Brevet FR2402197A1 — publié le 19790330

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de reconnaissance de couleurs. Elle s'applique à la détection de la présence d'un repère coloré, défini par sa forme et sa couleur (émise, transmise ou diffusée). De nombreuses applications particulières peuvent etre envisagées - la détection de présence de repères colorés utilises en impres sion multicolore, - la lecture à distance de feux de signalisation rouges et verts pour permettre leur synchronisation, - la lecture d'un code de couleur à plusieurs repères, - la recherche d'objets colorés, - le pilotage et la manipulation d'objets, - la detection d'un changement d'état lié-à un changement de couleur : un virage chimique, la maturité de certains fruits et légumes, etc... Le procédé et le dispositif de l'invention permettent de repérer des peintures ou des encrages déposes à la surface d'un support qui peut etre par exemple du papier, du métal, du bois, etc. On cherche par un marquage approprié, a' transmettre un ordre de présence au passage d'une certaine couleur devant le dispositif. L'invention trouve une application particulière dans le repérage de la position du support par rapport au dispositif. Dans ce cas, on impose certaines dimensions aux marques peintes dans la couleur choisie (exemple : impression multicolore). I1 s'agit donc d'un dispositif de repérage d'objets reconnaissables à leur couleur et à leur forme. On connaît, en colorimétrie, des dispositifs permettant de reconnaltre des couleurs, à partir de normes précises définies par la Compagnie Internationale d'Eclairage. Le dispositif utilisé est un spectrophotomètre qui permet, à partir d'une analyse complète du spectre de la lumière étudiée, de classer la couleur de cette lumière. Lorsqu'une analyse rapide de la couleur est nécessaire, on utilise une caméra de télévision couleur, dont la photocathode possède trois couches sensibles aux couleurs primaires bleu, vert et rouge I1 en résulte que, pour détecter la présence d'un objet coloré choisi comme repère parmi d'autres objets, 1 'analyse tri chrome apporte souvent une information surabondante.La caméra est alors couplée à un dispositif électronique simplificateur dont le rle est de détecter la présence d'une seule couleur. Les dispositifs d' analyse de couleurs connus ont pour inconvénient d'apporter des informations surabondantes, les systèmes de visée qu'ils utilisent nécessitent l'emploi' de lentilles ou de miroirs, le cout de l'appareillage qu'ils représentent est très élevé. L'invention a pour but de remédier a ces inconvénients et notamment de réaliser un dispositif et de mettre en oeuvre un procédé d'analyse dichromique de la couleur utilisant un système de visée directe qui ne nécessite pas 1' remploi de nombreuses lentilles ou miroirs L'invention concerne un procédé de reconnaissance de couleurs fondé sur une analyse soustractive différentielle des couleurs et caractérisé en ce qu'il comprend - un premier filtrage de la lumière directe émise par des objets de couleurs, ce filtrage étant réalisé dans un domaine de trans mission comprenant la longueur d'onde dominante de la couleur prédéterminée à reconnaitre, - un second filtrage ae la lumière directe émise par les objets, ce filtrage étant réalisé dans un domaine de transmission ne comprenant pas la longueur d' onde dominante de la couleur à reconnaître, - une détection de toute lumière résultant du premier filtrage, - une détection de toute lumière résultant du second filtrage, - une soustraction des signaux résultant des deux détections pré cédentes, - une comparaison du ré.sultat de la soustraction précédente avec un seuil. significatif de la couleur prédéterminée à reconnaitre. Selon une caractéristique avantageuse du procédé, la lumière est émise par l'objet après éclairage de celui-ci par une lumière blanche et les deux filtrages sont complémentaires. Les premier et second filtrages peuvent etre effectués de manière séquentielle dans le temps, sur le meme faisceau lumineux , ils sont toutefois réalisés, de préférence, simultanément sur les deux faisceaux distincts de lumière directe émise par l'objet à reconnaitre. L'invention a aussi pour objet un dispositif de reconnaissance de couleurs, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier filtre direct disposé sur le trajet de la lumière ve nant de 1 'objet, la bande passante de ce filtre comprenant la longueur d'onde dominante de la couleur à reconnaitre , -. un deuxième filtre direct disposé sur le trajet de la lumière venant de l'objet, la bande passante de ce deuxième filtre ne comprenant pas la longueur d'onde dominante de la couleur de la lumière à reconnaltre ;; - un premier détecteur photosensible recevant la lumière issue du premier filtre direct et délivrant un signal électrique corres pondant à la lumière venant du premier filtre direct , - un second détecteur photosensible recevant la lumière issué du deuxième filtre direct et délivrant un signal électrique corres pondant à la lumière venant du deuxième filtre ; - des moyens pour soustraire les signaux délivrés par les premier et second détecteurs et pour délivrer un signal électrique cor respondant à cette soustraction ; - des moyens pour comparer le signal correspondant à la soustrac tion avec un signal de seuil représentatif de la couleur pré déterminée à reconnaitre. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend un collimateur qui est interposé entre l'objet et les deux filtres directs. Ce collimateur peut etre muni de moyens anti-reflets. Selon des caractéristiques additionnelles, le dispositif comprend en outre une source de lumière blanche éclairant l'objet. Selon d'autres caractéristiques particulières, les filtres incorporés dans le dispositif sont amovibles et les détecteurs photosensibles sont de types photovoltaïques ou photosensibles. Dans un premier type de réalisation, le dispositif selon l'invention comporte des moyens pour interposer les deux filtres sur un meme faisceau lumineux venant de l'objet, séquentiellement dans le temps ; les deux détecteurs photosensibles sont alors réunis en un seul détecteur qui recueille successivement les deux composantes filtrées du faisceau lumineux ; on utilisera alors deux mémoires qui permettent de recueillir successivement ces deux composantes dont la différence algébrique est réalisée par un dispositif de soustraction (ou une mémoire effectuant la soustraction). Dans un mode préféré de réalisation, les deux filtres sont continuellement interposés sur deux faisceaux lumineux voisins issus de l'objet ; le dispositif comprend alors deux détecteurs photosensibles séparés et les moyens pour soustraire les signaux issus des premier et second détecteurs comprennent de préférence un circuit permettant de connecter les détecteurs en opposition. Dlautres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels - la figure 1 est un tableau donnant les valeurs des signaux représentatifs des luminances résiduelles après filtrage d'une lumière colorée, ces signaux sont supposés être proportion nels. aux luminances elles-memes - les figures 2 et 3 sont des tableaux donnant des différences de- valeur de signaux choisies dans le tableau de la figure i - la figure 4 représente schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif de reconnaissance de couleurs, conforme à l'invention. La figure 1 est un tableau qui donne les niveaux des luminances résiduelles obtenues à la sortie d'un filtre interposé sur le trajet d'une lumière colorée. On considère seulement dans ce cas les couleurs primaires pour lesquelles la luminance blanche de référence est la somme de trois luminances, rouge, verte et bleue égales, pour lesquelles il est possible d'écrire : luminance blanche=luminance rouge+luminance verte+luminance bleue Si la valeur de la luminance blanche est choisie égale à 3, il est alors possible d'écrire luminance rouge = luminance verte = luminance bleue = 1. Dans ces conditions, les luminances des couleurs primaires sont les suivantes : luminance blanche = 3, luminance rouge = 1, luminance verte = 1, luminance bleue = 1, luminance Cyan = 2, luminance pourpre = 2, luminance Magenta = 2. Il en résulte que si llon filtre des-lumières colorées, on obtient, selon le filtre interposé, des luminances résiduelles représentées par les chiffres du tableau de la figure 1. Le tableau de la figure 2 fait correspondre à chaque lumière colorée filtrée une différence de valeurs de signaux tirées du tableau 1. Cette différence peut prendre les valeurs 1 Q- -1 et -2 lorsque les filtres opposés ont des couleurs com plémantaires telles que le rouge et le bleu-vert > le yert et le pourpre ou le bleu et le jaune. Elle prend, par exemple, la valeur 1 pour une lumière colorée rouge filtrée par le couple rouge et bleu-vert. Il en résulte les classements des couleurs représentés dans le tableau. Le tableau de la figure 3 fait correspondre à chaque lumière colorée filtrée une difference de valeur de signaux tirées du tableau 1. Cette différence peut prendre les valeurs 1, 0, -1, lorsque les filtres opposés ont des couleurs primaires additives ou négatives. Elle prend, par exemple, la valeur 1 pour des lumières colorées rouge ou pourpre lorsque le couple d'analyse est rouge et vert ou pourpre et bleu-vert. Il en résulte les classements de couleurs représentés dans le tableau. On observe un reserrement des couleurs par rapport au classement du tableau de la figure 2. En référence à la figure 4, on a représenté