Brevet FR2619449A1 — publié le 19890217

Procédé de prise d'images d'un objet se déplaçant rapidement au moyen d'une technique vidéo La présente invention concerne un procédé de prise d'images d'un objet se déplaçant rapidement, au moyen d'une technique de prise de vues du type vidéo, afin d'obtenir des images fixes immobilisant quasiment l'objet, procédé dans lequel: - de la lumière provenant de l'objet de prise de vues est conduite pendant un temps d'exposition prédéterminé, à travers un objectif d'appareil photographique, sur un afficheur d'image sensible à la lumière, afin de produire sur son écran une image correspondant à l'objet de prise de vues, - l'image produite sur l'écran de l'afficheur d'image est prête à être transformée en signaux électriques, et - les signaux électriques sont enregistrés sous la forme d'un champ magnétique variable sur une bande vidéo, le temps d'exposition étant inférieur au temps employé pour lire et enregistrer l'image. Il est impossible de suivre à l'oeil nu le déplacement d'objets qui se déplacent rapidement, tels que des parties de machines d'aspects extérieurs différents, des objets volants, ou par exemple une bande de papier dans une machine à papier. Lorsqu'on veut étudier le mouvement réel d'objets qui se déplacent rapidement et autre phénomènes connexes, il faut pouvoir ralentir le phénomène et le mouvement afin de le rendre observable par l'oeil humain. Des efforts ont été entrepris afin d'atteindre ce résultat à l'aide d'appareils de prise de vues du type vidéo, de sorte que des images de l'objet sont prises à des vitesses de défilement élevées, et sont reproduites lors du visionnement à des vitesses inférieures, permettant ainsi d'observer nettement les proportions entre différents détails et leurs mouvements les uns par rapport aux autres. Dans un dispositif connu, l'image est analysée de telle sorte que l'image arrivant sur l'afficheur d'image de la camera vidéo est transformée sous une forme numérique et enregistrée sur un magnétoscope multipiste spécifique, à la suite de quoi l'image sous forme numérique est, lors de la reproduction, transformée, par approximation au moyen d'un appareil spéci- fique de traitement d'images, en une image correspondant approximativement à l'image originale. Le principal inconvénient de ce dispositif est que l'image est transformée sous forme de données pendant la totalité du temps de prise de vues, de sorte par exemple qu'un point donné d'une bande de papier se déplaçant à une vitesse de défilement de I 000 m/min. est décalé de 18 mm 2 6 1 9 4 4 9) 261944'9 sur l'image fixe obtenue. Dans la pratique, cela signifie que le procédé utilisé dans ce dispositif ne peut pas fournir une image précise d'objets qui se déplacent rapidement, mais que cette image doit être produite par calcul et approximation au moyen d'un microprocesseur, ce qui ne correspond pas à la précision requise dans le domaine de la recherche. En outre, dans un dispositif fonctionnant selon ce procédé, la durée de la bande d'enregistrement n'est qu'une demi-minute à la vitesse de défilement de I 000 images par seconde, de sorte qu'avec ce dispositif, il est pratiquement impossible de déceler et d'analyser des défaillances qui se produisent occasionnellement. Lorsqu'on cherche par exemple à déceler une déchirure d'un type donné ou autre défaillance apparaissant occasionnellement dans une bande de papier, l'inter- valle de temps entre deux défaillances similaires peut atteindre plusieurs jours. Avec des bandes d'une durée inférieure à une minute, il est pratique- ment impossible de prendre des images d'une telle défaillance. En outre, le dispositif fonctionnant selon ce procédé est de grande taille, il est difficile à transporter, et il est de plus extrêmement coûteux. Dans un autre dispositif connu, on utilise une technique vidéo conventionnelle basée sur des tubes cathodiques, la vitesse de défilement étant de 200 images fixes par seconde. Dans ce dispositif, on utilise un procédé selon lequel un objet à photographier est tout d'abord exposé à une lumière stroboscopique pendant un moment, à la suite de quoi la lumière est autorisée à réfléchir de l'objet sur des tubes cathodiques pendant une période d'environ 0,1 milliseconde, puis la lumière est empêchée d'arriver sur les tubes cathodiques au moyen d'un obturateur mécanique séparé. L'image provenant des tubes cathodiques est enregistrée sur une bande vidéo, confor- mément au système vidéo normal. Lorsque ce dispositif est utilisé, une bande de papier se déplaçant à une vitesse de défilement de I 000 m/sec. a le temps de se déplacer de 1,8 mm, de sorte qu'une goutte d'eau d'un diamètre type d'environ 4 mm est