Brevet FR2506547A1 — publié le 19821126

DISPOSITIF DE VISUALISATION D'IMAGES VIDEO BALAYEES LIGNE PAR LIGNE La présente invention concerne un dispositif de visualisation d'images video balayées ligne par ligne et, plus précisément, des aménagements de tels dispositifs pour accroître la dynamique de la représentation et améliorer le confort de l'observation. Les tubes cathodiques servant à afficher des images peuvent être balayés de plusieurs façons. Suivant le balayage ligne par ligne, le spot décrit des lignes horizontales successives ; ce mode est généralement usité en télévision. Dans le mode panoramique, le spot décrit succesivement les rayons d'un cercle centré sur le tube. Le mode cavalier ou aléatoire tire son nom de ce que le spot ne décrit que des lignes représentatives des figures à tracer (lettres, symboles, etc.). Suivant encore un autre mode, le spot décrit une spirale centrée sur l'écran. Le choix du balayage dépend de la forme de l'écran et de la nature de l'image. Ainsi, un écran devant produire une image ronde s'accomode mieux d'un balayage panoramique, ou spirale. Le balayage cavalier est adapté à la représentation d'images en video synthétique où la luminance présente un nombre réduit de valeurs discrètes tandis que les autres balayages sont utilisés pour des images où tout point peut avoir une luminance quelconque correspondant à un signal analogique. La présente invention se rapporte à cette dernière catégorie et permet la représentation selon un balayage ligne par ligne, c'est à dire la commande d'une image du type télévision où la situation est quelconque avec un niveau de gris quelconque en chaque point. Dans ces dispositifs, I'image peut être représentée par la luminance L (x,y) du point de coordonnée x,y de l'écran où L peut être une fonction quelconque, à condition qu'elle soit positive et bornée (inférieure à une valeur maximale de luminance LM pré déterminée correspondant au niveau de blanc). Dans le balayage ligne par ligne conventionnel, la vitesse du spot est constante et la modulation de luminance du tube est obtenue par modulation de l'intensité du faisceau électronique. Ce procédé est parfaitement naturel puisque, pour des raisons évidentes de synchronisme entre le capteur d'image (caméra) et le dispositif de visualisation de l'image (moniteur), il est essentiel de maintenir les vitesses relatives des deux balayages identiques, et ceci pour tous les appareils de reproduction image. De plus, le signal porteur de l'information image est nécessairement séquentiel, ce qui justifie que l'on décrive l'image ligne à ligne à vitesse constante, d'où l'adoption de standards, c'est à dire de règles strictes conditionnant les divers signaux de synchronisation, leurs durées et leurs cadences. Pour certaines applications, notamment lorsque l'on veut faire apparaître des informations superposées à l'image ou pour restituer une image à grande dynamique, le niveau de blanc n'est pas suffisamment brillant et reste en deçà de la valeur LM souhaitée. Cette situation intervient lorsque la prise de vues donne lieu à des images insuffisamment contrastées par suite de circonstances extérieures diverses, par exemple un éclairage ambiant trop faible, les intempéries (brouillard ou précipitations), etc...; c'est le cas égale- ment lorsque la restitution s'adresse à des scènes plus contrastées que ne permet la dynamique du tube; par exemple une variation de 0,1 à 100 Lux de scène pourra être restituée dans le rapport 1 à 10 seulement. Le but de l'invention est de remédier à de telles situations en augmentant la durée du tracé réservé aux zones claires de l'image moyennant, en contrepartie, un tracé plus rapide des zories sombres, ce qui n'apporte pas d'inconvénient. On obtient ainsi une image à haute brillance en balayant le tube cathodique avec une vitesse variable en fonction de la luminance des points de l'image (telle qu'elle se présenterait dans le cas d'un balayage conventionnel à vitesse constante), c'est à dire en fonction de l'amplitude du signal video. Pour exercer cette action, il est nécessaire de disposer simultanément de tous les points de J'image, par exemple dans un montage à mémoire électronique d'image à la sortie duquel la notion de standard peut être ignorée. Pour un signal séquentiel, de télévision par exemple, I'image est inscrite dans la mémoire suivant un processus adapté au standard du signal d'entrée, et l'on peut disposer de cette image pendant un temps au moins égal au temps d'affichage d'une image complète sur le tube. Une fois explorée, la mémoire est vide et prête à recevoir une nouvelle image.Le montage comporte deux mémoires utilisées simultanément, l'une à l'écriture et l'autre à la-lecture, et vice versa lors de la séquence suivante ; il est utilisé notamment dans