Brevet FR2068756A1 — publié le 19710903

La présente invention concerne le domaine de l'analyse d'image, et plus particulièrement, la détection des changements qui se produisent dans un champ de vision, par le traitement d'images codees du champ de vision. Dans la transmission des images, par exemple par la télévision ou par des canaux porteurs d'ondes, la largeur de bande du canal est un facteur de limitation de la quantité d'information qui peut être transmise. De grandes quantites d'informations nécessitent des largeurs de bandes importantes. Souvent, les informations transmises sont redondantes, et provoquent la perts de certaines possiblités de la largeur de bande. Par exemple, dans la transmission par télévision chaque image transmise contient toutes les informations d'un champ de vision meme si la plupart des informations sont les mêmes pour chaque image. Il serait souhaitable de transmettre une première image d'informations qui serait emmagasinée par le récepteur, et par la suite ne transmettre que les changements (c'est-à-dire les déplacements] qui se produisent dans le champ de vision d'origine. Un objet de la présente invention est de fournir un procédé et un système servant à détecter et à extraire les seuls changements dans un champ de vision par l'utilisation d'images codees du champ1 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'expose qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, qui représentent un mode de réalisation preféré de celle-ci. La figure 1 illustre schématiquement le dispositif d'enregistrement des images d'un champ de vision auquel sont appliquées des mires de fréquence spatiales. La figure 2 représente les images enregistrées d'un champ de vision illustrant les changements dans le champ de vision. La figure 3 est un schéma illustrant le dispositif qui sert à extraire les différences entre les images enregistrées d'un champ de vision. La figure 4 est un schéma illustrant un autre dispositif servant à enfeu gistrer les images d'un champ de vision auquel sont appliquées des mires de fréquence spatiales. Les figures 5 et 6 sont des schémas illustrant un dispositif supplémen- taire servant à extraire les différences qui se produisent dans les images enregistrées d'un champ de vision. Dans la figure 1, est represente un système servant à mettre en pratique la presente invention, qui comprend un champ visuel 10 englobant une scène représentée par des objets geomètriques. Le champ visuel peut comprendre une vue bidimensionnelle ou tridimensionnelle. Une source lumineuse 12 projette de la lumière sur le champ visuel 10 à travers un cache 14 contenant une mire à fréquence spatiale déterminée. La configuration de la mire peut provenir d'un générateur de code quelconque (dans le sens de codage algébrique) et par suite, l'on pourra dire que le masque est codé , ou contient un code. De nombreuses formes de code peuvent être utilisées, cependant, un simple code linéaire est montré sur le cache 14, et il est constitué par une alterw nance de lignes transparentes et opaques, de même largeur. Ce type de configuration est connu sous le nom de réseau de Ronchi. L'effet du masque 14 sur le champ visuel 10 est montré dens la figure 1. Le champ visuel est eclairé par des bandes lumineuses intercalées entre des bandes nonwlumineuses, d'égale largeur. Une image du champ visuel est enregistrée par l'enregistreur 16. L'enregistreur 15 peut être un appareil photographique classique, une caméra de télévision, une caméra à film, ou tout autre dispositif approprié décrits ci-après. En supposant que l > enregis- treur 16 soit un appareil photographique, un enregistrement par photographie du champ visuel 10 est- realise sur une émulsion photographique. Un complément du code sur le cache 14 est ensuite utilise. Le complément d'un reseau de Ronchi est une configuration déphasée de 1809 par rapport à l'original. Ceci est obtenu en utilisant un nouveau masque, ou en déplaçan latéralement le cache 14 d'une distance égale à une largeur de ligne de façon à ce que les parties du champ visuel qui étaient auparavant éclaires soient maintenant sombres, et que les parties qui étaient précédemment sombres soient éclaires. Un second enregistrement de l'image du champ visuel 10 est réalisé par une photographie grace à l'appareil photographique 16. Le terme enregis trement" comprend à Ia fois le développement et le traitement photographiques de l'émulsion par des moyens classiques. Les deux