visible sur l'image fixe, étirée de 1,5 fois par rapport au sens de déplacement de la bande de papier, ce qui ne correspond pas à la précision requise. Suite au délai récurrent des tubes, le dispositif a également besoin, à côté de l'exposition, d'un obturateur mécanique séparé afin d'obtenir que l'image produite soit enregistrée sur la bande vidéo avec une qualité au moins satisfaisante. En outre, le dispositif présente une taille importante et il est difficile à transporter, et également coûteux. La présente invention a pour but de fournir un procédé de prise d'images de mouvements rapides par technique vidéo, procédé au moyen duquel il soit possible de prendre des images précises de mouvements même rapides, et procédé selon lequel le dispositif à employer soit bon marché et facile à transporter même dans des conditions industrielles ambiantes difficiles. Selon l'invention, ce but peut être atteint au moyen d'un procédé caractérisé - en ce qu'est utilisé comme afficheur d'image un détecteur d'image de type semiconducteur en soi connu et constitué de points détec- teurs disposés en matrice, - en ce qu'un temps d'exposition court est utilisé pour conduire la lumière provenant de l'objet de prise de vues afin de former une impulsion lumineuse, - en ce que l'intensité d'une impulsion lumineuse suffisamment puissante est sensiblement constante pendant le temps d'exposition, - en ce que le détecteur d'image en question est activé par l'impulsion lumineuse en question, sous l'influence de laquelle les points détecteurs du détecteur d'image sont amenés à un état de détection corres- pondant aux points correspondants de l'image produite sur l'écran du détecte- ur d'image, et restent à cet état une fois l'impulsion lumineuse terminée, - et en ce que l'état de détection indiqué par les points détecteurs du détecteur d'image est lu et enregistré pour l'essentiel après l'activation du détecteur d'image. Le procédé selon l'invention est basé sur l'idée d'utiliser un détecteur d'image de type semiconducteur, dont les propriétés sont utilisées d'une manière nouvelle. En divergence à la pratique de prise de vues normale, les points détecteurs du détecteur sont utilisés comme moyens de mémorisa- tion, qui sont amenés, au moyen d'une impulsion lumineuse extrêmement courte provenant des objets et produisant une image suffisamment puissante, à un état de détection correspondant à l'intensité lumineuse de l'image sur l'écran du détecteur d'image à points détecteurs en question, et avec l'intensité de chaque composant de couleur particulier lors de la prise d'images en couleur. Une fois la courte impulsion lumineuse terminée, l'image enregistrée dans les points détecteurs du détecteur peut, sous une forme conventionnelle et en utilisant la vitesse de transmision normale, être transmise sur un magnétoscope et à nouveau enregistrée sur une bande vidéo. Un premier avantage de l'invention est qu'en utilisant une impulsion lumineuse de durée extrêmement courte, 5 microsecondes par exemple, une bande de papier défilant à 1000 m/min. se déplace sur environ seulement 0, 1 mm, ce 2 6 1 9 4 4 9 qui est moins que par exemple la résolution entre deux points adjacents dans tout système vidéo. En outre, lorsqu'on utilise ce procédé, des images peuvent être prises même au moyen d'un appareil vidéo conventionnel à usage domestique, qui est facile à transporter et bon marché. L'invention va être maintenant décrite plus en détails à l'aide du dessin annexé, dans lequel: Figure I représente schématiquement un dispositif pour la mise en ouvre du procédé selon l'invention; et Figure 2 représente schématiquement le fonctionnement d'un point détecteur d'un détecteur d'image de type semiconducteur lors de la production d'images successives. A la figure 1, l'objet de prise de vues est une bande de papier I qui se déplace rapidement, dont sont prises des images au moyen d'une camera vidéo 2. A la caméra vidéo 2 est relié, au moyen d'un câble 3, un magnétoscope 4, sur la bande vidéo duquel est enregistrée l'image produite au moyen de la caméra 2. A la caméra 2 est également relié, au moyen d'un câble 5, un stroboscope 6, dont les éclairs sont synchronisés au moyen de la camera. La technique vidéo et les détails connexes sont généralement en soi connus, et ils ne seront donc pas décrits plus en détails ici. Un facteur important de l'invention est que la production d'une image et son enregistrement sont basés sur une synchronisation des fonctionnements des appareils les uns par rapport aux autres, qui est réalisée au moyen d'une impulsion de synchronisation séparée. Lors de la prise d'images d'objets qui se déplacent rapidement, une impulsion de synchronisation