Brevet FR2009515A1 — publié le 19700206

la présente invention se rapporte à la reconnaissance automatique de motifs et, plus particulièrement, à l'extraction de caractéristiques de motifs reconnaissables optiquement indépendamment d© l'orientation du motif dans le champ d1 observation. ■5 Plusieurs techniques d'extraction de caractéristiques de mo tifs reconnaissables optiquement sont déjà connues» la plus simple est celle de l'adaptation directe d'un masque selon laquelle on compare le motif en cours d'examen à un calibre optique et on fait tourner ce dernier, le degré d'adaptation du calibre à 1°objet est 10 une mesure de classification de l'objet. Une autre approche est celle de la technique dit© "Adaline" et du réseau de cellules photosensibles, laquelle utilise un réseau de cellules photosensibles dans lequel chaque cellule observe une région de l'objet directement sans faire uaage d'un calibre et iatog-15 re le flux lumineux issu de cette région a£±a d3 engendres? un sigocii électrique qui correspond au détail optique de l'objet et qui est comparé à un calibre éLectrique pour rechercher 18 adaptation « Cette technique a 1 ' inconvénient, en raison de la translation om de la ! rotation de l'objet en cours d'examen, d'engendrer de fausses alar-20 pea eu une classification incorrecte à moins qu3ion grand sombre de calibres couvrant tous les aspects de 15obiet à classer soient la-clos pour-faire la comparaison et que sertains Eoyeas s©i@at prévis pour déterminer quel calibre se rapportant à 15aspect considéré doit être utilisé pour la comparaison. 25 Sans une forme modifiée d© cette dernière tGeîBai€[H® le contes» du réseau est emmagasiné dans une mémoire de calculateur. ïss masii-pol&tloBB courantes du calculateur peuvent alors proe'argr iiiie interprétation binaire des données en ce-qui _ concerne différents seuils„ le calcul des moments, la détermination'de la tailles d© la longues 3Q d'are» du nombre de coins, etc.oo 3îes résultats ds ©es vérifieatioas -peuvent être classifiés et utilisés dans une pracéd-ors d© décisiono Une autre technique encore est celle de 1'explorateur à spot selon laquelle le calculateur pilote un spot lumineux. sur l'objet en cours d'examen et évalue la réponse en ternes d'inforaation recueil-35 lie pour les régions voisines. Cette technique permet la programma™ tion d'une grande variété de diagrammes d'exploration et est, par conséquent, très flexible. Cependant, les avantages do flexibilité et de haute résolution sont contrebalancés par les Moyens critiques et complexes exigés pour accomplir la tâche de reconnaissance, même 4-0 si cette tâche -ne nécessite pas un traitement d© haute qualité. f BAD ORIGINAL ( | 69 17416 2 2009515 Pour de nombreuses tâches de reconnaissance de motifs, il ©et souhaitable de pouvoir mesurer les caractéristiques d'une scène d'objet et d'utiliser ces caractéristiques plutôt que la scène d5objet originale comme données d'entrée du dispositif de reconnaissance 5 de motifs, les caractéristiques sont considérées ici comme des généralisations possédant certaines invariances souhaitables, par exemple vis-à-vis de la translation et de la rotation. Il devient par conséquent nécessaire, lorsque la scène d'objet ne possède pas ces invariances, de pouvoir extraire les caractéristiques à mesurer ia-10 dépendamment de l'orientation de la scène d'objet par rapport au dispositif d'exploration afin d'obtenir ess caractéristiques indépendantes de la rotation et.de la translation. les moyens selon.la présent© Invention destinés à fournir les earaetëristiques indépendantes de la rotation et de la translation 15 peuvent être commodément divisés" en deux groupes distincte. Le pra-ïïîier fait ressortir la forme de telle manière que les aesszes â'®e forme de motif soient indépendantes de l'emplacement de la scène d'objet tant que le motif reste entièrement inclus dans la scène, le second groupe utilise l'information de sortie du premier groupe et 20 per-aet 18 invariance additionnelle vis-à-vis de 3a rotation. Par conséquent, un objet de la présente invention consiste à réaliser des moyens destinés à la classification d'une scène d'objet ou d'un objet indépendamment de son orientation, à l'intérieur du champ d'observation. 25 Un autre objet de 18invention consiste à réaliser m déeougeur optique qui intègre linéairement le fixas. lumimeus: qui atteint les tranches optiques de sa face d'entrée. Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaîtront plus clairement de la description dé-30 taillée qui suit ainsi que des dessins y annèséss étant Mes entendu que ceux-ci ne sont donnés" qu'à titre d'9szsaple nullement limitatif . Sur les dessins % les Fig» 1A et 1B réprésentent des figurss rectangulaires 35 siaples superposées à une grille orthogonale ? la Fig, 2 représente-une scène d'objet sn cours d'exploration s la 2igo 3 est une vue en perspective d'un déeoupeur optique % ! a 3?ig«, 4 est un. schéma synoptique d'un certain nombre d'organes de détection et de cellules de mémoire § et 40 la Figo 5 est un schéma synoptique d'un dispositif de reconbad original 69 17416 3 2009515 naissance. Avant de décrire le mode de réalisation de l'invention, la théorie sur laquelle celui-ci est basé va être examinée. En se reportant à la 3?ig. 1A on y voit un champ d'observation qui est divi-5 se en 20 colonnes et 20 lignes, formant ainsi une mosaïque de 400 petites surfaces. Une longue barre étroite de 10 unités par 2 unités est incluse dans le champ d'observation. En se reportant aussi à la "Pig. 1B on y voit un champ d'observation, qui est identique à celui de la Fig. 1A, dans lequel est incluse une barre plus courte et 10 plus large de 5 unités par 4 unités dont la surface est la même que celle de la barre représentée à la ^îg. 1A. le problème consiste à faire la distinction entre ces deux motifs. On assigne une valeur numérique de "un" à chacune des surfaces sombres et de "zéro" à chacune des surfaces claires, puis on procè-15 de de la manière suivante pour la Fig. 1A : on fait la somme des nombres de la première colonne et on élève au carré cette somme et cette grandeur peut maintenant être dénommée 0^ ; on répète cette procédure pour chacune des autres colonnes et on fait la somme. G, + Gg + ... OgQ = "somme des colonnes". 20 , Il apparaît immédiatement que Cg et G^q sont tous les deux égaux à 100 et que les autres 0 sont nuls. îar conséquent, la "somme des colonnes" est égale à 200. La somme des lignes est définie comme étant la somme des carrés du contenu des lignes, ^es carrés des sommes des lignes 5 à 14 sont 25 égaux à 4 tandis que les autres sont nuls. Par conséquent, la "somme des lignes" est égale à 40. De la comparaison de la "somme des colonnes" et de la "somme des lignes11 il est évident que le motif est considérablement plus haut que large. Bien que le rapport de la "somme des colonnes" à la 30 "somme des lignes"puisse être considéré comme étant le rapport d'aspect, il est préférable qu'il ne soit pas considéré dans ce sens , puisque le rapport d'aspect perd sa signification lorsque la même méthode est appliquée à des motifs de forme irrégulière. Il apparaît également maintenant que la méthode non linéaire 35 de prendre les mesures accentue la forme et que, bien qu'une méthode quadratique soit décrite, tout autre méthode non linéaire produirait également une sortie numérique qui correspondrait à l'orientation du motif inclus dans le champ d'observation. L'indépendance des mesures vis-à-vis de l'emplacement du motif lorsque celui-40 ci subit une translation vers le haut, le bas, la droite ou la 69 17416 4 2009515 gauche, mais en coïncidant toujours avec la grille de colonnes et de lignes, est également évidente. Une rotation de 90° du motif rend la "somme des lignes" égale à ce qu1était précédemment la "somme des colonnes" et vice-ver sa. 5 Ainsi, une barre horizontale ou verticale est un motif identifiable en termes des mesures discutées .jusqu'ici. On supposera maintenant que la barre représentée à la Fig. 1A ou à la Fig. 1B a subi une rotation de 45°. Alors la "somme des colonnes" est égale à la "somme des lignes" et cette égalité condui-10 rait à la décision erronée que le motif n'est pas une barre. Par conséquent, il apparaît clairement que des mesures additionnelles sont nécessaires pour assurer l'invariance vis-à-vis de la rotation.. Avant d'examiner la théorie de l'obtention de l'invariance vis-à-vis de la rotation, un dispositif de traitement idéal va être 15 considéré. Un tel dispositif diffère de celui qui pourrait découler de la théorie précédente selon les points suivants : 1 - Le'champ d'observation est circulaire au lieu d'être carré et est considéré comme étant illuminé uniformément avec le motif se trouvant dans la région d* illumination élevée. 20 2c— L@ motif xi'b. pas besoin, d'être rectangulaire• Il peut être de forme libre comme représenté en 10 à la Fig. 2. 3 - Les vingt colonnes sont remplacées par une pluralité de tranches verticales traversant le champ d'observation, ^a largeur de chaque tranche est extrêmement petite. 