DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE

La présente invention concerne le domaine des dispositifs d'acquisition d'images à vision nocturne, comprenant une photocathode adaptée à convertir un flux de photons en un flux d'électrons. Le domaine de l'invention est plus particulièrement celui de tels dispositifs, utilisant des filtres matriciels de couleurs.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

On connaît dans l'art antérieur différents dispositifs d'acquisition d'images à vision nocturne, comprenant une photocathode.

Un tel dispositif est par exemple un tube intensificateur d'images, comprenant une photocathode, adaptée à convertir un flux incident de photons en un flux initial d'électrons. Ce flux initial d'électrons se propage à l'intérieur du tube intensificateur, où il est accéléré par un premier champ électrostatique en direction de moyens de multiplication.

Ces moyens de multiplication reçoivent ledit flux initial d'électrons, et fournissent en réponse un flux secondaire d'électrons. Chaque électron initial incident sur une face d'entrée des moyens de multiplication, provoque l'émission de plusieurs électrons secondaires du côté de la face de sortie de ces mêmes moyens. On génère ainsi un flux secondaire d'électrons intense, à partir d'un faible flux initial d'électrons, donc in fine à partir d'un rayonnement lumineux de très faible intensité. Le flux secondaire d'électrons est accéléré par un troisième champ électrostatique en direction d'un écran phosphore, qui convertit le flux secondaire d'électrons en un flux de photons. Grâce aux moyens de multiplication, le flux de photons fourni par l'écran phosphore correspond au flux de photons incident sur la photocathode, mais en plus intense. En d'autres termes, à chaque photon du flux de photons incident sur la photocathode correspondent plusieurs photons du flux de photons fourni par l'écran phosphore.

La photocathode et les moyens de multiplication sont placés dans un tube à vide présentant une fenêtre d'entrée pour laisser entrer le flux de photons incident sur la photocathode. Le tube à vide peut être fermé par l'écran phosphore.

Lorsque le flux de photons incident sur la photocathode est converti en un flux initial d'électrons, l'information relative à la longueur d'onde des photons est perdue. Ainsi, le flux de photons fourni par l'écran phosphore correspond à une image monochrome.

Le document GB 2 302 444 propose un tube intensificateur d'images permettant de restituer une image poly-chromatique.

Une première matrice de filtres de couleur primaire est disposée en amont de la photocathode, pour filtrer un flux incident de photons avant qu'il n'atteigne la photocathode.

Un filtre de couleur primaire est un filtre spectra l, qui ne transmet pas une partie du spectre visible complémentaire de cette couleur primaire. Ainsi, un filtre de couleur primaire est un filtre spectral qui transmet une partie du spectre visible correspondant à cette couleur primaire, et éventuellement une partie du spectre infrarouge, et même une partie du spectre proche-UV (200 à 400 nm) voire même UV (10 à 200 nm).

La première matrice de filtres de couleur primaire est constituée de filtres rouge, vert et bleu, qui dessinent des pixels de couleur primaire sur la photocathode. Ainsi, un flux de photons incident un pixel donné de la photocathode correspond à une couleur primaire donnée. Le flux d'électrons fourni en réponse par la photocathode ne contient pas directement d'information chromatique, mais correspond à cette couleur primaire donnée.

En sortie du tube intensificateur, le flux de photons fourni par l'écran phosphore correspond à une lumière blanche, combinaison de plusieurs longueurs d'onde correspondant notamment au rouge, au vert et au bleu. Ce flux est filtré par une deuxième matrice de filtres de couleur primaire. Cette deuxième matrice dessine des pixels de couleur primaire sur l'écran phosphore. Ainsi, un flux de photons émis par un pixel donné de l'écran phosphore est filtré par un filtre de couleur primaire. En sortie de ce filtre de couleur primaire, on obtient un flux de photons correspondant à une couleur primaire donnée. La deuxième matrice est identique à la première matrice, et alignée avec celle-ci. Les pixels de l'écran phosphore sont donc alignés avec les pixels de la photocathode. L'image fournie en sortie de la deuxième matrice est donc composée de pixels de trois couleurs primaires, correspondant à une image intensifiée de l'image pixellisée en sortie de la première matrice.

On réalise ainsi un tube intensificateur à vision nocturne offrant une image couleurs. Cependant, du fait de la présence des deux matrices de filtres de couleur primaire, ce tube intensificateur présente de fortes pertes énergétiques, préjudiciables dans un domaine caractérisé par le besoin d'une forte intensification d'un flux de photons.

Un objectif de la présente invention est de fournir un dispositif d'acquisition d'images permettant l'acquisition d'images couleurs tout en minimisant le préjudice causé par des pertes énergétiques. EXPOSÉ DE L'INVENTION

Cet objectif est atteint avec un dispositif d'acquisition d'images comprenant :

une photocathode, adaptée à convertir un flux incident de photons en un flux d'électrons ;

un capteur constitué d'une matrice d'éléments, dits pixels ; et

des moyens de traitement.

Selon l'invention :

le dispositif comprend une matrice de filtres élémentaires, chacun associé à au moins un pixel du capteur, ladite matrice étant disposée en amont de la photocathode, de sorte qu'un flux initial de photons traverse ladite matrice avant d'atteindre la photocathode ;

la matrice comprend des filtres de couleur primaire, un filtre de couleur primaire ne transmettant pas une partie du spectre visible complémentaire de ladite couleur primaire, et des filtres transmettant l'intégralité du spectre visible, dits filtres panchromatiques ; et

les moyens de traitement sont adaptés à :

calculer une grandeur, dite grandeur utile, pour déterminer si au moins une zone du capteur est dans des conditions de faible ou de fort éclairement, la grandeur utile étant représentative d'un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons détecté sur un ensemble de pixels dits panchromatiques du capteur, chaque pixel panchromatique étant associé à un filtre panchromatique ;

- uniquement si ladite zone est dans des conditions de fort éclairement, former une image couleur de ladite zone à partir des pixels de cette zone associés à des filtres de couleur primaire. Selon un mode de réalisation avantageux, la photocathode est disposée à l'intérieur d'une chambre à vide, et la matrice de filtres élémentaires est située sur une fenêtre d'entrée de ladite chambre à vide.

