Brevet FR2525844A1 — publié le 19831028

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CORRECTION DES SIGNAUX DE PRISES DE VUES DE TELEVISION La présente invention se rapporte à un procédé pour la correction de certains types de défauts inhérents aux prises de vues avec une caméra de télévision La présente invention se rapporte également au dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Différents défauts peuvent perturber les signaux fournis par le capteur d'une caméra de télévision lors des prises de vues: défauts dus aux caractéristiques de l'optique, défauts dus à la non uniformité de l'éclairage en pluie quand un tel éclairage est utilisé, défauts de non uniformité du niveau des noirs et de la sensibilité Il est connu de corriger ces défauts de façon simple, en ligne et en trame; pour cela des lois de correction dites du premier et du deuxième degré sont utilisées, c'est-à-dire que des droites et des paraboles sont éi eteraiues pour permettre de corriger les signaux relatifs à des points de même abscisse ou de même ordonnée dans la trame; ainsi, par exemple, pour les points de même ordonnée dans la trame (points d'une même ligne), l'abscisse dans la trame de chacun des points est reportée sur le graphique de la droite ou de la parabole et donne une valeur de la droite ou de la parabole qui sert de coefficient correcteur pour le signal ayant l'ordonnée et l'abscisse considérées dans la trame. Une telle manière de procéder s'applique facilement aux disposi- tifs de prises de vues à tube; par contre, avec les dispositifs de prises de vue à l'état solide, tels que par exemple ceux à circuits à couplage de charge (CCD ou charge coupled devices dans la littérature anglo- saxonne), les défauts dus au capteur sont beaucoup trop erratiques et de ce fait ne peuvent être corrigés de manière satisfaisante selon des lois simples De plus il est à-noter que les dispositifs de correction connus nécessitent une étude préalable relativement longue pour déterminer les droites et les paraboles de correction. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients préci- tés, c'est-à-dire de proposer un procédé de correction des défauts des prises de vues de télévision applicable aussi bien à la technologie à tubes de prises de vues qu'à la technologie à capteurs à l'état solide. Ceci est obtenu par des mesures préalables pour chacun des points de la trame d'analyse, par une mise en mémoire des résultats de ces mesures, puis par une correction du signal relatif à un point de la trame en fonction des valeurs mises en mémoire pour le point considéré. Selon l'invention un procédé de correction des signaux fournis par le capteur d'une caméra de télévision lors des prises de vues est caractérisé en ce qu'il consiste d'abord, dans une phase d'acquisition, à mesurer, pour chaque élément photosensible du capteur, les signaux SI et 52 fournis respectivement lorsque l'objectif est obturé et lorsqu'une scène à éclairement uniforme est filmée, puis à effectuer la correction propre- ment dite des signaux S fournis par le capteur lors de l'observation d'une scène, cette correction consistant,au moins pour les signaux S provenant d'éléments photosensibles corrects, à remplacer le signal S par un signal E =(S -51) ( K) o K est une constante et o les valeurs SI et 52 sont relatives au même élément photosensible que le signal S à corriger. La présente invention sera mieux comprise et d'autres caractéris- tiques apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des figures s'y rapportant qui représentent: la figure 1, un dispositif de correction selon l'invention, la figure 2, un organigramme relatif au dispositif selon la figure 1. L'expérience montre que le signal fourni par un capteur d'une caméra de télévision et correspondant à un point de la trame, c'est à dire à un point de la mosaîque d'analyse, peut se mettre sous la forme: S = A + B EI + B E ou, au point considéré du capteur, A représente le courant d'obscurité, B la sensibilité du capteur, El l'éclairement en pluie (quand il existe) reçu, E le flux lumineux reçu de la scène à observer. Le signal S peut être décomposé en deux signaux: un signal SI = A + B EI et un signal B E Le signal Si, qui se réduit au courant d'obscurité A en l'absence d'utilisation d'un éclairage en pluie, est un signal qui peut être considéré comme constant au cours d'une prise de vues dans la mesure o la température du capteur reste stable; en effet l'expérience montre qu'il ne varie que peu avec le temps, du moins avec un matériel de qualité. Le signal SI, qui est une fonction du niveau des noirs et de la sensibilité lorsqu'il