25 4 - Les vingt lignes sont remplacées par me pluralité de tran ches horizontales. 5 - Outre les tranches verticales et horizontales, il existe de nombreuses tranches orientées différemment. Le fonctionnement du dispositif de traitement idéal va être 30 maintenant décrit. Un motif est supposé se trouver dans le champ d'observation circulaire. Un axeûC est choisi et les tranches parallèles à celui-ci sont considérées. Le flux lumineux atteignant chaque tranche est intégré et des tensions proportionnelles au flux intégré sont engendrées. Les tensions sont individuellement élevées au 35 carré et les carrés sont ajoutés afin de former une somme dénommée la somme cf. . _ Les tranches parallèles à un axe j3 qui fait un angle A 6 par rapport à l'axe oC sont maintenànt considérées. De la manière décrite ci-dessus la somme J3 est déterminée, processus est répété N fois' 40 avec ÎLd© = "Tt radians. Il est inutile de considérer plus de N axes, bad original >#lt. 69 17416 5 2009515 puisque les données deviennent ensuite redondantes. Ainsi un axe situé à donne des résultats identiques à ceux obtenus pour l'axe Cette suite de tensions (sommée*', somme etc...) constitua 5 une représentation du motif original. Il est à remarquer notamment que chaque tension représente la scène d'objet entière et est indépendante de la position de l'objet tant que celui-ci reste totale^ ment inclus dans le champ d'observation et n'a pas été soumis à un® rotation. 10 Si le motif est maintenant décalé d'un angle AQt les donné©©/ c'est-à-dire la sommecX, la somme J3 etc., se trouvent décalées d'uE pas. la reconnaissance, en dépit d'un décalage dans les données, peut s'effectuer en comparant ÏT fois les données à une réplique es-15 magasinée des données du motif de référence, tout en décalant les données emmagasinées d'un pas à chaque comparaison. Si l'on désirr reconnaître un motif particulier représenté par la somme oi s v , Iq, aoanM § * jg» etc., on réalise une réplique électrique du motif fee-xée d'une série d*éléments pondérés avec égal gsaadeur es 20 en sien* à pour tous les i de 1 à lï„ Ge Jeu d'éléments poadtfeoe fait apparaître une crête chaque fois que l'entrée de référence gd-j appliquée. Il s'agit par conséquent essentielle&est d8un corrélatsur deat la réponse de crête est sélectionnée par tm détecteur de crête la Fig. 2 représente eh partie comment la théorie est mise en oeuvre èton se reportera maintenant à cette figure. Un objet 10 35 est plaëé sur l'axe" optique 12 d'un découpeur 16 et de lentilles d®-collimation 11 et 14 de manière que l'image de l'objet aoit projeta sur la face d'entrée 17 du découpeur 16. Un gyrateur dsimage 13, constitué par exemple par un système à un ou plusieurs prismes, permet à l'image projetée sur la face d'entrée 17 d'être soumise à tsio 40 rotation autour de l'axe optique 12 ; l'importance de ce dispositif BAD ORIGINAL 69 17416 6 2009515 apparaîtra par la suite. le découpeur 16 comprend un panneau arrière 18 et un panneau avant 15 auquel est associée la face d'entrée 17 qui est formée d'une pluralité de tranches optiques horizontales dont la tranche 5 17a est celle située à la partie supérieure. En se reportant maintenant à la Fig. 3, qui représente une vue en perspective du découpeur 16, on y voit que la tranche optique 17a constitue l'extrémité d'entrée d'un faisceau de fibres optiques qui transforme la tranche optique 17a en un faisceau circulaire 17b agencé dans le panneau 10 arrière 18. De la même manière, les autres tranches optiques de la face d'entrée 17 .sont converties en des faisceaux circulaires agencés dans le panneau arrière, le format circulaire du faisceau de fibres optiques est compatible avec les éléments de détection photosensibles disponibles sur le marché, un tel élément pouvant être 15 maintenant disposé de manière à se trouver illuminé par le faisceau circulaire correspondant. Si l'on considère la transition de la tranche optique au faisceau circulaire et ensuite 11 illumination de la cellule photosensible, on constate que chaque fibre du faisceau circulaire correspond à 20 an emplacement déterminé dans la face d'entrée.et que chaque xiïîre possède une ouverture numérique 69 17416 7 2009515 dans la tige avant que la lumière atteigne la fenêtre d'entrée de la cellule photosensible. La cohérence due aux emplacements particuliers des fibres respectives est essentiellement détruite et la transition désirée de la tranche image à la cellule photosensible 5 est réalisée. En se reportant