Brevet FR2513779A1 — publié le 19830401

La présente invention concerne un dispositif automatique d'ana- lyse statistique d'un objet Elle s'applique en particulier à l'analyse d'objets étudiés au microscope ou de photographies, par exemple dans les domaines de la médecine, de la minéralogie ou de la métallurgie Dans ces domaines, pour analyser un objet, en particulier sa texture, on peut souvent se contenter d'une analyse statistique; c'est-à-dire que l'on étudie l'une après l'autre plusieurs images différentes de cet objet et que l'on fait ensuite des moyennes sur les résultats obtenus pour chaque image. Les appareils d'analyse d'images connus étudient les images une à une et fournissent des résultats sur tous les éléments identifiés dans les images étudiées Les algorithmes mathématiques utilisés, algorithmes de convolutions ou de morphologie mathématique, travaillent sur toute l'image conservée en mémoire vive et la transforme en une autre image conservée en mémoire vive Or, la taille de mémoire électronique nécessaire pour conser- ver de telles images est grande Ces appareils nécessitent donc une grande quantité de mémoire électronique pour conserver toutes les images nécessai- res à l'analyse de l'objet d'autant plus que cette conservation est néces- saire non seulement avant le traitement de chaque image mais aussi pendant le traitement, de celle-ci En outre, les algorithmes utilisés dans ces ap- pareils sont complexes: le temps nécessaire au traitement de chaque image est par conséquent assez long. Pour tenter de pallier ces inconvénients, en particulier pour ten- ter de réduire la quantité de mémoire vive nécessaire à la conservation de plusieurs images, on a déjà envisagé la liaison de ces mémoires avec une mé- moire de masse Mais les opérations avec les mémoires de masse sont très lentes par rapport aux opérations en mémoire vive Par conséquent, si on par- vient à réduire la quantité de mémoire électronique on est par contre obligé d'augmenter le temps nécessaire pour analyser l'objet. L'invention tente de remédier à ces inconvénients Elle vise un dispositif d'analyse permettant de traiter plusieurs images consécutivement sans nécessiter une quantité importante de mémoire vive ni un temps de trai- tement important. Selon l'invention, ce dispositif comporte des moyens optiques de projection sur un récepteur photoélectrique de l'i- mage d'une partie élémentaire de l'objet, avec des moyens de déplacement re- latif entre l'objet et ledit récepteur, en continu, à vitesse constante, de façon à ce que les images de parties élémentaires différentes de l'ob- jet soient projetées en continu sur ledit récepteur photoélectrique, des moyens électroniques de numérisation en continu de chacune desdites images suivis d'un calculateur unique de stockage en continu desdites ima- ges dans une mémoire vive et de traitement en continu de ces images per- mettant de caractériser celles-ci par un nombre limité de paramètres des moyens électroniques de mise en mémoire en continu de ces paramètres puis de calcul statistique au moyen de l'ensemble des paramètres mis en mémoire pour une caractérisation moyenne de l'objet étudié. Selon un mode préféré de réalisation de l'invention, le calcula- teur stocke en mémoire un nombre déterminé d'images de parties élémentai- res avant de traiter l'image formée par l'ensemble de ces parties élémen- taires, le temps de traitement de l'image d'ensemble étant inférieur au temps d'acquisition dans la mémoire de la totalité des parties élémentaires de l'image d'ensemble suivante. De préférence, le récepteur photoélectrique est constitué par une barrette de photodiodes et le déplacement relatif entre ladite barrette et l'objet s'effectue perpendiculairement à l'axe de la barrette Ainsi l'image de la partie élémentaire projetée sur la barrette en continu est constituée d'une colonne formée d'autant de points que la barrette compte de photodio- des Dans un mode préférentiel, le dispositif selon l'invention est conçu pour que le calculateur stocke en mémoire un nombre de colonnes égal au nom- bre de points de chaque colonne de façon à ce que l'image d'ensemble traitée par le calculateur soit un carré. Dans ce cas, on traite de préférence chaque carré en divisant le- dit carré successivement en carrés égaux de plus en plus petits dont le nom- bre augmente, à chaque division, en progression géométrique de raison 4 jus- qu'à obtention d'un nombre de carrés égal au nombre de points du carré ini- tial; à chaque division, on calcule le pourcentage de carrés comportant au moins un point égal à 1 par rapport au nombre total de carrés; ces pourcen- tages constituent les paramètres de caractérisation