images enregistrées sont ensuite superposées. Les parties de la première image qui étaient éclairées complètent les parties éclairées de la seconde image, pour produire le résultat que l'on aurait obtenu si l'on avait enregistré une image du champ visuel en totalité. Les objets qui n'ont pas changé de position entre l'enregistrement de la première et de la seconde image apparaissent comme sur une photographie classique, mais les objets qui ont changé de position sont distingués sur la photographie par un code.qui leur est appliqué. Dans la figure 2, est rèprésentée la super position des images enregistrées du champ visuel 10.Les objets 18 et 20 n'ont pas été déplacés entre l'enregistrement de la première et de la seconde image et sont enregistrés uniformément.-Les objets 22 et 24 ont été déplacés, et par conséquent, le code réseau de Ronchi leur est appliqué. Le changement de position des objets est enregistre dans la seconde image sous la forme des images partielles 22' et 24' et le code du réseau de Ronchi leur est également appliqué. Les parties d'image représentant le changement (22', 24') sont modulées par le code et peuvent par conséquent être extraites des parties inchangées nonbmodulées des images superposées de la figure 2. La partie du système qui sert à extraire les parties d'image modulées est montrée dans la figure 3. Dans la figure 3, le premier enregistrement et le suivant, 26 et 28, sont places dans le plan objet d'une lentille 30. Un masque 32, dans lequel sont ménagées des ouvertures 34 et 36, est placé dans le plan image de la lentille 30. Le terme 1ouverture" implique des gradations d'opacité. Une source de lumière cohérente 38, par exemple un laser, envoie de la lumière à travers les enregistrements 26 et 25. La lumière qui traverse les enregis trements 26 et 28 n'est diffractée que par les parties modulées des images. Ainsi, en se référant à la figure 2, la lumière n'est diffractée que par les parties 22, 22' et 24, 24'. La lumière qui traverse les autres parties des enregistrements 26 et 28 n'est pas diffractée. La lumière non diffractée est focalisée par la lentille 30 sur le centre dU cache 32 où elle est bloquée. La lumière diffractée par les parties modulées des enregistrements 26 et 28 est constituée par une bande latérale inférieure dont l'image est formée par la lentille 30 sur l'ouverture 35, et une bande latérale supérieure dont l'image est formée par la lentille 30 sur l'ouverture 36. La lumière diffractée passe, par l'intermédiaire des ouvertures 34 et 36 sur la lentille 39, qui focalise la lumière diffractée sur l'élément 40. L'élément 40 est un élément sensible à la lumière qui répond à la lumière diffractée venant de la lentille 39. Par exemple, l'élément 40 peut être une émulsion photographique qui enregistre la lumière diffractée, ou encore un réseau de cellules photo-électriques, une camera de télévision, etc.. Par conséquent, l'élément 40 reçoit deux images venant des bandes latérales, et chaque image n'est composee que des changements qui se sont produits dans le champ visuel 10. Puisque les deux images, sur l'élément 40, contiennent les informations changées, il est possible d'éliminer une bande latérale en éliminant soit l'ouverture 34 soit l'ouverture 36. On a observé que lorsque les deux ouvertures 34 et 36 sont utilisées, la modulation du code est appli- quée aux deux images sur l'élément 40, mais si l'on utilise qu'une ouverture, l'image unique apparait sur l'élément 40 sans modulation. Ceci est bien connu d'après la théorie de la modulation basée sur la transformée d'Hilbert. Si l'on désire connaître la séquence du changement dans le champ visuel c'està-dire quelle est la position initiale de l'objet et quelle est la position de l'objet après un changement, les deux ouvertures 34 et 36 doivent être employées car les images sur l'élément 40 contiendront la modulation et il y aura un changement de phase du codage de l'image représentant l'objet, avant et après le changement. La détection de ce changement de phase donne l'information avant et après. Les figures 1 et 3 représentent une réalisation de l'invention. D'autres réalisations de la présente invention peuvent être utilisées, suivant l'applicat tion de l'invention. Par exemple, il peut n'être pas pratique d'éclairer le champ visuel avec une source de lumière codée comme on l'a vu dans la figure 1. Le code peut titre appliqué à l'image du champ visuel de différentes façons, par exemple, la plaque