Brevet FR2523792A1 — publié le 19830923

PROCEDE DE TRAITEMENT DE SIGNAL VIDEO ET SYSTEME DE TRAITEMENT POUR SA MISE EN OEUVRE L'invention concerne un procédé de traitement de signal vidéo, notamment pour la conversion analogique - numérique et le stockage numérique des images en vue d'un traitement informatique ultérieur, l'invention concerne également un système de traitement pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Les méthodes de traitement d'images par ordinateur commencent à être appliquées au domaine de la radiographie télévisée. L'un des principaux avantages de tels traitements réside dans la possibilité de réaliser des soustractions électroniques d'images pour augmenter certains contrastes. Plus précisément, on sait que l'observation de certains organes (système vasculaire,tube digestif) aux rayons X se pratique en leur injectant des produits de contraste adaptés. Cependant, I'observation de ces organes ainsi artificielle ment contrastés peut être gênée par le contraste naturel d'autres parties du corps, plus denses, notamment le squelette.Pour résoudre ce problème en radiographie classique, on a déjà réalisé des soustractions d'images en superposant deux clichés successifs, l'un en négatif et l'autre en positif, pris à des instants rapprochés avant et après l'injection du produit de contraste. Ce processus apporte un confort appréciable pour l'interprétation des radiographies mais ne permet pas de mettre en évidence plus de détails qu'il n'y en avait sur les clichés d'origine. La radiographie numérique, par des traitements appropriés des images converties en informations numériques permet d'accrottre encore les contrastes après une première étape consistant en une soustraction logarithmique de deux images et de mettre ainsi en évidence d'autres détails permettant un meilleur diagnostic. L'amélioration des contrastes est telle qu'elle ouvre de nouvelles possibilités dans les méthodes de radiographies elles-mêmes. En particulier, il est devenu possible de réaliser des angiographies en injectant le produit de contraste par voie intraveineuse et en observant son cheminement, ceci malgré la faible dose de produit injecté et une dilution de celui-ci dans le système sanguin telle qu'il ne pourrait être visualisé par des clichés classiques. La première étape importante d'un tel traitement d'images consiste bien entendu à "numériser"les images, c'est-à-dire à transformer chacune en un ensemble d'informations numériques représentatives. Cette conversion d'un signal vidéo analogique se fait par exemple ligne par ligne en associant des valeurs numériques à un certain nombre de valeurs instantanées du signal de ligne (représentatives de la luminosité d'un nombre correspondant de points de la ligne), au rythme d'un signal d'horloge. On sait réaliser la conversion analogique-numérique et le stockage en temps réel. On passe nécessairement par une phase d'échantillonnage du signal vidéo, suivie par une conversion analogique - numérique de chaque valeur de tension échantillonnée. Enfin, les informations numériques sont stockées dans une mémoire d'acquisition ayant une capacité suffisante pour contenir au moins toutes les informations numériques correspondant à une image complète. Si on désire stocker un grand nombre d'images se succédant à un rythme donné, il est nécessaire, après l'acquisition de chaque image, de décharger ladite mémoire d'acquisition vers une mémoire périphérique de grande capacité avant d'y inscrire les informations numériques représentatives d'une autre image, et ainsi de suite ... Le principal problème à l'heure actuelle est dû au temps non négligeable pour transférer les informations de la mémoire d'acquisition à la mémoire périphérique ; ce temps peut être notablement supérieur à l'intervalle de temps séparant deux images successives, dans le cas de prises de vue à cadence élevée Dans une moindre mesure, un problème analogue peut se poser pour la conversion anagique-numérique elle-même, si la définition que l'on désire obtenir nécessite un nombre de lignes important et une fréquence d'échantillonnage très élevée. Ce problème est néanmoins très atténué par les convertisseurs analogiques-numériques extrêmement rapides qui sont désormais disponibles sur le marché. Pour faire face à ces problèmes de vitesse d'acquisition, on a cherché à utiliser un stockage analogique intermédiaire (magnétoscope ou enregistreur à disque magnétique) la conversion analogique-numérique pouvant ainsi être faite ultérieurement par des relectures successives des différentes images.Cependant, dans le cas évoqué ci-dessus de la soustraction logarithmique de deux images converties en informations numériques, il est nécessaire de conserver un repérage géométrique aussi parfait que possible entre les points analogues (c'est-à-dire les points de mêmes coordonnées sur l'écran de visualisation) des deux images à comparer. Ora les variations de vitesse du support magnétique (de même que les élongations sous tension de la bande magnétique, dans le cas de l'utilisation d'un magnétoscope) peuvent perturber ce repérage et faire perdre une partie de son efficacité au traitement informatique ultérieur des images. L'invention permet de résoudre tous ces inconvénients. Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de traitement de signal vidéo représentatif d'une succession d'images, consistant notamment à convertir sous forme numérique une succession de valeurs instantanées dudit signal vidéo au rythme d'un signal d'horloge, caractérisé en ce qu'on stocke ledit signal vidéo sous forme analogique pendant une phase intermédiaire en lui ajoutant un signal périodique et en ce que, pour chaque image ainsi enregistrée, on réalise ultérieurement la conversion analogique-numérique à partir d'au moins une lecture d'une fraction correspondante dudit signal vidéo stocké en extrayant à part ledit signal périodique et en l'utilisant au moins en tant que signal de référence pour l'élaboration dudit signal horloge. Selon une autre caractérisque de l'invention on synchronise ledit signal périodique la fréquence ligne du signal vidéo grâce à une boucle à verrouillage de phase, cette dernière étant pilotée par la fréquence ligne dudit signal vidéo avant enregistrement. La théorie de Shannon impose que la fréquence d'échantillonnage soit au moins le double de la fréquence du signal à échantilloner. On pourra donc ajouter au signal vidéo, avant enregistrement sous forme analogique, un signal périodique de fréquence double de la limite supérieure de la bande passante du signal vidéo, à condition que la fréquence de ce signal périodique soit inférieure à la fréquence de coupure du moyen d'enregistrement lui-même. Si on désire mieux exploiter ce dernier ou si sa fréquence de coupure est trop basse, on peut encore choisir la fréquence dudit signal périt dique à peine supérieure à la limite supérieure de la bande passante du signal vidéo et utiliser un multiplicateur de fréquence à la relecture pour générer le signal d'horloge proprement dit.En général, un simple doubleur de fréquence donnera de bons résultats malgré une precision de phase légèrement moindre que dans le cas précédent. L'invention concerne aussi tout système de traitement de signal vidéo représentatif d'une succession d'images, comportant un moyen d'enregistrement analogique desdites images, un convertisseur analogique-numérique, un circuit d'échantillonnage dont une entrée de signal est reliée à une sortie de lecture dudit moyen d'enregistrement et dont la sortie est reliée audit convertisseur et des moyens d'élaboration d'un signal d'horloge appliqué à une entrée de synchronisation dudit circuit d'échantillonnage, caractérisé en ce que lesdits moyens d'élaboration comprennent, d'une part, un générateur de signal périodique relié à une entrée d'un circuit mélangeur placé en amont dudit moyen d'enregistrement et dont une autre entrée reçoit ledit signal vidéo analogique et, d'autre part, un filtre extracteur, par éxemple du type passe-bande, dont l'entrée est reliée à ladite sortie de lecture dudit moyen d'enregistrement et dont la sortie est reliée à ladite entrée de synchronisation dudit circuit d'échantillonnassé. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un système conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un schéma-bloc d'un système de traitement de signal vidéo conforme au principe de l'invention ; et - la figure 2 est un schéma-bloc d'une variante d'une partie du système de la figure 1 correspondant à l'encadré il de celle-ci. En se référant plus particulièrement à a figure 1, I'installation décrite reçoit un signal vidéo élaboré par une caméra 11, montée sur une installation de radiologie (non représentée) de façon à scruter l'image élaborée par celle-ci. Le système de traitement du signal vidéo comporte un moyen d'enregistrement 12, typiquement un magnétoscope ou un enregistreur à disque magnétique, un convertisseur analogique-numérique 13 et un circuit d'échantillonnage 14 dont la sortie est reliée au convertisseur 13. La sortie du convertisseur 13 est connectée à une mémoire d'acquisition 15 ayant une capacité suffisante pour stocker des informations numériques relatives à au moins une image complète. Cette mémoire d'acquisition est couplée à une mémoire périphérique 16 de grande capacité. Comme mentionné précédemment, le temps de transfert des informations numériques relatives à une image complète depuis la mémoire d'acquisition 13 jusqu'à la mémoire périphérique 16 est non négligeable et c'est essentiellement pour cette raison que le moyen d'enregistrement analogique 12 est utilisé pour stocker en temps réel et sous forme analogique les signaux délivrés par la caméra 11, pendant l'examen radiologique. Cet examen peut en effet nécessiter un grand nombre de prises de vue par seconde, comme par exemple une angiographie. Le moyen d'enregistrement 12 comporte une entrée