Brevet FR2596939A1 — publié le 19871009

Dispositif de correction dynamique des défauts de géométrie et de convergence de l'objectif d'une caméra, et caméra utilisant un tel dispositif L'invention se rapporte au domaine des caméras de télévision et plus particulièrement à la correction des défauts obtenus dans l'image résultant de l'analyse, du fait que les conditions de fonctionnement, notamment focale et mise au point, varient. Dans les caméras modernes actuelles, le réglage des tensions de balayage, nécessaire pour corriger certains des défauts obtenus sur les images résultant de l'analyse, est réalisé automatiquement avant chaque prise de vue au moyen d'un dispositif électronique à microprocesseur utilisant une image de référence ou mire, sous la forme d'un diascope le plus souvent incorporé à l'objectif. Ce diascope interne à l'objectif correspond par définition à une image de référence pour un point de fonctionnement donné. Par exemple pour un objectif donné le diascope peut correspondre à la prise de vue d'une mire de dimensions données, par exemple 60 x 45 cm, placée à une distance prédéterminée, soit 3 m, c'est-à-dire une focale de 43 mm, et F avec un éclairement tel que l'iris de l'objectif soit ouvert à En dehors de ce point de fonctionnement pris comme référence, Cest-à-dire dans la plage d'utilisation de la caméra où la distance focale et la mise au point sont à chaque instant adaptés à la prise de vue en cours, des défauts liés à ces variations dégradent la qualité de l'image finale.Ces défauts sont: - la distorsion de géométrie, en coussin ou en tonneau fonction de la focale utilisée et la distance de mise au point; - la variation des convergences, dues aux abérrations chromati ques, fonction de la focale utilisée; - le dôme de I'objectif, fonction de l'iris et surtout visible à ouverture maximale. L'invention a pour objet de corriger d'une manière dynamique, c'est-à-dire en temps réel, les défauts résultant des variations du point de fonctionnement de la caméra, éventuellement en complément d'une correction statique au moyen d'un diascope réalisée au début d'une prise de vue. Le brevet américain 3 872 499 décrit un système de correction d'image de télévision destiné à compenser les défauts résultant des variations des paramètres optiques comme la distance focale, en utilisant des signaux caractéristiques des réglages des paramètres optiques, soit par exemple un signal obtenu à partir d'un potentiomètre lié au système mécanique de variation de la focale de l'objectif zoom. Dans un tel système les moyens analogiques décrits pour la mise en oeuvre des corrections nécessaires supposent que les variations des défauts à corriger soient facilement liées aux valeurs d'éléments électroniques de réglage c'est-à-dire suivent des lois linéaires ou logarithmiques par exemple. Ces corrections ne peuvent être que des corrections du ler ordre et laissent subsister des erreurs du 2e ordre.De plus, il est difficile avec un tel système analogique de combiner des signaux de correction résultant des variations de plusieurs paramètres optiques, par exemple le zoom, l'iris, et la focale.' Pour résoudre de manière efficace et rapide le problème des variations du point de fonctionnement, le dispositif de correction dynamique selon Invention permet de compenser notamment les défauts du second ordre qui subsistent entre le diascope et l'objectif du fait des variations des conditions de fonctionnement, et même éventuellement Pensemble des défauts lorsqu'il n'y a pas de réglage statique initial. Suivant l'invention un dispositif de correction dynamique des défauts de géométrie et de convergence d'une caméra en fonction de la focale et de la mise au point de l'objectif, en cours de prise de vue, est caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à mémoire dans lequel sont enregistrées des données de correction de géométrie et de convergence pour tous les couples de paramètres de réglage de focale et de mise au point de l'objectil, en ce que l'adressage de cette mémoire est réalisé à partir des valeurs de focale et de mise au point données par des dispositifs de recopie de ces paramètres, et en ce que les données de correction de géométrie et de convergence sont appliquées à un circuit d'élaboration de signaux analogiques de correction de balayages horizontaux et verticaux. L'invention a également pour objet une caméra utilisant un tel dispositif. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques apparaîtront à l'aide de la description qui suit en référence aux figures annexées. La figure I illustre le type de défauts à corriger; La figure 2 est un schéma synoptique très général d'une caméra utilisant un dispositif de correction suivant l'invention; La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif de correction selon l'invention; Les figures 4a et 4b représentent les déformations respectivement en vertical et en horizontal; Les figures 5a et 5b représentent des signaux de base de la caméra, utilisés pour réaliser les corrections correspondantes. Si on analyse la cause des défauts, comme indiqué ci-dessus, trois paramètres sont à l'origine des défauts de géométrie et de convergence d'un objectif - la focale utilisée - la distance de mise au point - l'ouverture de l'iris. Il faut éventuellement ajouter un quatrième paramètre si l'objectif utilise un multiplicateur de focale. La loi régissant ces défauts est très complexe, mais l'analyse montre que les variations de zoom affectent de manière importante la géométrie et la convergence, et que la mise au point affecte de manière sensible la géométrie. Les défauts dus aux variations de l'iris, effet de dôme, surtout visibles à ouverture maximale ne seront pas considérés ici. Une correction statique initiale par mesure, traitement digital, et élaboration des corrections de balayage à partir de l'analyse de l'image obtenue pour un diascope, dans les conditions de fonctionnement déterminées par le diascope est quasi parfaite.Les corrections différentielles à apporter du fait des variations du point de fonctionnement de la caméra peuvent être considérées comme des variations du second ordre par rapport aux corrections statiques réalisées à partir du diascope. L'analyse de ces défauts fait apparaître les défauts de géométrie et de convergence mentionnés ci-dessus. Les défauts de géométrie correspondent à la somme des deux défauts: - un défaut global sur toute la surface de l'image, allure hyperbolique; - un défaut plus spécifique dans les coins de l'image. Ces défauts sont représentés sur la figure 1 qui montre l'image théorique d'un rectangle en pointillés et l'image réelle de ce même rectangle en trait plein. Ils ont une symétrie de révolution par rapport au centre de l'image qui correspond à l'axe optique de l'objectif. Comme indiqué ci-dessus ces défauts varient en fonction de la distance focale d'une part et de la mise au point d'autre part. L'analyse des défauts de convergence dus à l'objectif montrent qu'ils ont une forme similaire au défaut de géométrie, c'est-à-dire avec une symétrie de révolution par rapport au centre de l'image, leur amplitude étant fonction de la distance au centre de l'image. Ces défauts ont pour origine la variation du grandissement de l'image optique en fonction de la longueur d'onde. Autrement dit les trois images, rouge, verte, bleue formées sur les tubes de prises de vue en sortie du séparateur optique n'ont pas un grandissement identique sur toute la plage de variation de la distance focale de l'objectif zoom; ce qui conduit aux variations du second ordre des convergences constatées par rapport au point de fonctionnement initial correspondant au diascope pendant la zooming. Ces défauts de convergence peuvent donc être assimilés à un défaut de grandissement fonction de la distance focale, et de la position des points d'image par rapport au centre. Pour résoudre ce problème, la demanderesse propose un dispositif de correction destiné à agir sur les signaux de balayage horizontaux et verticaux, balayage ligne et balayage trame, en plus d'éventuels autres signaux de correction déjà appliqués aux circuits de balayage et destinés à résoudre d'autres types de problèmes, ces signaux additionnels étant obtenus à partir d'un étalonnage de l'objectif, car les défauts sont dus aux caractéristiques physiques de l'objectif. L'étalonnage de l'objectif peut être obtenu du constructeur si les erreurs de géométrie et de convergence par rapport à une position de référence sont connues de lui; l'étalonnage de l'objectif peut également être obtenu directement au moyen d'un programme de tests. Dans les deux cas les valeurs de correction différentielle, qui doivent être additionnées aux valeurs de correction du premier ordre correspondant à une mire optique placée dans des conditions prédéterminées de focale et de mise au point, sont mises en mémoire. Le dispositif de correction permet alors, en dynamique, d'ajuster l'amplitude des signaux de balayage pour obtenir une compensation quasi parfaite des défauts de géométrie et de convergence. La figure 2 est un schéma synoptique général d'une caméra utilisant un dispositif de correction suivant l'invention. Ce système comporte principalement le système optique de la caméra avec son objectif 10; la lumière reçue par cet objectif est analysée dans un circuit d'analyse 11 qui fournit le signal vidéo; ce signal vidéo est transmis aux circuits de traitement vidéo de la caméra d'une part et est également utilisé, en période d'initialisation, pour rajustement des signaux de balayage au moyen d'un circuit de correction automatique des balayages. Ce circuit de correction automatique ou "set up" 12 analyse le signal vidéo particulier dit de référence correspondant à la mire optique, ou diascope, couplée à l'objectif. Ce circuit