des dispositifs convertisseurs d'images video, par exemple celui décrit dans la demande de brevet français publiée sous le n" 2 342 603. Un objet de l'invention est la réalisation d'un dispositif de visualisation d'images video balayées ligne par ligne, comportant un tel montage à deux mémoires pour stocker et différer limage. Des moyens d'analyse du signal video en cours d'enregistrement sont prévus pour calculer un temps élémentaire défini par la durée de l'image divisée par le nombre total de points de l'image, ce nombre étant pondéré par un coefficient variable selon une loi croissante avec l'amplitude de la video. Le circuit de balayage du tube est aménagé pour produire, en fonction des informations video et du temps élémentaire de l'image en cours de lecture, un balayage point par point à vitesse variable, la durée de balayage d'un point étant égale au produit du temps élémentaire par le coefficient relatif à ce point. Les particularités de la présente invention apparaîtront dans la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif à l'aide des figures annexées représentant: - Fig. 1, un diagramme général d'un dispositif de visualisation conforme à l'invention; - Fig. 2, un diagramme relatif à un circuit de calcul utilisé dans le dispositif de visualisation pour déterminer la valeur temps élémentaire - Fig. 3, un diagramme d'un exernple de réalisation du dispositif de visualisation. L'émission moyenne d'un point de l'écran est à peu près proportionnelle à l'intensité I du faisceau (la non-linéarité étant due aux propriétés des luminophores) et au temps pendant lequel le spot reste sur le point, c'est à dire inversement proportionnelle à la vitesse V de balayage. La luminance est donc donnée par la relation L=K ou par L = K'lt, K et K' étant des constantes. Dans le balayage conventionnel, la modulation de l'intensité I du faisceau en fonction de l'amplitude de la video fait varier la luminance, le paramètre V étant constant. Suivant l'invention, on agit au contraire sur ce dernier paramètre pour produire une modulation de vitesse déterminée et accroître la dynamique de la représentation ; I'intensité du faisceau I pourra être maintenue constante à une valeur élevée VM proche de celle maximale supportable par le tube cathodique (tracé en pointillés sur Fig. 1) ou bien rester modulée par le signal video (tracé en trait plein). Le procédé de balayage à vitesse variable selon l'invention va être mis en évidence dans ce qui suit à l'aide des Fig. 1 et 2. Suivant le diagramme fonctionnel Fig. 1, le signal video SV est appliqué simultanément au montage 1 à mémoires et à un circuit de calcul 2. Le montage 1 comporte les circuits d'aiguillage ou multiplex, 3 à l'entrée et 4 à la sortie, et les deux mémoires limage 5 et 6 ; sur la position figurée des aiguilleurs 3 et 4, la mémoire 6 est utilisée à l'écriture pour enregistrer l'image en cours de réception, et la mémoire 5 qui comporte l'image précédente est explorée à la lecture. Un circuit dit de gestion 7 reçoit les signaux de cadencement de l'image, signaux de suppression ligne SL et trame ST dans le cas d'une image de télévision, et élabore les signaux de synchronisation des divers circuits. Ainsi, il commande les circuits d'aiguillage 3 et 4 à la cadence image et adresse les mémoires 5 et 6, l'une à l'écriture et l'autre à la lecture, et vice versa à la séquence suivante. Le circuit de gestion 7 peut consister en un circuit microprocesseur. Le signal video en sortie du circuit 1 est appliqué au circuit de balayage 8 associé au tube à rayons cathodiques 9 auquel il délivre les signaux de déflexion horizontale SX et verticale SY alimentant les bobines ou plaques de déviation du tube. Le circuit de calcul 2 permet de produire l'histogramme de l'amplitude video des différents points de l'image en cours d'enregistrement (c'est à dire de la luminance dans le cas d'une représentation conventionnelle à vitesse constante) et partant de là, il calcule un temps élémentaire te égal à la durée de l'image T divisée par le nombre total de points, ce nombre étant pondéré par un coefficient variable selon une loi croissante avec l'amplitude de la video. Cette valeur te est propre à chaque image et utilisée par le circuit générateur 8 pour produire le balayage à vitesse variable. La mémoire tampon 10 permet de stocker l'information te de l'image en cours de visualisation.Le générateur 8 commande un balayage point par point pour chaque ligne, avec un temps de passage du spot sur chaque point proportionnel à (ou fonction croissante non linéaire de) l'amplitude video en ce point; la sortie SO figurée vers le circuit de gestion 7 est destinée à l'adressage du point suivant dans la mémoire en cours de lecture. La sortie video du bloc 1 peut également être appliquée, comme