Brevet FR2092712A1 — publié le 19720128

La présente invention concerne le domaine de l'analyse mathématique ou statistique de la texture d'un milieu non homogène que l'on peut représenter par une grandeur physique mesurable, par exemple et préférentiellement un signal électrique, dont l'amplitude représente une qualité déterminée d'une zone que l'on déplace dans tout le milieu à analyser. On connait déjà un système d'analyse de la texture d'un milieu hétérogène qui effectue automatiquement et rapidement des opérations d'analyse d1ima- ges représentant lesdits milieux et de calcul statistique sur les données fournies par cette analyse. Le système en question comprend principalement un ensemble optique pouvant inclure un microscope ou une optique électronique et fournissant une image d'une zone du milieu hétérogène analysé, un récepteur traQu-sant cette ima- ge en un signal électrique représentatif d'une qualité ou d'emie quantité Ca- ractéristique de ladite zone, des moyens de balayage pour déplacer cette zone dans tout le milieu k analyser, qui peuvent entre mécaniques, comme une platine de microscope, ou électroniques, comme c 'est le cas avec d'une caméra de télévision et d'un microscope optique ou Q1 un miero5cope électronique à balayage ou d'un microanalyseur électronique a balayage. Des moyens logiques effectuent les opérations de caleul statistique sur le signal ainsi obtenu, qui constitue ce que l'on peut appeler une image électrique du milieu considéré. La présente invention vise à permettre l'obtention d'une image électrique dont on peut changer à volonté la finesse d'analyse. A cet effet, l'objet de l'invention est un dispositif de formation d'une image électrique logique d'un milieu hétérogène, principalement en vue de l'analyse statistique de la texture de ce milieu, à partir d'un signal électrique qui représente une qualité déterminée d'une zone dudit milieu, ladite zone étant déplacée dans ce milieu par des moyens de balayage rapide, de préférence électroniques, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : des moyens d'échantillonnage qui prélèvent périodiquement la valeur dudit signal électrique avec une fréquence prédéterminée ; des moyens de mémoire pour enregistrer une série de valeurs successives prises par ledit signal électrique comprenant les valeurs représentatives de n zones géométriquement contiguës dans une aire du milieu à analyser ; des moyens logiques pour élaborer un nouveau signal électrique selon une loi prédéterminée en fonction des valeurs représentatives de ces n zones ; et des moyens pour prélever les valeurs prises par ce nouveau signal électrique avec une fréquence inférieure à ladite fréquence prédéterminée, ces dernières valeurs constituant une suite d'informations à soumettre à un traitement d'analyse de la texture par une méthode connue en soi. Dans une disposition particulière dans laquelle le déplacement de la zone dans le milieu hétérogène est réalisé par lignes successives, ce dispositif est caractérisé en ce que lesdits moyens de mémoire comprennent au moins un registre à décalage comportant un nombre d'éléments de mémoire pouvant couvrir toutes les lignes dans lesquelles se trouvent simultanément les n zones géométriquement contigus de ladite aire et des moyens pour extraire dudit registre les valeurs simultanées correspondant à ces n zones. Dans cette m & e disposition et selon une autre caractéristique du dispositif, lesdits moyens de mémoire comprennent au moins une ligne à retard de retard voisin de la durée totale de balayage d'une ligne et au moins deux registres à décalage comprenant chacun un nombre d'éléments de mémoire égal au nombre de zones contenues dans ladite aire le long d'une ligne, ces deux registres étant respectivement connectés à l'entrée et à la sortie de la ligne à retard, les n valeurs correspondant aux n zones de l'aire étant Drélevées simultanément aux extrémités de la ligne à retard et des éléments des registres à décalage. Selon une autre caractéristique que peut encore comporter ce dispositif, lesdits moyens logiques pour élaborer un nouveau signal électrique comprennent des moyens pour mettre en mémoire les valeurs correspondant aux n zones, des moyens de sélection logique permettant de comparer chacune d'elles à la valeur correspondante d'un Jeu, au moins, de valeurs fixées à l'avance et formant un élément structurant type pour déterminer les concordances ou les discordances avec cet élément type, lesdits moyens de sélection logique permettant en outre de donner audit nouveau signal électrique des valeurs différentes suivant la concordance ou la discordance avec ledit élément structurant type. Comme on va le voir maintenant, la présente invention se propose de transformer la définition, ou "grain" de l'image électrique