maintenant à la Fig. 4, on y voit une tige en plastique acrylique 20a dont l'extrémité 21a qui est polie vient s'appuyer contre un faisceau circulaire de sortie, par exemple le faisceau 17b montré à la Fig. 3, cette tige formant un canal optique entre ce faisceau et la cellule photosensible 22a. la ten-10 sion de sortie V de cette dernière, qui est proportionnelle à l'in- a tégrale linéaire du flux lumineux atteignant la tranche optique 17a, est élevée au carré et calibrée dans un dispositif quadratique 23a qui délivre une tension K(Va) . Le flux lumineux atteignant les autres tranches optiques est traité de la même manière-, les tensions 15 élevées au carré et calibrées sont totalisées dans un dispositif de sommation 25 et appliquées successivement par un commutateur 27 à un réseau mémoire formé de cellules de mémoire 30a à 30n, une cellule de mémoire étant prévue pour chaque position de rotation d'image à échantillonner. Par conséquent, le commutateur 27 doit être 20 synchronisé avec le gyrateur d'image 13 (Fig. 2) afin que les données recueillies lorsque l'image est orientée selon l'axeoC soient emmagasinées dans la cellule de mémoire 30a, les données recueilli©© lorsque l'image est orientée selon l'axe |3 soient emmagasinées dana la cellule de mémoire 30b, etc. 25 Chaque cellule de mémoire est essentiellement formée d'un con densateur agencé de manière à être chargé à travers le commutateur 27 lorsque l'axe d'image est convenablement placé, d'une boucle à accrochage de phase pilotée par la tension apparaissant aux bornes du condensateur afin de préserver les données ainsi emmagasinées et 30 d'un circuit porte de sortie qui échantillonne la cellule de mémoire lorsqu'il est ouvert. En se reportant à la Fig. 5, on y voit à nouveau les cellules de mémoire 30a à 3On. A la fin de la rotation de l'image projetée sur la face d'entrée (Fig. 2), les circuits portes des cellules de 35 mémoire sont déclenchés simultanément-dans leur état d'ouverture et les cellules de mémoires sont échantillonnées à travers taie matrice pondérée formée des résistances à W^, îï étant le nombre de cellules de mémoire, et dans laquelle chaque résistance apparaît Iï fois. Les résistances pondérées constituent la réplique électri-40 que par rapport à laquelle les données recueillies sont comparées. ....... BÂD ORIGINAL 69 17416 s 2009515 Les signaux de sortie échantillonnés et pondérés des cellules de mémoire sont totalisés dans des dispositifs de sommation 32a à 32n. Il est à remarquer que les résistances pondérées sont décalées d'un pas pour chaque dispositif de sommation particulier, de sorte que, 5 par exemples les dispositifs de sommation 32a, 32b et 32n reçoivent respectivement : Le signal de sortie maximal du dispositif de sommation est déterminé par le sélecteur de masima 35 qui détermine également celai des dispositifs de sommation.qui produit le signal de sortie maximal. Cette dernière information peut être utilisée pour déterminer la direction 15 selon laquelle est orientée l'Image détectée, tandis que la première information est appliquée à un dispositif à seuil 36 qui engendre un signal de sortie lié à la classification de l'image. Bien que dans un but d'explication, de l'invention une réalisation particulière de celle-ci ait été représentée et décrite, il doit 2 0 être entendu que divers changements ou modifications évidents à toufc homme de l'art peuvent y être apportés sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention ni sortir de son domaine. Par exemple, il est évident que la matrice électrique peat prendre d'autres formes et qu'en outre elle peut être rendue programmable afin de pouvoir 25 augmenter le nombre, de d ornée s électriques par rapport auxquelles les données emmagasinés s dans 3.ee -cellules de mémoire peuvent être comparées et aiasi ds aocroît-r© les possibilités de classification du système selon 1'invention « 10 bad original 69 17416 2009515 REVENDICATIONS 1. Système d'extraction électrique de données corrélatives à des caractéristiques d'un objet indépendamment de son orientation dans un champ d'observation, caractérisé en ce qu'il comprend un dé-coupeur d'image qui possède une face d'entrée divisée en tranches 5 parallèles et qui est destiné à intégrer linéairement le flux lumineux atteignant chacune des tranches, un moyen destiné à projeter l'image de l'objet sur cette face d'entrée et associé à un moyen destiné à faire tourner cette image par rapport à la face d'entrée du découpeur d'image dont la face de sortie est associée à un moyes 10 destiné à engendrer des tensions liées par une relation non-linéai~=© au flux lumineux atteignant chacune des tranches et dont la sortie est connectée à un moyen destiné à faire la somme de oos tensions st dont la sortie à son tour est appliquée en âes instants prédétem 2. Système selon la revendication 1, dans lequel est prévu vm, 25 moyen à aeuil sensible au signal délivré par le moyen d8 échantillon nage. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel le découpera? d'image comprend une pluralité de faisceaux de fibres optiques, cha= que faisoeau formant une transition entre une extrémité de sortie 30 pour laquelle les fibres sont agencées de manière à former un faisceau circulaire et une extrémité d'entrée pour laquelle les fibres sont agencées de manière à former un faisceau rectangulaires cette-extrémité d'entrée étant située à la face d'entrée du découpeur d'image et chacun des faisceaux rectangulaires constituant l'une dos 35 dites tranches parallèles. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel le moyen destiné à engendrer les tensions liées par une relation non-linéaire an -flux lumineux incident comprend une pluralité de dispositifs dont bad original 69 174*16 2009515 chacun engendre une tension proportionnelle au fluz lumineux l'atteignant et dont chacun est associé à un faisceau de fibres optiques, un moyen destiné à coupler le flux lumineux issu de l'extrémité de sortie de chaque faisceau de fibres optiques à chacun des dits dis-5 positifs, et-des moyens non—linéaires destinés à calibrer ces tensions proportionnelles au flux lumineux incident. 5. Système selon la revendication 4, dans lequel cette pluralité de dispositifs de production de tension est constituée par une pluralité de cellules photosensibles» 10 6. Système selon la revendication 5, dans lequel le moyen de couplage du flux lumineux comprend une pluralité de tiges conductrices de la lumière interposées entre les extrémités de sortie des faisceaux de fibres optiques et les cellules photosensibles et dont les dimensions sont telles qu'elles permettent de détruire la cohé- 15 rence due aux emplacements particuliers des fibres optiques respectives. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel les tiges conductrices de la lumière sont formées par dee tiges de plastique acrylique d'une longueur et d'un diamètre tels que les rayons lumineux 20 atteignent la paroi de chaque tige sous une incidence au moins égale à l'angle limite afin que plusieurs réflexions totales se produisent dans la tige considérée avant que la lumière n'en sorte. 8. Système selon la revendication 4, dans lequel les moyens non-linéaires comprennent des moyens quadratiques destinés à élever 25 au carré les tensions proportionnelles au flux lumineux incident. 9. Système selon la revendication 1, dans lequel les instants prédéterminés de mise en mémoire correspondent à des accroissements égaux de la rotation de l'image. 10. Système selon la revendication 9, dans lequel îï instants 30 prédéterminés de mise en mémoire sont utilisés et dans lequel le jeu d1éléments de base comprend N éléments pondérés et est reproduit d'une manière décalée N-1 fois, ce jeu d'éléments de base et chacune des reproductions décalées dudit jeu étant en corrélation avec l'un des N instants prédéterminés de mise en mémoire = 35 11o Système selon la revendication 10, dans lequel le moyen dséchantillonnage comprend des moyens destinés à combiner les tensions mises en mémoire aux éléments pondérés afin d'obtenir les produits matriciels, et un sélecteur de crête destiné à déterminer lequel des produits matriciels est maximal. 40 12. Système selon les revendications 2 et 11, dans lequel le bao original 69 17416 11 2009515 moyen à seuil est sensible au signal de sortie du sélecteur de erête pour classifier l'objet. 13. Système selon la revendication 10, dans lequel les I 4^ d'éléments pondérés sont respectivement constitués par N résistan- 5 ces, la réplique électrique étant ainsi formée d'une matrice de lî x îî résistances. 14. Système selon la revendication 11, dans lequel les moyens de combinaison comprennent H addeurs, et des moyens connectant la réplique électrique et les tensions mises en mémoire de manière que 10 chaque addeur engendre une tension proportionnelle à un produit matriciel particulier des tensions mises en mémoire et des éléments pondéré» de la réplique électrique, le sélecteur de crête déterminant également lequel des addeurs engendre un signal maximal. bad original