Brevet FR2604841A1 — publié le 19880408

DISPOSITIF DE TRANSFORMATION D'UN SIGNAL PAR STABILISA- TION ET REHAUSSEMENT DE LA DYNAMIQUE DUDIT SIGNAL. La présente invention concerne un dispositif de 5 transformation d'un signal par stabilisation et réhausse- ment de la dynamique dudit signal , coorespondant parfois au contraste, notamment dans le cas d'images . Actuellement, un grand nombre de techniques, notam- 10 ment d'analyse, font appel à l'utilisation d'un signal, en particulier d'un signal optique, acoustique, ou élec- trique, et de façon générale à une onde, émise par l'ob- jet, la surface, ou le matériau soumis à l'analyse. Cette analyse est effectuée soit directement, soit indirecte- 15 ment, et dans ce dernier cas, le signal capté est un signal transmis, si l'objet ou la surface est perméable audit signal, ou un signal réfléchi dans les autres cas. Toutefois, l'un des inconvénients de ces systèmes 20 réside dans le fait que le signal obtenu après traitement dépend de façon assez conséquente des conditions d'analy- se d'une part, et d'autre part, manque souvent de dy- namique d'o une interprétation quelquefois hasardeuse, voire erronée. 25 On connait des moyens aptes à réhausser la dynamique de tels signaux. Ils sont généralement constitués par des amplificateurs et des filtres. Toutefois, avec ces systèmes, toute variation du flux de l'onde captée 30 entraine une variation de l'amplitude du signal, même si l'objet ou la surface analysée est la même. En effet, les gains obtenus au moyen de l'amplificateur ne donnent pas les mêmes résultats. On observe donc une certaine distorsion au niveau de la restitution du signal. 2604841 -2Afin d'éviter ces distorsions, on utilise alors des organes de "commande automatique de gain" . Malgré cela, les résultats obtenus sont généralement insuffisants, et ces organes sont spécifiques d'une application donnée. 5 L'invention pallie ces inconvénients. Elle concerne un dispositif qui restitue, après traitement, un signal stabilisé présentant une dynamique optimale et ce, quelles que soient les conditions initiales de réception dudit 10 signal, comportant : - une source générant un flux d'ondes, susceptible de présenter des variations au cours du temps ; - un récepteur des ondes transmises ou réfléchies, générées par ladite source, ledit récepteur étant destiné 15 à transformer ces ondes en signaux électriques-analogi- ques ou numériques ; - un système d'exploitation du signal ainsi trans- formé. 20 L'invention se caractérise en ce que ce dispositif comporte entre le récepteur et le système d'exploitation un ensemble réhausseur de la dynamique et de stabilisa- tion de ce signal, constitué : - de moyens pour mesurer le minimum et le maximum de 25 la fonction représentative du signal issu du ré- cepteur ; - de moyens pour déterminer pour cette fonction, l'unique rapport d'homothétie K0 , dénommé coeffi- cient invariant , c'est-à-dire le nombre réel K, 30 tel qu'une loi de composition externe notée / , qui à toute fonction f,représentative du signal,et à tout réel K, associe la fonction K A f,définie par l'expression : fK K Q f = M - M (1 _ f)K M 2604841 -3- o M représente le maximum théorique de la fonc- tion f, ait la meilleure plage dynamique , le rap- port KO étant déterminé comme suit : * on calcule pour le maximum fmax et le minimum max ~ f .mindéterminés lors de l'une des étapes min précédentes , la valeur littérale de la fonction K x. f * on détermine également littéralement la va- leur de la différence des deux expressions 10 calculées au cours de l'étape précédente : K / f - K A fm. max min * on dérive par rapport au réel K l'expression obtenue * on identifie alors la fonction dérivée obte- 15 nue à zéro, afin de déterminer le réel K0 ; - de moyens pour calculer la valeur K A f corres- pondante , - de moyens pour la transmission au système d'ex- ploitation des valeurs ainsi déterminées. 