Brevet FR2594233A1 — publié le 19870814

Dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs d'objets éventuellement masaués par un écran. L'invention concerne un dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs d'objets éventuellement masques par un écran. Le problème de l'identification d'objets masqués, c'est-a-dire de la détection et de la visualisation de ces objets, se pose de plus en plus fréquemment > par exemple pour la recherche des victimes après une catastrophe naturelle ou non > ou pour la recherche de produits dangereux dens les bagages ou colis. L'un des buts de la presente invention est de proposer un dispositif d'analyse et de visualisation d'objets se trouvant dans un milieu, et qui ne peuvent pas être atteints, soit parce qu'ils sont derrière un écran opaque, soit parce qu'ils sont noués dans un liquide, par exemple. Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs de ces objets les couleurs ne correspondant pas forcement aux couleurs naturelles de l'objet mais étant définies a priori. L'invention a pour objet un dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs d'objets éventuellement masqués par un écran, utilisant un rayonnement électromagnétique émis par deux antennes vers la cible observée, caractérisé en ce qu'il comporte : un micro-ordinateur muni d'un logiciel et d'un écran de visualisation en couleurs pour la representation d'images en coupes et points de la cible ; un émetteur-récepteur alimentant les deux antennes d'émission dont l'une joue le role d'antenne de réception; et un câble a plusieurs conducteurs, reliant le micro-ordinateur a l'émetteur-récepteur > pour transmettre 3 l'émetteur-récepteur des signaux de synchronisation d'image, de coupe, et de point, et pour transmettre au micro-ordinateur des signaux de couleur correspondant chacun â un niveau du signal de réception. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'une des antennes d'emission est a champ large et couvrant toute la cible ahservée, tandis que l'autre est a pinceau étroit ne couvrant qu'un point de la cible, l'antenne a champ large joue le rôle d'antenne de reception, antenne à pinceau étroit est munie d'un collimateur et d'un appareil de déflexion pour assurer le ti yage d'une coupe de la cible, - les fréquences des signaux émis par les deux antennes sont décalées de façon a donner une fréquence intermédiaire pour le signal de réception. - le decalage des deux fréquences est assuré par une ligne e retard, - la déflexion du pinceau dans la coupe de la cible est assurée par variation de la fréquence du signal d'émission - la déflexion du pinceau dans la coupe de la cible est assurée par un miroir tournants - pour bâliyr 1a cible par une serie de coupes perallèles, on réalise une déflexion du pinceau par un miroir tournant commandé par un moteur pas-à-pas. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir: Figure 1 - un schéma symbolique de principe du dispositif selon l'invention; Figure 2 : un schéma du circuit d'utilisation dans l'émetteur de la figure 1, des signaux en provenance du micro-ordinateur; Figure 3 un schéma de principe de l'émission du rayonnement par l'émetteur de la figure 1, pour le balayage d'une coupe de la cible; Figure 4 un schéma du circuit électronique d'émission du dispositif selon l'invention; Figure 5 un schéma du circuit électronique de reception du dispositif selon l'invention; Figure 6 un schéma du circuit de sélection de couleur du dispositif selon l'invention;; Figure 7 . un schéma d'une variante de réalisation de l'émetteur-récepteur de la figure 1- dans le cas d'un rayonnement laser; Figure 8 : un schéma d'un exemple de réalisation du balayage d'une coupe de la cible par des moyens mécaniques; Figure 9 un schéma de la synchronisation des signaux dans l'exemple de réalisation du balayage selon la figure 8; Figure 10 : un schéma d'un exemple de réalisation de la déflexion dans le cas d'un moteur synchronise électriquement; Figure il : un schéma d'un exemple de réalisation de la déflexion dans le ces d'un rayonnement électromagnétique a fréquence variable Figure 12 : un schéma d'un exemple de réalisation du balayage de coupe dans le cas d'un rayonnement ultrasonore; Figure 13 : un schema d'un exemple de réalisation du balayage de coupe dans le cas d'un rayonnement en hyperfréquences. En se reportant e la figure 1, on peut voir que le schéma de principe du dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs d'objets, selon l'invention, comprend essentiellement d'un micro-ordinateur 11, muni d'un logiciel 12 et d'un écran 13 de visualisation en quatre couleurs, et un ernettelur-recepteur 14 équipe de deux antennes d'emiss.on dont l'une joue le roule d'antenne de reception. L'émission est symbolisée par la flèche 15 > la réception par la fleche 16.Le microordinateur 11 et l'émetteur-récepteur 14 sont relies par