Brevet FR2503510A1 — publié le 19821008

La présente invention concerne un générateur programmable de couleurs et 'images de tests A un écran de télévision pour mesures optiques et physiologiq;es. Depuis l'époque des premiers developpements importants des systemes de télévision couleur, apres la seconde guerre mondiale, on ne s'est guere préccupé de déterminer les conditions minimales ou optimales C-e perception, par un observateur, d'une image colorée et, qi plus est, échantil- ionnée et en mouvement sur un écran de télévision.Or, le développement des transmissions des signaux vidéo, sous forme numérique, plus particulierement pour les tlétrans- missions par câbles ou par satellites, impose de determiner les conditions minimales pour une bonne transmission garantissant une perception convenable a la réception, notamment pour ce qui est de la compression de l'information, afin de déterminer les seuils minima de réduction de la quantité d'information transmise. Il existe donc, ne serait ce qu'a cet égard,un besoin réel et nouveau de pouvoir contrôler les mesures d'optiques physiologiques habituelles par des mesures faites dans les conditions réelles d'observation d'une image sur un tube à rayons cathodiques, en présence notamment d'un environnement éclairé. La détermination de la qualité d'une image restituée ainsi testée subjectivement par des expérimentateurs, dépend, bien sQr, directement des qualités de perception visuelles propres aux expérimentateurs. Des batteries de tests ont été proposées pour détecter les anomalies de la vision et les différents seuils de perception de valeurs colorées. Les moyens de contrôle optophysiologiques classiques recourent le plus souvent à des figures tests imprimées ou à des bancs optiques utilisant des jeux de filtres. L'utilisation de pures sources monochromatiques ne permet pas de couvrir toute la gamme du spectre visible, et les systèmes actuels à filtres colorés souffrent de nombreuses limitations,quant à la souplesse d'utilisation d'une part, et la finesse de résolution susceptible d'être atteinte tant en chrominance qu'en luminance d'autre part.Par ailleurs, en ce qui concerne les images produites électroniquement,les conditions d'observations dans les appareils optiques (nature, dimensions ou environnement des plages d'observation,adaptation de l'oeil) ne sont pas du tout celles que l'on rencontre en pratique ou dans le cas où les iraages sont produites par des moyens électroniques, les propriétés de l'oeil, telles que les seuils différentiels, l'acuité ou la cinétique, dépendant fortement des conditions d'observation, notamment d'environnement. La présente invention a précisément pour objet de proposer un dispositif de génération d'images de tests colorées sur un écran de télévisLon, permettant de faire apparaltre, sur cet écran, des plages de tests de dimensions, de chrominance et de luminance variables, incrustées dans un environnement également variable, créé à volonté,permettant d'atteindre une finesse de résolution en chrominance et en luminance inégalée, de faible cotit de revient, présentant une grande souplesse d'adaptation, facile à mettre en oeuvre par des non-spécialistes, et permettant la réalisation de mesures simultanées par plusieurs observateurs. Pour ce faire selon une caractéristique de la présente invention, le dispositif, associé à un appareil de télévision couleur représentant des entrées de commande de tensions des canons de couleurs, comprend un dispositif dtin- crustation et de génération d figures à incruster sur l'écran, des moyens commandables pour délimiter, dans la figure incrustée, au moins deux zones séparées, un premier moyen générateur de couleurs commandable, agissant sur les tensions des canons de couleurs, pour générer une première couleur déterminée dans une première de ces zones, un second moyen générateur de couleurs commandable, agissant sur les tensions des canons de couleur indépendamment du premier moyen générateur de couleur, pour générer une deuxième couleur déterminée dans la seconde de ces zones, et un troisième moyen générateur de couleur, agissant sur les tensions des canons de couleur, indépendamment des deux premiers générateurs de couleurs, pour générer une troisième couleur déterminée de fond d'image, en dehors des figures incrustées. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque générateur de couleurs comprend deux entrées manuelles de réglage pas à pas de chrominance, déterminant les coordonnées de couleurs dans le diagramme x-y du lieu spectral de l'appareil de télévision, et une entrée manuelle de réglage pas à pas de la luminance de la couleur ainsi générée. Grace à cet agencement, on peut faire apparaitre sur un écran de télévision des images tests,typiquement rectangulaires, présentant au moins deux zones adjacentes qui peuvent être colorées différemment indépendamment l'une de l'autre suivant des incréments parfaitement contrlés et extrêmement fins de chrominance et de luminance, pour mesurer entre autres des seuils de luminance et de chrominance en fonction de valeurs variables de chrominance et de luminance du fond, les figures tests pouvant être également environnées d'une image colorée fixe ou animée.Dans le dispositif selon l'invention, toutes les commandes nécessaires à l'obtention et à la coloration des figures choisies sur l'écran de télévision sont regroupées sur un pupitre de commande physiquement séparé du reste de l'appareil de télévision afin d'éloigner l'opérateur de l'appareil de télévision et de ne pas perturber les observateurs. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels La figure 1 représente la figure classique d'un lieu spectral de chrominance, avec un triangle des primaires représentatif d'un appareil de télévision en couleurs; La figure 2 représente le volume correspondant dans le diagramme tridimensionnel chrominance/luminance; La figure 3 est un diagramme schématique du système de génération de couleurs et de commande d'incrustation de figures du dispositif selon l'invention; La figure 4 représente, sous forme de schéma blocs, un calculateur de couleurs du dispositif selon l'invention;; La figure 5 est une vue schématique du pupitre regroupant les organes de contrôle et d'affichage du dispositif de l'invention; La figure 6 représente l'écran de télévision avec la figure test-incrustée et les zones de colorations variables; et Les figures 7 à 9 représentent les modes particuliers de délimitation des zones colorées dans la fenêtre rectangulaire incrustée. Comme rappelé sur la figure 1, on sait qu'un appareil de télévision couleur ne peut, essentiellement en raison des caractéristiques propres aux pastilles colorées photo-émettrices réparties en triangle ou en ligne sur l'écran du tube cathodique, couvrir l'intégralité du lieu spectral de chrominance (courbe externe) dans le diagramme classique x-y, et que l'appareil de télévision peut être défini, au plan des couleurs, par son triangle des primaires T situé de façon variable à l'intérieur du lieu spectral,entre les trois sommets B R V correspondant aux trois couleurs de base bleu rouge et vert des luminophores auxquels sont associés les trois canons du tube trichromatique. Comme représenté sur la figure 2, l'image fournie sur le tube de té lévision se caractérise, outre par sa chrominance (localisation à l'intérieur du demi-espace supérieur au triangle des primaires T hachuré sur la figure 2), par sa luminance,portée en coordonnées Y sur le diagramme tridimensionnel de la figure 2. Or, la fonction de transfert tension/luminance d'un canon d'électrons n'est pas linéaire mais répond à l'expression L/Lmax ( (V/Vmax) couleur Le dispositif selon l'invention comprend essentiellement un dispositif d'incrustation et de génération de figures tests, un générateur de couleurs et un pupitre de commande. Le dispositif d'incrustation et de génération de figures de tests est déterminé pour obtenir sur 11 écran, par commutation des différentes tensions continues de commande des canons R V B de l'appareil de télévision, une figure f, typiquement un rectangle, de dimensions et de positions variables de façon continue, les dimensions extrêmes allant de quelques millimètres à 20 centimètres environ.Conformément à l'invention, l'intérieur de ce rectangle f est constitué de zones bicolores de trois types : soit deux plages uniformes C et C2 de couleurs différentes réglables à volonté, séparées par une ligne droite verticale située au milieu du rectangle f (figure 7), soit deux mêmes plages uniformes colorées C et C2 séparées par une ligne brisée s du type à dents de scie de largeur et de hauteur variables (figure 