de l'image constituée par le carré. En outre, le dispositif selon l'invention est avantageusement doté de moyens de visualisation des images stockées en mémoir 3 wvait leur traite- ment par le calculateur. Afin de mieux être comprise, l'invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant, à titre d'exemple, à un mode de réalisa- 13779 tion préféré représenté par les figures 1 à 5 annexées. La figure 1 représente une vue d'ensemble du dispositif selon 1 ' invention. La figure 2 représente un détail agrandi de l'objet analysé dans le dispositif de la figure 1 avec la découpe de l'image en parties'élémentaires. La figure 3 représente un schéma d'ensemble du dispositif de la figure 1 montrant en particulier la disposition des circuits électroniques. La figure 4 représente des courbes dtinterprétation des résultats obtenus par le dispositif de la figure 1 Ces courbes permettent de con- naitre statistiquement l'allure de la structure de l'objet analysé: la courbe Ca correspond à l'échantillon de la figure 5 a; la courbe Cb corres- pond à l'échantillon de la figure 5 b; la courbe Cc correspond à l'échantil- lon de la figure 5 c. Les figures 5 a, 5 b, 5 c représentent, comme nous l'avons annoncé ci-dessus, des échantillons d'objets dont la structure correspond aux cour- bes représentées sur la figure 4. On se reportera tout d'abord à la figure 1. La figure 1 représente un dispositif d'analyse statistique d'un objet 1 placé sur une platine 2 fixée sur un socle 3 L'objet 1 peut par exemple être constitué par une coupe de tissu si l'on se situe dans le do- maine de la médecine. L'objet 1 défile sous un microscope 4 suivant un mouvement liné- aire continu à vitesse constante Une barrette de photodiodes 5 contenue dans un boitier est fixée au microscope 4 Le microscope 4 projette ainsi sur la barrette de photodiodes 5 l'image de la partie de l'objet 1, que l'on appellera "partie élémentaire", placée sous l'objectif du microscope 4 Le déplacement relatif entre l'objet 1 et le microscope 4 permet de fai- re défiler devant l'objectif du microscope 4 l'ensemble de l'objet Ce dé- placement s'effectue perpendiculairement à l'axe de la barrette Sur la fi- gure 1, l'axe de la barrette est perpendiculaire au plan de la figure. Avant l'analyse, l'objet 1 à observer doit être traité de façon à ce que la substance à analyser plus particulièrement apparaisse avec un fort contraste par rapport au milieu environnant (que ce contraste soit po- sitif ou négatif) Ceci peut se faire par exemple par teinture de l'objet ou en utilisant les possibilités du microscope (contraste de phase, diffé- rentiel). Le signal fourni par les photodiodes, c'est-à-dire l'image d'une 13779 partie élémentaire de l'objet,est numérisé par seuillage et échantillonna- ge dans un circuit électronique 7 avant d'être mis en mémoire dans un cal- culateur 8 Le calculateur 8 réalise aussi le traitement de l'image de cette partie élémentaire Ce traitement débute soit immédiatement,soit lorsqu'un nombre déterminé d'images de parties élémentaires, formant une image d'en- semble, ont été mises en mémoire Le traitement de cette image d'ensemble est toujours inférieur au temps d'acquisition dans la mémoire de la totali- té des parties élémentaires de l'image d'ensemble suivante De même que la mise en mémoire des parties élémentaires s'effectue en continu, le traite- ment des images d'ensemble s'effectue donc aussi en continu. Des moyens de visualisation 9 des images stockées en mémoire dans le calculateur avant leur traitement prmettent à l'opérateur un contr 8 le en temps réel de la numérisation de l'image et de la propreté de l'objet étudié En cas de défaut de l'image, des moyens non représentés sont pré- vus pour stopper le traitement des données tout en laissant l'image élec- tronique se former Ainsi, au cas o l'image comporterait une impureté, l'o- pérateur attend que l'impureté ait disparu de l'image avant de redémarrer le traitement des données Une chambre claire non représentée permet égale- ment de superposer l'image électronique visualisée en 9 sur l'image optique de l'objet vue dans le binoculaire: l'opérateur peut donc contr 8 ler à tout moment l'image électronique en même temps que l'image optique de l'objet. En série avec le calculateur 8 se trouve un micro-ordinateur 10 dans lequel les paramètres obtenus pour chaque image après le traitement de l'image par le calculateur 8 sont stockés avant d'être utilisés pour des calculs statistiques ultérieurs lorsque tous les paramètres de toutes les images traitées seront stockées Cet ordinateur 10 comporte des périphéri- ques classiques non représentés sur la figure 1. On se reportera maintenant