exemple par un cable 17 en nappe u quatorze conducteurs, dont tous les conducteurs de rang pair sont à la masse et dont les conducteurs de rang impair transmettent respectivement: vers l'émetteur-récepteur 14, les trois signaux de synchronisation d'image, de coupe, et de point ; et vers le micro-ordinateur 11, les quatre signaux de couleur correspondant chacun a un niveau, respectivement 0, 1, 2 > et 3. Comme on le verra en relation avec la figure 3, l'émetteur assure un balayage en coupes et points d'une cible > et l'écran de visualisation 13 en donne une image. Dans l'exemple de réalisation préféré de l'invention, cette image est obtenue en 10 s. par balayage vertical de 160 coupes de 200 points chacune : chaque image correspond donc a 32.000 points. Sur la figure 2 > les trois entrées à gauche correspondent aux trois signaux de synchronisation d'image, 18 > de coupe 19; et de point, 20. Le signal de synchronisation d'image 18 est applique a un temporisateur 21 de précision, qui delivre à la sortie 22 un créneau d'image d'une durée de 10 s. Le signal de synchronisation de coupe 19 est appliqué a un inverseur 23 suivi d'une bascule monostable 24 qui délivre un signal rectangulaire d'une durée de 62,5 ms. Ce signal rectangulaire et le créneau d'image sont appliqués à un comparateur binaire 25 qui délivre å la sortie 26 une série de creneaux de coupes de 62,5 ms. Cette série de créneaux de coupe est appliquée à un comparateur binaire 27 qui reçoit salement les signaux de synchronisation de points 20, et qui délivre e la sortie 28 une suite d'impulsions représentative de la combinaison des signaux de synchronisation d'image, de coupe, et de point Sur la figure 3, on voit que l'émetteur comporte deux antennes 31 et 32.L'antenne 31 est a champ large, défini par le diaphragme symbolisé en 33 : elle couvre en permanence toute la zone correspondant à la cible observée 34. L'antenne 32 au contraire est a pinceau étroit grâce au collimateur 35. Ce pinceau ne couvre qu'un point 36 de la cible, Pour assurer le balayage de chaque coupe verticale de le cible, est prévu un appareil 37 de déflexion électromagnétique par exemple. Ce balayage est avantageusement réalise en faisant varier la fréquence du signal émis, par exemple au moyen d'un oscillateur piloté par la tension, qui peut eventuellement e."tre suivi d'un ou plusieurs circuits de multiplication par ? de la fréquence. Dans l'exemple de réalisation de la figure 4, le signal de la sotie 26 de la figure 2 est appliqué à un générateur de rampe 41 > suivi d'un amplificateur 42, d'un oscillateur 43 pilote par la tension, et d'un coupleur UHF 44 qui alimente la première antenne 31 svec un signal dont la fréquence est par exemple 800 NHz. L'antenne 31 joue le role d'antenne de réception et elle est reliée a l'entrée 45 du circuit de réception par l'intermédiaire d'un condensateur 46. Le coupleur 44 est également relié à la deuxième antenne 32 par l'intermédiaire d'une ligne à retard 47.De la sorte, la deuxieme antenne 32 se trouve alimentée svec un signal dont la fréquence est par exemple 799 MHz. Sur le point 36 (Figure 3) de la cible balayée, on 8 donc en présence les deux fréquences émises par les deux antennes, et il en résulte une fréquence intermédiaire égsle dans cet exemple 8 1 MHz. C'est cette frequence intermédiaire qui va étre reçue par l'antenne 31 et transmise au circuit de réception par le condensateur 46. Sur la figure 5, on voit que le signal de réception est appliqué a un préamplificateur 51 suivi d'un filtre passe-bas destiné a éliminer les fréquences supérieures o la frequence intermédiaire reçue, d'un amplificateur 53 et d'un redresseur 8 double alternance 54 qui délivre un signal continu d un convertisseur tension-fréquence 55. Celui-ci délivre a sa sortie 56 un signal impulsionnel de fréquence comprise entre 0 et 10 kHz par exemple. Ce signal est appliqué Figure 6) a quatre bascules monostables en parallèle, 61 9 64, qui sont calées sur quatre fréquences de seuil, f là f4 respectivement. La sortie de chaque bascule est appliquée a un comparateur binaire, 65 à d8 respectivement qui reçoit également le signal de synchronisation de point 20. La sortie de chaque comparateur binaire 65 à 68 correspond a l'un des quatre niveaux 0 > 1, 2 > 3, correspondant chacun e une couleur. Ainsi, en fonction de l'amplitude du signal reçu en 45 par le récepteur, une couleur déterminée et une seule est définie pour chaque point d'analyse de la cible. On peut donc, sur l'écran vidéo 13 > avoir une image de la cible en quatre couleurs. Il faut remarquer que ces couleurs sont choisies arbitrairement et qu'elles peuvent ne pas correspondre aux couleurs naturelles de la cible anslysee. En ce qui concerne les niveaux 0 a 3, on peut par exemple considérer les niveaux d'absorption de la fréquence intermédiaire par chaque point de la cible. Dans le