de correction automatique des balayages élabore des valeurs de correction statiques au début de chaque phase de prise de vue.Cette correction automatique est classique. Elle se fait par mesure des différences entre le signal vidéo reçu et le signal vidéo de référence associé à la mire, traitement digital de ces mesures de différence, et élaboration des corrections correspondantes à appliquer au circuit de balayage 13 de la caméra. Ce circuit de balayage 13 commande le déplacement du spot sur le tube d'analyse 11. Suivant l'invention en plus de cette correction statique connue par un circuit de correction automatique, le dispositif de correction 14 introduit une correction de second ordre à partir du point de fonctionnement de l'objectif c'est-à-dire de la distance focale et de la mise au point, en dynamique, ces deux paramètres recopiés permettant d'adresser une mémoire PROM dans laquelle ont été au préalable mis en mémoire les signaux différentiels de correction à combiner aux signaux de correction de balayage classiques. La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif de correction dynamique selon l'invention. Un système de recopie de la focale de l'objectif zoom alimente un circuit d'adaptation 1 qui calibre le signal recopié pour l'amener dans la plage d'un convertisseur analogiquenumérique 2. De même, un système de recopie de la mise au point de l'objectif alimente un circuit d'adaptation 3 qui permet d'amener le signal le signal de recopie de mise au point dans la plage d'un convertisseur analogique-numérique 4. Les deux convertisseurs analogiques-numériques 2 et 4 ont leurs sorties multiples codées par exemple sur 6 bits, reliées à un bus d'adresse 100. Dans le cas où l'objectif dispose également d'un doubleur de focale, cette information est appliquée sous forme binaire au même bus d'adresse et constitue le 13e bit.Une information caractéristique du type d'objectif utilisé est également transmise sur le bus d'adresse, et par exemple codée sur 2 bits. Ces 15 bits disponibles sur le bus d'adresse 100 sont utilisés pour adresser deux mémoires PROM 5 et 6 dont les sorties de données sont reliées à un bus de données 200. Ces mémoires contiennent à chaque adresse codée sur 15 bits un mot de données de 8 bits dans la mémoire 5 et un mot de 8 bits dans la mémoire 6; ces 16 bits représentent trois valeurs de correction différentielle, en numérique, représentant l'erreur différentielle de géométrie åG à appliquer simultanément aux trois voies R, V et B, l'erreur de superposition de la voie rouge par rapport à la voie verte, bR, et l'erreur de superposition de la voie bleue par rapport à la voie verte, bB, à appliquer à la voie B.Par exemple Perreur de géométrie IiG est codée sur 6 bits, et les erreurs de superposition,R et AB sont codées chacune sur 5 bits. Ces valeurs numériques d'erreurs différentielles transmises sur le bus de données 200 de 16 bits sont appliquées à trois convertisseurs numériques-analogiques 7, 8 et 9, les sorties de ces convertisseurs étant reliées à des circuits de filtrage respectivement 17, 18 et 19. Ces valeurs de correction traduisent des variations de la vitesse de balayage, et elles sont appliquées à ces circuits de balayage comme indiqué ci-après. Des signaux de base utilisés classiquement pour les corrections de balayage, et donc disponibles dans la caméra, sont utilisés dans le dispositif de correction: il s'agit d'un signal en dents de scie à la fréquence ligne, d'un signal en dents de scie à la fréquence trame, d'un signal en forme de parabole à la fréquence ligne et d'un signal en forme de parabole à la fréquence trame. Ces signaux sont appliqués à des interrupteurs de commande 20, 21, 22 et 23 commandés par un circuit logique 24. Le circuit logique de commande 24 reçoit un signal de commande marchearrêt, M/A, un signal indiquant la présence de l'objectif, OB3, un signal caractéristique de la présence du diascope, DIA, et un signal de commande de test de la caméra. Enfin, des ajustements initiaux du montage électronique (correction d"offset") doivent être prévus pour garantir l'absence de correction additionnelle au centre de l'image. Ces corrections ne sont pas détaillées ci-après. Les corrections de géométrie nécessaires pour obtenir un réglage correct utilisent des signaux de base composites qui tendent à déformer le balayage selon un coussin si la distorsion est en forme de tonneau, ou en tonneau si la distorsion est sous forme de coussin comme représenté sur les figures 4a et 4b qui représentent respectivement les déformations en vertical et en horizontal.Ces signaux de base composites représentés sur les figures Sa et 5b sont obtenus par multiplication au moyen de deux multiplicateurs 50 et 51: le multiplicateur 50 reçoit sur ses deux entrées, le signal en dents de scie à la fréquence ligne et la parabole à fréquence trame pour corriger les déformations des lignes