à la figure 2 Cette figure montre com- ment l'objet à étudier 1 est divisé en images successives, ici des carrés 1 i, et comment chaque carré Il est divisé en parties élémentaires constituées par des colonnes 12 formées d'autant de points que la barrette 5 compte de photodiodes Chaque point est codé sur un bit (point noir ou blanc) Afin de repérer tous les points étudiés de l'objet 1 on a tracé un repère de coordon- nées x O y attaché à l'objet 1 L'axe Oy est parallèle à la direction des pho- todiodes 5 et l'axe Ox est parallèle à la direction du déplacement relatif entre l'objet 1 et la barrette 5 Si une colonne 12 compte N points et que l'on répète N fois l'observation d'une colonne 12, l'objet 1 avançant par 13779 rapport à la barrette 5 de photodiodes avec une vitesse régulière suivant l'axe Ox, on enregistre N colonnes et l'ensemble de ces colonnes forme un carré 11 comptant N 2 points Il faut bien sûr régler la vitesse de déplace- ment de l'objet 1 par rapport à la barrette 5 de façon à obtenir effective- ment des carrés et non des rectangles Cette vitesse doit également être telle que la surveillance de l'objet à étudier dans l'oculaire du micros- cope soit possible et que l'acquisition de lumière par les photodiodes se fasse à un rythme conduisant à un bon contraste Lorsqu'une bande complète telle que la bande 13 a été balayée on doit passer à l'analyse de la bande 14 adjacente Le passage de la bande 13 à la bande 14 s'effectue soit grâce à une intervention de l'opérateur, en déplaçant l'objet à la main, en dé- plaçant la platine par exemple à l'aide d'un manche à balai actionnant les moteurs de la platine, ou en appuyant sur une touche provoquant un mouve- ment type "retour-chariot" de la platine, soit par programmation d'un mou- vement automatique de la platine. La mise en mémoire des colonnes 12 dans le calculateur 8 s'effec- tue en continu, sans tenir compte de la découpe en carrés Par contre, l'al- gorithme de traitement ne s'effectue que carré par carré mais bien sur tou- jours en continu, aucun espace de temps n'existant entre le traitement de deux carrés adjacents. Il est bien évident que l'ensemble des carrés représentés à la figure 2 ne se trouve pas simultanément en mémoire dans le calculateur 8. Le calculateur ne stocke qu'un carré à la fois et dès que le traitement de ce carré est commencé il n'est plus nécessaire de garder en mémoire son ima- ge; la place est ainsi libre pour le carré suivant. La figure 3 permet de mieux comprendre la disposition des divers éléments du dispositif selon l'invention. On peut voir sur cette figure que l'image de l'objet 1 est proje- tée sur la barrette 5 de photodiodes par l'intermédiaire d'un système opti- que qui est, dans ce mode de réalisation précis 1, un microscope Le signal fourni par les photodiodes est ensuite numérisé par échantillonnage et seuil- lage, de manière connue Cette numérisation se fait en continu, colonne par colonne Après numérisation, chaque colonne est mise en mémoire dans le cal- culateur 8 en attendant que le nombre de colonnes soit suffisant pour former un carré Quand un carré est-formé, celui-ci est traité dans le calculateur. Ce traitement fournit une caractérisation de l'image tenant en un nombre dé- terminé de paramètres Ces paramètres sont stockés dans le microordinateur Dès le début du traitement de chaque carré, l'image de ce carré n'est plus conservée dans le calculateur; la place est libre pour l'ensemble des colonnes formant le carré suivant. La figure 3 montre l'écran de visualisation de contr 8 le 9 ainsi que les périphériques du micro-ordinateur Celui-ci peut en effet être pour- vu, sans que cela soit obligatoire, d'un écran de dialogue, d'une table traçante et de disques souples ainsi que d'une table à numériser Il com- porte également un clavier de programmation des calculs statistiques à ef- fectuer quand tous les paramètres sont stockés dans les micro-ordinateurs. La figure 3 montre également un clavier de commande permettant décommander le déplacement de la platine ou de la barrette On voit que ce déplacement peut âtre aussi commandé par le micro-ordinateur 10 lui-même. Le clavier de commande permet aussi d'agir sur le calculateur 8 pour démar- rer ou arrêter le traitement des carrés. Le traitement des carrés est le suivant: il consiste à diviser chaque carré successivement en carrés égaux de plus en plus petits, dont le nombre augmente à chaque division en progression géométrique de raison 4. Ainsi, on divise tout d'abord le carré en quatre petits carrés égaux cha- cun au quart du carré initial, puis on divise chacun des quatre carrés ob- tenus encore en quatre carrés plus petits; on obtient ainsi