20 En d'autres termes, l'invention se caractérise en ce qu'elle intégre au sein d'une série d'organes de traite- ment de signal, un moyen apte à apporter la meilleure dy- namique aux différents signaux de la gamme offerte par 25 les dits signaux . Avantageusement, en pratique : - on détecte le minimum et le maximum dudit signal, qu'il soit de nature analogique ou numérique, puis on 30 mesure les valeurs correspondantes ; - le calcul du réel K0 est effectué au moyen d'un premier organe de calcul ; - le calcul de la valeur de K0o f est effectué au moyen d'un second organe de calcul 35 - les signaux captés , appartiennent au groupe cons- 2604841 - 4 - titué par les ondes acoustiques, ultra-sonores, infra- rouge, visibles, ultra-violet, rayons X et rayons gamma . La manière dont l'invention peut être réalisée et 5 les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indi- catif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 est un synoptique général représentatif 10 des différents organes constituant ledit système de traitement selon l'invention. La figure 2 est un synoptique représentatif des pha- ses principales du traitement de signal. La figure 3 est un graphique représentant dans 15 l'échelle des gris un signal avant traitement polI signal vi- déo alors que la figure 4 est un graphique représentatif du même signal mais après traitement toujours dans l'échelle des gris. 20 Selon l'invention, le dispositif de transformation du signal par stabilisation et réhaussement de la dyna- mique dudit signal est situé entre le récepteur de ce signal et le système d'exploitation du signal ainsi traité. 25 Le générateur du signal peut être de différentes natures, en particulier générateur d'ondes électromagnéti- ques du type optique, acoustique ou générateur de rayons X, rayons gamma ou d'ultra-sons. Le récepteur utilisé est 30 fonction du signal analysé. Ainsi, dans le cas de la lumière visible ou de signaux infra-rouge, le récepteur est une caméra ou des systèmes de type photographique dans le domaine de l'acoustique et des ultra-sons,le récepteur est un sonar, un radar, un microphone ou un 35 accéléromètre ; dans le cas de rayons X ou de rayons 2604841 - 5 - gamma, le récepteur est constitué d'un scanneur ou d'une caméra spécialisée. Le récepteur est donc susceptible de capter une onde 5 électromagnétique, ledit récepteur étant adapté au domai- ne de l'onde électromagnétique constituant le signal ana- lysé. Il est à noter que, outre son rôle de capteur, le 10 récepteur joue également un rôle de convertisseur des si- gnaux captés, en général des signaux sous forme d'ondes électromagnétiques en signaux électriques-analogiques ou numériques, et ce au moyen d'un convertisseur analogique- numérique . 15 Dé manière connue, un organe détermine au sein de l'ensemble des signaux qui lui sont transmis le minimum et le maximum. On utilise pour ce faire des comparateurs. 20 Une fois le minimum et le maximum d'un ensemble de signaux déterminés, un calculateur ou un système éléctro- nique ou de traitement spécialisé détermine la valeur du coefficient invariant K0. Ce nombre K0 qui est un nombre réel, est déterminé de telle sorte qu'au moyen de la loi 25 de composition externe notée A ,x qui à la fonction f représentative de l'ensemble des signaux analysés, et à tout réel K associe la fonction K A f définie par l'ex- pression : K Af = M - M (1 f)K K A ~~~~~M 30 o M représente le maximum théorique de la fonction f, K0 réalise la fonction KoAf qui a la meilleure plage dynamique. Par maximum théorique de la fonction f, on 35 entend en fait le plus grand nombre de niveaux que peut prendre ladite fonction f. Ainsi,si le système d'exploi- 2604841 -6- tation correspond à un écran de visualisation noir et blanc de 256 niveaux de gris s'étendant de 0 à 255, le nombre M est égal à 255. 5 Ce nombre réel K0 , comme déjà dit est déterminé au moyen d'un premier organe de calcul tel qu'un calculateur, un système électronique ou de traitement spécialisé, qui effectue les différentes phases de calcul suivantes : - le maximum f et le minimum f de l'ensemble -, max min 10 des signaux transmis étant déterminés, un second organe de calcul ,. du même type que le dit premier organe de calcul détermine la valeur littérale de l'expression K / fmax et K fmin ; - une fois cette valeur littérale déterminée, le 15 dit second organe de calcul détermine, également littéra- lement, la valeur de la différence des deux expressions calculées au cours des étapes précédentes, c'est-à-dire