représentant le milieu hétérogène à analyser, pour l'adapter au mieux à la finesse des éléments de texture du milieu et aux possibilités des moyens logiques d'analyse statistique. En réalité, lors de l'analyse des textures, on recherche généralement la présence ou l'absence d'une qualité tranchée dans une zone du milieu analysé présence ou absence d'un composant déterminé, dtune densité optique ou d'une couleur dans une image macrographique ou microscopique, etc. La qualité recherchée est donc transcrite par un signal électrique, par exemple un récepteur photo-électrique, variable en fonction du temps tandis que la zone explore tout le milieu. Mathématiquement, le temps ne joue aucun rôle dans l'analyse ; il constitue simplement la liaison entre le signal électrique et le mouvement de balayage, ou d'exploration du milieu.Afin de supprimer le bruit qui peut entacher un signal de ce genre, on le fait passer par des systèmes à seuils, du genre des bascules dites "de Schmidt" qui fournissent des signaux en tout ou rien pouvant prendre des valeurs discrètes représentatives de 11 absence ou de la présence de la qualité recherchée. Ensuite, un échantillonnage, ou pré- lèveinent périodique, à une fréquence déterminée, fournit une série d'informa tions digitales qui représentent des points régulièrement espacés sur les li- gnes de balayage du 'milieu C'est ette série d'informations digitales qu'on appelle ici image électrique du milieu.On entendra par "grain" de cette ima- e, la surface du milieu représentée par une information digitale élémentai- re. Les moyens logiques d'analyse statistique du milieu étant composés ut déments logiques binaires en nombre lImIté, on comprend qu'ils ne peuvent cm- magasiner simu.ftanément qu'un nombre limité d'informations binaires, c'est à dire qu'ils ne peuvent embrasser qu'une certaine surface du milieu. L'invention se propose de changer le grain de limage électrique en transformant l'ensemble des informations contenues dans une aire de taille donnée en une seule information digitale d'après une loi de transformation en tout ou rien définie à l'avance. Cette transformation permet, lorsque la dimension des éléments de structure recherchés s'y prête, d'augmenter sa sa surface embrassée par les moyens logiques. On conçoit que la finesse maximale d'analyse du milieu soit limitée par la définition des récepteurs utilisés, par exemple du tube image dans le cas d'utilisation d'une caméra de télévision, et que Invention ne permette pas d'améliorer cette définition. En résumé, l'invention permet de diminuer la finesse d'analyse en augmentant la grosseur de grain de l'image électrique, ce qui correspond à une réduction de la fréquence des informations pour une même vitesse de balayage et à un élargissement de la surface embrassée par la logique d'analyse. Afin d'illustrer et de bien faire comprendre l'invention, de même que pour mieux faire ressortir ses avantages et particularités, on va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre en aucune façon limitatif, en se référant aux dessins annexés, dans lesquels - La figure l est un schéma d'ensemble d'un appareil d'analyse de texture incluant l'invention ; et - la figure 2 est une représentation du mode d'exploration d'une portion de l'image. La figure l représente schématiquement l'ensemble d'un appareil d'analyse statistique automatique de textures, muni d'un dispositif selon la présente invention. Sur cette figure, 1 est une caméra de télévision dont l'objec- tif est symbolisé par 2 et la surface photo-sensible par 3. Cette caméra re qoit l'image réelle, donnée par un microscope 4, d'un échantillon 5 qui peut autre par exemple une lame mince, une plaque photographique, etc. Dans le plan de l'image réelle fournie par le microscope 4 se trouve un diaphragme 6 qui permet de régler les dimensions de limage utile. Le plan objet de l'objectif 2 de la caméra coricide avec le plan de limage réelle et du diaphragme 6. L'objectif 2 forme finalement sur la plaque sensible 3 de la caméra une image réelle agrandie de la surface considérée de itéchantillon 5. En 7 est représenté un récepteur de contrôle qui permet de retraduire en images les signaux video fournis à la sortie 8 de la caméra. Cette sortie est branchée également à l'entrée de circuits électroniques 9 de transformation analogique digitale, à base de "Trigger de Schmitt", qui échantillonnent à la fréquence de 10 k le signal video fourni en 8, de façon à prélever les valeurs correspondant à des points, ou zones, successifs de limage sur une ligne du balayage, et qui fournit en 10 des impulsions à la fréquence de 10 MHZ, pouvant prendre 2 valeurs discrètes symbolisées dans ce qui suit par ttoX et "1" suivant que le signal est inférieur ou supérieur à un seuil déterminé. Ces