Brevet FR2163421A1 — publié le 19730727

La-présente invention concerne un filtre optique pour traitement de l'information. On connaît des filtres optiques pour traitement de l'information dans des lignes de traitement optiques. Une ligne de traitement optique a, par exemple, la constitution suivante A l'entrée, l'objet à identifier, qui se présente, de préférence sous forme transparente, est éclairé avec une lumière monochromatique collimitée, ou incohérente et quasi-monochromatique. Le champ d'ondes ainsi produit est soumis à une transformation de Fourier au moyen d'une lentille. Dans le plan où se forme le résultat de la transformation de Fourier du champ d'ondes de l'objet, est disposé un filtre plan, réalisé le plus souvent par des moyens holographiques, qui détermine essentiellement les propriétés du système.Le champ 'ondes sortant de ce filtre est transformé en courants électriques, en règle générale après une autre transformation de Fourier, à l'extrémité de la ligne de traitement, au moyen de photo-récepteurs. Ces courants sont ensuite traités au moyen d'un circuit électronique, monté à la suite, pour révéler à quelle classe appartient l'objet observé. Les filtres les plus connus sont les filtres de corrélation holographiques. Dans ces filtres, on enregistre l'intensité du champ d'ondes produit par la superposition du résultat de la transformation de Fourier d'un objet avec une onde de référence plane tombant obliquement, de sorte que le filtre se compose d'une grille modulée. kSi donc on filtre un objet dans la ligne de traitement avec ce filtre, on obtient, à côté d'autres répartitions de lumière, la figure de corrélation de l'objet exposé à l'entrée avec l'objet obtenu dans le filtre. La position spéciale de cette figure de corrélation dépend, en outre de la position de l'objet introduit, de la direction de l'onde de référence, car la grille du filtre provenant de l'onde de référence dirige le champ d'ondes formant la figure de corrélation en direction de l'onde de référence.La direction de l'onde de référence est choisie de façon que, dans le plan d'interception, la figure de corrélation apparaît séparée des autres répartitions de lumière. Le maximum de la figure de corrélation correspond à la surface maximale recouverte en commun (degré de recouvrement) pouvant être atteinte par superposition de l'objet introduit et de l'objet contenu dans le filtre. Si le filtre contient le même objet que celui qui a été introduit, le maximum de l'intensité de la figure de corrélation est particulièrement élevé du fait de l'égalité de recouvrement.Ceci peut être utilisé pour l'identification en filtrant l'objet inconnu avec des filtres de tous les objets possibles en recherchant la plus grande valeur des maxima d'intensité de toutes les figures de corrélation et en identifiant l'objet à reconnaître comme appartenant à la classe de l'objet obtenu dans ce filtre. La détermination ae la nature exacte de l'objet en question ne sera cependant indubitable qu'en divisant le maximum de la figure de corrélation par l'intensité totale de l'objet obtenu dans le filtre. Les filtres nécessaires à la recherche peuvent être éclairés soit successivement, soit simultanément, chronologiquement, le rayon lumineux provenant de l'objet devant, dans ce dernier cas, être fractionné. On connaît également des filtres multiples produits par éclairement superposé de filtres simples. Les grilles fondamentales des filtres simples éclairés de façon superposéé doivent cependant se distinguer suffisamment pour que les figures de corrélation du signe à identifier avec les signes des filtres apparaissent localement séparées les unes des autres. Les inconvénients du filtrage de-corrélation sont les suivants : Les maxima de corrélation d'objets semblables (tels que 0, Q) ne présentent que des différences minimes car le degré de recouvrement d'objets semblables ne se distingue que peu. Une identification ntest partiellement possible qu'après une division par la brillance totale de l'objet du filtre ou par une différenciation. Il est nécessaire de séparer le maximum de la figure de corrélation de son entourage, car cet entourage ne contient en général aucune information caractéristique de l'objet pour ce procédé d'identification et, par conséquent, gênerait les possibilités d'identification.Dans un déplacement de l'objet à identifier, la figure de corrélation se déplace également dans le plan d'évaluation de sorte qu'aucune évaluation exempte de déplacement, ou seulement une évaluation limitée, du maximum de corrélation ntest possible. On a besoin d'autant de filtres qu'il y a de classes d'objets. A ce sujet, on obtient bien des améliorations par l'emploi de filtres multiples, mais le nombre des filtres simples qu'ils peuvent contenir est limité par la nécessité d'éviter que les filtres simples contenus dans des filtres multiples ne se gênent