). Le déplacement dans la direction des lignes (direction des X) s'effectue alors de façon analogue à celle décrite pour l'exemple illustré par la figure 1, à savoir par le fait que la mémorisation d'une ligne d'image dans le registre à décalage de la mémoire de points d'image, 7 est décalée dans le temps, au moyen de l'horloge 24, ce qui correspond à un déplacement d'une ligne d'image vers la gauche ou vers la droite. Le déplacement suivant la verticale s'effectue en ajoutant ou, selon le cas, en enlevant au signal alternatif de positionnement que la régulation 21 délivre pour le miroir de déviation verticale de l'unité 9.1, un signal à tension continue provenant du générateur actionnable manuellement 25. Cela a pour effet de modifier la position moyenne du miroir de déviation verticale et par conséquent de déplacer en hauteur l'axe optique. Le déplacement s'effectue avantageusement par échelons définis correspondant exactement à la distance d'une ligne à une autre. The harmonization of the axes of the taken and image restitution parts is carried out, as in the first example of embodiment, by means of an external marker 12 whose image 12 ′ is, here again, moved on the display. with light-emitting diodes until it is exactly on the optical axis 4 of the viewfinder 1 (12 "). The movement in the direction of the lines (direction of the X) is then carried out in a similar manner to that described for the example illustrated by FIG. 1, namely by the fact that the storage of an image line in the shift register of the memory of image points, 7 is shifted in time, by means of the clock 24, which corresponds to a displacement of a line of image to the left or to the right. The displacement along the vertical is carried out by adding or, as the case may be, by removing from the AC positioning signal that the regulation 21 delivers for the vertical deflection mirror of the unit 9.1 a DC voltage signal from u generator that can be actuated manually 25. This has the effect of modifying the average position of the vertical deflection mirror and consequently of displacing the optical axis in height. The movement is advantageously carried out by defined steps corresponding exactly to the distance from one line to another.

Claims

1. Afocal thermal imaging device, for adaptation to an optical device such as a viewfinder, comprising: an image taking part operating in the infrared to produce electrical image signals, this part having optical input and a detection device; an image restitution part linked to the image reception part and intended to generate an image in the visible range from the electrical image signals; and an output optic, the image taking part and the image restoring part having an image ratio of 1: 1 relative to each other, and having their optical axes mutually parallel, characterized in that

a) the detection device (10, 10 ') of the image taking part (3.1) has a detector made up of at least one detector element;

b) the image restitution part (3.2) has a display (11) made up of image elements organized in a matrix;

c) to each detector element corresponds, according to a one-to-one correspondence, at least one image element; and

d) the correspondence made each time between a detector element and a picture element can be shifted by defined steps, in the direction of the rows and / or columns of the matrix, in such a way that the optical axes (5 and 15 ) the image taking (3.1) and image restitution (3.2) parts are parallel.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the detection device (10) has a matrix of detectors, which captures the entire image, and in that each detector element corresponds, by means of a memory (7) of image points, an image element of the image reproduction part (3.2), - and in that the correspondence with the image points of the image reproduction part (3.2) can be changed by moving the picture points in the picture point memory (7).

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the image taking part (3.1) has a scanning device (9) transmitting the image by successive lines, via a detection device (10 ' ) consisting of one or more detector elements, in that the image thus generated on this detection device (10 ′) is stored in a memory of image points (7), and in that the correspondence with the elements of the image reproduction part (3.2) can be modified by moving the image points in the image point memory (7).