représenté, à la cathode 11 du tube 9 pour cumuler avantageusement les effets de la modulation d'intensité de faisceau avec ceux de la modulation de vitesse et accroître encore la dynamique ; sinon, la cathode peut être alimentée sous une tension continue constante VM correspondant à une intensité de faisceau élevée, et l'on joue sur la durée du balayage ponctuel uniquement. La Fig. 2 représente un diagramme fonctionnel du circuit de calcul 2. Le signal video, sous forme numérique SVN, est appliqué à l'entrée d'un circuit 20 qui peut consister en une mémoire de lecture programmable, ou PROM, chargée d'identifier la donnée d'entrée parmi n catégories ou classes. Dans le cas présent, le signal video est distribué en n classes différentes en fonction de l'amplitude présentée (niveau 1 de 0 à V1, niveau 2 de V1 à V2, etc.) et le mot binaire SVN résultant d'une quantification point par point comporte cette information d'amplitude. Les n sorties correspondantes du circuit 20 vont alimenter chaccune un cornpteur 21.i qui compte le nombre de points de la classe i dans l'image. Les compteurs 21.1 à 21.n sont remis à zéro à chaque fin de séquence d'image.On dispose donc à ce moment de n nombres Ni constituant l'histogramme de l'image et dont la somme Nl+N2...+Ni...+Nn correspond au nombre total de points NP de l'image. Les valeurs Ni sont pondérées par un coefficient Fi variable et proportionnel au temps de balayage que l'on désire affecter à l'affichage des points selon sa classe i. Le paramètre Fi varie selon une loi croissante avec l'amplitude, donc avec i.Un cas simple de variation est la loi linéaire, les points de classe 1 étant balayés avec un temps tl le plus faible (choisi égal ou multiple du temps élémentaire te les points de classe 2 avec un temps t2 = 2tl,...ceux de classe i avec un temps itl. Cette pondération est obtenue par multiplication de la valeur Ni par le coefficient correspondant Fi dans le circuit suivant, multiplicateur, 22.i. Les sorties Ni X Fi de ces circuits sont sommées ensuite dans un additionneur logique 23 pour obtenir la somme pondérée SP égale à (N1 X Fil) + (N2 X F2)... + (Ni X Fi) ... + (Nn X Fn).Cette valeur est choisie avec le paramètre T de duree dimage dans un circuit diviseur 24 pour obtenir finalement le temps élémentaire te = T/SP. La valeur T fixe peut être stockée dans la mémoire PROM 20 cette valeur peut également être choisie un peu inférieure à celle T de l'image (40 ms pour 25 images/sec.) en sorte de ménager les temps de remise à zéro, de commutation, de retour vertical de balayage, etc. En se reportant à la Fig. 3 où les mêmes élémentsq portent les mêmes repères, le circuit 30 regroupe le circuit de calcul 2 et la mémoire tampon 10. Le circuit 30 peut également, comme le circuit 7, ou conjointement avec celui-ci, consister en un microprocesseur pour l'obtention d'une réalisation économique et compacte. Le signal video reçu peut être un signal-video cornposite SVC provenant d'une caméra de télévision; un circuit séparateur 31 permet d'extraire les signaux de suppression SL, ST. Le signal video SV est traité dans le circuit de conversion analogique- numérique 32 où il est quantifié point par point , par exemple une conversion à 6 bits par point pour distinguer au plus 64 niveaux.La valeur te est appliquée au circuit de balayage détaillé et qui comporte un circuit de base de temps 33 à fréquence variable en fonction de la commande te, par exemple, un circuit oscillateur commandé par tension (VCO en anglais), la commande étant sous forme numérique. Le signal d'horloge SH en sortie a donc une fréquence - proportionnelle à te. Par son entrée video, le circuit de balayage comporte un circuit d'identification de classe 34 qui peut être également une mémoire PROM comme le circuit 20, et dont les n sorties sont connectées à des circuits basculeurs, ou registres, à 1, 2, ... n étages, respectivement 35.1 à 35.n.La mémoire 34 identifie la classe i du point extrait de la mémoire en cours de lecture, sa sortie de rang i passe de 0 à 1 et change l'état du premier étage du registre 35.i. Le signal SH est appliqué simultanément aux n registres 35.1 à n et après i périodes du signal SH, le registre 35.i considéré délivre la valeur 1 en sortie et est remis à zero Cette sortie SO est utilisée pour déclancher la lecture du point suivant et passer au balayage de ce point. La première fonction est produite par le circuit microprocesseur 30 (ou 7 Fig. 1). Pour réaliser la seconde fonction, les voies horizontale et verticale sont chacune dotées d'un compteur 36 X (36 Y) suivi d'un convertisseur numériqueanalogique 37 X (37 Y) qui alimente un amplificateur de puissance 38 X (38 Y) connecté à l'élément de déviation 12 X (12 Y) correspondant. La sortie SO incrémente d'une unité le compteur horizontal 