Sistema optrónico y procedimiento de elaboración de imágenes en tres dimensiones dedicadas a la identificación.

Sistema optrónico de identificación de un objeto que comprende unos medios de emisión de un impulso láser hacia el objeto,

un captador fotosensible en el IR próximo (42) adecuado para detectar los niveles de intensidad del impulso reflejado por el objeto, unos medios (21, 22) de comunicación y un medio (1) de tratamiento informático que permitan reconstruir el objeto en tres dimensiones a partir de las imágenes en 2D tomadas por el captador e identificar el objeto a partir de la reconstrucción, caracterizado porque el captador fotosensible es adecuado para registrar unas imágenes del objeto que representan los niveles de intensidad de la radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto (5) tomada según varios ángulos (61, 62) de observación alrededor del objeto (5) y los medios (21, 22) de comunicación son adecuados para transmitir dichas imágenes al medio (1) de tratamiento informático para reconstruir el objeto en tres dimensiones por medio de la función de tomografía configurada de manera que la trate mediante transformación de Radon inversa en modo de reflexión, representando dichas imágenes del objeto los niveles de intensidad de una radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto.

Sistema optrónico y procedimiento de elaboración de imágenes en tres dimensiones dedicadas a la identificación

La invención se refiere a los sistemas optrónicos de identificación de un objeto en el campo técnico de la captura de imagen óptica no convencional y, más particularmente, a la captura de imagen fotónica tridimensional. Esta captura de imagen se denomina comúnmente full-3D para diferenciarla de una imagen 2.5D que no contiene más que la información de intensidad en 2D más la de profundidad.

La identificación automática de objetos mediante un sistema optrónico se utiliza en múltiples campos. Se puede citar como ejemplo el campo de la defensa y la seguridad para reconocimiento de objetivos, el campo médico para la detección de tumores subcutáneos y cutáneos o el campo de la microelectrónica para la observación de los componentes durante su fabricación. Un sistema optrónico crea una imagen en 3D de un objeto presente en una escena optrónica compleja. Esta imagen debe permitir por ejemplo discriminar los objetivos camuflados detrás de una red de camuflaje, bajo unos árboles... Esta condición operativa constituye el problema principal.

En este campo de la captura de imagen en 3D, es necesario obtener un conjunto de mediciones del objeto a reconstruir dependiendo de un parámetro variable (ángulo y/o dimensión en profundidad por ejemplo), este conjunto de datos permite reconstruir el volumen aplicando unas técnicas de reconstrucción inversa. Desde un punto de vista matemático, la técnica se descompone en dos etapas: una medición directa, eventualmente tratada utilizando un modelo de fenómenos físicos medidos, y posteriormente la reconstrucción mediante inversión a partir de estas mediciones directas. El primer problema consiste en suministrar en un tiempo razonable un conjunto de datos directos aprovechables por el proceso de inversión. Este problema recupera naturalmente el conjunto de los problemas tecnológicos (láser de iluminación de gran velocidad, corto impulso, bloque detector rápido, apuntado). El segundo problema se refiere al procedimiento de inversión utilizado y su realización matemática.

Se conoce un primer sistema optrónico para la identificación de objetos. Se trata de un sistema de captura activa de imagen en 3D perfilométrico cuyas características se divulgan en una publicación cuyas referencias son las siguientes: Lincoln Laboratory Journal Vol. 15 número 1 2005, Jigsaw: a foliage Penetrating 3D imaging láser radar system. Se conoce la Patente de Estados Unidos US/2008/0181487 que presenta el procedimiento de recolocación espacial del móvil aéreo. Se trata de un sistema de adquisición aire/tierra que efectúa un cierto número de mediciones sobre una escena optrónica según unos ángulos de observación diferentes. Para cada ángulo de observación, el sistema recupera unas informaciones de distancia y de intensidad sobre una rejilla de grandes dimensiones (> 256x256). El sistema utiliza el principio de la perfilometría para discriminar los diferentes puntos de los ecos situados en una misma línea de observación. El principio de esta captura de imagen en 3D se basa en la utilización de una fuente láser de corto impulso (del orden del nanosegundo) y elevada velocidad de muestreo. Un único impulso láser ilumina la escena completa; un detector matricial en 2D cuenta los fotones retrodifundidos por la escena y su retardo con relación a la emisión. La imagen se produce mediante barrido. Esta técnica necesita entonces una optimización del barrido para producir una imagen en un tiempo compatible con el desplazamiento del UAV (Unmanned Aerial Vehicle) por ejemplo. La imagen producida mediante este dispositivo es una carta de fotones detectados en 3D gracias a los múltiples ecos sobre una línea de observación. La acumulación de varias cartas de este tipo para unos ángulos de observación diferentes después de la recolocación espacial permite crear unas nubes de puntos que evocan la superficie del objeto a identificar. El problema de la función inversa de construcción de la imagen en 3D se limita a una concatenación de un conjunto de datos con la misma referencia y en una extracción de la zona de interés que contiene los datos a identificar. Este sistema presenta varias dificultades tecnológicas. De entrada, es necesario utilizar un láser de corto impulso y un sistema de detección provisto con una electrónica rápida con el fin de determinar la distancia entre la fuente láser y el detector para cada uno de los píxeles. Además, la etapa de recolocación de las nubes de puntos requiere la utilización de un sistema para apuntar y la geolocalización con buenas prestaciones con el fin de permitir la concatenación de imágenes en una misma referencia. En resumen, una solución de ese tipo presenta un coste importante ligado a la tecnología a implementar para la adquisición de las imágenes y no permite por lo tanto democratizar una aplicación de ese tipo de detección full-3D en todos los campos. Además, esta solución sigue siendo difícil de implementar para un sistema aerotransportado guiado.