En variante, la photocathode est disposée à l'intérieur d'une chambre à vide fermée par un faisceau de fibres optiques, et chaque filtre élémentaire de la matrice de filtres élémentaires est déposé sur une extrémité d'une fibre optique dudit faisceau.

Le capteur peut être un capteur photosensible, les moyens de traitement peuvent être adaptés à calculer une grandeur représentative d'un flux surfacique moyen de photons, et le dispositif peut comprend en outre :

des moyens de multiplication, adaptés à recevoir le flux d'électrons émis par la photocathode, et à fournir en réponse un flux secondaire d'électrons ; et

un écran phosphore, adapté à recevoir le flux secondaire d'électrons et à fournir en réponse un flux de photons, dit flux utile de photons, le capteur étant agencé pour recevoir ledit flux utile de photons.

En variante, le capteur peut être un capteur sensible aux électrons, adapté à recevoir le flux d'électrons émis par la photocathode, et les moyens de traitement peuvent être adaptés à calculer une grandeur représentative d'un flux surfacique moyen d'électrons.

De préférence, les filtres panchromatiques représentent 75% des filtres élémentaires.

La matrice de filtres élémentaires est avantageusement générée par la répétition périodique bidimensionnelle du motif suivant :

où R, G, B représentent respectivement des filtres de couleur primaire rouge, vert, bleu, et W représente un filtre panchromatique, le motif étant défini à une permutation près de R, G, B.

En variante, la matrice de filtres élémentaires peut être générée par la répétition périodique bidimensionnelle du motif suivant :

où Ye, Ma, Cy représentent respectivement des filtres de couleur primaire jaune, magenta et cyan, et W représente un filtre panchromatique, le motif étant défini à une permutation près de Ye, Ma, Cy.

De préférence, les moyens de traitement sont adaptés à :

déterminer que ladite zone est à faible éclairement, si la grandeur utile est inférieure à un premier seuil ; et

déterminer que ladite zone est à fort éclairement, si la grandeur utile est supérieure à un second seuil, le second seuil étant supérieur au premier seuil.

Si la grandeur utile est comprise entre les premier et second seuils, les moyens de traitement sont avantageusement adaptés à combiner une image monochrome et l'image couleur de ladite zone, l'image monochrome de ladite zone étant obtenue à partir des pixels panchromatiques de cette zone.

De préférence, les moyens de traitement sont adaptés à :

former une image monochrome à partir de l'ensemble des pixels panchromatiques du capteur ; segmenter cette image monochrome en régions homogènes ; et pour chaque zone du capteur associée à une région homogène, calculer indépendamment la grandeur utile correspondante pour déterminer si ladite zone est dans des conditions de faible ou de fort éclairement.

La matrice de filtres élémentaires peut comprendre en outre des filtres infrarouges ne transmettant pas la partie visible du spectre, à chaque filtre infrarouge étant associé au moins un pixel du capteur dit pixel infrarouge.

Lorsqu'une zone est dans des conditions de faible éclairement, les moyens de traitement sont avantageusement adaptés à :

comparer un seuil infrarouge prédéterminé et une grandeur, dite grandeur secondaire, représentative d'un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons détecté par les pixels infrarouges de cette zone ; lorsque ladite grandeur secondaire est supérieure au seuil infrarouge prédéterminé, superposer une image monochrome obtenue à partir des pixels panchromatiques de cette zone et une image en fausse couleur obtenue à partir des pixels infrarouges de cette zone.

En variante, lorsqu'une zone est dans des conditions de faible éclairement, les moyens de traitement sont avantageusement adaptés à :

à partir des pixels infrarouges de cette zone, identifier des sous-zones de cette zone, détectant un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons homogène dans le spectre infrarouge ;

pour chaque sous-zone ainsi identifiée, comparer un seuil infrarouge prédéterminé et une grandeur, dite grandeur secondaire, représentative d'un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons détecté par les pixels infrarouges de cette sous-zone ;

lorsque ladite grandeur secondaire est supérieure au seuil infrarouge prédéterminé, superposer une image monochrome obtenue à partir des pixels panchromatiques de cette sous-zone et une image en fausse couleur obtenue à partir des pixels infrarouges de cette sous-zone.

La matrice de filtres élémentaires peut consister en une image projetée par un système optique de projection.

L'invention concerne également un procédé de formation d'une image, mis en œuvre dans un dispositif comprenant une photocathode adaptée à convertir un flux incident de photons en un flux d'électrons, et un capteur, le procédé comprenant les étapes suivantes : filtrage d'un flux initial de photons, pour fournir ledit flux incident de photons, ce filtrage mettant en œuvre une matrice de filtres élémentaires comprenant des filtres de couleur primaire, un filtre de couleur primaire ne transmettant pas une partie du spectre visible complémentaire de ladite couleur primaire, et des filtres transmettant l'intégralité du spectre visible, dits filtres panchromatiques ;

calcul d'une grandeur, dite grandeur utile, pour déterminer si au moins une zone du capteur est dans des conditions de faible ou de fort éclairement, la grandeur utile étant représentative d'un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons détecté sur un ensemble de pixels dits panchromatiques du capteur, chaque pixel panchromatique étant associé à un filtre panchromatique ; uniquement si ladite zone est dans des conditions de fort éclairement, formation d'une image couleur de ladite zone à partir des pixels de cette zone associés à des filtres de couleur primaire. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 illustre de manière schématique le principe d'un dispositif selon l'invention ;

la figure 2 illustre de manière schématique un premier mode de réalisation d'un traitement mis en œuvre par les moyens de traitement selon l'invention ;

- les figures 3A et 3B illustrent de manière schématique deux variantes d'un premier mode de réalisation d'une matrice de filtres élémentaires selon l'invention ;

la figure 4 illustre de manière schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ;

- les figures 5A et 5B illustrent de manière schématique deux variantes d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ;

la figure 6 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'une matrice de filtres élémentaires selon l'invention ; et

la figure 7 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'un traitement mis en œuvre par les moyens de traitement selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La figure 1 illustre de manière schématique le principe d'un dispositif d'acquisition d'images 100 selon l'invention.