cas d'une absorption par resonance moléculsire, on peut envisager d'attribuer le niveau 0 8 l'absorption maximale et le niveau 3 à l'absorption minimale. Sur la figure 7, on a représenté un exemple de réalisation a faisceau laser, c'est-e-dire que le rayonnement se situe dans le dornaine de l'infrarouge, du visible ou de l'ultraviolet. La source 71 émet un riuennement transmis à un déflecteur acousto-optique 72 chargé d'assurer le balayage de la cible 34. La transmission du rayonnement. se fait d'une part directement et d'autre part avec dérivation, grâce d'une part aux miroirs 73 et 74! qui sont semi-transparents > et d'autre part aux miroirs 75 et 76. On réalise ainsi un balayage de la cible par faisceau laser. Lobsen'ation de la cible est assurée par une cellule photoelectrique 77 > precedee d'une optique 78, et suivie d'un amplificateur 79 du signal électrique recueillit lui-même relié au recepteur 45. Dans le cas de la figure 7, le deflecteur acousto-optique peut être un condensateur opto-électrique, alimenté en courant alternatif ou en dents de scie. Un premier déflecteur peut assurer le balayage de coupe suivant un plan vertical par exemple, et un second déflecteur le balayage d'image selon un plan perpendiculaire, horizontal dans ce cas. On peut également assurer le balayage de coupe par des moyens mécaniques, à l'aide d'un miroir 81 (Figure 8) tournant autour d'un axe 82 horizontal par exemple. Au cours de cette rotation, le faisceau réfléchi par le miroir décrit dans le plan vertical par exemple, la fenêtre prévue dans l'écran cylindrique 83. Une fente 84 prévue dans la structure tournante du miroir laisse passer la lumière entre une source lumineuse 85 et une cellule photoélectrique 86 pendant le balayage de coupe.Un signal électrique rectangulaire peut ainsi être applique à une entre d'un comparateur binaire 87, qui reçoit sur son autre entrée 88 le signal de sortie du comparateur binaire 25 (Figure 2) par exemple, et qui délivre à sa sortie 89 un signal susceptible d'être applique au comparateur 27 (Figure 2). La réalisation pratique du circuit correspondant est représentée Figure 9. Les signaux de synchronisation d'image 18, de coupe 19, et de point 20 sont appliqués aux trois entrées du circuit. Le signal de synchronisation d'image 18 passe par un inverseur 91, puis par un circuit de temporisation qui le transforme en creneau d'environ 10 s. Ce créneau, ainsi que le signal de synchronisation de coupe, sont appliqués au comparateur binaire 93, lui-meme suivi d'un inverseur 94 et d'une bascule monostable 95 délivrant le signal rectangulaire de coupe dont la duree est de 62,5 ms. Ce signal et le signal électrique 98 correspondant au passage de la fente 84 entre la source 85 et la cellule photoélectrique 86, sont appliques su comparateur binaire 96, qui délivre un signal rectangulaire de 62,5 ms, lui-meme applique au comparateur binsire 97. Ce dernier comparateur reçoit par ailleurs les signaux de synchronisation de points 20, et il délivre à la sortie 28 un signal analogue à celui du point g figure 2). Sur la figure 10, on a cherché à représenter un balayage d'image au moyen d'un miroir 101 tournant autour d'un axe 102 > vertical par exemple. Le rayonnement incident vient de l'émetteur 14. Le rayonnement réfléchi est repris par exemple par le système de balayage de coupe de la figure 8. Une source lumineuse 103 éclaire une cellule photoélectrique 104 à travers une fente 105, de manière à fournir un créneau d'image correspondant a la largeur de la fente. La rotation du miroir peut être assurée par un moteur pas-à-pas, synchronisé par les signaux de synchronisation de coupe. Dans l'exemple de la figure 11, on a schématisé un dispositif de balayage d'image par déflexion électromagnétique dans le domaine des hautes fréquences (VHF, UHF, Radar). L'antenne 111 est munie de diaphragmes 112 et 113, devant lesquels se trouve un matériau de diffraction 1 14 En faisant varier la frequence du signal alimentant l'antenne, on peut assurer le balayage d'image de la cible entre les rayons extrêmes 115 et 1 16 par exemple. L'une des applications de l'invention est la représentation d'objets dans un liquide. On utilise alors les ultrasons. Sur la. Figure 12 > on voit que la modulation en fréquence est assurée par le modulateur 121, suivi par le transducteur 122 qui émet les ultrasons. La déflexion acoustique est assurée par un déflecteur symbolisé en 123. Le balayage iiltrasonore peut également être effectué par un moteur équipé d'un miroir, selon l'exemple de la Figure 10. Dans le cas des hyperfréquences, on peut réaliser le balayage de coupe au moyen d'une simple variation de la fréquence émise. On utilise un guide d'ondes constitué par une ligne dispersive,, comme représenté sur la Figure 13 La ligne 131 présente deux ouvertures rayonnantes 132 et 133 qui constituent des sources