verticales de l'image; le multiplicateur 51 reçoit sur ses deux entrées la parabole à fréquence ligne et le signal en dents de scie à fréquence trame pour corriger les déformations de lignes horizontales. Les sorties des multiplicateurs 50 et 51 sont respectivement reliées aux premières entrées de deux autres multiplicateurs respectivement 52 et 53 qui reçoivent sur leurs secondes entrées le signal analogique de correction différentielle de géométrie issu du circuit de filtrage 17. Ainsi les signaux de base à la sortie des multiplicateurs 50 et 51 sont modulés en amplitude par la valeur d'erreur différentielle de géométrie mise en mémoire à la suite de l'étalonnege, puis convertis en analogique. Ces signaux de correction sont appliqués à l'entrée d'amplificateurs respectivement 54 et 55 qui fournissent des signaux d'erreur différentielle pour corriger la géométrie des lignes horizontales, GH et GV des trois voies rouge, verte et bleue, R, V, B. Pour compenser en outre les erreurs de superposition dans les voies rouge et bleue, par rapport à la voie verte, les signaux de base en dents de scie respectivement à la fréquence ligne et à la fréquence trame sont modulés par les signaux d'erreur différentielle tsR et B, ces modulations permettant de corriger les erreurs de grandissement des voies rouge et bleue par rapport à la voie verte.Pour cela le signal en dents de scie à la fréquence ligne est appliqué aux premières entrées de deux multiplicateurs 56 et 57 recevant sur leurs secondes entrées respectivement les signaux d'erreur différentielle de superposition AR ET AB. Les sorties de ces deux multiplicateurs sont respectivement reliées aux entrées de deux amplificateurs 58 et 59 fournissant les signaux de correction de superposition horizontale des voies rouge et bleue, respectivement 5HR et SHB.De la même manière le signal de base en dents de scie à la fréquence trame est appliqué aux premières entrées de deux multiplicateurs 60 et 61 dont les secondes entrées reçoivent les mêmes signaux d'erreur différentielle de superposition AR et AB. Les sorties de ces multiplicateurs sont reliées respectivement aux entrées de deux amplificateurs 62 et 63 qui fournissent les signaux de correction d'erreur différentielle de super position verticale des voies rouge et bleue, respectivement SVR et SVB. I1 est connu que les variations de vitesse de balayage nécessaires pour corriger les erreurs de géométrie induisent des taches dans Pimage résultante. Pour éviter cet inconvénient, un signal différentiel de correction de tache peut également être produit, pour rattraper Peffet de ces variations de vitesse nécessaires aux corrections de la manière suivante: le signal en forme de parabole à la fréquence ligne est appliqué à la première entrée d'un multiplicateur 64 dont l'autre entrée reçoit le signal d'erreur de géométrie QG qui représente la correction commune appliquée aux trois voies, en négligeant les corrections de second ordre des voies rouge et bleue par rapport à la voie verte pour la convergence.Le signal de sortie du multiplicateur 64 est alors appliqué à un amplificateur de sortie 65 qui fournit un signal d'erreur différentielle à additionner au signal de correction de tache dans la caméra obtenu par des moyens classiques. Les valeurs numériques nécessaires à la correction des erreurs différentielles sont liées à l'objectif. Elles peuvent être données par le constructeur, ou elles peuvent être déterminées expérimentalement au moyen de tests qui permettent d'étalonner l'objectif, c'est-à-dire de déterminer pour chaque couple de valeurs de mise au point et de focale les corrections d'erreur supplémentaires à appliquer par rapport aux corrections statiques définies pour un point de fonctionnement de focale et mise au point bien déterminé.De manière expérimentale, I'étalonnage de l'objectif en fonction des valeurs de focale et de mise au point peut être réalisé par un programme de tests utilisant une mire constituée d'une succession de rectangles dont le centre est placé sur l'axe optique de l'objectif et dont les dimensions restent dans le rapport 4/3, les déformations obtenues dans l'image résultante étant mises en mémoire sous forme numérique. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation précisément décrit et représenté. En particulier, il a été indiqué que les valeurs mises en mémoire étaient des valeurs différentielles correspondant aux déformations fonction de la focale et de la mise au point par rapport à une image de référence correcte obtenue par comparaison entre une mire optique et l'image qui en résulte. Les valeurs d'erreur initiale correspondant à ce réglage statique peuvent être également mises en mémoire; elles correspondent alors à des décalages appliqués à toutes les valeurs mises en mémoire les valeurs correspondant à dc et åR AB étant alors différentes de 0 pour le centre de l'image, dans les conditions de focale et de mise au point associées dans le mode de réalisation décrit à l'image de référence par diascope. Le dispositif de correction selon l'invention intègre alors le réglage initial et peut permettre de s'affranchir du réglage statique initial à partir d'un diascope. La taille du circuit à mémoire PROM, 2 x 32K x 8 bits dans le mode de réalisation décrit, doit alors être adaptée à la gamme des erreurs à mettre en mémoire. REVENDICATIONS 1. Dispositif de correction dynamique des défauts de géométrie et de convergence d'une caméra en fonction de la focale et de la mise au point de l'objectif, en cours de prise de vue, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit à mémoire dans lequel sont enregistrées des données de correction de géométrie et de convergence pour tous les couples de paramètres de réglage de focale et de mise au point de l'objectif, en ce que l'adressage de cette mémoire est réalisé à partir des valeurs de focale et de mise au point données par des dispositifs de recopie de ces paramètres, et en ce que les données de correction de géométrie et de convergence sont appliquées à un circuit d'élaboration de signaux analogiques de correction des balayages horizontaux et verticaux. 2. Dispositif de correction dynamique selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vue d'une utilisation dans une caméra comportant un circuit de correction automatique de balayage effectuant un pré réglage statique à partir d'une mire de référence avant chaque prise de vue, les données de correction de géométrie et de convergence enregistrées dans le circuit à mémoire traduisent les erreurs différentielles fonction de la focale et de la mise au point subsistant après que le réglage statique ait été réalisé, les signaux analogiques de correction étant des signaux différentiels à additionner aux signaux de correction obtenus par le réglage statique. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les dispositifs de recopie fournissent des valeurs des paramètres de réglage sous forme analogique, des circuits d'adaptation (1, 3) et de conversion analogique-numérique (2, 4) transformant ces valeurs analogiques en données numériques directement utilisables pour réaliser l'adressage du circuit à mémoire utilisant des mémoires PROM (5, 6). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que à chaque adresse dans le circuit à mémoire (5, 6) le mot de données correspondant comporte un champ caractéristique de l'erreur de géométrie à appliquer aux signaux de balayage ligne et trame des trois voies couleur de la caméra, et deux champs respectivement caractéristiques des erreurs de convergence des voies rouge et bleue par rapport à la voie verte à appliquer aux signaux de balayage ligne et trame des voies rouge et bleue, ces différents champs du mot de données disponibles en sortie du circuit à mémoire étant appliqués à des convertisseurs numérique-analogique (7, 8 9) destinés à fournir des signaux d'erreur analogiques. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les signaux d'erreur analogiques sont utilisables pour moduler des signaux de base de la caméra à fréquence ligne et à fréquence trame, le dispositif comportant à cet effet des multiplieurs recevant chacun sur leur première entrée un signal de base et sur leur seconde entrée un signal d'erreur analogique, -I'erreur de géométrie en horizontal étant corrigée au moyen du signal de correction issu d'un multiplieur (52) qui reçoit sur sa première entrée un signal en dents de scie à la fréquence ligne modulé par un signal parabolique à la fréquence trame et sur sa seconde entrée le signal analogique d'erreur de géométrie;; - L'erreur de géométrie en vertical étant corrigée au moyen du signal issu d'un multiplieur (55) qui reçoit sur sa première entrée un signal parabolique à la fréquence ligne modulé par un signal en dents de scie à la fréquence trame, et sur sa seconde entrée le signal analogique d'erreur de géométrie; - les erreurs de superposition en horizontal, respectivement pour les voies rouge et bleue étant corrigées au moyen des signaux respectivement issus de deux multiplieurs (56, 57) recevant sur leurs premières entrées un signal en dents de scie à la fréquence ligne et sur leurs secondes entrées les signaux analogiques d'erreur de convergence respectivement des voies rouge et bleue; ; - les erreurs de superposition en vertical, respectivement pour les voies rouge et bleue étant corrigées au moyen des signaux respectivement issus de deux multiplieurs (60, 61) recevant sur leurs premières entrées un signal en dents de scie à la fréquence trame et sur leurs secondes entrées les signaux analogiques d'erreur de convergence respectivement des voies rouge et bleue. 6. Utilisation du dispositif de correction dynamique de défauts de géométrie et de convergence selon l'une des revendications précédentes dans une caméra de télévision.