deux valeurs correspondent respectivement à l'absence ou à la présence d'une qualité déterminée de l'échantillon, une couleur par exemple, ou un composant déterminé. Le signal électrique digital présent en 10 constitue ce que l'on a appelé dans ce qui précède l'image électrique primaire. Chaque impulsion, à la fréquence de 10 MHZ, représente une petite zone élémentaire, ou point, de l'image de l'é- chantillon. Cette image électrique primaire est ensuite traitée, selon ltin- vention, pour former une nouvelle image électrique ayant un grain plus gras, par le dispositif compris dans le rectangle pointillé 11, dont le fonctionnement est conforme aux explications données plus haut, et qui sera examiné en détails plus loin.L'image électrique transformée est transmise à un système d'analyse logique et de comptage 12 déjà connu qui effectue les calculs néces saies Ce peut 8tre, par exemple, le système décrit par le brevet français n 1.4490059 et sa première addition. En 13 est représenté un programmateur dont le r81e est de coordonner le balayage de la caméra de télévision et le déroulement des opérations de calcul statistique effectués par les circuits 12. I1 commande ainsi, à partir des impulsions de synchronisation qu'il reçoit des circuits 14 de balayage "ligne" et "image" de la caméra, l'ouverture et la fermeture des différentes portes des circuits 12 pour faire entrer les informations digitales dans les circuits de mémoire, le décalage des registres, le fonctionnement des compteurs, etc. Ces derniers circuits, qui font partie de l'ensemble 12, déjà connus, ne sont pas représentés ni décrits en détail. En se référant à la fois aux figures 1 et 2, on va maintenant expliquer le fonctionnement des circuits contenus dans le rectangle et le processus de formation de l'image électrique transformée. L'image électrique primaire qui apparait en 10 est appliquée successivement à quatre lignes à retard 15, 16, 17 et 18, qui retardent chacune le signal de la durée to de balayage dtune ligne, Ces lignes à retard peuvent indifféremment 8tre du type analogique, par exemple électromécaniques, ou du type digital comportant une suite de bascules binaires intégrées. De part et d'autre d'une de ces lignes à retard, on peut donc prélever des informations qui sont décalées exactement de la durée d'une ligne, c'est à dire qui sont représentatives de deux points, ou plus précisément de deux petits carrés élémentaires, de l'image, situés ltun à côté de l'autre sur deux lignes de balayage successives, par exemple a; et b5 (fig. 2).Aux cinq points référencés 19, 20, 21, 22 et 23, on dispose simultanément donc de signaux correspondant à cinq points de l'image alignés sur une normale aux lignes, par exemple a5 à e. Les signaux présents en 19, 20, 21, 22, 23 sont respectivement appliqués à cinq registres à décalage 24, 25, 26, 27, 28, comportant chacun cinq bascules binaires, c'est à dire pouvant stocker chacun les informations relatives à cinq points, ou petits carrés élémentaires, d'une ligne de balayage, respectivement a1 à a5, b; à b c à c d1 à d5, e1 à e5 (fig. 2). L'ensemble des informa tions ainsi disponibles simultanément représente un carré dont le côté contient cinq petits carrés élémentaires tels que al.Les sorties correspondantes des 25 bascules de ces cinq registres sont reliées par diodes aux colonnes d'une matrice logique programmable 29 dont les lignes sont reliées, par un système d'échantillonnage 3', aux circuits de calcul et de comptage 12. On peut, par exemple, programmer la matrice de façon que la ligne 31 ne soit dans l'état t1" que lorsque les 25 bascules sont simultanément dans l'état "1". Au plan de l'image, il est équivalent de dire que la ligne 31 dans l'état i ou que les 25 carrés élémentaires de la figure 2 sont simultanément dans un même constituant de l'image. On peut alors raisonnablement assimiler ces 25 carrés élémentaires à leur enveloppe et dire que le grand carré qui les contient est inclus entièrement dans ce meme constituant.On voit clairement ici quXon a changé le grain de l'image, qui est agrandi 5 fois linéairement ou 25 fois en surface. Quand les informations défilent au cours du temps à la fréquence de base, ici 10 MHZ, ce grand carré se déplace dans l'image par translations successives parallèles aux lignes de balayage et égales au c8té d'un petit carré élémentaire. I1 suffit donc d'échantillonner à la fréquence de 2 MHZ le lon des lignes et de ne prendre qutune ligne sur cinq pour avoir une nouvelle image électrique dont le grain est grossi 25 fois, qui ne contient plus que 25 fois moins d'informations élémentaires ; c'est le rôle du système d'échantillonnage 3-. La capacité des circuits de mémoire contenus dans 12 n'ayant pas changé, il est évident que cela leur permet de couvrir une