l'expression pour le maximum et l'expression pour le minimum 20 - le dit premier organe de calcul dérive alors par rapport au réel K l'expression obtenue ; - on identifie alors la fonction dérivée obtenue à zéro afin de déterminer le réel K0 .L'une des expressions obtenues a la forme suivante : 25 Log (1 fmax) Log K0~ Log (1 - fmin) K0 = Lo (M - fmax) Log (M - fmin) 30 le premier organe de calcul a donc ainsi déterminé une expression permettant d'obtenir le meilleur rapport d'ho- mothétie également dénommé coefficient invariant afin de dynamiser au maximum la plage des valeurs du si- gnal analysé .En d'autres termes,cette expression permet 35 de calculer pour le signal analysé l'unique représenta- 2604841 -7- tion faisant apparaître les plus grandes variations des valeurs dudit signal. Ainsi, quelles que soient les conditons d'obtention et de réception du signal analysé, le résultat obtenu reste toujours le même avec une dyna- 5 mique optimale , et une stabilisation c'est-à-dire une unicité quant à la restitution dudit signal au moyen de l'expression ainsi calculée. Il est à noter que l'expression de K0 obtenue précé- 10 demment peut se présenter sous une autre forme mathémati- que étant entendu que le résultat donné pour K0 est tou- jours le même. Dans l'exemple de réalisation décrit, les calculateurs permettant d'une part la détermination de la valeur de K0 et d'autre part la détermination de la valeur de K0 f, sont des circuits ou sous-ensembles électro- niques. Lorsque chacune des valeurs de la fonction K0o f est calculée sous forme numérique,le résultat peut 20 être transformé en signal électrique au moyen d'un con- vertisseur numérique analogique et ce , de façon tout à fait classique. Le traitement peut également être entie- rement réalisé sous forme analogique.Le système d'exploi- tation utilise alors ce signal numérique ou analogique 25 issu du traitement en fonction du mode de restitution désiré. L'exemple qui va être maintenant décrit correspond à une analyse échographique d'un foetus, dans le domaine 30 médical. Lors d'une telle analyse, le signal généré est sous forme ultra-sonore. Il est réfléchi sur le foetus à analyser et est réceptionné sur un capteur du type sonar. Le signal que l'on désire visualiser dans le cas d'une écographie est un signal visuel, qui se situe dans une 35 échelle de gris. Le dispositif selon l'invention permet 2604841 -8- d'obtenir une limite de résolution radiométrique très fine, permettant ainsi une augmentation du contraste et autorisant un diagnostic fondé sur de meilleures bases. De plus, si on utilise comme système d'exploitation un 5 écran de visualisation,variant entre le blanc et le noir, on observe une augmentation du contraste significative. Le dispositif selon l'invention permet également une analyse d'image en couleur. En effet, on traite chacun 10 des canaux spectraux correspondant aux signaux reçus au moyen du dispositif décrit précédemment. On visualise après traitement dans le domaine du visible la réparti- tion spectrale de chacun des canaux. On obtient ainsi une restitution en couleur optimale . 15 Dans un autre exemple, on désire analyser au sein d'une radiographie prise par exemple par rayons X une zone très localisée. Or, au sein de cette zone localisée et de façon générale,le contraste est relativement faible. 20 Jusqu'à présent, les dispositifs ne permettaient en fait que de faire loupe sur ladite zone localisée et sans en augmenter le contraste. Le dispositif selon l'invention analyse par transmission de la lumière émise au travers de la radiographie de ladite zone localisée, et après 25 calcul et traitement de signal, permet l'obtention sur l'écran de visualisation, ou sur photographie, de ladite zone localisée,mais avec une nouvelle échelle de contras- te permettant une bien meilleure visualisation de la zone observée. Le contraste de ladite zone est de nouveau 30 optimal. Outre la possibilité de faire loupe sur ladite zone, le dispositif selon l'invention permet également une augmentation du pouvoir de quantification du récepteur. 