36 X dont la capacité est égale au nombre de points d'une ligne de balayage. Lorsque ce nombre est atteint, le compteur 36 X est remis à zéro et incrémente à son tour d'une unité le compteur vertical 36 Y dont la capacité correspond au nombre de lignes de l'image.Dans la version figurée, la video de lecture en sortie de l'aiguilleur 4 est utilisée, en outre, pour moduler le faisceau par l'intermédiaire également d'un convertisseur numérique-analogique 39 et d'un amplificateur 40 de gain déterminé. Un dispositif de visualisation conforme à l'ionvention est utilisable avantageusement en télévision conventionnelle où il est connu que les tubes ne peuvent guère afficher plus de dix teintes de gris en balayage ligne par ligne. Le dispositif est utilisable également pour surcharger l'image télévision par des renseignements graphiques (vecteurs ou symboles alphanumériques) formant normalement une image synthétique. Ainsi qu'il résulte de la description faite, le dispositif assure une expansion du contraste de l'image, et ce faisant améliore le confort de l'observateur. Les variantes conformes aux caractéristiques exposées font partie de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de visualisation limages video balayées ligne par ligne, dans lequel un tube (9) à rayons cathodiques reçoit d'un circuit de balayage (8) des signaux de deflexion du faisceau en X et en Y correspondant à un balayage ligne par ligne, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de stockage constitués par un montage (1) à deux mémoires d'images commutées à l'écriture côté entrée video et, inversement, à la lecture côté sortie video pour enregistrer une image video pendant la lecture de celle précédemment enregistrée, des moyens d'analyse (2.30) du signal video en cours d'enregis- trement pour calculer un temps élémentaire (te) défini par la durée (T) de l'image divisée par le nombre total de points de l'image, ce nombre étant pondéré par un coefficient (Fi) variable selon une loi croissante en fonction du niveau du signal video, une mémoire tampon (10) pour stocker la valeur de temps élémentaire de l'image en cours de lecture, ladite sortie video alimentant le circuit de balayage (8), lequel reçoit également la valeur de temps élémentaire stockée et produit un balayage point par point pour chaque ligne avec une durée par point égale à la valeur de temps élémentaire multipliée par le coefficient (Fi) propre au point balayé. 2. Dispositif de visualisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (11) du tube est reliée à un potentiel fixe (VM). 3. Dispositif de visualisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (30) comportent un circuit de calcul (2) pour procéder à la distribution du signal video mis sous forme numérique selon n classes en fonction de n niveaux d'amplitude prédéterminés, au comptage du nombre de points (Ni) par classe (i), à la pondération par ledit coefficient (Fi) du nombre de points correspondant, à la sommation des nombres de points pondérés ( z NiFi), et à la division d'une valeur de temps (T) au plus égale à celle de l'image par la somme pondérée pour obtenir la valeur (te) de temps élémentaire. 4. Dispositif selon i'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de balayage (8) produit à chaque fin de balayage d'un point de l'image un signal (SO) de cornmande de lecture du point suivant en mémoire. 5. Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les moyens d'analyse (30) sont réalisés avec un microprocesseur pour produire le calcul temps élémentaire et commander le montage à mémoires (1) à la lecture. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un deuxième circuit microprocesseur (7) est utilisé pour contrôler à la fréquence image deux circuits aiguilleurs (3 et 4) respectivement à l'entrée et à la sortie du montage à mémoires et pour commander alternativement à l'écriture les mémoires (5 et 6) du montage. 7. Dispositif selon l'ensemble des revendications 1 et 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de conversion (32) pour la mise sous forme numérique du signal video destiné aux microprocesseurs (7-30) et aux mémoires (5-6), ladite sortie video étant appliquée, d'une part, à la cathode (11) du tube à travers un convertisseur numérique-analogique (39), et d'autre-part, à une mémoire de lecture programmée (34) à n sorties du circuit de balayage pour l'identification de classe, la valeur temps élémentaire alimentant un circuit de base de temps (33) pour délivrer un signal d'horloge (SH) contrôlé en fréquence, lesdites n sorties alimentant n registres (35.1 à 35.n) ayant respectivement 1 à n étages, cadencés par ledit signal d'horloge et dont les sorties sont regroupées pour commander ladite lecture du point suivant et le passage au balayage de.ce point.