Le dispositif 100 comprend une photocathode 120, fonctionnant comme décrit en introduction, ainsi qu'une matrice 110 de filtres élémentaires 111 située en amont de la photocathode. On utilise par exemple une photocathode GaAs (arséniure de gallium). On pourra utiliser tout autre type de photocathode, en particulier des photocathodes sensibles dans un spectre de longueurs d'onde le plus large possible, incluant le visible (environ 400 à 800 nm), et le cas échéant le proche infra-rouge voire même l'infra-rouge, et/ou le proche UV (ultra-violet), voire même l'UV.

Chaque filtre élémentaire 111 filtre la lumière incidente sur un emplacement de la photocathode 120. Chaque filtre élémentaire 111 définit ainsi un pixel sur la photocathode 120.

Les filtres élémentaires 111 sont des filtres de transmission d'au moins deux catégories différentes : des filtres de couleur primaire, et des filtres transparents (ou panchromatiques).

Un filtre élémentaire de couleur primaire est défini en introduction. Les filtres élémentaires de la matrice 110 comprennent trois types de filtres de couleur primaire, c'est-à-dire des filtres de trois couleurs primaires. Cela permet une synthèse additive ou soustractive de toutes les couleurs du spectre visible. En particulier, chaque type de filtre de couleur primaire transmet une partie seulement du spectre visible, c'est-à-dire une bande de l'intervalle de longueur d'onde 400-700 nm, et les différents types de pixels de couleur primaire couvrent ensemble tout cet intervalle. En plus d'une partie du spectre visible, chaque filtre de couleur primaire peut transmettre une partie du spectre proche infra-rouge voire infra-rouge et/ou une partie du spectre proche UV voire UV. Les filtres de couleur peuvent être des filtres rouge, vert, bleu, dans le cas d'une synthèse additive, ou des filtres jaune, magenta, cyan, dans le cas d'une synthèse soustractive. D'autres ensembles de couleurs primaires peuvent être envisagés par l'homme du métier sans sortir du cadre de la présente invention.

Les filtres élémentaires panchromatiques laissent passer l'ensemble du spectre visible. Le cas échéant, ils peuvent également transmettre au moins une partie du spectre proche infrarouge et même infrarouge et/ou au moins une partie du spectre proche UV et même UV. Les filtres élémentaires panchromatiques peuvent être des éléments transparents dans le visible, ou des ouvertures (ou épargnes) dans la matrice 110. Dans ce deuxième cas, les pixels de la photocathode situés sous ces filtres élémentaires panchromatiques reçoivent une lumière non filtrée.

Les différents types de filtres de couleur primaire, et les filtres panchromatiques, sont répartis de façon éparse sur la matrice de filtres élémentaires.

Les filtres élémentaires sont avantageusement arrangés sous la forme d'un motif se répétant de manière périodique, selon deux directions distinctes, généralement orthogonales, dans le plan de la photocathode 120. Chaque motif comprend de préférence au moins un filtre de couleur primaire de chaque type, et des filtres panchromatiques.

Bien que l'on ait illustré des filtres élémentaires de forme carré, ceux-ci peuvent présenter toute autre forme géométrique, par exemple un hexagone, un disque, ou une surface définie en fonction de contraintes relatives à la fonction de transfert du dispositif 100 selon l'invention.

La matrice de filtres élémentaires selon l'invention peut être réelle, ou virtuelle.

La matrice de filtres élémentaires est dite réelle lorsqu'elle comprend des filtres élémentaires présentant une certaine épaisseur, par exemple des filtres élémentaires réalisés en matériau polymère ou des filtres interfère ntiels.

La matrice de filtres élémentaires est dite virtuelle lorsqu'elle consiste en une image d'une deuxième matrice de filtres élémentaires, projetée en amont de la photocathode. Dans ce cas, la deuxième matrice de filtres élémentaires, consiste en une matrice réelle de filtres élémentaires. Elle est située dans le plan objet d'un système optique de projection. L'image formée dans le plan image de ce système optique de projection correspond à ladite matrice de filtres élémentaires virtuelle. Un avantage de cette variante est que l'on s'affranchit d'éventuelles difficultés de positionnement d'une matrice réelle, à l'emplacement souhaité.

Dans l'ensemble des exemples développés en référence aux figures, on a développé l'exem ple d'une matrice de filtres élémentaires réelle. On pourra envisager de nombreuses variantes, en remplaçant la matrice de filtres élémentaires réelle, par une matrice de filtres élémentaires virtuelle. De préférence, le dispositif selon l'invention comprendra alors la deuxième matrice de filtres élémentaires et le système optique de projection, tels que mentionnés ci-dessus.

De préférence mais de manière non limitative, la proportion de filtres élémentaires panchromatiques dans la matrice 110 est supérieure ou égale à 50%. Avantageusement, la proportion de filtres élémentaires panchromatiques est égale à 75%. Les filtres élémentaires de couleur primaire peuvent être répartis en proportions égales. En variante, les filtres élémentaires de couleur primaire sont répartis en proportions inégales. De préférence, la proportion d'un premier type de filtre de couleur primaire n'excède pas deux fois la proportion des autres types de filtres de couleur primaire. Par exemple, la proportion de filtres élémentaires panchromatiques est égale à 75%, la proportion de filtres d'une première couleur primaire est égale à 12,5%, et la proportion de filtres d'une deuxième et une troisième couleurs primaires est respectivement égale à 6,25% et 6,25%.

La matrice 120 reçoit un flux initial de photons. A des fins illustratives, on représente des flux élémentaires initiaux de photons 101, associés chacun à un filtre élémentaire 111. Les flux élémentaires initiaux de photons 101 forment ensemble une image poly-chromatique, et peuvent comprendre des photons situés dans le spectre visible, proche infrarouge et même infrarouge.