260 4841 9- Ainsi, de la présente invention, se dégagent un cer- tain nombre d'avantages que les dispositifs connus à ce jour ne permettaient pas d'obtenir, notamment : - l'obtention d'un signal stable indépendamment de 5 ses conditions d'émission et réception ; - la facilité de traitement du signal et son amélio- ration du point de vue interprétation ; - la comparaison possible indépendamment des condi- tions d'obtention et de chronologie ; 10 - l'utilisation d'un matériel peu sophistiqué . Ainsi, le dispositif selon l'invention présente de très nombreuses applications, notamment : - dans le domaine médical, en particulier en ce qui 15 concerne la radiographie et l'échographie , - dans le domaine industriel , en particulier en ce qui concerne la télé-surveillance, le contrôle de qualité notamment lors de la détection de défauts sur une chaîne de fabrication,l'amélioration de capteurs de type caméra; 20 - dans le domaine de la robotique , lorsque le robot est associé à une vision artificielle - dans le domaine grand-public , notamment en ce qui concerne les appareils photographiques , particulièrement lors de la prise de photos grâce au réglage de l'ouverture 25 et de l'auto-focus et lors du tirage desdites photos lors de l'analyse couleur et de l'exposition permettant ainsi de déterminer et de caler les paramètres d'exposition de façon beaucoup plus rigoureuse . Ce dispositif s'applique également aux récepteurs de télévision,de radio et à tous 30 les systèmes de télécommunication . 2604841 - 10 - REVENDICATIONS 1/ Dipositif de transformation d'un signal sous forme d'ondes par stabilisation et réhaussement de la dy- 5 namique du dit signal, comportant : ,. - une source générant un flux d'ondes , susceptible de présenter des variations au cours du temps ; - un récepteur des ondes transmises ou réfléchies , générées par la dite source,ledit récepteur étant destiné 10 à transformer ces ondes en signaux éléctriques-analogiques ou numériques ; - un système d'exploitation du signal ainsi transformé , caractérisé eh ce que le dispositif comporte entre le récepteur et le système d'exploitation un ensemble réhaus- seur de la dynamique et stabilisateur du dit signal, constitué : - de moyens pour mesurer le minimum et le maximum de la fonction représentative du dit signal issu du 20 récepteur ; - de moyens pour déterminer pour cette fonction , l'unique rapport d'homothétie K0 , dénommé coeffi- cient invariant, c'est à dire, le nombre réel K0 , tel qu'une loi de composition externe notée *A , 25 qui à toute fonction f,représentative du signal,et à tout réel K,associe la fonction K A f, définie par l'expression : 'f7 K A f = M - M ( 1 --) M o M représente le maximum théorique de la fonction f , ait la meilleure plage dynamique , le rapport K0 étant déterminé comme suit : * on calcule pour le maximum fmax et le minimum fmin déterminés lors de l'une des étapes pré- cédentes, la valeur littérale des expressions 35 K A fmax et K A fmin 2604841 - 11 - * on détermine également littéralement la va- leur de la différence des deux expressions calculées au cours de l'étape précédente , * on dérive par rapport au réel K l'expression 5 obtenue ; * on identifie alors la fonction dérivée obtenue à zéro , afin de déterminer le réel K ; o - de moyens pour calculer la valeur K0 A. f corres- pondante ; 10 - de moyens pour la transmission au système d'ex- ploitation des valeurs ainsi déterminées . 2/ Dispositif de transformation d'un signal selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le signal 15 issu du récepteur, on détecte le maximum et le minimum et on mesure les valeurs correspondantes, le signal étant de nature analogique ou numérique . 3/ Dispositif de transformation du signal selon 20 l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le calcul du coefficient invariant K0 est effectué au moyen d'un premier organe de calcul. 4/ Dispositif de transformation du signal selon 25 l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le calcul de la fonction K0A f est effectué au moyen d'un second organe de calcul . 5/ Dispositif de transformation du signal selon 30 l'une des revendications 1 à 4, caractérisé.en ce que le dit signal est une onde électromagnétique appartenant au groupe constitué par les ondes acoustiques,ultra-sonores, infra-rouges, visibles, ultra-violet, rayons X et gamma. 35