codée peut 8tre placée dans la caméra sur le trajet de la lumière venant du champ visuel. La figure 4 représente une vue latérale d'un appareil de photographie simple, comprenant un boîtier 42 et une lentille 44, un obturateur 46 et une émulsion photographique 48. Une plaque de code 50, qui peut être similaire à la plaque 14 de la figure 1, est placée dans le plan focal de la lentille 44. L'obturateur 46 peut être situé devant ou derrière la plaque de code 50. Un enregistrement initial du champ visuel est réalise en ouvrant l'obturateur 46 alors que la plaque de code se trouve à une première position. L'image enregistrée sur l'émulsion 48 sera donc modulée par le code. La plaque de code 50 est ensuite déplacée vers sa position complémentaire (dans le cas d'un réseau de Ronchi), ou bien une autre plaque, contenant une configuration de code complémentaire, est utilisée. L'obturateur est de nouveau ouvert et un autre enregistrement, dans lequel l'image enregistrée est modulée par un code complémentaire de celui de la première image, est réalisé.Après un traitement classique, les enregistrements sont utilisés dans la structure de la figure 3, et les changements modulés dans le champ visuel sont extraits, de la manière décrite auparavant. Lorsque la présente invention est pratiquée en utilisant un appareil photographique, plutôt qu'une caméra de télévision, ou autre, pour enregistrer les images, l'enregistrement d'origine du champ visuel et le suivant peuvent entre superposés sur une seule émulsion photographique par double exposition, tant que le cache utilisé dans la second exposition contient un code complémentaire du dode utilisé dans la première exposition. Comme il a été --établi auparavant, le réseau de Ronchi, n'est pas le seul type de-code qui puisse être utilisé. D'autres codes, dont l'espacement ou la fréquence spatiale varie d'une région à l'autre suivant un mode déterminé, peuvent être utilisés. Des codes appropriés sont-les plaques à zones de Fresnel, les codes engendrés par des registres à décalage, des codes holographiques binaires, des fonctions de modulation linéaire, etc.. De nombreuses plaques de code appropriées ont été décrites dans l'art antérieur. Si l'on désire connaître la position du changement dans le champ visuel, une plaque de code bidimensionnelle à fréquence linéaire peut être utilisées elle codera les changements ou différences dans le champ visuel avec un support de fréquence spatiale dont la fréquence locale dépend de la position, selon des coordonnées bidimensionnelles. Ainsi, la fréquence du code modulé sur l'image modifiée indique l'emplacement où s'est produit le changement dans le champ visuel. Dans une réalisation de la présente invention où le moyen d'enregistrement utilisé est une caméra de télévision, les codes peuvent être appliqués aux images selon une manière différente. Il est entendu que l'on peut utiliser une plaque de code en combinaison avec une caméra de télévision, cependant, des signaux de code emmagasinés ou des signaux codés engendrés par un ordin-a teur peuvent être connectés au système de balayage de la caméra de télévision. Les signaux vont "effacer" certaines parties de l'image lorsque la trame est balayée, les parties effacées correspondant à la configuration de code désirée. Cette disposition est l'équivalent électronique de l'enregistrement de l'image à travers une plaque de code. Par exemple, sur une première trame, une image peut être sélectivement effacée en colonnes alternées également espacées, pour obtenir l'équivalent d'un réseau de Ronchi, et la trame suivante, peut être effacée en colonnes séparées, complémentaires de celles de la première trame. En supposant que les trames soient enregistrées sur une bande vidéo, lorsque toutes les trames sont enregistrées, un dispositif d'emmagasinage intermédiaire, tel qu'un tube d'emmagasinage, est utilisé, de façon à ce que les informations situées sur la bande puissent être traitées et que les différences entre la première trame et les suivantes puissent être extraites comme on l'a décrit auparavant. Toutes les informations qui n'ont pas changé sur les trames suivantes sont effacées par des procédés classiques. Le résultat obtenu est l'enregistrement sur bande vidéo d'une première trame du champ visuel et des trames suivantes qui ne contiennent que les changements qui se sont produits dans le champ visuel.Les informations enregistrées sur la bande peuvent être transmises à un récepteur