y a de l'éclairage en pluie, peut être déterminé facilement en obturant l'objectif de la caméra de télévision. Connaissant le signal SI, la sensibilité B du capteur en un point quelconque de la mosa Yque peut être déterminée à un coefficient multipli- catif près qui sera le même pour tous les points de la mosaïque; en effet si, l'objectif étant ouvert, une scène à éclairement uniforme est observée, le signal S prend la valeur 52 = SI + B E 2 o E 2 représente l'éclairement uniforme; connaissant ainsi 51 et 52 on en déduit B = 52515 E 2 La détermination de SI et B pour tous les points de la mosaïque se fera avant de procéder à une prise de vues et constituera ce qui peut s'appeler la phase d'acquisition. Lors d'une prise de vues un signal S est obtenu pour chacun des points de la mosaïque S = A + B El + B E = SI + B E il est donc possible, connaissant Si et B, de déduire du signal S le signal E = S Isi c'est-àdire le signal S corrigé des défauts mentionnés plus B avant; pour cela le signal SI est retranché du signal S et le signal résultant est divisé par le coefficient B = 52 -5 S ou multiplié par l'inverse de B. Il est à noter que, pour les points de la mosaïque qui seraient défectueux et qui se traduiraient par exemple par des points blancs ou des points noirs sur l'image, la correction indiquée ci-avant n'améliore pas le signal; il y a donc intérêt à détecter ces points défectueux pour ne pas corriger les signaux relatifs à de tels points mais, par exemple, les remplacer par le signal du point précédent de la mosaique. Le procédé de correction qui vient d'être exposé ci-avant est mis en oeuvre dans le dispositif selon la figure 1. La figure 1 montre un dispositif de correction pour la correction des signaux fournis par un capteur, 1, d'une caméra de télévision dont les signaux de commande sont fournis par un circuit de base de temps 2 Dans l'exemple décrit le capteur 2 est un capteur à circuits à couplage de charge mais, a quelques adaptations près, à la portée de l'homme de l'art, le circuit selon la figure 1 est utilisable avec un capteur selon la technologie à tube. Les liaisons entre le circuit de base de temps 2 et le capteur 1 n'ont pas été représentées pour ne pas surcharger la figure et parce qu'elles font partie de la caméra telle qu'elle existe sans le dispositif de correction De même, sur la figure 1, les dispositifs de synchronisation relevant de la technologie courante, n'ont pas été représentés en vue de rendre le dessin plus clair et de simplifier l'exposé. Le capteur 1 fournit les signaux S dont il a été question dans la description ci-avant du procédé de correction selon l'invention Ces signaux sont échantillonnés dans un circuit d'échantillonneur 4 dont le signal qu'il élabore n'est disponible en sortie que sous la commande d'un microprocesseur, 3, de type 6 U O G Ce microprocesseur reçoit du circuit de base de temps l'adresse, p, du point courant c'est-à-dire du point de la trame dont le signal apparaît à la sortie du capteur 1. Le signal de sortie du circuit échantillonneur 4 est envoyé à un convertisseur analogique-numérique, 5, qui comporte 8 sorties reliées au microprocesseur 3 pour fournir séquentiellement à celui-ci, après deux ordres d'entrée-sortie, une information numérique de 12 bits ( 8 bits 4 bits), représentative de la valeur du signal du point courant. Dans la phase d'acquisition dont il a été question lors de la description du procédé selon l'invention, l'objectif de la caméra est d'abord obturé et les signaux fournis par le capteur sont mis en mémoire pour chaque point de la mosaïque A cette fin les signaux 51 que reçoit alors le microprocesseur 3 du convertisseur analogique-numérique 5 sont envoyés dans deux mémoires composées chacune de 24 boîtiers de mémoires dynamiques de 64 k bits (RAM dans la littérature anglo- saxonne>, nécessitant une lecture ou un "rafraîchissement" (refresh dans la littérature anglo-saxonne) au moins toutes les 2 m S pour ne pas perdre leur contenu L'adressage à l'une ou l'autre des deux mémoires se fait en fonction de la parité de la trame considérée grâce au signal de parité de trame, j; ce signal est fourni, par le circuit de base de temps 2, directement à la mémoire 12 qui stocke les informations relatives aux points des trames paires; le signal j est fourni, à travers un inverseur 14, à la mémoire 13 qui stocke les informations relatives aux points des trames impaires. Un signal C d'écriture-lecture, fourni par le microprocesseur 3, commande l'écriture ou la lecture dans les mémoires 12, 13. A chaque point de la mosaïque correspond, dans l'une des mémoi- res 12, 13, une zone de