pas mutuellement au point que la transparence soit trop faible en certaines zones du filtre. On connait en outre des filtres optiques adaptés. Dans ces filtres est indiquée l'intensité obtenue par superposition d'une onde plane tombant obliquement avec le quotient da transformation de Fourier d'un objet par l'intensité de la transformation de Fourier d'un autre objet. De tels filtres permettent de mieux différencier des objets semblables. Les inconvénients en sont les pertes élevées d'intensité lumineuse par le noircissement supplémentaire du filtre, et la limitation supplémentaire de l'emploi de filtres multiples qui en résulte. On connait également des filtres de corrélation modifiés. Pour la réalisation de ces filtres, on emploie des objets dérivés pourvus d'amplitudes lumineuses positives et négatives. On obtient ainsi, dans certaines zones des figures de corrélation appartenant aux objets, dans le plan d'évaluation, une meilleure différenciation d'objets semblables. Malgré cela on y trouve des inconvénients analogues à ceux des filtres de corrélation. - en employant des filtres semblables, on ne peut identifier qu'un objet ou une partie spécifique d'un objet, - en employant des filtres multiples, les fonctions des filtres se gênent mutuellement, - pour l'identification, on ne doit utilisér que le centre, ou une petite portion autour du centre, des figures de corrélation. L'invariabilité de déplacement est ainsi perdue dans l'estimation. Le but de l'invention est de réaliser un filtre optique pour traitement de l'information avec lequel, par suite d'une disposition déterminée de zones dans le plan du filtre, on peut identifier, indépendamment de leur position, des objets ou caractéristiques d'objets, aussi bien analogues que nettement différents et/ou inversés, et/ou de dimensions modifiées. Le filtre optique selon l'invention se compose d'une disposition de zones, non essentiellement cohérentes, à chacune desquelles est affectée une caractéristique et qui contiennent la principale information sur cette caractéristique. L'information principale sur une caractéristique consiste en ce qu'un objet ayant cette caractéristique produit, par comparaison avec les objets dépourvus de cette caractéristique, une incidence d'intensité particulièrement importante dans les zones précitées du plan de Fourier. Aussi bien même, l'information principale sur la caractéristique peut consister en une incidence d'intensité particulièrement petite. Dans les modes de réalisation ci-après, on n'exposera que la première variante. Comme les deux variantes se correspondent entièrement, tous les exposés s'appliquent à la seconde variante. Pour cette raison, les deux possibilités peuvent être réunies dans un même filtre. On désigne comme caractéristiques, soit des blocs constitutifs des objets à identifier, soit les objets eux-mEmes. Comme on l'explique plus loin, on peut prendre ou ne pas prendre en considération, pour la détermination des caractéristiques a - la position des blocs constitutifs à l'intérieur de l'objet, b - le nombre de blocs constitutifs semblables dans un objet, c - les dimensions des caractéristiques, et, d - l'orientation des caractéristiques. De plus, on peut définir, comme caractéristiques semblables, des blocs constitutifs conformés différemment, par exemple, des arcs apparaissant dans une série d'objets peuvent être définis comme caractéristique "arc" malgré leur conformation différente. Il est également possible de définir comme caractéristiques semblables des arcs et des portions droites. Les blocs constitutifs doivent être choisis de façon qu'il en suffise d'un nombre aussi petit que possible pour caractériser un objet. Comme dans la détermination des zones de filtres associées aux caractéristiques, on effectue en général, comme on le dit plus loin, une comparaison du spectre de Fourier de chaque objet avec les spectres de Fourier de chacun des autres objets, les zones du filtre associées aux caractéristiques ne sont définies qu'en tenant compte de la totalité des objets. La concentration des taches lumineuses dans le plan d'évaluation détermine, dans certains cas, la grandeur du déplacement des objets à identifier, possible sans gêner la possibilité d'identification, et la nécessité de tenir compte de la position des blocs constitutifs à l'intérieur des objets (point "a" de la définition des caractéristiques). Si les objets à identifier ne se différencient que par la position de caractéristiques isolées à l'intérieur des objets (L et T), on obtient dans le plan d'évaluation, quand la transmission par le filtre est en phase correcte, des taches lumineuses se différenciant selon les positions des caractéristiques dans les objets. Le déplacement des objets de la différence de la position des caractéristiques donne une indication fausse. Si, par contre, on mesure la position de la tache lumineuse appartenant