qui comprend un tube d'emmagasinage sur lequel les informations concernant la première trame sont enregistrées, et sont par la suite modifiées ou mises à jour par les trames suie vantes. Puisque les trames suivantes ne contiennent que les informations changées, il en résulte une économie de largeur de bande. Dans la figure 3, le dispositif servant à extraire les parties changées des enregistrements est un système optique dans lequel seules les parties changées des images sont diffractées sur l'élément 40. Il est bien connu qu'un enregistrement optique tel qu'une photographie ou une image affichée peut être représenté par des données numériques dans lesquelles les composants lumineux et sombres de l'image sont spécifiés par des "1 et des "0". il existe actuellement des systèmes dans lesquels des hologrammes et des configu rations sont engendrés sur des tsrminaux d'affichage par des signaux numériques venant d'un ordinateur. Dans la présente invention, un traitement numérique peut être utilisé comme moyen d'extraction des parties changées de l'image enregistrée au lieu du dispositif optique de la figure 3. Dans le procédé de traitement numérique, la double exposition enregistrée du champ visuel est détectée et convertie en une représentation de bits codés binaires. Ceci est réaIisé en balayant l'image enregistrée par un dispositif de balayage optique similaire à celui du type bien connu dans l'art de la reconnaissance des caractères pour le balayage des textes imprimés et la conversion des zones noires et blanches de la zOne à deux dimensions en signaux numériques correspondants qui sont emmagasinés dans un dispositif d'emmagasinage tel qu'une mémoire à tores. Lorsque les images enregistrées sont balayées, on peut voir dans la figure 2 que les parties changées 22, 22' et 24, 24' ont une modulation ou fréquence porteuse qui les distingue du reste de l'image. Ainsi, dans les informations numériques emmagasinées obtenues à partir du dispositif de balayage représentatif de l'image enregistrée à deux dimensions, des parties particulières des informations numériques seront seules codées, à cause de la fréquence de modulation des parties changées. Ces parties partie culières, qui sont seules à trie codées représentent les parties changées de l'image enregistrée. Les signaux numériques emmagasinés représentant les parties changées des images enregistrées balayées sont donc différents des signaux numériques emmagasinés qui représentent les parties inchangées des images enregistrées en vertu du fait qu'ils manifestent la modulation de fréquence. Une analogie pourrait être faite de la façon suivante: les signaux numériques emmagasinés représentatifs des parties changées des images enregistrées se trouvent dans une bande latérale. L'extraction des fréquences dans la bande latérale produit l'extraction des données concernant les parties changées des images. Un procédé pour n'extraire que les données numériques représentant les changements d'image consiste à réaliser une transformation de Fourier des données numériques dans le dispositif d'emmagasinage par un ordinateur. Ceci a pour effet due convertir les données de coordonnées spatiales en coordonnées de fréquence spatiale. La transformation de Fourier est tronquée par une fonction passe-bande rectangulaire centrée à la fréquence de la plaque de code d'origine utilisée. Une transformation de Fourier inverse de la fonction tronquée fournit les données numériques qui ne concernent que les changements dans le champ visuel, et ces données numériques peuvent être appliquées à un terminal de sortie de faisceau "écriture1 pour obtenir une image qui n'affiche que les changements. La figure 5 représente un schéma d'un système servant à extraire les changements des images enregistrées, et comprenant l'enregistrement photographique 54 exposé deux fois qui contient les changements d'image modulés comme on l'a vu dans la figure 3. La surface de l'enregistrement 54 est balayée par le dispositif de balayage optique 56, et les signaux codés résultants sont appliqués à un calculateur classique 58, par l'intermédiaire du dispositif d'entrée 60. Le calculateur 58 comprend un circuit d'entrée 60, une mémoire 62, un circuit arithmétique 64 et un circuit de sortie 66. Ces blocs fonctionnels sont rencontrés dans la plupart des ordinateurs classiques. Les signaux codés qui représentent les informations de l'enregistrement 54 sont introduits dans la mémoire 62 par l'intermédiaire du