stockage d'information comportant une série de 24 emplacements d'une contenance de 1 bit chacun Les 12 premiers bits sont destinés au stockage de l'information SI; les bits du 13 e au 23 e, sont destinés au stockage de la valeur t (o B est le coefficient défini ciavant dans la description du procédé selon l'invention); le 24 e bit, comme il apparaîtra dans la suite de la description, est destiné à donner une information sur la qualité de l'information à attendre relativement au point de la mosaïque considéré en fonction des valeurs relevées pendant la phase d'acquisition. Toujours dans la phase d'acquisition, après que les informations SI relatives à tous les points aient été mises en mémoire, les coefficients 1 = 52 E 2 doivent être déterminés Dans cette formule tirée de la valeur B = 52 -1 Siétablie plus avant, la valeur 1 est fonction de SI qui vient E 2 es ocinde S u in d'être mis en mémoire, de 52 et de E 2 o 52 est, pour chaque point, le signal fourni par la mosaïque en fonction d'un éclairement E 2 aussi uniforme que possible pour tous les points Pour obtenir 52, l'objectif étant ouvert sur une valeur de diaphragme quelconque, une scène à éclairement uniforme sert d'élément d'observation; le diaphragme est alors réglé de manière que le signal de sortie du capteur I ait une valeur moyenne, sur l'ensemble des points, de E 2 = Vs + Vo o Vs est la tension 2, u V S l eso moyenne de saturation des éléments photosensibles du circuit à couplage de charge du capteur I et Vo la tension moyenne mesurée pour le courant d'obscurité. Dans cette partie de la phase d'acquisition le microprocesseur, 3, reçoit les signaux 52 sous forme numérique du convertisseur analogique- numérique 5 Par le signal p d'adresse du point courant fourni par le circuit 2, le microprocesseur I connaît la position, dans celle des mémoires 12, 13 désignée par le signal j de parité de trame, du signal SI correspondant au point dont il reçoit le signal 52; le microprocesseur peut donc lire ce signal SI et, grâce à sa propre mémoire programme, effectuer le calcul de = Vr 2 sô) ou plus exactement de,-_ i ZK -1 ou K est un coefficient prédéterminé dont la valeur est la même pour tous les points Le calcul est effectué sur les 12 bits des signaux SI et 52 mais seuls les 10 bits de poids fort du résultat obtenu sont stockés dans les mémoires 12 et 13. Dans le 24 e emplacement de la zone de stockage d'information, est envoyé par le microprocesseur 3 un bit I si, pour les signaux SI et 52 relatifs au point considéré, on a L être diverses: fibre optique cassée, fort courant d'obscurité, court- circuit, élément photosensible défectueux, liaison coupée Lorsque la phase d'acquisition est terminée, c'est-à-dire que la totalité des informations "Si, 1/B et défaut éventuel" (en abrégé "SI-l/B-d" dans ce qui suit) est stockée dans les mémoires 12, 13, une scène quelconque peut être filmée par la caméra de télévision et les signaux S fournis par le capteur peuvent être corrigés. Pour effectuer la correction proprement dite, le signal S du point courant, fourni par le capteur 1, est envoyé sur l'entrée "+" d'un circuit soustracteur 20 Sous la commande du circuit de base de temps 2, qui en fournit l'adresse, l'information "SI-l/B-d" relative à ce point courant, est lue dans celle des mémoires 12, 13 qui la contient; la mémoire o se trouve l'information en question est désignée par la valeur du signal de parité de trame, j, qui, comme il a été indiqué précédemment, arrive directement sur la mémoire 12 et à travers l'inverseur 14 sur la mémoire 13. L'information " 51-1/B-d" est envoyée des mémoires 12, 13 vers trois multiplexeurs 15, 16, 17 dont les connexions internes sont comman- dées par le signal de sortie de l'inverseur 14 c'est-à-dire par l'inverse, j, du signal de parité de trame Quand le signal j a la valeur 0 ce sont les signaux venant de la mémoire 12 qui traversent les multiplexeurs 15, 16, 17, et quand j = 1 ce sont les signaux venant de la mémoire 13 Les 23 bits de l'information "Si -I/B-d" sont dirigés, pour les 12 premiers (informa- tion SI) vers le multiplexeur 15, pour les 10 suivants (information I/B) vers le multiplexeur 16 et pour le dernier (information d de défaut éventuel) vers le multiplexeur 17. Les sorties des multiplexeurs 15, 16 sont respectivement réunies aux entrées de deux convertisseurs numériques-analogiques 18, 19 qui délivrent donc, sous forme analogique, les signaux SI et 1 relatifs au point courant dont le signal S est appliqué sur l'entrée "+" du circuit soustrac- teur 20. Le signal analogique Si du convertisseur 18 est appliqué à l'entrée du circuit soustracteur 20 Le