Un filtre élémentaire 111 transmet un flux élémentaire filtré 102, les flux élémentaires filtrés formant ensemble un flux de photons incident sur la photocathode. En réponse à ce flux incident de photons, la photocathode 120 émet un flux d'électrons. A chaque flux élémentaire filtré 102 correspond un flux élémentaire d'électrons 103. Un flux élémentaire d'électrons 103 est d'autant plus important que le flux élémentaire filtré 102 correspondant comporte de photons. Les flux élémentaires d'électrons 103 ne véhiculent pas directement d'information chromatique, mais dépendent directement d'un nombre de photons transmis par un filtre élémentaire 111 correspondant. Les flux élémentaires d'électrons 103 forment ensemble un flux d'électrons émis par la photocathode 120.

Le dispositif 100 selon l'invention comprend en outre un capteur numérique 130. Comme détaillé dans la suite, le capteur 130 peut recevoir directement le flux d'électrons émis par la photocathode 120. En variante, ce flux d'électrons émis par la photocathode 120 peut être converti en un flux de photons de sorte que le capteur 130 reçoit finalement un flux de photons. La figure 1 étant une simple illustration de principe, on a représenté le capteur 130 directement à la suite de la photocathode 120. Le capteur 130 peut être un capteur sensible aux photons ou sensible aux électrons, et d'autres éléments peuvent être intercalés entre la photocathode 120 et le capteur 130.

Le capteur est sensible aux électrons tels qu'émis par la photocathode, ou aux photons obtenus à partir de ces électrons.

De préférence, le capteur est sensible :

aux photons situés dans la bande 400-900 nm, voire 400-1100 nm, voire une bande spectrale allant de l'UV au proche infrarouge, par exemple 200- 1100 nm ; ou

aux électrons provenant de photons situés dans cette bande. Le capteur est formé par une matrice d'éléments, dits pixels 131, sensibles aux photons ou aux électrons.

Chaque filtre élémentaire 111 est associé à au moins un pixel 131 du capteur. En d'autres termes, chaque filtre élémentaire 111 est aligné avec au moins un pixel 131 du capteur, de sorte qu'une majeure partie d'un flux d'électrons ou de photons, résultant des photons transmis par ce filtre élémentaire 111, atteigne cet au moins un pixel 131. De préférence, chaque filtre élémentaire 111 est associé à exactement un pixel 131 du capteur. De préférence, la surface d'un filtre élémentaire 111 correspond à la surface d'un pixel 131 du capteur ou à une surface correspondant à la juxtaposition d'un nombre entier de pixels 131 du capteur.

Puisque chaque filtre élémentaire 111 est associé à au moins un pixel 131 du capteur, on peut nommer « pixel panchromatique » un pixel du capteur associé à un filtre élémentaire panchromatique, et « pixel de couleur primaire » un pixel du capteur associé à un filtre élémentaire de couleur primaire. Les pixels panchromatiques détectent des électrons ou des photons associés à la bande spectrale transmise par les filtres panchromatiques. Chaque type de pixel de couleur primaire détecte des électrons ou des photons associés à la bande spectrale transmise par le type de filtre de couleur primaire correspondant.

Le capteur 130 est relié à des moyens de traitement 140, c'est-à-dire des moyens de calcul comprenant notamment un processeur ou un microprocesseur. Les moyens de traitement 140 reçoivent en entrée des signaux électriques fournis par le capteur 130, et correspondant, pour chaque pixel 131, au flux de photons reçu et détecté par ce pixel lorsque le capteur est sensible aux photons, ou au flux d'électrons reçu et détecté par ce pixel lorsque le capteur est sensible aux électrons. Les moyens de traitement 140 fournissent en sortie une image, correspondant aux flux initial de photons incident sur la matrice de filtres élémentaires, ce flux ayant été intensifié.

Les moyens de traitement 140 sont adaptés à attribuer, à chaque pixel du capteur, une information sur un type de filtre élémentaire associé à ce capteur. Pour cela, ils stockent des informations permettant de relier chaque pixel du capteur et un type de filtre élémentaire. Ces informations peuvent se présenter sous la forme d'une matrice de déconvolution. Ainsi, l'information spectrale qui est perdue lors du passage par la photocathode, est restituée par les moyens de traitement 140.

Les moyens de traitement 140 sont adaptés à mettre en œuvre un traitement, tel qu'illustré en figure 2.

Selon le premier mode de réalisation tel que détaillé dans la suite, les moyens de traitement réalisent une image monochrome par interpolation de l'ensemble des pixels panchromatiques du capteur. On nomme cette image « image monochrome du capteur ». Ils mettent ensuite en œuvre une segmentation du capteur en plusieurs zones, chaque zone étant homogène en termes de flux de photons ou d'électrons détecté par les pixels panchromatiques correspondants.

Une telle segmentation est par exemple décrite dans l'article de S. Tripathi et al. intitulé « Image Segmentation : a review » publié dans I nternational Journal of Computer Science and Management Research, vol. 1, N° 4, nov. 2012, pp. 838- 843.

Les moyens de traitement mettent ensuite en œuvre les étapes suivantes.

Dans une première étape 280, on estime une grandeur F, représentative d'un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons reçu et détecté par les pixels panchromatiques d'une zone du capteur, sensible respectivement aux photons ou aux électrons.

Cette grandeur est nommée « grandeur utile ». La grandeur utile peut être égale audit flux surfacique moyen de photons ou d'électrons. Si le capteur 130 est sensible aux photons, la grandeur utile peut être une luminance moyenne sur les pixels panchromatiques de la zone du capteur. Ainsi, la grandeur utile peut être un flux surfacique moyen de photons ou d'électrons détecté sur un ensemble de pixels dits panchromatiques du capteur.

On peut donc considérer que la grandeur utile fournit une mesure de l'éclairement sur ladite zone du capteur.

Des conditions de faible éclairement sont associées à une faible valeur de la grandeur utile (en valeur absolue). Des conditions de fort éclairement sont associées à une valeur élevée de la grandeur utile (en valeur absolue).