circuit d'entrée 60 sous la commande du circuit arithmétique 64. Le circuit arithmétique 64 fonctionne sous le contrôle d'un programme, et retrouve les données codées dans la mémoire 62 et réalise sur les données les transformations de Fourier précédemment décrites pour n'extraire que les données concernant les changements intervenus sur l'enregistrement 54. Les données codées concernant les changements sont ensuite transférées, par l'intermédiaire du circuit de sortie 66 vers un terminal d'affichage de sortie qui n'affiche que les changements. L'exposé qui précède a montré comment, une fois que la première et la seconde image ont été obtenues sur un enregistrement, les parties modulées des images qui proviennent des changements intervenus dans le champ visuel peuvent être extraites par un système optique (figure 3) et un système numérique (figure 5). Un autre système servant à n'obtenir que les changements dans le champ visuel est montré dans la figure 6. Le système de la figure 6 est un système analogique basé sur le principe suivant: l'enregistrement, lorsqu'il est balayé, produira une fréquence de modulation temporelle pour les seules parties des images enregistrées qui représentent des changements. Dans la figure 6, l'enregistrement 54 est balayé par un dispositif de balayage séquentiel tel qu'une caméra de télévision 74, (c'est-à-dire un vidicon). Le balayage est réalisé selon une trame sous ia commande du système de déviation 76. Lorsque l'enregistrement 54 est balayé, le vidicon fournit des signaux de sortie analogiques ayant des fréquences temporelles dépendant des images enregistrées. Lorsque le vidicon balaye les parties de l'enregistrement qui représentent les changements, telles que les parties 22, 22' et 24, 24' de la figure 2, la fréquence de sortie des signaux du vidicon est unique en ce sens qu'elle comprend une fréquence porteuse temporelle, à cause de la modulation sur les parties d'image produite par la fréquence spatiale de la grille codée utilisée pour l'enregistrement des images. Le signal de sortie du vidicon 74 est passé par un filtre 78, qui a une bande passante destinée à ne passer que la fréquence porteuse produite par la modulation.Puisque la fréquence de la grille codée utilisée pour former l'enregistrement 54 est e connue, le filtre 78 peut être choisi en conséquence. Les signaux de sortie du filtre 78 sont appliqués à un dispositif de balayage à spot mobile 80 qui balaye en synchronisme avec le vidicon 74, par exemple en partageant le même système de commande de déviation 76. Le dispositif de balayage à spot mobile 50 a un faisceau "écriture" dirigé sur l'enregistreur 82. Le dispositif de balayage à spot mobile 50 n'écrira qu'en réponse aux signaux qui traversent le filtre 78.Ainsi, le système d'enregistrement 82 ne contiendra que les images des changements qui se sont produits dans le champ visuel, et puisque le dispositif de balayage 80 est en synchronisme avec le vidicon 74, les images sur le système d'enregistrement 82 (qui peut Qtre une émulsion photographique) seront dans la mène position que les images correspondantes sur l'enregistrement 54. Le dispositif de balayage à spot mobile 80 doit entre proche du vidicon 74 puisque les signaux venant du filtre 78 et les signaux de déviation venant du système de commande 76 peuvent être transmis par un transmetteur classique avec une économie de largeur de bande. Dans ce qui précède a été décrite une réalisation d'un procédé et d'un système servant à extraire des enregistrements d'un champ visuel les changements qui se sont produits dans le champ visuel entre les différents enregistrements La présente invention peut être utilisée dans les systèmes de transmission, ou analyse d'images. tels que des systèmes de reconnaissance de caractères et des dispositifs d'inspection. Par exemple, dans la fabrication des circuits intégrés la position des circuits sur les plaquettes peut être critique. En comparant une image codée de chaque plaquette avec une image de référence repréeentant une plaquette correcte, des changements dans la position des éléments de circuit sur la plaquette, ou la présence d'éléments défectueux peuvent être détectés. La présente invention a été décrite dans le domaine d'un spectre visible, cependant, elle peut être mise en pratique dans une large gamme de radiations telles que les infrarouges et les ultra-violets. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin, les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.