8), soit une série de barres verticales de couleurs alternées dont la largeur peut varier de 0,7 mm à 100 mm, avec un pas de 0,09 mm (ces données concernant un écran de 51 cm) (figure 9). Le générateur de couleurs a pour rôle de générer quatre cou leurs différentes,réglables indépendanaraent les unes des autres au gré de l'utilisateur,à savoir une première couleur moduZble pour une première zone C de la fenêtre f,une seconde couleur modulable nouer la seconde zone C2 de la fenêtre f,une couleur modulable pour le fond d'image,c'est-à-dire la zone C3 a l'extérieur de la fenêtre f, et une quatrième couleur de réserve pour réaliser un papillottement par alternan ce avec la première couleur de la première zone C. Pour mener des tests optophysiologiques, il est en effet prévu d'afficher dans une telle fenêtre incrustée f (dont les dimensions peuvent être modifiées de façon continue, ainsi que la localisation géographique sur la surface utile de l'écran) au moins deux couleurs juxtaposées dans les zones C1 et C2, les variations de seuils de chrominance ou de luminance d'un sujet étant déterminées en modifiant de façon incrémentielle et séparément la chrominance et la luminance des deux zones adjacentes C1 et C2, avec éventuellement intégration médiane des deux couleurs au moyen de la ligne intermédiaire brisée s, et ceci en fonction d'un fond dans la zone périphérique C3, présentant des chrominances et des luminances variables déterminées, ce fond de la zone C3 pouvant faire apparaitre, selon une caractéristique de la présente invention, ainsi qu'on le verra plus loin, une image colorée fixe ou animée, la perception des couleurs dans la fenêtre f dépendant fortement de l'image de la zone de fond périphérique C3 et du contenu de cette image de fond. Chaque couleur déterminée pour les différentes zones C. est présente à l'entrée de l'appareil de télévision sous forme de trois tensions R', V', B' de commande des différents canons de couleur R V B, ces tensions devant correspondre très exactement aux composantes trichromatiques d'une lumière de coordonnées x-y de chrominance et Y de luminance dans le diagramme de la figure 2 que se fixe l'opérateur, celui-ci utilisant, pour se repérer, un abaque des valeurs de couleurs principales dans le diagramme X-Y-Z de C I E. Le dispositif de l'invention met donc en oeuvre un calculateur (figure 4) pour réaliser la transformation des coordonnées x y,Y en tensions R',V',B', selon les critères propres de l'appareil de télévision, ces coordonnées étant ensuite corrigés du y (variation non linéaire de la luminance) du tube puis envoyées via des convertisseurs numériques/analogiques, sous forme de tensions continues au système d'incrustation et de génération de figures de test. Celui-ci commute alors ces diverses tensions lors du balayage de l'écran, selon la configuration déterminée des zones dans la figure f et la localisation, sur l'écran, de cette dernière. Comme représenté schématiquement sur la figure 3, le générateur de couleurs 1 présente trois sorties triples UR. UV. et UB. fournissant des tensions continues de comman i i i des modulables aux entrées R, V et B des canons du tube cathodique trichromatique. Le générateur de couleur 1, commandé à partir du pupitre 50, inclut le calculateur 2 et les différents convertisseurs numériques/analogiques 3 transformant les données numériques séquentielles fournies par le calculateur en tensions continues modulées aux bornes de sortie du générateur 1.Le dispositif d'incrustation et de génération des figures de tests 10 comprend typiquement un sous-ensemble 4 de commande de fenêtre d'incrustation f, un sous-ensemble 5 de commande des zones C et C2 dans la fenêtre f (incluant le générateur de ligne brisée de séparation s), et un sous-ensemble de commande de barres 6 (crénant le motif de la figure 9) le nombre et la largeur des barres pouvant être modifiés contintment entre une limite correspondant à une barre unique occupant la totalité de la largeur de la fenêtre f et la limite du moirage. Le dispositif d'incrustation d'images 10 a pour but de créer des signaux compatibles destinés à commander des commutateurs analogiques assurant le passage de l'un ou l'autre des triplets de signaux R V B constituant, soit l'image de fond C3 soit les zones C(l 4) et C2 de la figure de test f. L'incrustation peut être réalisée suivant la technique numérique,en étant basée sur un système à comptage et un synchronisateur, les dimensions et la position de la fenêtre f étant représentées par des nombres déterminant respectivement le début et la fin de celle-ci sur chaque ligne de balayage de l'écran. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, permettant une commande manuelle simple par deux couples de potentiomètres P1 et P2 et P3, P4 (figure 5) pour modifier de façon continue les dimensions de la fenêtre et sa localisation dans l'écran, l'incrustation s'effectue suivant la technique analogique en exploitant deux rampes linéaires de tension à pente variable produites par la charge et la décharge d'un condensateur à courant constant, la pente de ces rampes étant déterminée par la position d'un curseur de potentiomètre, et la détection d'un seuil de tension fournissant le signal nécessaire pour l'obtention de la fenêtre. Le dispositif fournit ainsi à chaque trame une suite de créneaux de tension dont la largeur de chacun d'eux fixe celle de la fenêtre et le nombre détermine la hauteur de la fenêtre. La largeur d'un créneau ne peut bien str être supérieure à la durée de ligne utile (tu) du signal vidéo, le nombre de ces créneaux ne pouvant être supérieur au nombre de lignes contenues dans une trame utile. Les différentes techniques d'incrustation d'images étant parfaitement connues de l'homme du métier, on omettra ici d'en donner les détails de fabrication. Selon une caractéristique propre au dispositif de l'invention, le fond d'écran C3 n'est pas nécessairement constitué d'une plage de couleur uniforme prédéterminée, mais peut servir à afficher des images colorées fixes ou mobiles dont, non seulement l'aspect coloré proprement dit, mais également le "signifié" jouent un rôle déterminant non encore expérimenté à fond sur la perception des couleurs dans la fenêtre test f.Cet aspect propre au dispositif de l'invention présente un intérêt fondamental, au-delà des mesures classiques de défauts divers de la vision, pour l'optimisation des systèmes d'imagerie, en permettant de déterminer par exemple la couleur et la luminance d'indications chiffrées projetées sur un pare-brise de véhicule ou d'aéronef (où on ne peut faire abstraction de l'image principale observée au travers de ce pare-brise), et de choisir et déterminer l'utilisation de couleurs fictives pour augmenter la teneur en information d'une image , suivant la technique dite "des fausses couleurs", pour les dispositifs de visualisation radar ou sonar, en échographie, ou en cartographie optique radio-électrique ou infrarouge.Comme représenté sur la figure 3, le triplet des sorties Ui3 du générateur de couleurs 1 peut être substitué, au niveau d'un groupe commutateur 7,par des signaux vidéo provenant d'une entrée de signal vidéo composite 8 alimentant un décodeur 9 correspondant au stan dard de l'appareil de télévision considéré, le signal vidéo étant traité par un extracteur de synchronisation ll pour fournir un signal de synchronisation externe 12 et par un dispositif d'alignement 13, corrigeant le signal sortant du décodeur 9. Le signal vidéo composite appliqué à l'en- trée 8 peut être une émission télédiffusée1 une mire ou un film fourni par un magnétoscope. On a représenté sur la figure 4, un mode de réalisation particulier de calculateur de couleurs 2, de faibles dimensions et de coût moyen, permettant d'effectuer les phases de calcul en un temps inférieur à 30 millisecondes. Les instructions de commande 20, en provenance du pupitre 50,sont adressées à un sélecteur de couleurs 21 relié, par un bus bidirectionnel 22, à un bloc de mémoires de sortie 23, et recevant en entrées des données depuis un bloc de mémoires RAM 24 et un bloc de mémoire REPROM 25, par exemple à 768 octets, comprenant des registres de données 26, d'adresses 27 et de commandes 28 pour le transfert des données entre le bloc 25 et le bloc 24.Le bloc de mémoires 25 est couplé à un compteur 29, piloté par un générateur de signaux de commande 30 fournissant un signal d'horloge à 112,5 Kilohertz, lui-même commandé par une base de temps 31 à 1,8 MHz, sous la coordination d'un multiplexeur de commandes 32 et d'une unité arithmétique de calcul 33 connectée au bus 22, les mémoires de sortie 23 fournissant ainsi, suivant