Se conoce un segundo sistema optrónico de captura de imagen tomográfica en 3D en transmisión utilizado en la captura de imagen médica. El principio general es el siguiente: un fino haz de rayos X, procedente de la fuente colimatada, barre el cuerpo del paciente y realiza un primer perfil del objeto. El sistema se somete entonces a una rotación elemental y el proceso se repite, suministrando de ese modo, nuevos perfiles, procedentes de un ángulo de proyección diferente. A partir de estos datos y gracias a los algoritmos basados en la teoría de Radon, deben calcularse los valores de los coeficientes de atenuación en cada punto de la sección, suministrando de ese modo una cartografía de los tejidos internos. El escáner se apoya por lo tanto en la absorción más o menos importante de los rayos X según el medio atravesado. El problema directo en este caso se apoya en el conocimiento de los parámetros de absorción electromagnética de los tejidos atravesados.

Una tercera solución conocida es un sistema de modelizado de objetos en 3D a partir de múltiples vistas. Se conocen dos grandes procedimientos principales de construcción sintética de objetos según este principio.

El primer procedimiento consiste en la extracción de las siluetas. La idea es colocar el objeto a representar en tres dimensiones sobre un plato giratorio y efectuar unas tomas de vistas en la captura de imagen visible clásica según los diferentes ángulos. Después de la extracción de la silueta del objeto en cada imagen, se aplica cada silueta sobre un volumen en 3D según el ángulo de observación conservando nada más que la parte del volumen que se encuentra en el interior de la silueta. Este procedimiento presenta un problema ligado a la Iluminación del objeto que debe comprender el menor número de sombras posible y el objeto debe destacarse perfectamente del fondo cualquiera que sea el ángulo. Se obtiene mediante este medio una envolvente exterior del objeto poco detallada y si el objeto contiene unas zonas de sombra o de ruido una gran parte de la información se habrá perdido. Además, este procedimiento no permite la identificación de objetos parcialmente enmascarados.

El segundo procedimiento es el procedimiento de minimizado de superficies. Esta técnica consiste en reconstruir una superficie a partir de puntos destacados en las imágenes en 2D de objetos mediante algoritmos de minimizado de la superficie o de registro de pequeños recortes. La técnica, que consiste en aplicar unos recortes sobre una rejilla de puntos telemedidos, se efectúa en general desde un único ángulo de observación; puede extenderse a varios ángulos en el marco de una reconstrucción completa utilizando un tiempo y unos medios de cálculo importantes pero no puede aplicarse a unos objetos parcialmente enmascarados debido al hecho de la necesaria continuidad entre los recortes. Estos procedimientos se emparentan con las técnicas de estereoscopia que permiten reproducir la percepción del relieve a partir de dos imágenes planas (imagen 2.5D, percepción de la profundidad).

Según Kapoor R. et ál., Features for detecting obscured objects in ultra-wideband (UWB) SAR imagery using a phenomenological approach, ISSN: 0031-3203, se propone una detección de objetos capturados mediante un radar de síntesis de apertura.

En definitiva, los problemas de las soluciones del estado de la técnica son por un lado el coste y la inaccesibilidad de los medios tecnológicos y por otro lado la imposibilidad de ser utilizados en unos entornos desconocidos y no controlados o permitir la detección de objetos camuflados.

