Brevet FR2138373A1 — publié le 19730105

La présente invention concerne les procédés d'enregistrement, de traitement, ae transmission et de reproduction du relief à distance. les procédés connus effectuent l'enregistrement du relief par photogrammétrie stéréoscopique : l'opération comprend un ensemble de prises de vues formant des "couples stéréoscopiques" à l'aide d'appareils particuliers dont les caractéristiques optiques et mécaniques sont connues avec précision, et des relevés topométriques additionnels constituant un ensemble de points de repère qui permettront, par la suite, l'exploitation dés'clichés photogrammétriques. On procède ensuite à des restitutions en atelier plus exactes que les relevés d'architecture, mais plus longues et plus chères. Le procédé suivant l'invention évite l'emploi de couples stéréoscopiques et la multiplicité des prises de vues en les remplaçant par une prise de vue unique dont le positif est obtenu à travers une trame. L'analyse optico-électronique du positif tramé permet de mémoriser l'information prise sur le relief, de lui faire subir toutes les transformations et transmissions souhaitées sans aucune restitution ni manipulation en atelier, et de reproduire le relief obtenu ou transformé, à distance, en direct ou en différé : rapidité, puissance et souplesse qui n'existent pas dans les procédés actuels. Le procédé objet de l'invention est basé sur la luminosité relative comme paramètre définissant la troisième dimension. La notion de relief est donnée par la différence de luminosité entre un plan perpendiculaire à l'observateur et un plan incliné par rapport à lui. hn effet, une surface ae couleur uniforme, Hlaia qui n'est pas un miroir parfait, réfléchit la lumière dans un faisceau de directions privilégiées, comme c'est le cas pour tous les corps émettant des radiations électromagnétiques.La Figure 1 montre une disposition ou la surface S otant perpendiculaire à la direction de l'observateur O, elle envoie vers celui-ci l'intensité réfléchie maximum Im, lorsqu'elle est placée sous un éclairage uniforme 91. La Figure 2 montre qu'une surface S inclinée par rapport a l'observateur 0 n'enverra vers lui qu'une intensité lumineuse I inférieure à Im, qui est directement fonction de l'inclinaison de S par rapport à O. Si donc l'observateur se trouve en présence de surfaces à relief évolutif, comme dans la Figure 3, les intensités lumineuses Im, I2, I3, I4 et Im lui suffisent pour apprécier la relation de profondeur qui existe entre les divers éléments de surface S1, S2, S3, S4 et S5 du relief évolutif. L'observateur ici considéré est supposé constitué d'un seul organe optico-sensible et non d'un système bimoculaire comme c'est le cas en stéréoscopie. Un dispositif binoculaire est plus propre à apprécier la distance de l'observateur à l'objet observé que le relief propre de l'objet observé lui-même, car il travaille par triangulation, alors que le procédé objet de l'invention fournit directement une grandeur mesurable I, fonction du relief propre et indépendante de la distance de l'observateur. La mesure de cette grandeur se fait de deux manières différentes, en "différé" ou en "direct" : En "différé", l'objet dont on veut transmettre le relief est placé, sous éclairage uniforme latéral (artificiel ou naturel), dans des conditions permettant d'en faire une photographie tramée, adaptée à un balayage électronique à spot mobile qui aura lieu par la suite. Pour un objet présentant des variations de teinte qui troubleraient l'enregistrement, la photographie sera prise au travers d'un écran coloré qui élimine ces variations en rendant l'objet photographié monochrome. Rappelons que dans l'art antérieur une photographie tramée peut s'obtenir par exemple en éclairant une trame de points Dr (Figure 7) par une lumière 1. La trame Tr est accolée au cliché négatif Ng, lui-.même accolé à un film vierge Ps. Ce film vierge deviendra le positif tramé Ps, c'est-a-dire un positif formé de points noirs d'inégale grosseur, mais tous centrés suivant le réseau de la trame initiale Tr. La Figure 4 donne un exemple d'application sur une moulure S, sous éclairage uniforme Eu, avec un observateur (ou un dispositif) O. La Figure 5 montre l'image telle qu'elle est perçue par l'observateur : Ipo. la Figure 6 montre l'image tramée Itr qui traduit le modelé de l'image