Des conditions de fort éclairement sont associées par exemple à un éclairement lumineux supérieur à un premier seuil compris entre 450 et 550 μΙ-ux. Des conditions de faible éclairement sont associées par exemple à un éclairement lumineux inférieur à un second seuil compris entre 400 et 550 μΙ-ux, le premier et le second seuil pouvant être égaux. Si le premier et le second seuil ne sont pas égaux, le premier seuil est strictement supérieur au second seuil.

Dans une deuxième étape 281, on compare la grandeur utile F et une valeur de seuil F _th . Si la grandeur utile F est supérieure à la valeur de seuil F _th , la zone du capteur se trouve dans des conditions de fort éclairement. Si la grandeur utile F est inférieure à la valeur de seuil F _th , la zone du capteur se trouve dans des conditions de faible éclairement.

Les étapes 280 et 281 forment ensemble une étape pour déterminer si la zone du capteur 130 est dans des conditions de faible ou de fort éclairement.

Un fort éclairement correspond par exemple à l'acquisition d'une image d'une scène de nuit, éclairée par la lune (niveau de nuit 1 à 3). Un faible éclairement correspond par exemple à l'acquisition d'une image d'une scène de nuit, non éclairée par la lune (niveau de nuit 4 à 5, soit un éclairement lumineux inférieur à 500 μΐ-ux).

Si la zone se trouve dans des conditions de fort éclairement, on forme une image couleur de cette zone en utilisant les pixels de couleur primaire de cette zone (étape 282A). On dit que le dispositif fonctionne en mode de fort éclairement.

En particulier, on forme une image de chaque couleur primaire, et on combine entre elles les images de chaque couleur primaire. On forme une image d'une couleur primaire, par interpolation des pixels de cette zone associés à ladite couleur primaire. L'interpolation permet de palier à la faible proportion de pixels du capteur d'une couleur primaire donnée. L'interpolation des pixels d'une couleur primaire consiste à utiliser les valeurs prises par ces pixels pour estimer les valeurs qui seraient prises par les pixels voisins si ceux-ci étaient également des pixels de cette couleur primaire.

Les images de couleur primaire peuvent faire l'objet d'un traitement optionnel pour améliorer leur netteté (image sharpening). Par exemple, on peut obtenir une image monochrome de la zone en interpolant les pixels panchromatiques de cette zone, et combiner cette image monochrome, le cas échéant après filtrage passe-haut, avec chaque image de couleur primaire de la même zone. La proportion de pixels panchromatiques dans la matrice étant plus élevée que celle des pixels de couleur primaire, la résolution des images de couleur primaire s'en trouve ainsi améliorée.

Si la zone se trouve dans des conditions de faible éclairement, on forme une image monochrome de ladite zone à partir des pixels panchromatiques de cette zone. En particulier, on forme une image monochrome en utilisant les pixels panchromatiques de cette zone (étape 282B), et sans utiliser les pixels de couleur primaire de cette zone. Là encore, l'image monochrome peut être obtenue par interpolation des pixels panchromatiques de cette zone. On dit que le dispositif fonctionne en mode de faible éclairement.

I l est important de noter que la distinction entre faible éclairement et fort éclairement repose sur une mesure obtenue à partir des pixels panchromatiques du capteur, donc pour la totalité du spectre détecté par un tel capteur c'est-à- dire pour au moins la totalité du spectre visible.

On réalise ces étapes pour chaque zone du capteur précédemment identifiée.

Ensuite, les images couleur ou monochrome des différentes zones du capteur sont combinées pour obtenir une image de la totalité du capteur. L'image de la totalité du capteur peut être affichée, ou stockée dans une mémoire pour un traitement ultérieur.

En variante, on forme une image couleur de chaque zone de fort éclairement, puis, dans l'image monochrome du capteur utilisée pour la segmentation, on remplace les zones correspondant à ces zones de fort éclairement par les images couleur de ces zones.

Selon une autre variante, on effectue une combinaison linéaire de l'image monochrome du capteur et de ces images couleur. Ainsi, dans les régions à fort éclairement, on superpose l'image couleur et l'image monochrome.

Dans l'exemple qui vient d'être décrit, on traite séparément des zones du capteur. En variante, on détermine si la totalité du capteur est dans des conditions de faible ou de fort éclairement, et on traite de la même façon la totalité du capteur. Dans ce cas, il n'y a pas de segmentation de l'image monochrome du capteur, ni de combinaison des images obtenues. On met en œuvre les étapes 280, 281 et 282A ou 282B sur la totalité de la surface du capteur. En d'autres termes, la zone du capteur telle que mentionnée précédemment correspond à la totalité du capteur.

Ainsi, les moyens de traitement 140 reçoivent en entrée des signaux provenant du capteur, stockent des informations permettant d'associer chaque pixel du capteur avec un type de filtre élémentaire, et fournissent en sortie une image couleur, ou une image monochrome ou une combinaison d'une image couleur et une image monochrome.

L'invention offre ainsi un dispositif d'acquisition d'images permettant d'acquérir une image couleur d'une zone du capteur, lorsque l'éclairement de la scène détectée sur cette zone le permet. Lorsque cet éclairement devient insuffisant, le dispositif fournit une image de la zone obtenue à partir des filtres élémentaires panchromatiques, donc avec une perte énergétique minimale. Le dispositif sélectionne automatiquement l'un ou l'autre mode de fonctionnement.

On remarque qu'aucune deuxième matrice de filtres élémentaires n'est présente sur le capteur 130, puisqu'il suffit de prendre en compte, lors du traitement, le fait que tel ou tel pixel du capteur est associé à tel ou tel filtre élémentaire situé en amont de la photocathode. On réalise ainsi un dispositif d'acquisition d'images présentant une grande efficacité énergétique.

Selon une première variante de ce premier mode de réalisation, le basculement d'un mode à l'autre opère avec hystérésis de manière à éviter tout bruit de commutation (chattering). Pour ce faire, un premier seuil pour la grandeur utile est prévu pour la transition du mode fort éclairement vers le mode faible éclairement et un second seuil pour la grandeur utile est prévu pour la transition inverse, le premier seuil étant choisi inférieur au second seuil.