schématiquement en exemple, un mode de réalisation d'un dispositif de reconnaissance de couleur conforme à l'invention. Ce dispositif comprend un premier filtre direct F1 disposé sur le trajet de la lumière venant de l'objet i Ce filtre a une bande passante qui comprend la longueur d'onde dominante de la couleur à reconnaître ; cette couleur est soit celle de l'objet lui-meme dans le cas où un objet d'une couleur déterminée est à reconnaltre parmi des objets de diverses couleurs, soit une couleur déterminée d'une partie de l'objet dans le cas où cet objet comporte des parties de différentes couleurs.Le dispositif comprend également un second filtre F lui aussi disposé sur le trajet de la lumière venant de l'objet ; 2 la bande passante de ce filtre ne comprend pas la longueur d'onde dominante de la couleur de la lumière à reconnaître. Un premier détecteur photosensible C1 reçoit l-a lumière issue du filtre direct Fî et délivre un signal électrique qui correspond à la luminance 1 de la lumière reçue. Un second detecteur photosensible C2 reçoit la lumière issue du filtre complémentaire F2, et délivre un signal électrique qui correspond à la luminance complémentaire de la lumière reçue. Des moyens sont prévus pour soustraire les signaux délivrés par les premier et second détecteurs et pour délivrer un signal électrique qui correspond à cette soustraction.Ces moyens sont constitués par le circuit 2, permettant de connecter les détecteurs en opposition, le polie négatif du détecteur C11 par exemple, étant relié au pole négatif du détecteur C2. Des moyens de comparaison 3 permettent de comparer le signal correspondant à la soustraction avec un seuil de tension représentatif de la couleur prédéterminée à reconnaltre. Ces moyens de comparaison sont constitués par exemple par un millivoltmètre.Un collimateur 4 est interposé entre l'objet 1 et les filtres direct et complémentaire F1, F2 Ce collimateur peut etre constitué d'un ensemble de diaphragmes alignés et rectangulaires et peut etre muni d'une paroi anti-reflet. Ainsi, avec un diaphragme de dimensions 4 x 8mm, il est possible de reconnaitre un repère coloré de 5 x lOmm placé à moins de 2cm de l'entrée du collimateur, lorsque l'axe du collimateur est perpendiculaire au support des repères colorés. Les deux détecteurs photosensibles C1 et C2 peuvent etre constitués soit par deux cellules photovoltaïques, soit par deux cellules photoélectriques identigess.-Ces deux détecteurs identiques reçoivent la lumière passant dans le collimateur tandis que les deux filtres colorés complémentaires FI et F2 permettent de modifier la courbe de réponse de chacun des détecteurs. Les filtres F1 et F2 sont amovibles et sont choisis en fonction de la couleur à reconnaître. Pour les détecteurs, il est préférable d'utiliser des cellules voltaïques, par exemple ayant une courbe de réponse analogue à celle de l'oeil pour détecter des repères colorés dans le domaine du visible. Par contre, lorsqu'il est nécessaire de détecter des rayonnements ultraviolets ou infrarouges, il est préférable d'utiliser deux détecteurs photoélectriques. Le dispositif de l'invention comprend en outre une source de lumière 5 constituée par exemple d'une lampe 6, associée à une lentille 7. Cette source éclaire l'objet de manière que la lumière venant de celui-ci corresponde à la réflexion de la lumière issue de la source. De préférence, la source éclaire l'objet ou le repère à reconnaître selon une incidence de 450 par rapport à sa surface, et elle permet d'apporter l'énergie lumineuse nécessaire -a l'obtention d'un rapport signal/bruit satisfaisant. Elle peut également permettre de fixer la répartition spectrale de la lumière blanche de référence. La source émet en général une lumière blanche. Le procédé de reconnaissance de couleurs selon l'in- vention sera mieux compris à l'aide de la descriptiond'un mode de foncticnnement du dispositif gui vient d'etre décrit. On cherche à faire correspondre à l'observation du repère coloré ou de l'objet coloré, un signal supérieur à tous ceux qui pourraient etre produits par d 'autres couleurs. La lumière émise par l'objet ou réémise-par cet objet à partir d'une source, est filtrée. Un filtrage direct de cette lumière est réalisé par le filtre Fl, dans un domaine comprenant la longueur d'onde dominante de la lumière à reconnaltre. Plus précisément, le filtre coloré direct est choisi dans la teinte des repères ou de l'objet dont la couleur est à reconnaître.Un second filtrage est réalisé à l'aide du filtre F2, dont la bande passante correspond à la couleur complémentaire de la couleur à reconnaître Une détection de la lumière est réalisée à la sortie de chacun des filtres grace à chacun des détecteurs photosensibles C1 et C2, montés