est également utilisée pour déclencher le stroboscope 6 à un moment souhaité afin de produire une image adéquate. Conformément au présent procédé, la prise de vues a lieu lors- qu'une impulsion de synchronisation déclenche par l'intermédiaire du câble 5 le stroboscope 6, qui émet une courte impulsion lumineuse 7, d'une longueur de I à 10 microsecondes de préférence, qui est projetée sur l'objet de prise de vues, c'est-à-dire sur la bande de papier. La bande de papier 1 réfléchit une impulsion lumineuse 8 de même longueur, qui est dirigée au moyen d'un objectif 9 de la caméra vidéo 2 sur l'écran d'un détecteur d'image de type semiconducteur situé à l'intérieur de la caméra, et qui produit sur l'écran du détecteur, conformément au principe de photographie généralement connu, une image correspondant à l'objet de prise de vues. Le détecteur d'image de type semiconducteur, qui est de préfé- rence un détecteur appelé "dispositif CCD (à transfert de charge)", généra- lement en soi connu, est constitué de points détecteurs disposés côte-àcôte et les uns sur les autres à la manière d'une matrice, de sorte qu'est formé en chaque point détecteur, suite à l'intensité de la lumière dirigée sur l'endroit correspondant, un état de détection correspondant à l'intensité lumineuse, ou encore, lors de l'utilisation d'un détecteur couleur, un état de détection proportionnel à l'intensité de chaque couleur partielle, en soi connu, état qui est ensuite lu et enregistré électriquement sur une bande vidéo par l'intermédiaire d'un magnétoscope. L'état de détection peut être par exemple une charge électrique ou conductivité du point en question, ou une autre manière en soi connue pour exprimer l'intensité de la lumière obtenue par un détecteur donné. Pendant l'impulsion lumineuse 8, le détecteur adopte un état correspondant à l'intensité de l'impulsion lumineuse, à la suite de quoi chaque point détecteur demeure à cet état de détection une fois l'impulsion lumi- neuse terminée, et l'image de l'objet réfléchie sur l'écran du détecteur d'image pendant l'impulsion lumineuse demeure dans la mémoire du détecteur d'image, de sorte qu'elle peut être lue et enregistrée au moyen d'un magnétoscope même pendant une longue durée. La figure 2 représente schématiquement le fonctionnement d'un point détecteur individuel lorsque l'intensité des impulsions lumineuses diri- gées sur ce dernier varie. Pendant l'impulsion lumineuse 8, dont la longueur et donc également le temps d'exposition T est de I microseconde, le point détecteur adopte un état à certain niveau selon une ligne en pointillés 10, état qu'il conserve après la fin de l'impulsion 8, lorsque l'intensité lumineuse tombe en dessous d'un niveau de bruit électrique Il des points détecteurs du détecteur d'image. Lorsqu'on utilise un appareil vidéo normal à usage domes- tique, 20 millisecondes sont nécessaires pour lire et enregistrer l'image produite sur le détecteur d'image, soit une durée égale à 20 000 fois le temps d'exposition de l'impulsion lumineuse 8. Une fois le temps de lecture et d'enregistrement terminé, une nouvelle impulsion lumineuse 8' arrive, dont la longueur est identique à celle de l'impulsion lumineuse précédente, mais dont l'intensité est différente, par exemple plus puissante comme représenté à la figure 2. Pendant l'impulsion lumineuse 8', le point détecteur en question modifie son état de détection afin que ce dernier soit plus important de manière à correspondre à l'intensité de l'impulsion lumineuse 8', et à nouveau, 26 1 9 4 4 9 lorsque l'impulsion lumineuse 8' tombe en dessous du niveau de bruit élec- trique du détecteur, le point détecteur demeure à l'état de détection qu'il a adopté, jusqu'à ce qu'à nouveau, une fois que l'image produite a été lue et enregistrée, une nouvelle impulsion lumineuse modifie l'état de détection du point détecteur en question. L'image enregistrée peut être visionnée d'une manière générale- ment connue, soit en accouplant le magnétoscope 4 à un poste de télévision, soit en l'accouplant, par l'intermédiaire d'un câble 13, à un moniteur 12, comme le montre la figure 1. L'invention est préférentiellement adaptable à un appareil vidéo conventionnel à usage domestique, qui est peu coûteux, simple à utiliser et facile à transporter. Des images nettes sont alors obtenues toutes les vingt millisecondes, ce qui constitue une fréquence d'images suffisante dans la plupart des cas. Mais l'invention est aussi entièrement adaptable à l'enregistrement vidéo sur film à des fréquences d'images élevées; des appareils plus compliqués et coûteux sont alors nécessaires. Un appareil vidéo normal à usage domestique est basé sur la technique de télévision