Selon une seconde variante du premier mode de réalisation, le basculement d'un mode à l'autre se fait progressivement en passant par une phase de transition. Ainsi, le dispositif d'acquisition d'images fonctionne en mode faible éclairement lorsque la grandeur utile est inférieure à un premier seuil et en mode fort éclairement lorsqu'elle est supérieure à un second seuil, le second seuil étant choisi supérieur au premier seuil. Lorsque la grandeur utile est comprise entre les premier et second seuils, le dispositif d'acquisition d'images effectue une combinaison linéaire de l'image obtenue par le traitement en mode fort éclairement et de celle obtenue par le traitement en mode faible éclairement, les coefficients de pondération étant donnés par les écarts de la grandeur utile avec les premier et second seuils respectivement.

Idéalement, chaque filtre élémentaire 111 est aligné avec au moins un pixel 131 du capteur, de sorte que chaque pixel du capteur associé à un filtre élémentaire ne reçoit que des photons ou électrons correspondant à ce filtre élémentaire. Il peut cependant se produire un étalement spatial à la traversée du dispositif selon l'invention, notamment un étalement spatial du flux d'électrons émis par la photocathode. On peut parer à cet inconvénient par une étape initiale de calibration permettant de compenser ensuite les défauts d'alignement entre un filtre élémentaire et un pixel du capteur. Cette calibration vise à compenser la dégradation légère due à la fonction de transfert des éléments optiques du dispositif selon l'invention (photocathode et le cas échéant moyens de multiplication et écran phosphore). Au cours de cette calibration, on éclaire la matrice de filtres élémentaires tour à tour avec différents faisceaux lumineux monochromatiques (correspondant chacun à l'une des couleurs primaires des filtres de couleur primaire), et on mesure le signal reçu par le capteur 130. On en déduit une matrice de déconvolution, qui est stockée par les moyens de traitement 140. En fonctionnement, les moyens de traitement 140 multiplient les signaux transmis par le capteur par cette matrice de déconvolution. Ainsi, après multiplication par la matrice de déconvolution, on a reconstruit les signaux tels qu'ils seraient transmis par le capteur dans des conditions idéales, sans étalement spatial. Chaque filtre de couleur primaire (et le cas échéant chaque filtre infra- rouge, voir plus loin) est de préférence entièrement entouré par des filtres panchromatiques. Ainsi, en cas d'étalement spatial du flux d'électrons émis par la photocathode, la calibration est simplifiée.

En variante ou en complément, on calibre la forme géométrique des filtres composant la matrice de filtres élémentaires de façon à compenser l'effet dudit étalement spatial. Après déformation par les éléments optiques du dispositif selon l'invention (photocathode et le cas échéant moyens de multiplication et écran phosphore), l'image d'un filtre élémentaire se superpose alors parfaitement sur un ou plusieurs pixels du capteur.

Des interstices entre des filtres élémentaires voisins sont avantageusement opaques, afin de bloquer tout rayonnement susceptible sinon d'atteindre la photocathode sans avoir traversé un filtre élémentaire.

Les figures 3A et 3B illustrent de manière schématique deux variantes d'un premier mode de réalisation d'une matrice 110 de filtres élémentaires selon l'invention.

Sur la figure 3A, les filtres élémentaires de couleur primaire sont des filtres rouges (R), verts (G) ou bleus (B). La matrice présente 75% de filtres panchromatiques (W).

La matrice 110 est générée par une répétition périodique bidimensionnelle motif de base 4x4

Des variantes de cette matrice peuvent être obtenues par perm utation des filtres R, G, B dans le motif (1). Les pixels verts sont deux fois plus nombreux que les pixels rouges, respectivement bleus. Ce déséquilibre peut être corrigé par des coefficients de pondération adaptés lors de la combinaison de trois images de couleur primaire pour former une image couleur.

La matrice de la figure 3B correspond à la matrice de la figure 3A, dans laquelle les filtres élémentaires de couleur primaire R, G, B sont remplacés respectivement par des filtres élémentaires de couleur primaire jaunes (Ye), magentas (Ma), cyans (Cy). Là-encore, les filtres Ye, Ma, Cy peuvent être permutés.

Selon une variante non représentée de la matrice représentée en figure 3A, les filtres panchromatiques représentant 50% des filtres élémentaires, et le motif élémentaire est le suivant :

'W R W G

R W X w \ _m

W G W B j ¹ '

Y W B WJ

avec X=R, G ou B, Y=R, G ou B, et Y≠X.

Là-encore, les filtres R, G, B peuvent être permutés.

En variante, les filtres R, G, B du motif (2) sont remplacés par des filtres Ye, Ma, Cy. La figure 4 illustre de manière schématique un premier mode de réalisation d'un dispositif 400 selon l'invention. La figure 4 ne sera décrite que pour ses différences relativement à la figure 1. Le recours à une étape de calibration telle que détaillée ci-avant, est particulièrement avantageux dans ce mode de réalisation.

Le dispositif 400 est basé sur la technologie dite CMOS intensifié ou CCD intensifié (ICMOS ou ICCD, pour l'anglais « Intensifiée! CMOS » ou « Intensifiée! CCD »).

La photocathode 420 est disposée à l'intérieur d'un tube à vide 450, du type du tube à vide d'un tube intensificateur d'image selon l'art antérieur et tel que décrit en introduction. Un tube à vide désigne une chambre à vide présentant plus particulièrement une forme de tube.

Le tube à vide 450 présente une fenêtre d'entrée 451, transparente en particulier dans le visible, et le cas échéant dans le proche infrarouge voire même l'infrarouge. La fenêtre d'entrée permet de laisser entrer, à l'intérieur du tube à vide, le flux de photons incident sur la photocathode. La fenêtre d'entrée est notamment en verre. La fenêtre d'entrée est de préférence une simple plaque. La matrice de filtres élémentaires 410 est collée sur une face de la fenêtre d'entrée 451, de préférence du côté intérieur du tube à vide. La photocathode est plaquée contre la matrice de filtres élémentaires 410. Une couche métallique (non représentée) peut être déposée sur la fenêtre d'entrée, autour de la matrice de filtres élémentaires 410, afin de former un point de contact électrique pour l'application d'un champ électrostatique.