en opposition. Si l'on désigne par U1 et U2 les tensions de sortie de chacun des détecteurs photosensibles C1 et C21 le millivoltmètre 3 indique une tension Us qui obéit à la relation Us : U1 -U2 cette tension de sortie U est comparée avec un seuil significatif s de la couleur prédéterminée à reconnaître. Le signal de sortie Us représente la différence des deux tensions engendrées par la lumière, dans chacune des cellules C1 et C2. Ce sont ces différences qui oSt été présentées dans les tableaux des figures 2 et 3. La valeur de ce signal permet de classer la couleur des repères ou des objets colorés placés devant le collimateur, conformément aux résultats donnés par les tableaux des figures 2 et 3. Avec un couple de filtres rouge et Cyan, on obtient par exemple des tensions de sortie Us suivantes (ces tensions sont indiquées en millivolts, en fonction de la couleur de l'objet ou du repère présenté devant le collimateur) : couleur de l'objet noire bleue blanche rouge tension U en millivolts 0,00 0,06 0,00 - - 0,13 s Ainsi, pour une -collection de repères ou d'objets colorés, il est possible de se fixer des seuils de tension permettant de reconnaitre les couleurs en fonction de la tension de sortie Us. La présence d'une couleur est déterminée par le franchissement de ce seuil qui peut être, soit positif, soit négatif. Dans les résultats donnés en exemple plus haut, si la tension Us s est inférieure à - O,il, la couleur reconnue correspond au rouge. L'adaptation du dispositif aux différentes couleurs à reconnaitre se fait, bien entendu, par le choix d'un couple de filtres appropriés. Les performances obtenues avec des filtres complémentaires sont meilleures comme le montre la comparaison des résultats des tableaux des figures 2 et 3. Il est à remarquer que le repère ou l'objet peuvent etre invisibles, par exemple lorsque leurs couleurs sont situées dans les domaines de l'infrarouge ou de l'ultraviolet. Le procédé et le dispositif qui viennent d'etre décrits s'adaptent parfaitement à la reconnaissance de tel repère ou objet. En effet, il existe des filtres qui transmettent ou absorbent simultanément dans llinfrarouge et l'ultraviolet et qui permettent d'opposer le visible au non visible. Le dispositif et le procédé qui viennent d'etre décrits appliquent le principe de l'analyse soustractive différentielle des couleurs. L'éclairage de ces objets conditionne le rendu des couleurs. Selon l'état de surface de l'objet et la disposition relative de la source lumineuse de l'objet et du point d'observation, la répartition spectrale de la lumière réémise par l'objet ne subit que des modifications mineures. Deux phénomènes principaux peuvent se superposer à la réémission de la lumière : la réflexion et la diffusion. La plus grande stabilité est observée lorsque la lumière~diffusée est prépondérante. Il est également possible d'observer l'objet en dehors de la direction de réflexion qui correspond à l'incidence du faisceau de la lumière blanche.Comme les détecteurs photosensibles utilisés traduisent en un signal électrique le flux lumineux reçu, la réponse de ces détecteurs est proportionnelle à la puissance lumineuse captée, qui est elle-même proportionnelle à la luminance de la lumière venant de l'objet. Dans ces conditions, il est possible de fixer les positions relatives de la source de l'objet et du point d'observation, de manière à éclairer et à observer les différents repères dans les memes conditions. Enfin, il est également possible d'utiliser un collimateur dont la section a la nEme forme que celle du repère à re connaître. La description qui précède est relative au mode préféré de réalisation du dispositif de 11 invention. Dans ce mode de realisation, les filtrages sont effectués simultanément par deux filtres interposés sur le faisceau lumineux. Selon un autre mode de réalisation du dispositif de l'invention, les filtrages peuvent être réalisés de manière séquentielle dans le temps. Le dispositif de la figure 4 comprend alors des moyens non représentés et connus de l'homme de métier, pour interposer séquentiellement les premier et second filtres F1, F2, sur le trajet de la lumière venant de l'objet Les deux détecteurs sont alors réunis en un détecteur unique. Les filtres F1 et F2 agissent bien entendu dans ce cas, sur la totalité du faisceau délimité par le collimateur 4. Ces filtres peuvent par exemple être portés par un disque rotatif dont l'axe est parallèle mais écarté de l'axe du collimateur. Un seul détecteur photosensible reçoit alors le faisceau lumineux filtré. Ce détecteur délivre un signal modulé en amplitude dans le temps ; la différence algébrique des niveaux des signaux correspondant aux deux filtrages est effectuée après mémorisation de ces signaux