Ipo de la Figure 5. Les ombres de la surta- ce S correspondant a un relief profond et accusé donnent sur le positif tramé Itr des points noirs de grand diamètre, voire accolés en une zone noire continue. Les reliefs envoyant une luminosité maximum sont traduits par des points noirs de plus petit diamètre, séparés par de grandes plages blanches. La grosseur des points est également fonction du temps de pose, et le type de la trame (magenta ou jaune) permet d'augneifter ou diminuer le contraste. Le positif tramé obtenu est un document dont un exem- ple est donné par la Figure 8. La prise d'information sur ce positif consiste en un balayage a spot mobile, effectué par un tube a rayons cathodiques Trc et une optique Op (Figure 9) sur le positif Ps. l'optique Op est telle que la configuration de balayage formée par le faisceau cathodique sur la face du tube Trc soit projetée sur Ps. Le mouvement du spot Sp est engendré par les circuits et plaques de déflexion du tube Trc, qui sont oien connus de l'art antérieur et ne seront pas décrits ici. le mouvement du spot Sp doit seulement avoir lieu linéairement, d'un côté du positif Ps à l'autre, par exemple horizontalement de gauche à droite, à une vitesse relativement faible, qui sera définie par la suite en fonction des techniques de mémorisation de l'information. Le retour du balayage peut au contraire se aire à grande vitesse avant l'exploration de la ligne horizontale suivante, ceci permettant aux organes de mémorisation et de transmission de se préparer à l'analyse d'une nouvelle ligne. irais ce retour peut aussi bien se faire a la même vitesse, apportant ainsi une confirmation de l'information détectée.Cette confirmation pourra être traitée par des circuits ou des programmes de contrôle d'erreur. Dans ce cas, l'exploration de la ligne suivante par le spot Sp ne commencera qu'après la confirmation. La lumiere projetée par le spot sur le positif Ps est réfléchie, avec les variations d'intensité dûes aux points noirs, par ledit positif. Ces variations sont captées par un tube photomultiplicateur Tphm, amplifiées et lises en forme de maniere a obtenir des signaux electriques binaires ayant une valeur symbo- lique "O" lorsque le faisceau explore Qn point noir et une valeur symbolique "1" lorsqu'il explore une plage olanche (Pn et Pb, Figure 10). La sensibilité du système peut etre a;1entée en plaçant une surface réflécnissante derrière le positif exploré. Au cours du balayage linéaire en fonction du temps TS, le passadu spot sur une frontière entre noir et blanc provoque l'envoi d'une interruption soit vers un ordinateur si ceoeui-ci est a proximité, soit vers ux circuit oGnterant dec fonctions d'addi- tionneur binaire. la première interruption (Int.l sur la Figure 11) met en route l'additionneur binaire, qui additionne des bits dans un registre, à une fréquence synchrone du balayage T3. lorsqu'ensuite le spot passe sur la frontière suivante (noir vers blanc) une deuxième interruption est envoyée, qui stoppe l'additionneur et provoque l'envoi de son contenu vers un organe de mémorisation séquentielle (bande magnétique ou ordinateur programmé) par l'intermédiaire d'un canal de transmission. Or. a ainsi un moyen de mémorisation numérique ae la grosseur des points, elle-meme proportiqnnelle à la différence de relief. On notera que cette largeur de plage noire (ou blanche) définit non une valeur absolue du relief mais une valeur relative à la mesure précédente : or. pourra constater sur le document de la Figure 8 que certains points noirs situés sur le front à droite ont le même diamètre que d'autres points situés sous l'oeil droit ; cependant l'impression générale est que le front est beaucoup plus près de l'observateur que la partie inférieure de l'oeil. On pourra choisir comme base du réglage (niveau O du relief) l'absence de plage blanche entre deux noeuds du réseau, par exemple la partie inférieure droite de la Figure 8. Si l'on estime que chaque plage noire entre deux interruptions est suffisamment décrite par 256 valeurs différentes (soit 2 à la puissance 8), on est amené à additionner 1 bit dans l'additionneur binaire tous les : 4,55mm : 256 = 17,8 microns ce qui définit le pouvoir de résolution que doit avoir le balayage électronique dans le cas de la Figure 8. Si l'additionneur a un temps de base de 2 microsecondes (ce qui