En aval de la photocathode 420 se trouvent des moyens de multiplication 461 et un écran phosphore 462 tels que décrits en introduction.

L'écran phosphore émet un flux de photons, dit flux utile, qui est reçu par le capteur 430. Le capteur 430 est photosensible. I l s'agit en particulier d'un capteur CCD (Charge-Coupled Device), ou un capteur CMOS (Complementary Métal Oxide Semiconductor). Sur la figure 4, le capteur 430 est représenté à l'intérieur du tube à vide, le tube étant traversé par des connexions électriques entre le capteur 430 et les moyens de traitement 440. Les moyens de traitement 440 fonctionnement comme décrit en référence à la figure 2, la grandeur utile étant représentative du flux surfacique de photons détecté par les pixels panchromatiques du capteur 430.

Le capteur 430 peut être au contact direct de l'écran phosphore, pour limiter un éventuel étalement spatial du faisceau de photons émis par l'écran phosphore. Dans ce cas, le capteur 430 peut être à l'intérieur du tube à vide, ou à l'extérieur et contre une face de sortie du tube à vide, formée par l'écran phosphore.

Le capteur 430 peut être déporté à l'extérieur du tube à vide 450.

En particulier, un faisceau de fibres optiques peut relier l'écran phosphore et les pixels du capteur 430, le faisceau de fibres optiques formant une fenêtre de sortie du tube à vide. Un tel faisceau de fibres optiques est particulièrement adapté dans le cas où la surface du capteur 430 est inférieure au diamètre intérieur du tube à vide. Dans ce cas, chaque fibre présente un diamètre du côté de l'écran phosphore supérieur à son diamètre du côté du capteur. Le faisceau de fibres optiques est dit d'amincissement, et réalise une réduction de l'image fournie par l'écran phosphore.

Les figures 5A et 5B illustrent de manière schématique deux variantes d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif 500 selon l'invention.

La figure 5A ne sera décrite que pour ses différences relativement à la figure 1.

Le dispositif 500 est basé sur la technologie dite CMOS électro-bombardé, ou EBCMOS pour l'anglais « Electron Bombarded CMOS ».

La photocathode 520 est disposée à l'intérieur d'un tube à vide 550.

Le tube à vide 550 présente une fenêtre d'entrée 551, transparente en particulier dans le visible, et le cas échéant dans le proche infrarouge voire même l'infrarouge. La matrice de filtres élémentaires 510 est collée sur une face de la fenêtre d'entrée 551, de préférence du côté intérieur du tube à vide.

Le capteur 530 est disposé à l'intérieur du tube à vide 550, et reçoit directement le flux d'électrons émis par la photocathode.

La photocathode 520 et le capteur 530 se trouvent à quelques millimètres l'un de l'autre, et soumis à une différence de potentiel pour créer un champ électrostatique dans l'interstice les séparant. Ce champ électrostatique permet d'accélérer les électrons émis par la photocathode 520, en direction du capteur 530.

Le capteur 530 est sensible aux électrons. Il s'agit typiquement d'un capteur

CMOS, adapté pour le rendre sensible aux électrons.

Selon une première variante, le capteur sensible aux électrons est illuminé en face arrière (« back side illuminated »). Pour cela, on peut utiliser un capteur CMOS dont le substrat est aminci et passivé (en anglais, « back-thinned »). Le capteur peut comprendre une couche de passivation, formant une couche externe du côté de la photocathode. La couche de passivation est déposée sur le substrat aminci. Le substrat reçoit des diodes de détection, associées chacune à un pixel du capteur.

Selon une deuxième variante, le capteur sensible aux électrons est illuminé en face avant. Pour cela, on peut utiliser un capteur CMOS dont la face avant est traitée de manière à enlever les couches de protection recouvrant les diodes. La face avant d'un capteur CMOS standard est ainsi rendue sensible aux électrons. Les moyens de traitement 540 fonctionnent comme décrit en référence à la figure 2, la grandeur utile étant représentative du flux surfacique d'électrons détecté par les pixels panchromatiques du capteur 530.

La figure 5B illustre une variante du dispositif 500 de la figure 5A, dans laquelle le tube à vide 550 est fermé par un faisceau 552 de fibres optiques recevant la matrice de filtres élémentaires. Selon cette variante, le faisceau 552 de fibres optiques est traversé par des photons provenant de la scène à imager. Une première extrémité du faisceau 552 de fibres optiques ferme le tube à vide. Une deuxième extrémité du faisceau 552 de fibres optiques se trouve en face de la scène à imager. Le tube à vide 550 ne présente plus la fenêtre d'entrée 551, celle-ci étant remplacée par le faisceau de fibres optiques qui permet de déporter le tube à vide de la scène à imager.

Chaque filtre élémentaire de la matrice 510 est associé à une fibre optique du faisceau 552. En particulier, chaque filtre élémentaire est directement accolé sur une extrémité de fibre optique, avantageusement du côté opposé au tube à vide. Dans ce cas, la matrice de filtres élémentaires 510 se trouve à l'extérieur du tube à vide, ce qui simplifie son montage.

En variante, chaque filtre élémentaire est directement accolé sur une extrémité de fibre optique, du côté du tube à vide. On peut réaliser de la même façon une variante du dispositif décrit en référence à la figure 4.

La figure 6 illustre de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'une matrice de filtres élémentaires selon l'invention. La matrice de filtres élémentaires de la figure 6 diffère des matrices précédemment décrites, en ce qu'elle comprend des filtres infrarouges (IR), ne transmettant pas la partie visible du spectre et laissant passer le proche infrarouge. Les filtres infrarouges laissent passer les longueurs d'onde dans le proche infrarouge, voire également dans l'infrarouge (longueurs d'onde supérieures à 700 nm). Les filtres infrarouges transmettent notamment la bande spectrale comprise entre 700 et 900 nm, voire entre 700 et 1100 nm, et même entre 700 et 1700 nm.