portion de l'image 25 fois plus grande en surface. Bien que le fonctionnement du dispositif vienne dB8tre expliqué pour le grossissement de grain maximal permis par le nombre de lignes à retard et le nombre de bascules des registres 24 à 28, il est évident qu'on peut programmer la matrice 29 de façon différente, pour tout grossissement intermédiaire, en groupant 2, 3 ou 4 carrés dlémentaires dans chaque direction. De , il est possible de former des rectangles en prenant des nombres de carrés élémentaires différents dans les deux directions. Naturellement, il est possible également de munir le dispositif d'un nombre différent de lignes à retard de registres à décalage, notamment pour obtenir des grossissements de grains supérieurs à 25. Dtune façon générale, cette disposition est utile chaque fois que la finesse d' analyse de la caméra est trop grande par rapport à la taille des phénomènes étudiés. Par exemple, lors de ltanalyze granulométrique de particules, si les particules les plus petites sont supérieures à 100 microns et si le petit carré élémentaire mesure 20 microns de côté, il est utile de grandir 5 fois linéairement le grain de limage. Cela permet également de supprimer des détails parasites de plus petites dimensions contenus dans 1 'échantillon et dont on souhaite ne pas tenir compte dans l'analyse statistique. I1 doit être bien entendu que la présente invention n'est pas limitée au mode de mise en oeuvre qui vient hêtre décrit et qu'on pourrait imaginer bien des variantes ou perfectionnements de détails, de "me qu'envisager l'emploi de moyens équivalents, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de formation d'une image électrique logique d'un milieu hétérogène, principalement en vue de l'analyse statistique de la texture de ce milieu, à partir d'un signal électrique qui représente une qualité déterminée d'une zone dudit milieu, ladite zone étant déplacée dans ce milieu par des moyens de balayage rapide, de préférence électroniques, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : des moyens d'échantillonnage qui prélèvent périodiquement la valeur dudit signal électrique avec une fréquence prédéterminée ; des moyens de mémoire pour enregistrer une série de valeurs successives prises par ledit signal électrique comprenant les valeurs représentatives de n zones géométriquement contigus dans une aire du milieu à analyser ; des moyens logiques pour élaborer un nouveau signal électrique selon une loi prédéterminée en fonction des valeurs représentatives de ces n zones ; et des moyens pour prélever les valeurs prises par ce nouveau signal électrique avec une fréquence inférieure à ladite fréquence prédéterminée, ces dernières valeurs constituant une suite d'informations à soumettre à un traitement d'analyse de la texture par une méthode connue en soi. 2 - Dispositif de formation d'une image électrique logique d'un milieu hétérogène selon la revendication 1 dans laquelle le déplacement de la zone dans le milieu hétérogène est fait par lignes successives, caractérisé en ce que lesdits moyens de mémoire comprennent au moins un registre à décalage comportant un nombre d'éléments de mémoire pouvant couvrir toutes les lignes dans lesquelles se trouvent simultanément les n zones géométriquement contiguës de ladite aire et des moyens pour extraire dudit registre les valeurs simultanées correspondant à ces n zones. 3 - Dispositif de formation d'une image électrique logique d'un milieu hétérogène selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens de mémoire comprennent au moins une ligne à retard de retard voisin de la durée totale de balayage d'une ligne et au moins deux registres à décalage comprenant chacun un nombre d'éléments de mémoire égal au nombre de zones contenues dans ladite aire le long d'une ligne, ces deux registres étant respectivement connectés à llentrée et à la sortie de la ligne à retard, les n valeurs correspondant aux n zones l'aire étant prélevées simultanément aux extrémités de la ligne à retard et des éléments des registres à décalage 4 - Dispositif de formation dtune image électrique logique d'un milieu hétérogène selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens logiques pour élaborer un nouveau signal électrique comprennent des moyens pour mettre en mémoire les valeurs correspondant aux n zones, des moyens de sélection logique permettant de comparer chacune d'elles à la valeur correspondante d'un jeu, au moins, de valeurs fixées à l'avance et formant un élément structurant type pour déterminer les concordances ou les discordances avec cet élément type, lesdits moyens de sélection logique permettant en outre de donner audit nouveau signal électrique des valeurs différentes suivant la concordance ou la discordance avec ledit élément structurant type.