par des moyens appropriés reliés à la sortie du détecteur. L'invention permet bien d'atteindre les buts mentionnés plus haut, c'est-à-dire une réduction du cout du dispositif, ainsi qu'une grande commodité d'emploi. il est bien évident que, dans le dispositif et le procédé qui viennent d'être décrits, les moyens mis en oeuvre auraient pu être remplacés par des moyens équivalents, sans sortir du cadre de cette invention. REviNDICATIONS 1. Procédé de reconnaissance de couleurs, caractérisé en ce qu'il comprend - un premier filtrage de la lumière directe émise par des objets de couleurs, ce filtrage étant réalisé dans un domaine de transmis sion comprenant la longueur d'onde dominante de la couleur pré déterminée à reconnaitre 7 - un second filtrage de la lumière directe émise par les objets, ce filtrage étant réalisé dans un domaine ne comprenant pas la longueur d'onde dominante de la couleur à reconnaltre ; - une détection de toute lumière résultant du premier filtrage direct ;; - une détection de toute lumière résultant du second filtrage direct 7 - une soustraction des signaux résultant des deux détections pré cédentes 7 - une comparaison du résultat de la soustraction précédente avec un seuil significatif de la couleur prédéterminée à reconnaître. 2. Procédé de reconnaissance de couleurs selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lumière est émise par l'objet, après éclairage de cet objet par une lumière blanche. 3. Procédé de reconnaissance de couleurs selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits filtrages sont complémentaires. 4. Procédé de reconnaissance de couleurs selon l'une quelconque des revendications 1à 3, caractérisé en ce que lesdits filtrages se succèdent dans le temps. 5. Dispositif de reconnaissance de couleurs, caractéri- sé en ce qu'il comprend : - un premier filtre direct disposé sur le trajet de la lumière venant de l'objet, la bande passante de ce filtre comprenant la longueur d'onde dominante de la couleur à reconnaitre ; - un second filtre direct dispose sur le trajet de la lumière venant -de l'objet, la bande passante de ce filtre ne comprenant pas la longueur d'onde dominante de la couelur de la lumière à reconnai- tre ; - un premier détecteur photosensible re recevant la lumière issue du filtre direct et délivrant un signal correspondant à la luminance de la lumière revue ;; - un second détecteur photosensible recevant.la lumière issue du second filtre et délivrant un signal électrique correspondant à la luminance de la lumière reçue ; - des moyens pour soustraire les signaux délivrés par les premier et second détecteurs et pour délivrer un signal électrique cor respondant à cette soustraction ; - des moyens pour comparer le signal correspondant à la soustrac tion, avec un seuil de tension représentatif de la couleur pré déterminée à reconnaStre. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour interposer séquentiellement lesdits premier et second filtres sur-le trajet de la lumière venant de l'objet et en ce que les deux détecteurs sont réunis en un détecteur unique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mémorisation des signaux résultant des deux filtrages. 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour soustraire les signaux issus des premier et second détecteurs comprennent un circuit permettant de connecter les détecteurs en opposition. 9, Dispositif selon ltune quelconque des revendications 6 et 8, caractérisé en ce qu'un collimateur est interpose entre l'objet et les filtres. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le collimateur est muni de moyens anti-reflet. 11. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu il comprend en outre une source de lumière blanche éclairant l'objet de manière que la lumière venant de l'objet corresponde à la réflexion sur l'objet de la lumière issue de la source. 12. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source de lumière colorée éclairant l'objet de manière que la lumière venant de l'objet corresponde à la réflexion sur l'objet de la lumière issue de la source. 13. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une source de lumière blanche et un filtre supplémentaire disposés de manière à modifier la lumière venant de l'objet. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que les filtres sont amovibles. 15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que les détecteurs photosensibles sont de type photovoltaique. 16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que les détecteurs photosensibles sont de type photoélectrique. 17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, caractérisé en ce que les détecteurs photosensibles ont des courbes de réponse analogues a' celles de l'oeil.