La matrice de filtre de la figure 6 diffère de la matrice de la figure 3A en ce que dans le motif élémentaire, l'un des deux pixels verts (G) est remplacé par un pixel infrarouge (IR). On peut former de la même façon différentes variantes de la matrice de la figure 6, à partir par exemple de la matrice de la figure 3B et en remplaçant par un pixel infrarouge l'un des deux pixels magenta du motif élémentaire.

Selon d'autres variantes, on reprend le motif élémentaire (2) tel que défini ci-avant, en définissant X=Y=IR.

La figure 7 illustre de manière schématique un traitement mis en œuvre par les moyens de traitement selon l'invention, lorsque la matrice de filtres élémentaires comprend des pixels infrarouges.

Les étapes 780, 781 et 782B correspondent respectivement aux étapes 280, 281 et 282B telles que décrites en référence à la figure 2.

Lorsqu'une zone du capteur se trouve dans des conditions de faible éclairement, les moyens de traitement mesurent une grandeur, dite grandeur secondaire, représentative du flux surfacique moyen de photons ou d'électrons F _[R détecté par les pixels infrarouges de cette zone (étape 783). En particulier, ce flux surfacique moyen est un flux surfacique moyen de photons si le capteur est photosensible, ou un flux surfacique moyen d'électrons si le capteur est sensible aux électrons.

Les moyens de traitement effectuent ensuite une comparaison entre cette grandeur secondaire, et un seuil infrarouge F _{[R th} (étape 784).

Si la grandeur secondaire F _[R est inférieure au seuil infrarouge F _{[R th} , on construit une image couleur de la zone, comme décrit en référence à la figure 2 à propos de l'étape 282A (étape 782A).

Si la grandeur secondaire F _[R est supérieure au seuil infrarouge F _{[R th} , on construit une image en fausse couleur de la zone, c'est-à-dire une image dans laquelle on attribue une couleur donnée aux pixels infrarouges de cette zone. L'image en fausse couleur peut être construite par interpolation des pixels infrarouges de la zone considérée. L'image en fausse couleur est donc une image monochrome, d'une couleur différente de l'image monochrome associée aux pixels panchromatiques. Ensuite, on superpose cette image en fausse couleur à l'image monochrome obtenue à l'aide des pixels panchromatiques de la même zone du capteur.

Ces étapes de construction d'une image en fausse couleur et superposition avec l'image monochrome forment ensemble une étape 782C.

Ainsi, pour une zone située dans des conditions de faible éclairement, on obtient soit une image monochrome, soit la superposition d'images telle que définie ci-dessus.

En résumé, lorsqu'une zone est dans des conditions de faible éclairement, on teste si les pixels infrarouges appartenant à cette zone ont une intensité supérieure à un seuil infrarouge prédéterminé et, dans l'affirmative, on superpose à l'image monochrome de cette zone les pixels infrarouges représentés en fausse couleur. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux pour des applications de détection laser.

Selon une première variante, on ne calcule pas une grandeur secondaire unique pour une même zone, mais on calcule séparément une grandeur secondaire par pixel infrarouge de la zone. Seuls les pixels infrarouges, pour lesquels la grandeur secondaire correspondante est supérieure au seuil infrarouge, sont superposés à l'image monochrome obtenue à partir des pixels panchromatiques. Ainsi, si une zone du capteur présente une forte intensité dans le domaine infrarouge, celle-ci sera aisément identifiable dans l'image résultante.

Selon une autre variante, on identifie des sous-zones de ladite zone du capteur, détectant un flux surfacique moyen de pixels ou d'électrons homogène dans le spectre infrarouge, et on traite ensuite séparément chaque sous-zone comme détaillé ci-dessus. En d'autres termes, la comparaison avec le seuil infrarouge se fait par sous-zones homogènes du capteur. Pour chaque sous-zone du capteur pour laquelle la grandeur secondaire est supérieure au seuil infrarouge, on obtient une image en fausse couleur par interpolation des pixels infrarouge de ladite sous-zone. Ces images en fausses couleurs sont ensuite superposées aux emplacements correspondants sur l'image monochrome de la zone du capteur. Pour identifier de telles sous-zones, une segmentation est réalisée sur la base d'une image réalisée par interpolation des pixels infrarouges. En résumé, lorsqu'une zone est dans des conditions de faible éclairement, on identifie des sous-zones de cette zone, présentant une intensité homogène dans le spectre infrarouge, et l'on détermine, pour chaque sous-zone ainsi identifiée, si la moyenne de l'intensité infrarouge dans cette sous-zone est supérieure à un seuil infrarouge prédéterminé et, dans l'affirmative, on représente cette sous- zone par une image en fausse couleur sur la base des pixels infrarouges de cette sous-zone, l'image en fausse couleur de ladite sous-zone étant alors représentée en superposition avec l'image monochrome de la zone à laquelle elle appartient.

Les pixels infrarouges du capteur peuvent également être utilisés pour améliorer un rapport signal sur bruit sur une image couleur finale. Pour cela, lorsqu'une zone du capteur se trouve dans des conditions de fort éclairement, on réalise une image infrarouge de cette zone, par interpolation des pixels infrarouges du capteur. On soustrait ensuite cette image infrarouge à l'image couleur de cette zone, obtenue comme détaillé en référence à la figure 2. La soustraction de l'image infrarouge permet d'améliorer le rapport signal sur bruit. Pour éviter des problèmes de saturation, on peut soustraire une image infrarouge pondérée, à chacune des images de couleur primaire. Les coefficients de pondération attribués à l'image infrarouge peuvent être identiques ou non, pour chaque image de couleur primaire. On obtient des images de couleur primaire débruitées, que l'on combine pour former une image couleur débruitée. Ainsi, les moyens de traitement sont adaptés à mettre en œuvre les étapes suivantes :

calculer la grandeur utile, pour déterminer si au moins une zone du capteur est dans des conditions de faible ou de fort éclairement ;

uniquement si ladite zone est dans des conditions de fort éclairement, former une image couleur de ladite zone à partir des pixels de cette zone associés à des filtres de couleur primaire, et en retrancher une image infrarouge de ladite zone obtenue à partir des pixels infrarouges de cette zone (par exemple par interpolation desdits pixels infrarouges).