El objetivo de la invención es proporcionar una solución de... [Seguir leyendo]

1. Sistema optrónico de identificación de un objeto que comprende unos medios de emisión de un impulso láser hacia el objeto, un captador fotosensible en el IR próximo (42) adecuado para detectar los niveles de intensidad del impulso reflejado por el objeto, unos medios (21, 22) de comunicación y un medio (1) de tratamiento informático que permitan reconstruir el objeto en tres dimensiones a partir de las imágenes en 2D tomadas por el captador e identificar el objeto a partir de la reconstrucción, caracterizado porque el captador fotosensible es adecuado para registrar unas imágenes del objeto que representan los niveles de intensidad de la radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto (5) tomada según varios ángulos (61, 62) de observación alrededor del objeto (5) y los medios (21, 22) de comunicación son adecuados para transmitir dichas imágenes al medio (1) de tratamiento informático para reconstruir el objeto en tres dimensiones por medio de la función de tomograffa configurada de manera que la trate mediante transformación de Radon inversa en modo de reflexión, representando dichas imágenes del objeto los niveles de intensidad de una radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto.

2. Sistema optrónico según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende igualmente un medio para apuntar hacia una posición de referencia que permita al captador fotosensible registrar una secuencia de imágenes tomadas según unos ángulos de observación próximos y centrados sobre la posición de referencia y por que el medio de tratamiento informático es adecuado para posicionar sobre la posición de referencia cada imagen de la secuencia desplazada de la posición de referencia.

3. Sistema optrónico según la reivindicación precedente, caracterizado porque el sistema comprende igualmente unos medios de medición de la distancia entre el captador fotosensible y la posición de referencia para que el medio de tratamiento informático sea adecuado para modificar las dimensiones del objeto representado en una Imagen en función de dicha distancia, de manera que las dimensiones del objeto representado en las Imágenes de una misma secuencia utilizadas para la reconstrucción sean equivalentes entre las imágenes.

4. Sistema optrónico según una de las reivindicaciones 2 o 3, caracterizado porque el medio de tratamiento informático es adecuado para modificar la iluminación de una imagen en función de la distancia entre el captador fotosensible y la posición de referencia de manera que las imágenes de una misma secuencia utilizadas para la reconstrucción sean de un nivel de iluminación equivalente.

5. Sistema optrónico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el captador fotosensible es montado sobre un aparato móvil (3) adecuado para desplazarse alrededor del objeto.

6. Sistema optrónico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el medio (43) de emisión de un impulso electromagnético y el captador (42) fotosensible son montados sobre un aparato móvil (3) adecuado para desplazarse alrededor del objeto.

7. Sistema optrónico según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizado porque el aparato móvil es una aeronave.

8. Sistema optrónico según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende una base de datos de objetos de referencia para identificar el objeto por comparación con la reconstrucción en tres dimensiones.

9. Sistema optrónico según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, caracterizado porque el medio de tratamiento informático es localizado en una estación de cálculo distante del captador fotosensible conectado al captador por los medios de comunicación.

10. Procedimiento de tratamiento informático para la identificación de objetos (5) mediante reconstrucción del objeto en tres dimensiones, caracterizado porque comprende las etapas sucesivas siguientes:

Adquisición (101) por medio de un captador fotosensible en el IR próximo de una secuencia de imágenes en 2D del objeto que representa los niveles de intensidad de una radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto, y tomada según varios ángulos (61,62) de observación alrededor del objeto (5),

Reconstrucción (102) del objeto en tres dimensiones mediante una función de tomografía en base a una transformación de Radon inversa en modo de reflexión y aprovechando las Imágenes en dos dimensiones que representan los niveles de intensidad de una radiación electromagnética reflejada por la superficie del objeto,

Extracción (103) de la zona de reconstrucción en tres dimensiones que comprende el objeto a identificar,

Reconstrucción (104) de la superficie del objeto en tres dimensiones,

Comparación (105) del objeto en tres dimensiones con un objeto de referencia.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende, a continuación de la etapa de adquisición de imágenes, una etapa de posicionamiento de una imagen sobre una posición de referencia.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende, a continuación de la etapa de adquisición de imágenes, una etapa de redimensionamiento de la imagen con relación a una imagen de referencia

para que las dimensiones del objeto detectado en una imagen sean similares a las dimensiones del objeto en una imagen de referencia

13. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende, a continuación de la etapa de adquisición de imágenes, una etapa de modificación de la iluminación de una imagen en función de una imagen de

referencia para que la iluminación de la imagen sea similar a la iluminación de una imagen de referencia.

14. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque comprende, a continuación de la etapa de adquisición de imágenes, una etapa de tratamiento del sinograma (121) de una imagen para extraer las informaciones relativas al objeto de las otras informaciones de la imagen.