à la caractéristique intéressante, par rapport à la position des taches lumineuses appartenant aux autres caractéristiques, n'importe quel déplacement d'objet est possible. Cependant, ce dernier procédé ne réussit sans grande complication d'enregistrement que si les taches lumineuses sont suffisamment petites. Si la position des taches lumineuses ne peut pas être enregistrée de façon sûre du fait de leur grande étendue, on doit déterminer les caractéristiques en tenant compte de la position des blocs constitutifs à l'intérieur de l'objet. Dans ce cas, l'objet peut être fortement déplacé si les photo-récepteurs sont suffisamment grands pour capter également les taches lumineuses déplacées. Pour l'enregistrement du nombre de plusieurs blocs constitutifs identiques dans un objet, il faut déterminer la disposition de plusieurs blocs constitutifs identiques en tenant compte de leur position réciproque, comme caractéristique indépendante, conformément au point "b" de la définition des caractéristiques (par exemple, la caractéristique 1 est un trait simple ; la caractéristique 2 est un trait double séparé par un intervalle "a" ; la caractéristique 3 est un trait double séparé par un intervale "b" ; etc). Si le nombre des blocs constitutifs identiques est sans intérdt, toutes les dispositions de ces blocs sont à déterminer comme caractéristique unique.Dans le mEme ordre d'idée, des blocs constitutifs ou des objets de dimensions différentes ou d'orientation différente peuvent être signalisés différemment quand ils sont déterminés comme caractristique indépendante, conformément aux point "c" et "d" de la définition des caractéristiques. Ils sont signalisés comme un seul bloc caractéristique ou un seul objet s'ils sont définis comme une caractéristique malgré leurs dimensions différentes ou leur orientation différente. A chaque zone à laquelle est associée une caractéristique est affecté un nombre déterminé de photo-récepteurs qui enregistrent la lumière incidente dans chaque zohe. Ils sont placés directement derrière la zone et reçoivent la lumière tombant dans cette zone, ou bien ils reçoivent la lumière du fait que des éléments dirigeant la lumière vers le récepteur sont placés sur la zone du filtre. Conformément à l'invention, on emploie, pour la déviation, des éléments infléchissants et/ou réfringents et/ou réfléchissants. Il s'agit ici, par exemple, de grilles d'amplitude et de phase, de "coins" de miroirs et de conducteurs de lumière. L'identification des diverses caractéristiques peut se faire par enregistrement de la transformation de Fourier du champ d'ondes sortant du filtre, ou par enregistrement de la lumière à une grande distance en arrière du filtre.Pour une meilleure concentration de la lumière, on peut disposer des grilles sur les zones de façon que le champ d'ondes provenant d'un objet contenant la caractéristique à identifier soit dirigé aussi parallèlement que possible après avoir traversé la zone de filtre correspondante, de façon qu'il se concentre, après une autre transformation de Fourier qui devra éventuellement être effectuée, sur une surface du plan d'évaluation délimitée aussi étroitement que possible. Ce procédé correspond à la réalisation de filtres de corrélatiop dans une zone spécialement choisie. Dans la conformation de ce filtre optique, on prend en considération celles des zones dans lesquelles les spectres de Fourier d'objets ayant une caractéristique déterminée et ayant la caractéristique même en quantité dépassent d'une certaine valeur ceux sans cette caractéristique. On peut chercher à satisfaire cette exigence ponctuellement ou intégralement dans une zone déterminée. De la multitude des critères pour la déter mination ponctuelle ou intégrale de la zone de la caractéristique, on n'en cireta qu'une ici explicitement, à savoir que, tant dans la formulation que dans le traitement, elle est relativement simple mais peut être très efficace.La comparaison ponctuelle est effectuée ici par formation de quotients : la classe de tous les objets possibles est divisée en deux classes relativement à une caractéristique selon qu'un objet contient cette caractéristique ou noti, la caractéristique même étant introduite comme objet de la première classe. Gim1 représente la transformation de Fourier du i-ième objet contenant la m-ième caractéristique, et Gm9 est la transformation de Fourier du j-ième objet ne contenant pas la m-ième caractéristique. On associe alors à cette m-ième caractéristique la zone pour laquelle on a, pour toutes les valeurs de i et de j: où les constantes positives Cm å sont > 1. i,j Plus les constantes sont choisies élevées, plus petite est la zone associée à la caractéristique. L'intégration pourra être effectuée, par exemple, Dans (II) : x et y sont les coordonnées du plan du filtre Fm est la zone à déterminer, appartenant à la caractéristique m, et, m sont des