une séquence synchronisée avec le balayage de l'écran, des signaux de sortie 34 sous forme numérique transmis aux convertisseurs numériques/analogiques 3 délivrant en conséquence les tensions continues de commande des canons du tube de l'appareil de télévision. Comme mentionné plus haut, le calculateur 2 transforme les coordonnées x, y et Y affichées sur le pupitre 50, en tensions R'V'B', selon les critères propres de l'appareil de télévision, illustrés sur la figure 2, c'est-à-dire tenant compte des limites du volume représentées sur la figure 2, ces coordonnées étant corrigées, pour ce qui est de la luminance, de la non linéarité y. Comme on le vsit sur la figure 5, le pupitre 50 comprend, outre les potentiomètres linéaires Pi de réglage des dimensions et de la localisation dans l'écran de la fenêtre f, une série de commutateurs c., à savoir, un commu 1 tateur mire de barres/plages juxtaposées cl, un commutateur de fond ambiant c2 (permutation couleur uniforme de fond C3/image fournie à l'entrée vidéo 8), un commutateur c3 d'inversion de zones C1 ou C4 dans la fenêtre f,un commutateur c4 de papillottement (alternance à 50 Hertz entre les couleurs des zones alternées C1 et C4), un commutateur c5 de suppression de fenêtre (permettant de faire réapparaitre la fenêtre f, éventuellement modifiée en dimensions, en un autre endroit de l'écran), et des commutateurs c6, c7 et C8 de sélection du nombre,de l'amplitude et de la période de dents de scie de la ligne de séparation s entre les deux zones juxtaposées Cul 4) et C2 de la fenêtre f. Le pupitre comprend également quatre secteurs d'affichage r. correspondant aux différentes zones Ci sur l'écran E. Chaque sousensemble ri comprend, par exemple pour l'ensemble rl, trois roues codeuses décimales (de 000 à 999) permettant de sélectionner par pas d'l/lOOOeme les trois coordonnées de couleurs à afficher dans la zone Cl, à savoir une roue codeuse R1 de sélection de la coordonnée x, une roue codeuse R2 de sélection de la coordonnée y (coordonnées de chrominance) et une roue codeuse R3 de sélection de la lummnce Y. Chaque sous-ensemble r. comprend une paire de diodes (D1 et D5 pour l'ensemble r1) indiquant une erreur de chrominance ou une erreur de luminance, respectivement, pilotées par le calculateur 2 et signalant donc que l'expérimentateur a affiché des coordonnées sortant du volume tridimensionnel de la figure 2. Le pupitre est complété par une roue codeuse hexadécimale R13 permettant la sélection de la largeur des barres de la mire si la mire est utilisée comme signal vidéo composite à l'entrée 8. Cet agencement permet donc de fournir à l'appareil de télévision des tensions de commande des canons d'une précision de 1 millième ce qui permet de ne tenir compte, ins la mesure, que des erreurs ap portées par l'appareil de télévision lui-même.Typiquement, la plage de tension pour un canon de couleur est de O à 700 millivolts, et le dispositif selon l'invention permet donc d'afficher des couleurs par incréments de tension de 0,7 millivolt, atteignant ainsi une définition ou une résolution inégalable par d'autres moyens en couvrant la totalité des valeurs de chrominance et de luminance autorisées par l'appareil de télévision utilisé. Pour permettre une détermination de ces seuils de perception par le sujet testé lui-même, le pupitre 50 comprend en outre trois commutateurs kil 3 permettant chacun d'inhiber une des roues hexadécimales R4,5,6 du sous-ensemble r2 correspondant à la zone C2 de la fenêtre f et de lui substituer, comme organe de commande d'entrée, un potentiomètre 40 à l'ex- trémité d'une ligne 41 et destiné à être manipulé par le sujet lui-même pour faire varier l'une des coordonnées de chrominance ou la luminance de la zone C2 en fonction de la coloration voisine de la zone adjacente Cl,la valeur de cette coordonnée réglée par le potentiomètre 40 étant affichée numériquement,selon l'état du commutateur k41sur un dispositif d'affichage 42 du pupitre, et permettant donc au moniteur de l'expérience une comparaison avec la valeur correspondante préaffichée sur les roues codeuses du sous-ensemble r2.Le pupitre comporte en outre avantageusement un bouton poussoir Bpl, se substituant au commutateur manuel C5, pour faire sélectivement apparaître sur l'écran la fenêtre f avec ses deux zones C, C2 pendant une durée déterminée, réglable par un poten tiomètre P51 entre environ 0,25 seconde et 20 secondes pour tester la sensibilité aux couleurs d'un observateur en fonction de la durée d'observation. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les roues codeuses R. d'entrées de données chrominance et luminance des différentes zones C. peuvent être remplacées ou momentanément substituées par un sys tème d'entrées à mémoire adéquat,tel qu'un clavier,un dispositif de lecture à bande ou disque ou des mémoires préprogrammées. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de génération d'ives de tests colc- rées sur un appareil de télévision couleur présentant des entrées de commande de tensions des canons de couleurs, comprenant un dispositif d'incrustation et de génération de figures à incruster, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens commandables (5; 6) pour délimiter dans la figure incrustée (f) au moins deux zones séparées (C1 4, C2) un premier moyen générateur de couleurs commandable (1, l) agissant sur les tensions des canons de couleurs (R, V, B) pour générer une première couleur déterminée dans une première (C1,4) de ces zones, un second moyen générateur de couleurs commandable (1, r2), indépendant du premier moyen générateur,agissant sur les tensions des canons pour générer une seconde couleur déterminée dans une seconde (C2) de ces zones, et un troisième moyen générateur de couleurs commandables (1, T3) indépendant des premier et second générateurs de couleurs, pour générer une troisième couleur déterminée dans le fond d'image (C3) en dehors de la figure (f). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque générateur de couleurs (1; -i) comprend deux entrées manuelles de réglage de chrominance (R1, R2; R4, R5; R7, R8) pour régler les coordonnées de couleurs dans le diagramme x-y des zones correspondantes (C, C2, C3), et une entrée manuelle (R3; R6; Rg) de réglage de la luminance de couleur desdites zones. 3 - Dispositif selon la revendication l ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un quatrième générateur de couleurs (1, F4) commandable agissant sur les tensions des canons (R, V, B) pour générer une quatrième couleur déterminée dans la première zone (C4), et un moyen de commutation (C3; C4) pour affecter alternativement le premier ou le quatrième générateur de couleurs à la génération de couleur dans ladite première zone, (C1, C4). 4 - Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3,caractérisé en ce su'il comprend une unité de calcul (2) programmable en fonction des caractéristiques intrinsèques de l'appareil de télévision pour déterminer les zones limites du volume du diagramme tridimensionnel triangle des primaires (T)/luminance et pour actionner, pour chaque générateur de couleur (Fi) un signal d'alarme d'erreur de chrominance (D1-D4) et/ou de chrominance (D5-D8). 5 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le dispositif d'incrustation (10) comprend des moyens de réglage commandables (P1, P2) de la position de la figure (f) incrustée sur l'écran (E) de l'appareil de télévision. 6 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes,caractérisé en ce que le dispositif d'incrustation (10) comprend des moyens de réglage commandables (P3, P4) des dimensions de la figure (f) incrustée sur l'écran (E) de l'appareil de télévision. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de séparation en dents de scie (s) entre les première (C1,4) et seconde (C2) zones de la figure (f) incrustée sur l'écran (E). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les entrées manuelles de réglage comprennent des roues codeuses décimales 000-999 (Ri). 9 - Dispositif selon la revendication 8,caractérisé en ce que le second générateur de couleurs (1, r2) pour la seconde zone (C2) de la figure f comprend une entrée supplémentaire de réglage potentiométrique de chrominance (40) et un dispositif d'affichage numérique (42) de la valeur de chrominance réglée par cette entrée supplémentaire. 10 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une entrée (8) de signal vidéo et un décodeur (9) pour transmettre sur la zone de fond (C3) de l'écran (E) une image vidéo, un moyen de commutation (7) étant prévu pour alterner ce signal vidéo et celui de sortie du troisième générateur de couleur (1; r3).