généralement utilisée, selon laquelle l'image de l'unité d'affichage est divisée toutes les deux lignes avec visionnement simultané, afin de rendre la différence en mouvement entre les images plus petite. Mais si des images très nettes sont souhaitées, le procédé selon l'invention permet d'employer une solution selon laquelle la totalité du champ d'image est visionnée simultanément, sans diviser les lignes en images différentes. La technique des lignes concernant la production d'images dans des moniteurs vidéo et des postes de télévision est généralement en soi connue, de sorte qu'on ne la décrira pas plus en détails. En conséquence, selon le mode de réalisation préférentiel de l'invention, on utilise un stroboscope 6 qui est relié à un appareil vidéo conventionnel à usage domestique, et qui transmet à l'objet, guidé par une impulsion de synchronisation, une impulsion d'exposition d'une durée de I à 10 microsecondes de préférence, et une image de l'objet est enregistrée sur le détecteur d'image au moyen de la réflexion de l'impulsion lumineuse du stroboscope. Selon un autre mode de réalisation du procédé selon l'invention, l'objet est exposé en continu à une lumière puissante, et la lumière réfléchie par l'objet est découpée au moyen d'un obturateur mécanique en une impulsion lumineuse d'une durée de I à 10 microsecondes de préférence, impulsion lumineuse qui produit une image sur le détecteur d'image de type 26 19 4 4 9 semiconducteur présent dans la caméra, de la manière décrite plus haut. Dans ce cas, on a besoin d'une camera spécialement conçue à cet effet, dans laquelle est installé un obturateur mécanique disponible en diverses variantes communément connues. Mais une caméra de ce type est beaucoup plus coûteuse qu'une simple caméra, et elle ne conviendra donc que pour des applications particulières, lorsqu'une telle configuration est nécessaire pour une raison donnée. REVENDICATIONS 1. Procédé de prise d'images d'un objet (l) se déplaçant rapide- ment, au moyen d'une technique de prise de vues de type vidéo, afin d'obtenir des images fixes immobilisant quasiment l'objet, procédé dans lequel: - de la lumière (8) provenant de l'objet de prise de vues (1) est conduite pendant un temps d'exposition prédéterminé (T), à travers un objectif d'appareil photographique (9) sur un afficheur d'image sensible à la lurrière afin de produire sur son écran une image correspondant à l'objet de prise de vues, - l'image produite sur l'écran de l'afficheur d'image est prête à être transformée en signaux électriques, et - les signaux électriques sont enregistrés sous la forme d'un champ magnétique variable sur une bande vidéo, le temps d'exposition (T) étant inférieur au temps employé pour lire et enregistrer l'image, c a r a c t é r i s é - en ce qu'est utilisé comme afficheur d'image un détecteur d'image de type semiconducteur en soi connu et constitué de points détec- teurs disposés en matrice, - en ce qu'un temps d'exposition (T) court est utilisé pour conduire la lumière provenant de l'objet de prise de vues (1) afin de former une impulsion lumineuse, - en ce que l'intensité d'une impulsion lumineuse suffisamment puissante est sensiblement constante pendant le temps d'exposition (T), - en ce que le détecteur d'image en question est activé par l'impulsion lumineuse en question, sous l'influence de laquelle les points détecteurs du détecteur d'image sont amenés à un état de détection corres- pondant aux points correspondants de l'image produite sur l'écran du détec- teur d'image, et restent à cet état une fois l'impulsion lumineuse terminée, - et en ce que l'état de détection indiqué par les points détecteurs du détecteur d'image est lu et enregistré pour l'essentiel après l'activation du détecteur d'image. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le temps d'exposition est de I à 10 ps. 3. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que l'impulsion lumineuse est formée en exposant l'objet de prise de vues pendant un temps d'exposition prédéterminé au moyen d'un stroboscope (6) synchronisé avec une caméra vidéo (2). 2 6 1 9 4 4 9 4. Procédé selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la lumière provenant de l'objet de prise de vues (I1) est conduite à travers le détecteur d'image en étant guidée par un obturateur mécanique pendant un temps d'exposition prédétermine. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que la prise de vues est effectuée à une fréquence d'images d'au plus 50 Hz. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la prise de vues est effectuée à une fréquence d'images de 50 Hz, et en ce que la totalité du champ d'image est enregistrée en une image fixe.