constantes non négatives pouvant, par i,j exemple, être toutes égales à zéro. Les zones obtenues conformément à la condition (II) sont en général plus grandes que felles obtenues conformément à la condition (I). Les zones appartenant à des caractéristiques différentes peuvent également se chevaucher. L'avantage du filtre optique indiqué réside dans le fait que, par la détermination des zones associées aux caractéristiques et par l'équipement de ces zones avec des éléments déviateurs, dans une identification largement exempte de déplacement, on obtient une augmentation de la sûreté d'identification avec un nombre réduit de filtres. L'invention va être expliquée ci-après plus en détail au moyen d'exemples d'application. Aux dessins annexés - - la figure 1 est un exemple pour la sélection d'une zone associée à une caractéristique, - la figure 2 représente des zones du plan du filtre pour lesquelles on a - la figure 3 représente des zones du plan du filtre pour lesquelles on a - la figure 4 représente des zones du plan du filtre pour lesquelles on a: - la figure 5 représente des zones du plan du filtre pour lesquelles on a - la figure 6 est un filtre optique obtenu par combinaison des figures 2 à 5 pour les caractéristiques/et -; et - la figure 7 est un filtre optique pour les caractéristiques / - et T. L'utilité du critère intégral indiqué dans l'inégalité (II) est représentée à la figure 1, dans laquelle deux objets ayant cette caractéristique doivent être distingués d'un objet n'ayant pas cette caractéristique. La figure 1 montre une portion unidimentionnelle dans laquelle la zone, associée à la caractéristique 1 avec Cm = i d'après (I), est indiquée par des X. On voit qu'il serait utile, dans ce cas, d'y inclure également la zone indiquée par des traits obliques car ceci améliorerait l'aptitude à la différentiation, sans cela relativement mauvaise, 10 entre G2 et G1 sans diminuer notablement l'aptitude relativement bonne à la différentiation entre G3 et G10 On va expliquer comment, au moyen d'un filtre optique, les trois signes # ; - et # peuvent être identifiés. On choisit comme caractéristiques, une fois le trait vertical / et le trait horizontal moitié moins long #, et l'autre fois les signes # ; # et #. La constitution du filtre optique se fait au moyen de l'inégalité (I). Pour plus de simplicité, on a négligé le fait que les signes ont une largeur finie.Les constantes Ci,jm de l'inégalité (I) sont calculées. Si on prend comme caractéristiques le trait vertical # et le trait horizontal moitié moins long -, la zone pour la caractéristique j est déterminée par Le symbole # désigne la formation de la transformation de Fourier du signe qu'il surmonte. La zone pour la caractéristique est déterminée par voir zones hachurées de la figure 4. voir zones hachurées de la figure 5. Par combinaison des zones appartenant aux inégalités (III) et (VI), c'est-à-dire en éliminant les zones non simultanément hachurées dans les figures 2 et 3, et en ajoutant les zones simultanément hachurées dans les figures 4 et 5, on obtient la figure 6 où les zones hachurées sont associées à la caractéristique l et les zones quadrillées à la caractéristique Si on emploie comme caractéristiques les trois signes communs # ; # et # , on obtient, selon les inégalités (III) et (VII) les zones pour la caractéristique # ; selon les inégalités (IV) et (VI) les zones pour la caractéristique I; et selon les inégalités (V) et (VIII) les zones pour la caractéristique - voir zones hachurées de la figure 2. voir zones hachurées de la figure 3. La figure 7 montre le filtre de caractéristiques résultant dans lequel les zones pour la caractéristique / sont hachurées, les zones pour la caractéristique T sont quadrillées, et les zones pour la caractéristique - sont pointillées. Dans les figures 2 à 7, la longueur du trait vertical des signes J et Test appelé "longueur de trait" . "u" et "v" sont les fréquences locales dans le sens horizontal ou vertical. Sur chacune des figures 2 à 7, seul le premier quadrant du filtre est repré sente; Le second quadrant s'obtient par construction symétrique par rapport à l'axe "v" et les troisième et quatrième quadrants s'obtiennent par construction symétrique par rapport à l'axe "u". REVENDICATION Filtre optique pour traitement de l'information comportant un arrangement de zones, caractérisé en ce que chaque zone est associée à une caractéristique détertiinée de façon que dans cette zone, l'intensité du spectre de Fourier des objets avec la caractéristique associée ponctuellement ou intégrée sur cette zone est plus grande ou plus petite que l'intensité du spectre de Fourier d'autres objets d'un ensemble prédéterminé, et que la zone associée à la caractéristique est munie d'éléments infléchissants et/ou réfringents et/ou réfléchissants dirigeant la lumière incidente vers les photo-récepteurs associés à la caractéristique.