d'enregistrement E et une sortie de lecture L. Le signal analogique délivré par la caméra 11 est appliqué à l'entrée 17 d'un filtre passe-bas 18 permettant de limiter la bande passante du signal vidéo à un peu moins de la moitié de la fréquence de coupure du moyen d'enregistrement 12. La sortie 19 de ce filtre est reliée à une entrée d'un circuit mélangeur 20 dont la sortie est connectée à l'entrée E du moyen d'enregistrement 12. Un générateur de signal périodique 21 a sa sortie connectée à une autre entrée du circuit mélangeur 20. Ce générateur est synchronisé par une boucle à verrouillage de phase 22 comprenant notamment un filtre 23 accordé sur la fréquence ligne du signal vidéo, ladite boucle 22 recevant le signal vidéo délivré par la caméra 11.Ainsi, le signal périodique délivré par le générateur 21 peut être recalé en phase avec chaque ligne du signal vidéo. Le générateur de signal périodique 21 et le circuit mélangeur 20 constituent une partie des moyens d'élaboration d'un signal d'horloge destiné à être appliqué aux entrées de synchronisation 25 et 26 dudit circuit d'échantillonnage 14 et dudit convertisseur analogique-numérique 13, respectivement. L'autre partie des moyens d'élaboration du signal d'horloge est essentiellement constituée par un filtre extracteur 28, du type passebande, dont l'entrée 29 est connectée à la sortie de lecture L du moyen d'enregistrement 12 et dont la sortie 30 est connectée aux entrées de synchronisation 23 et 26.Dans le mode de réalisation de la figure 1, la fréquence du signal délivré par le générateur 21 est égale à la fréquence d'échantillonnage du circuit d'échantillonnage 14 et le filtre 28 est bien entendu accordé sur cette fréquence, laquelle est le double de la limite supérieure de la bande passante du signal vidéo après son passage à travers k filtre 18. Un autre filtre passebas 31 est connecté entre la sortie de lecture L du moyen d'enregistrement 12 et l'entrée de signal 32 du circuit d'échantillonnage, 14 pour débarrasser le signal vidéo à échantillonner dudit signal périodique. A titre d'exemple, si la fréquence de coupure du moyen d'enregistrement 12 est de 10 MHz et si on souhaite "numériser" une image vidéo en format 512 X 512 avec une durée de 64 microsecondes par ligne, la fréquence du signal d'horloge devra donc être de 8 MHz. Le filtre 18 aura donc une bande passante de 4 MHz et, dans l'exemple de la figure 1, la fréquence du signal délivrée par le générateur 21 serve 8 MHz. Le mode d'utilisation du système décrit découle avec évidence de la description qui précède. Pendant l'examen radiologique, le signal vidéo élaboré par la caméra 11 et représentatif d'une série d'images se succédant à un rythme rapide, est enregistre en temps réel par le moyen d'enregistrement 12 après limitation de sa bande passante et superposition d'un signal périodique délivré par le générateur 21. Ultérieurement, on procède à la relecture image par image du signal vidéo enregistré.Si on suppose qu'une seule lecture de la fraction de signal vidéo correspondant à une image donnée, est suffisante pour charger complètement la mémoire d'acquisition 15, il suffit d'interrompre momentanément la lecture après l'acquisition numérique de. cette image, le temps nécessaire pour le transfert des informations numériques entre la mémoire d'acquisition 15 et la mémoire périphérique 16.Comme le signal d'horloge du circuit d'échantillonnage 14, délivré à la sortie 30 du filtre 28, est extrait du même enregistrement que le signal vidéo à "numériser", il a subi les mêmes déformations que celui-ci et on est donc assuré que ledit signal vidéo est en fait correctement échantillonné à fréquence constante et que deux images différentes seront bien "numérisées" avec un repérage géométrique identique. Si le convertisseur 13 nécessite un temps de conversion incompatible avec la fréquence d'échantillonnage et la fréquence ligne choisies, il est possible de procéder à autant de lectures que nécessaire de la même image pour charger la mémoire d'acquisition, le moyen d'enregistrement étant alors de préférence un enregistreur à disque magnétique. La figure 2 montre une variante dans laquelle la fréquence du signal délivré par le générateur 21 est voisine de la bande passante du signal vidéo, telle que limitée par le filtre 18. Dans ce cas, le filtre passe-bande 28 est monté en cascade avec un doubleur de fréquence 33 dont la sortie 34 est connectée aux entrées de synchronisation 25 et 26. Le filtre passe-bas 31a, analogue au filtre 31 a, toujours une bande passante égale à celle du filtre 18 mais il est préférable d'intercaler un filtre coupe-bande 35 entre sa sortie et l'entrée de signal 32 du circuit d'échantillonnage 14, pour améliorer la rejection dudit signal périodique. Bien entendu, le filtre 35 est accordé à la fréquence du signal délivré par le générateur 21. Les performances du moyen d'enregistrement 12 peuvent ainsi être mieux utilisées. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de signal vidéo représentatif d'une succession d'images, consistant notamment à convertir sous forme numérique une succession de valeurs instantannées dudit signal vidéo au rythme d'un signal d'horloge, caractérisé en ce qu'on stocke (12) ledit signal vidéo sous forme analogique pendant une phase intermédiaire en lui ajoutant un signal périodique (21) et en ce que pour chaque image ainsi enregistrée, on réalise ultérieurement la conver sior. analogique-numérique (13) à partir d'au moins une lecture d'une fraction correspondante dudit signal vidéo stocké en extrayant à part (2%ledit signal périodique et en l'utilisant au moins en tant que signal de référence pour l'élaboration dudit signal d'horloge. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise directement ledit signal périodique extrait en tant que signal d'horloge et en ce que la limite supérieure de la bande passante dudit signal vidéo est au plus ramenée (18) à la moitié de la fréquence dudit signal d'horloge. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère ledit signal d'horloge par multiplication de fréquence (33) à partir dudit signal périodique extrait, ce signal d'horloge ayant une fréquence au moins double de la limite supérieure de la bande passante dudit signal vidéo. 4. Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce qu'on synchronise ledit signal périodique à la fréquence ligne dudit signal vidéo. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste, après une lecture d'une fraction précitée, correspondant à une image complète, dudit signal vidéo, à différer la lecture d'une autre fraction dudit signal vidéo au moins le temps nécessaire au transfert des informations correspondant à ladite fraction de signal vidéo converti depuis une mémoire d'acquisition (15) à une mémoire périphérique (16). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que qu'il consiste à relire successivement la même fraction dudit signal vidéo correspondant à une image donnée, le nombre de fois nécessaire à la conversion analogique-numérique de celle-ci. 7. Système de traitement de signal vidéo représentatif d'une succession d'images, comportant un moyen d'enregistrement analogique (12) desdites images, un convertisseur analogique-numérique (13) et un circuit d'échantillonnage (14) dont une entrée de signal est reliée à une sortie de lecture (L) dudit moyen d'enregistrement et dont la sortie est reliée audit convertisseur et des moyens d'élaboration d'un signal d'horloge appliqué à une entrée de synchronisation (25) dudit circuit d'échantillonnage, caractérisé en ce que lesdits moyens d'élaboration comprennent, d'une part, un générateur de signal périodique (21) relié à une entrée d'un circuit mélangeur (20) placé en amont dudit moyen d'enregistrement et dont une autre entrée reçoit ledit signal vidéo analogique et, d'autre part, un filtre extracteur (28), par exemple du type passe-bande, dont l'entrée est reliée. à ladite sortie de lecture (L) dudit moyen d'enregistrement et dont la sortie est reliée à ladite entrée de synchronisation dudit circuit d'échantillonnage. 8. Système de traitement de signal vidéo selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fréquence du signal délivrée par ledit générateur de signal périodique (21) est égale à la fréquence dudit signal d'horloge. 9. Système de traitement de signal vidéo selon la revendication 7, caractérisé en ce que la fréquence du signal délivré par ledit générateur de signal périodique est voisine de la limite supérieure de la bande passante dudit signal vidéo enregistré et en ce qu'un doubleur de fréquence (33) est intercalé entre la sortie dudit filtre extracteur (28) et ladite entrée de synchronisation (25), un filtre coupe-bande (35) accordé à la fréquence dudit signal périodique étant de préférence insérée entre ladite sortie de lecture (L) dudit moyen d'enregistrement et ladite entrée de signal (32) dudit circuit d'échantillonnage (14). 10. Système de traitement de signal vidéo selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'un filtre passebas est prévu, d'une part, en amont dudit circuit mélangeur (20) et/ou, d'autre part, entre la sortie de lecture (L) dudit moyen d'enregistrement et ladite entrée de signal dudit circuit d'échantillonnage (14). 11. Système de traitement de signal vidéo selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que ledit générateur de signal périodique (21) est synchronisé par une boucle à verrouillage de phase (n) pilotée par la fréquence ligne dudit signal vidéo. 12. Système de traitement de signal vidéo selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que ledit convertisseur analogique-numérique a sa sortie connectée à une mémoire d'acquisition (15) ayant une capacité suffisante pour stocker des informations numériques relatives à au moins une image complète et que cette mémoire d'acquisition est couplée à une mémoire périphérique (16) de grance capacité.