signal S-SI de sortie du circuit 20 est appliqué à l'une des entrées d'un circuit multiplicateur 21 qui reçoit sur son autre entrée le signal analogique I/B fourni par le convertisseur 19; ce circuit multiplicateur 21 donne donc sur sa sortie le signal (S-51) B = E qui est le signal corrigé recherché. Le signal corrigé E est envoyé d'une part sur l'entrée d'un circuit à retard 22 et d'autre part sur la première entrée d'un multiplexeur 23, qui reçoit sur sa seconde entrée le signal de sortie du circuit à retard 22 Le retard du circuit à retard 22 est égal au décalage dans le temps de deux points successifs d'une même ligne dans une trame d'analyse Le signal de commande d'aiguillage du multiplexeur 23 est constitué par le signal de sortie du multiplexeur 17, c'est-à-dire par le signal, d, de défaut éventuel du capteur I relativement au point courant dont le signal corrigé apparaît à la sortie du circuit multiplicateur 21 Ainsi lorsque d a la valeur 1, c'est-à-dire lorsque aucun défaut n'a été constaté dans la phase d'acquisi- tion pour le point courant considéré, le multiplexeur transmet le signal E = S-b de ce point courant Par contre, lorsque d a la valeur 0, c'est le signal E du point précédant le point courant considéré qui est transmis. Ainsi le signal fourni par le multiplexeur 23 correspond bien au signal S corrigé tel qu'il était prévu de l'obtenir dans le procédé de correction décrit au début de ce texte. Dans l'exposé ci-avant la commande des mémoires 12, 13 par le microprocesseur 3 n'a été décrite que par les résultats obtenus; les moyens mis en oeuvre pour effectuer cette commande vont être décrits ci-après. Il est à rappeler tout d'abord que les mémoires 12 et 13 nécessi- tent un "rafraîchissement" de leur contenu au moins toutes les 2 m S Il est nécessaire de procéder à un tel rafraîchissement dans deux cas: d'une part, pendant la phase d'acquisition, lorsque le microprocesseur 3 effectue des calculs et d'autre part, pendant que les corrections sont effectuées, lors des intervalles de suppression trame. Pour fournir aux mémoires 12 et 13 l'adresse, p', o doit être effectuée une écriture ou une lecture, le dispositif de correction selon la figure 1 comporte deux multiplexeurs 8, 9, de type 74 LS 257 Un signal d'acquisition, Ac, fourni par le microprocesseur, indique lorsqu'il a la valeur I qu'une phase d'acquisition est en cours, et lorsqu'il a la valeur 0 qu'une correction peut être effectuée Le signal d'acquisition est appliqué sur la première entrée de deux portes ET, 6 et 7; la première entrée de la porte 7 est une entrée avec inverseur et la porte ET 7 n'est donc passante que lorsque la phase d'acquisition est terminée Sur la seconde entrée des portes ET 6 et 7 est appliqué un signal de commande de " 1 rafraichis- sement", Ra, qui est élaboré par le microprocesseur 3 d'après les critères indiqués au paragraphe précédent. Les signaux de sortie des portes ET 6 et 7 constituent respecti- vement les signaux de commande des multiplexeurs 8 et 9 Ces multiple- xeurs reçoivent, respectivement, sur leurs premières entrées l'adresse, p', indiquée par le microprocesseur 3 et l'adresse, p, du point courant indiquée par le circuit de base de temps, 2; ils reçoivent, sur leur secondes entrées, le signal de rafraîchissement délivré par un compteur 1 I qui fournit 128 impulsions successives à une fréquence de 2 M Hz et qui ne fonctionne que lorsque le signal de rafraîchissement, Ra, a la valeur 1. Les sorties des multiplexeurs 8, 9 sont reliées à travers un circuit OU, 10, aux entrées d'adressage des mémoires 12, 13. Le programme du microprocesseur 3 de la figure 1, dans le cadre du fonctionnement du dispositif de correction, est illustré sur la figure 2 et est commenté ci-après en faisant référence aux circuits de la figure 1. A la mise sous tension du dispositif le microprocesseur 3 effectue une remise à zéro du contenu des mémoires 12, 13 Puis le microproces- seur est sollicité (Initialisation 1) par un signal qui lui indique que l'objectif de la caméra est obstrué et qu'une phase d'acquisition doit commencer Une mise en mémoire (mémoires 12, 13) de la valeur SI de la tension d'obscurité pour chacun des points de la mosaïque du capteur est alors effectuée. Quand la mise en mémoire de la totalité des valeurs SI est effectuée, le processus d'acquisition est suspendu (mise en attente) afin de permettre d'enlever le cache qui obstruait l'objectif de la caméra et de placer devant cet objectif une scène à éclairement uniforme réglé de manière que les éléments photosensibles du capteur 1 fournissent une tension qui, sur l'ensemble de ces éléments