* Système de matérialisation des changements intervenant dans un champ de vision donné caractérisé en ce qu'il comprend: des moyens pour enregistrer une premiere image dudit champ de vision auquel a été appliqué une première configuration de fréquences spatiales et pour enregistrer une image subséquente dudit champ de vision auquel a été appliqué une seconde configuration de fréquences spatiales, des moyens opérant sur lesdites images enregistrées pour produire des signaux de modulation correspondant à des différences entre ces deux images, résultant de changements apparaissant dans lesdits champs de vision entre les deux enregistrements et des moyens sensibles auxdits signaux de modulation pour matérialiser lesdites différences. 2. Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites configu rations de fréquences spatiales sont complémentaires. 3. Système selon la revendication 2 caractérisé en ce que lesdits moyens d'enregistrement comprennent une source de rayonnement pour éclairer ledit champ de vision, au moins un masque opaque audit rayonnement placé entre ladite source de rayonnement et ledit champ de vision, ledit masque compre nant des surfaces transparentes ayant la forme d'une configuration de fréquen ces spatiales pour appliquer une première et une seconde configurations de fréquences spatiales audit champ de vision et une caméra pour enregistrer photographiquement une première image et une image subséquente dudit champ de vision illuminé respectivement par ladite première et par ladite seconde configurations de fréquences spatiales. 4. - Système selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdits moyens opérant sur lesdites images enregistrées comprennent une source de lumière cohérente dirigeant la lumière cohérente à travers lesdites images enregis trées, les différences entre lesdites images diffractant ladite lumière cohérente pour engendrer des signaux de modulation représentatifs desdites première et seconde configurations de fréquences spatiales. 5.- Système selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdits moyens sensibles auxdits signaux de modulation comprennent un masque à ouvertures placé dans le chemin de ladite lumière dirigée à travers lesdites images enregistrées de manière à transmettre la lumière diffractée par lesdites différences entre lesdites images et pour bloquer le lumière non diffractée et des moyens d'enregistrement photosensibles pour enregistrer ladite lumière diffractée transmise par lesdites ouvertures dudit masque. 6.- Système selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdits moyens opérant sur lesdites images enregistrées comprennent des moyens de balayage électronique pour balayer lesdites images de manière à engendrer des signaux représentatifs desdites images, les signaux de sortie engendrés par le balayage desdites différences ayant une modulation de fréquence distincte desdits signaux de sortie engendrés par le balayage des parties desdites première et seconde images ne contenant pas de différences, et en ce que lesdits moyens sensibles auxdits signaux de modulation comprennent un filtre électronique connecté auxdits moyens de balayage, ledit filtre étant accordé de manière à ne transmettre que les signaux modulés en fréquence par lesdites différences, et un dispositif d'affichage électronique sensible auxdits signaux transmis par ledit filtre pour engendrer un affichage visuel desdites différences en tre lesdites images enregistrées. 7. Procédé de matérialisation des changements intervenant dans un champ de vision donné caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: enregistrement d'une première image dudit champ de vision auquel a été appliqué une première configuration de fréquences spatiales, enregistrement d'une image subséquente dudit champ de vision auquel a été appliqué one seconde configuration de fréquences spatiales, génération de signaux de modulation pour des différences entre lesdites images enregistrées résultant de changements se produisant dans lesdits champs de vision entre lesdits enregistrements et le traitement desdits signaux de modulation pour matérialiser les différences entre lesdites images enregistrées -résultant de changements se produisant dans lesdits champs de vision entre lesdits enregistrements. 8.- Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que lesdites première et seconde configurations de fréquences spatiales sont complémentaires.