est courant), la vitesse de balayage sera de 8900 mm/sec, ce qui est peu élevé pour la technique actuelle.Le document de la Figure 8 étant tramé sur 113 lignes horizontales, avec 39 noeuds par ligne, l'ana- lyse du document provoque l'envoi par l'additionneur binaire de 113 x 39 = 4407 nombres de 8 bits, qui peuvent prendre place par exemple sur 2 pistes de disques magnétiques classiques. ville documents de ce type pourraient être némorisés sur un tel disque et 2 millions ae documents sur une "mémoire de masse". En "direct", l'objet dont on veut transmettre le relief est placé dans les mémes conditions qu'en "différé", mais la trame physique est supprimée et remplacée par une trame logique, c'est à dire un dispositif électronique et logique assurant en simultané la même fonction, excluant de ce fait dévelóppements et tirages photographiques. L'image du relief se projette, par une optique simple, sur la photocathode émissive d'un tube du type caméra de télévision (Figure 12). Le signal est recueilli aux bornes de la photocathode et se présente au cours du balayage comme il est indiqué sur la Figure 13. Les paliers du signal, exagérément grossis sur le dessin, correspondent au fait que la craquelure de la photo cathode donne une émission à peu près uniforme dans les régions situées autour du spot.Ce signal recueilli est échantillonné, en stricte synchronisation avec le balayage, selon le schéma indiqué Figure 14. L'échantillonnage et la synchronisation ont lieu grâce à des circuits bien connus, qui traduisent en binaire la valeur échantillonnée par une conversion analogique-digitale dont le résultat est l'envoi de bits sur un canal de sortie, comme dans le cas ci-dessus de l'analyse en ?différéI#. La valeur du signal échantillonné, limitée par exemple à 256 valeurs (comme plus haut) est traduite en trains de 8 bits-série sur une seule ligne à 2400 bauds (soit 2400 bits par sec) dont l'envoi demande environ 5 millisecondes (neuvième bit de parité compris).Si donc la trame logique exprimée par l'échantillonnage correspond à la trame physique prise pour exemple dans la Figure 7 (113 lignes de 39 noeuds), chaque ligne sera balayée en 200 millisecondes et toute l'image en 25 secondes, d'où des vitesses de balayage de l'ordre de 1000 mm/sec. pour cette transmission de relief en direct. I1 est entendu que l'opération peut se faire plus rapidement en disposant d'un canal à 9 lignes en parallèle (le balayage se fait alors en 3 secondes pour toute l'image) ou de lignes à 30.000 bauds et d'échantillonneurs-convertisseurs à 400 microsecondes, qui permettent alors au procédé l'envoi de reliefs dynamiques évoluant à une vitesse compatible avec la persistance des impressions rétiniennes, comme le font le cinéma et la télévision pour les images planes. La transmission de l'information ainsi recueillie en direct ou en différé" ne présente pas de problèn7es a courte distance, puisque les canaux reliant les organes ici décrits à un ordinateur proche ou à une simple unité de mémoire classique véhiculent jusqu'à 150.000 bits par seconde Si la connexion est éloignée et utilise le réseau téléphonique, diverses techniques à base de modulatio.ngdémodulation classique sont applicables, depuis 2400 bits/sec (très bas prix, lignes groupées, et transmission au tarif de nuit) jusqu'à 1.500.000 bits/seconde (câble TV ou modulation par laser) à prix plus élevé mais globalement meilleur marché qu'à 2400 bits/seconde. Dès que l'information de relief est disponible sur un support de mémoire (bande ou disque magnétique) on peut lui faisubir diverses transformations avant reproduction du relief : - lissage numérique avec expansion du nombre des valeurs, per mettant d'augmenter la "définition" du relief en recréant les valeurs intermédiaires que n'a pas donné la photographie tra mée ou la trame électronique (dite trame logique) dans la pri se en direct. - ajustement des valeurs numériques par un coefficient multipli cateur ou démultiplicateur, suivant que l'on désire à la re production un "rendu" plus fort ou plus faible que l'original, un relief plus ou moins accusé. On prévoit également d'emplo yer des coefficients multiplicateurs variables, résultant éventuellement de fonctions mathématiques diverses, pour pro voquer à la reproduction toutes les féformations souhaitées. - triage et classement par