photosensibles, soit égale à Vs + 2 Vo (Vs et Vo tension moyenne de saturation et tension moyenne d'obscurité pour les éléments photosensibles) Quand ces opérations sont terminées le microprocesseur 3 est à nouveau sollicité (Initialisation 2) par un signal qui lui indique que la phase d'acquisition peut être poursuivie plus avant. Il est alors procédé au calcul, pour chacun des éléments photosen- sibles du capteur, de la valeur l = K (K constante prédéterminée, SI B 52Si tenrioi,>n C'scu rté relative à chaque élément photosensible et contenue dans les mémoires 12, 13 et 52 tension fournie par chaque élément photosensible pour la scène à éclairement uniforme) Ces valeurs B sont mises en mémoire (mémoires 12, 13) au fur et à mesure qu'elles sont obtenues Il est à noter que le calcul de B est relativement long, en particulier du fait que Si doit, à chaque fois, être extrait des mémoires 12, 13; il en résulte que le calcul de la totalité des valeurs B s'effectue sur plusieurs trames successives. Après le calcul des valeurs B il est procédé au contrôle des éléments photosensibles (Point défectueux ?): si les mesures effectuées pour un élément photosensible ne donnent pas L 12, 13) au fur et à mesure qu'elle est obtenue. Quand la totalité des informations 1 et "défaut éventuel" est mise en mémoire le dispositif est prêt à effectuer une correction des signaux de prise de vues de la caméra. 1 La présente invention est susceptible de diverses variantes au dispositif décrit ci-avant C'est ainsi que, par exemple, la valeur SI mise en mémoire peut être une valeur moyenne obtenue à partir des valeurs mesurées, pour le même élément photosensible, sur plusieurs trames La valeur 52 qui, avec SI, sert au calcul de 1 peut être obtenue de la même manière Il est également possible d'envisager de tenir compte de l'évolu- tion de certains paramètres (température ambiante, degré hygrométrique de l'atmosphère, distance focale de zoom, ouverture du diaphragme -) par exemple au moyen de coefficients multiplicateurs rectificatifs appliqués aux valeurs SI et 1 fournies, sous forme analogique, par les convertisseurs numériques-analogiques 18, 19. Il REVENDICATIONS 1 Procéde de correction des signaux fournis par le capteur d'une caméra de télévision lors des prises de vues, caractérisé en ce qu'il consiste d'abord, dans une phase d'acquisition, à mesurer, pour chaque élément photosensible du capteur, les signaux SI et 52 fournis respective- ment lorsque l'objectif est obturé et lorsqu'une scène à éclairement uniforme est filmée, puis à effectuer la correction proprement dite des signaux S fournis par le capteur lors de l'observation d'une scène, cette correction consistant, au moins pour les signaux S provenant d'éléments photosensibles corrects, à remplacer le signal S par un signal E = (S SI K o K est une constante et o les valeurs SI et 52 sont relatives au même élément photosensible que le signal S à corriger. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à n'effectuer le remplacement du signal S par le signal E que lorsque, pour l'élément photosensible considéré, 52 KSI est supérieur à L et inférieur à, M (L et M valeurs prédéterminées) et, si ce n'est pas le cas, à remplacer S par le signal E relatif à l'élément photosensible qui, dans le déroulement de l'analyse, précède l'élément photosensible considéré. 3 Dispositif de correction pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de gestion ( 3); des moyens de mise en mémoire ( 12, 13) pour stocker pendant la phase d'acquisition, sous la commande des moyens de gestion et pour chaque élément photosensible, des valeurs représentatives de SI et de = 52 KS; des moyens de calcul ( 20, 21) pour recevoir pendant la correction proprement dite d'une part, du capteur, le signal S et d'autre part, des moyens de mise en mémoire, les valeurs représentatives de SI et de i se rapportant au même élément photosensible que le signal S considéré à un instant donné et pour fournir un signal de la forme E = B et, en ce que l'adresse des moyens de mise en mémoire pour fournir les valeurs représentatives de SI et de t est constituée par le signal d'adresse du point courant (p) délivré par le circuit de base de temps ( 2) de la camera. 4 Dispositif de correction selon la revendication 3 pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de gestion ( 3) sont conçus pour contrôler la valeur i/B relative à chaque élément photosensible et pour fournir une information de défaut si la condition 1/B supérieur à L et inférieur à M n'est pas remplie et en ce que les moyens de mise en mémoire sont destinés à stocker cette information de défaut.