seize petits carrés égaux chacun au seizième du carré initial On continue cette division jusqu'à obtention d'un nombre de carrés égal au nombre de points du carré initial Il est évident que le c 8 té du carré doit comporter un nombre de points multiple de 4. A titre d'exemple, si l'on choisit des colonnes formées de 256 points, on fera huit divisions successives Le nombre de points-des carrés obtenus après une première division sera égal à 1282 Après une deuxième di- vision le nombre de points d'un carré sera égal à 642 A la huitième divi- sion le nombre de points d'un carré sera égal à 1. A chaque division, on compte le nombre de petits carrés contenant au moins un point égal à 1 par rapport au nombre total de carrés On appel- lera "carré plein" un carré contenant au moins un point égal à 1 Le pourcen- tage de carrés pleins par rapport au nombre total de carrés, à chaque divi- sion, constitue un des paramètres que l'on stocke ensuite dans le microor- dinateur Dans l'exemple donné on obtient huit paramètres Ces paramètres permettent de connaître statistiquement la structure de l'objet étudié En effet, la figure 4 montre que suivant l'allure de la courbe obtenue en por- tant en abscisse le numéro N de la division effectuée, ce numéro allant de 1 à 8, et en ordonnée le pourcentage p(n) de carrés pleins par rapport au nombre total de carrés à chaque division, on peut facilement connattre l'allure générale de la structure de l'objet considéré On a représenté sur la figure 4 trois courbes différentes, les courbes Ca, Cb, Cc La cour- be Ca correspond à la texture de l'objet représenté à la figure 5 a, la courbe Cb correspond à la texture de l'objet de la figure 5 b, et la courbe Cc à la texture de l'objet de la figure 5 c On obtient toujours bien sûr une courbe montante qui tend vers 1, puisque les quatre premiers carrés obtenus après la première division sont dans la plupart des cas toujours des carrés pleins p( 8) indique le pourcentage de points élémentaires à 1 par rapport au nombre total de points du carré p ( 8) donne donc une indi- cation sur la surface totale des pleins, c'est-à-dire des points à 1. p( 7) donne une indication sur le périmètre des ensembles de pleins Par exemple sur la figure 5 c, qui comporte des ensembles fermés de points égaux à 1, le pourcentage p ( 7) est élevé. En médecine, on pourra ainsi analyser un tissu, les pleins cor- respondant aux fibres du tissu, afin de classer celui-ci ou de détecter une anomalie dans ce tissu. Les huit paramètres obtenus permettent ultérieurement de faire un grand nombre de calculs qu'il n'est pas nécessaire de développer ici. Le dispositif selon l'invention présente de nombreux avantages. Il permet de traiter un grand nombre d'images consécutivement, sans nécessi- ter une quantité importante de mémoire vive ni un temps de traitement impor- tant En effet, l'image d'un carré n'est stockée que quelques instants dans le calculateur et le traitement de l'image ne nécessite pas de stocker en mémoire des images intermédiaires Ce traitement est en outre très rapide; il ne dure que quelques secondes Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait que l'observation de l'objet se fait de ma- nière continue et non champ par champ, même si le traitement des données se fait champ par champ Ceci entraine un gain de temps et améliore la pré- cision de l'observation car ltopérateur n'a pas, pour chaque champ, à cadrer la partie de l'objet à observer et à effectuer la mise au point En outre l'opérateur n'a pas à être qualifié puisque l'utilisation du dispositif de- mande très peu d'interventions manuelles. L'analyse des résultats obtenus par le dispositif selon l'inventioi est très précise En effet, il est difficile, à l'oeil nu, d'apprécier des répartitions statistiques alors que l'appareil selon l'invention permet au contraire d'obtenir une bile analyse de façon très précise et très rapide- ment En médecine, par exemple, on pourra suivre avec beaucoup de précision l'évolution dtune maladie en étudiant, grâce au dispositif selon l'inven- tion, des coupes du tissu malade. En outre, le dispositif selon l'invention, en fournissant des résultats sous forme de paramètres, donne des possibilités supplémentaires par rapport à une simple analyse visuelle Il permet d'effectuer des classements, des tracés de courbe, etc Un autre avantage du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il est peu coûteux puisqu'il comporte relativement peu de matériel, la quantité de mémoire utilisée étant réduite. Bien entendu l'invention n'est pas strictement limitée au seul mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple, mais elle couvre - également d'autres