programme-ordinateur des valeurs nu mériques dans le but de les ré-ordonner en leur associant une base de référence ainsi qu'une abscisse et une ordonnée qui correspondent au point du relief où elles ont été enregistré es. Le résultat de ce reclassement est une séquence d'enregis trements mémorisés, de longueuer variable, dont chacun conti ent des triplets de valeurs x, y, z, qui constituent alors une entrée directe pour les tables traçantes (ou plotters) qui sont habituellement connectées aux mini-ordinateurs sci entifiques (type PDP 7; Honeywell 316, CII 10010, etc.). La sortie (ou output) est alors une représentation du relief en courbes de niveau, directement utilisables pour la repro duction ligure 15). les bibliothèques de programmes d'appli cation des ordinateurs du type cité fournissent tous les ou tils de programmation nécessaires à ces opérations. be résul tat pratique revient à ré-exprimer en valeurs utilisables pour la commande numérique de machines-outils les contours définis par la Figure 15 (par exemple sous forme de bande de papier perforé a huit canaux). - le support-mémoire d'origine pouvant être recopié en autant d'exemplaires que l'on voudra, le même relief pourra subir toutes les transformations souhaitées sans que l'information initiale soit perdue. D'où un grand marché ouvert aux repro ductions exactes et à bas prix des sculptures, bas-reliefs ou autres objets à but pédagogique, culturel ou industriel. La reproduction du relief à partir des tonnées numériques adaptées a la commande des machines-outils utilise le positionnement diSre(t (par points) ou la découpe en continu Un peut soit commander une fraise fine Qai attaque un matériau ae moulage propre à reproduire le relief d'origiiie en production industrielle, soit +ranzire chaque comme de niveau en une plaque mince découpée dans une feuille de matière plastique ou relativement tendre. chaque plaque comporte des points de repérage qui permettent de la centrer par rapport aux autres et de nonter l'ensemble du relief (voir Figure 16). L'empreinte définitive est prise à l'aide d'une feuille de plastique chauffée selon une pratique analogue à celle des emballages plastiques sous vide. En résumé, les applications de l'invention sont toutes celles qui impliquent un enregistrement, une transmission, un traitement et une reproduction du relief. le procédé s'applique aux objets intransportables, pour reconstitution (explorations spatiales ou sous-marines) ou aux objets placés dans des condi- tions d'accès difficiles (pour des raisons de température, pression, nocivité, radiations, etc.). Le marché du procédé déborde largement du cadre artistique et culturel : si dans ce cas il permet de recréer à distance et reproduire er quantité des objets d'art ou d'archéologie (par ex. les bas-reliefs des temples égyptiens inondés pour des raisons inaustrielles), on peut utiliser l'inventien pour la transmission de gravures industrielles (par ex. circuits imprimés, avec réduction ou agranuissemellt), du relief de pièces mécaniques, etc. REVENDI OATI0NS 1. Procédé permettant d'enregistrer, de traiter, de xrarismettre et de reproduire le relief à distance, caractérisé par le fait qu'il ccmporte l'utilisation u tramé qui détecte la variation de luminosité relative, variation nausée par la variation du relief observé, sans qu'il soit nécessaire d'en trer en contact mécanique avec le relief en question. c. Procédé selon la revendication i, caractérisé par le fait que la nature au moSeri (trame opti- que ou trame électronique d'une caméra de télévision) permet l'enregistrement en "différé" ou en "direct" pour la trans mission qui suit. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'image résultant d'une trame fournit des points ou plages colorés dont la dimension est directement liée à la variation de la troisième dimension sur le relief observé. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ces points ou plages sont analy sés par un dispositif de balayage à spot mobile et à tube photomultiplicateur, le tout associé à un additionneur binai re interruptible et dont le contenu est mémorisable. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'information ainsi mémorisée permet la redéfinition du relief, son traitement numérique, sa transmission et sa reproduction selon tous les critères désirés par l'utilisateur.