élémentaires alimentées en série par la ligne de grande longueur successivement couplée à chacune d'elles. Le déphasage entre les deux sources est fonction de la distance des sources et de la longueur d'onde guidée. Un choix convenable de ces deux paramètres permet d'assurer un balayage de coupe par simple variation de la fréquence remise. La présente invention a de nombreuses applications pretiques du fait qu'elle permet une analyse non destructrice, dans une tres large gamme de fréquences qui va des rayons X aux ondes radio en passant par le domaine visibles sans oublier le domaine des ultrasons. L'invention s'applique tout d'abord à la recherche d'échos dans un milieu. Ces échos sont detectés par reception de la frequence intermédiaire, ou fréquence de battement entre tes deux fréquences d'entrée qui sont décalées l'une de l'autre. La fréquence de battement n'est générée qu'a l'impact sur un obstacle. On peut ainsi visualiser la forme d'un objet dans un milieu opaque mais laissant passer les ondes électromagnétiques. Il est certain que la qualité de l'analyse est fonction du pouvoir réflecteur, ou slbedo, des materieux rencontrés. Ce pouvoir réflecteur définit le niveau d'amplitude du signal reçu et par conséquent le niveau de la couleur choisie en fonction des seuils de niveau prédéterminés.A ce sujet, il faut rappeler que le choix de la couleur affectée à chaque seuil est arbitraire et qu'il est utile de jouer sur les contrastes de couleurs. On peut appliquer l'invention à la recherche d'objets ou de produits masqués par un écran opaque. Dans ce cas, on detecte l'absence d'écho à une frequence déterminée caractéristique d'un produit par suite de l'absorption par résonance de ladite fréquence dans le produit. On peut alors étalonner les couleurs en fonction des produits à reehereher. Dans ce cedre, l'invention s'applique à la recherche de personnes emmurées à la suite d'une catastrophe naturelle par exemple, ou d'un accident, ou bien à la recherche de produits dangereux ou toxiques contenus dans des colis ou des bagages, en douane ou en aéroport par exemple. L'invention permet aussi la détection à distance de gaz toxiques, par exemple. On peut également procéder à l'inspection des fissures dans une structure sans avoir à la démonter, l'analyse faisant apparaître dans des couleurs distinctes la structure et les fissures. L'invention est adaptée à l'analyse avec reconnaissance des formes, sous réserve d'avoir un logiciel approprié. On peut aussi appliquer l'invention à la photograhie sans visibilité, de nuit par exemple} en se servant des échos reçus. Revendications 1. Dispositif d'analyse et de visualisation en couleurs d'objets éventuellement masqués par un écran, utilisant un rayonnement électromagnétique émis par deux antennes vers la cible observée, caractérisé en ce qu'il comporte : un micro-ordinateur (11) muni d'un logiciel (12) et d'un écran (13) de visualisation en couleurs pour la représentation d'images en cotipes et points de la cible ; un émetteur-récepteur (14) alimentant les deux antennes (31 > 32) d'émission dont l'une joue le rôle d'antenne de réception ; et un câble (17) à'plusieurs conducteurs, reliant le micro-ordinateur (11) à ltémetteur-récepteur (14), pour transmettre 9 l'émetteur-récepteur des signaux de synchronisation d'image, de coupe, et de point, et pour transmettre au micro-ordinateur des des signaux de couleur correspondant chacun à un niveau du signal de réception. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une (31) des antennes d'émission est à champ larve et couvrent toute la cible observée} tandis que l'autre (32) est à pinceau étroit ne couvrant qu'un point (36) de la cible. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'antenne (31) à champ large joue le role d'antenne de réception. 4. Dispositif selon la revendication 2 > caractérisé en ce que l'antenne (32) à pinceau étroit est munie d'un collimateur (35) et d'un appareil (37) de déflexion pour assurer le balayage d'une coupe de la cible. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fréquences des signaux émis par les deux antennes (31, 32) sont décalées de façon à donner une fréquence intermédiaire pour le signal de réception. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le décalage des deux fréquences est assuré par une ligne à retard (47). 7. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la déflexion du pinceau dans la coupe de la cible est assurée par variation de la fréquence du signal d'émission. 8 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la déflexion du pinceau dans la coupe de la cible est assurée par un miroir tournant (81). 9. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour balayer la cible par une serie de coupes parallèles, on réalise une déflexion du pinceau par un miroir tournant (101) commande par un moteur pas-à-pas.