modes qui n'en différeraient que par des variantes ou par l'utilisation de moyens équivalents. Ainsi, au lieu de projeter sur la barrette de photodiodes l'image d'un objet observé au microscope, on peut projeter une photographie au moyen d'un dispositif optique L'invention permet donc d'analyser des photogra- phies. Le traitement des images ne se fait pas obligatoirement au moyen d'une découpe en carrés On pourrait concevoir d'autres découpes ou même tout simplement traiter chaque colonne au fur et à mesure de son arrivée dans la mémoire du calculateur. Dans le cas d'une découpe en carrés on peut perfectionner le trai- tement de ces carrés, en formant, en particulier, pour les grandes tailles de carrés, non seulement des carrés adjacents mais aussi des carrés se re- couvrant partiellement de façon à obtenir, pour chaque taille de carrés considérée, le plus grand nombre possible de carrés pouvant être inclus dans le carré initial. Pour obtenir des résultats encore plus précis, on peut également analyser à la fois le positif et le négatif de l'image On obtient ainsi deux fois plus de paramètres que dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple. 13779 REVENDICATIONS 1. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet, caractérisé par le fait qu'il comporte: des moyens optiques ( 4) de projection sur un récepteur photoélectrique ( 5) de l'image d'une partie élémentaire ( 12) de l'objet ( 1), aveccbs moyens de déplacement relatif entre ledit objet ( 1) et ledit récepteur ( 5), en continu, à vitesse constante, de façon à ce que les images de partiesélémen- taires ( 12) différentes de l'objet ( 1) soient projetées en continu sur le- dit récepteur photoélectrique ( 5), des moyens électroniques ( 7) de numérisation en continu de chacune des- dites images ( 12) suivis d'un calculateur unique ( 8) de stockage en conti- nu desdites images ( 12) dans une mémoire vive et de traitement en continu de ces images ( 12) permettant de caractériser celles-ci par un nombre limi- té de paramètres, des moyens électroniques ( 10) de mise en mémoire en continu de ces para- mètres puis de calculs statistiques au moyen de l'ensemble des paramètres mis en mémoire pour une caractérisation moyenne de l'd>jet ( 1) étudié. 2. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit calculateur ( 8) stocke en mémoire un nom- bre déterminé d'images de parties élémentaires ( 12) avant de traiter l'ima- ge ( 11) formée par l'ensemble de ces parties élémentaires ( 12), le traite- ment de l'image d'ensemble ( 11) étant inférieur au temps d'acquisition dans la mémoire de la totalité des parties élémentaires ( 12) de l'image dtensem- ble ( 11) suivante. 3. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que ledit récepteur photoélectrique ( 5) est consti- tué par une barrette ( 5) de photodiodes et que le déplacement relatif entre ladite barrette ( 5) et l'objet ( 1) s'effectue perpendiculairement à l'axe de la barrette ( 5), l'image de la partie élémentaire ( 12) projetée sur la bar- rette ( 5) en continu étant constituée d'une colonne ( 12) formée d'autant de points que la barrette ( 5) compte de photodiodes. 4. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que ledit calculateur ( 8) stocke en mémoire un nom- bre de colonnes ( 12) égal au nombre de points de chaque colonne ( 12) de fa- çon à ce que l'image d'ensemble ( 11) traitée par le calculateur ( 8) soit un carré. 13779 5. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le traitement de chaque carré ( 11) consiste à diviser ledit carré ( 11) successivement en carrés égaux de plus en plus pe- tits dont le nombre augmente, à chaque division, en progression géomètrique de raison 4, jusqu'à obtention d'un nombre de carrés égal au nombre de pints du carré ( 11) initial, et à chaque division, à calculer le pourcentage de carrés comportant au moins un point égal à 1 par rapport au nombre total de carrés, ces pourcentages constituant les paramètres de caractérisation de l'image constituée par le carré ( 11). 6. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon la revendication 5, caractérisé par le fait que pour les premières divisions, en carrés de gran- de tailles, le carré initial ( 11) estdivisé non seulement en carrés adjacents mais aussi en carrés se recouvrant partiellement de façon à obtenir, pour cha- que taille de carrés considérée, le plus grand nombre possible de carrés pou- vant être inclus dans le carré initial ( 11). 7. Dispositif automatique d'analyse statistique d'un objet selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens ( 9) de visualisation des images ( 11) stockées en mémoire avant leur traitement par le calculateur ( 8).