Brevet FR2616225A1 — publié le 19881209

"Circuit de poursuite automatique de particules se dé- plaçant dans une image, notamment pour la mesure de la vitesse de sédimentation" La présente invention concerne un circuit de poursuite automatique de particules qui doivent être déterminées comme des signaux ponctuels saisis par un dispositif de prise de vue et se déplacent dans l'ima- ge avec détermination de leur vitesse ou de la distri- bution des vitesses, le dispositif de prise de vue re- présentant les particules sur l'image et traitant les informations de l'image pour les appliquer à un termi- nal. On connaît déjà un circuit de ce type selon DE-29 05 118. Toutefois, la structure de ce circuit est très compliquée. Ce circuit ne convient pas.pour mesurer des quantités de particules ayant une distri- bution non-homogène des vitesses. Il n'est pas non plus possible d'effectuer une poursuite ponctuelle. La présente invention a pour but de créer un circuit permettant de poursuivre, sur l'image, une particule séparée et de déterminer sa vitesse ou sa distribution de vitesse, en particulier dans le cas de particules dans des cellules en sédimentation. A cet effet, l'invention concerne un circuit du type ci-dessus, caractérisé en ce que: a) l'image est transformée en un signal série, b) en synchronisme avec le faisceau de lecture dans le dispositif de prise de vue, on associe un état de comptage à chaque point image, c) et on sélectionne, chaque fois, deux bandes image du champ image à l'aide de deux signaux horizontaux et verticaux, bandes qui donnent une fenêtre image, d) on définit la fenêtre image de manière à ne saisir qu'une seule particule, et e) on poursuit cette particule séparée à l'aide de la fenêtre image. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, la fenêtre image est déplacée dans la direc- tion de mouvement de la particule séparée de façon que cette particule séparée soit détectée dans la fenêtre image suivante. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, pour déterminer la répartition des vitesses, on inscrit, pour chaque trame de l'image, la position de la particule séparée et on en détermine la distri- bution. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, les coordonnées de la fenêtre-image sont adaptées à chaque champ image suivant la position res- pective de la particule séparée. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, l'application du circuit, comme installation de mesure, sert à déterminer la vitesse des particules dans des cellules en sédimentation. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le circuit est utilisé comme installation de mesure servant à déterminer la vitesse de dérive des ions dans un appareil d'électrophorèse. Le circuit selon l'invention se compose d'une caméra CCD qui effectue la prise d'une image vidéo par exemple dans une cellule en sédimentation. Un module câblé traite les signaux images qui sont alors fournis à un terminal affichant la vitesse de la particule. Le module câblé (circuit) choisit une par- ticule, détermine sa vitesse et affiche cette grandeur sur l'écran image du terminal, lorsque la course de poursuite minimale est dépassée. Pour pouvoir également poursuivre des parti- cules qui ne peuvent être enregistrées que partielle- ment, car elles se déplacent sur un plan trop incliné, on peut déterminer la vitesse de la particule en uti- lisant les données existantes et lors de la distribu- tion de la particule, on asservit la fenêtre image à la vitesse calculée. Pour pouvoir enregistrer, de manière certai- ne, des particules à des vitesses différentes, on dé- place le bord de la fenêtre image pour que la particu- le se trouve encore dans le champ image suivant. Les vitesses de dérive par exemple des ions dans des appa- reils d'électrophorèse, peuvent se mesurer dans de telles conditions. Pour déterminer la distribution des vitesses d'une particule, on inscrit la position de la particu- le dans chaque trame de l'image et on en déduit la distribution. L'ensemble du circuit électronique se loge sur une seule carte Europa et peut ainsi être facile- ment placé dans un boîtier plus grand d'une cellule de sédimentation. En asservissant un masque, on ne choisit que la particule qui doit être poursuivie dans le champ image. Le masque se calcule à partir des dernières coordonnées respectives du point image en tenant comp- te de la vitesse réelle. Le masque est formé, en par- tie, avec le circuit et, en partie, avec le programme. Le fonctionnement et la structure du circuit selon l'invention seront décrits à l'aide de deux exemples de réalisation représentés aux dessins an- nexés dans lesquels: - la figure i montre un schéma d'un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 est un schéma d'un second mode de réali- sation constituant une variante du schéma de la fi- gure 1. Comme fenêtre image initiale 70, on choisit un rectangle aplati transversalement par rapport à la direction de déplacement pour détecter toutes les par- ticules O. Puis on réduit autant que possible.la fenê- tre 70 pour éviter toute influence par d'autres parti- cules O. Fonctionnement du circuit de la figure 1: L'image prise par une caméra de télévision 17 est transformée en un signal de type série 72. Dans le circuit électronique, un compteur 2, 12 fonctionne en synchronisme avec le faisceau de lecture de la ca- méra 17 si bien qu'à chaque point image, est associé un état de comptage 51, 59. Lorsque le signal vidéo dépasse une valeur déterminée, cela correspond à la présence d'un objet clair O et l'état de comptage 51, 59 correspondant à la position de la particule O est mis en mémoire. L'état de comptage 51, 59 se subdivise en une composante horizontale 51 et une composante verticale 59. On retranche une valeur déterminée a de la valeur horizontale 75 et on l'enregistre dans le registre 3; puis on décompte une valeur b et on l'in- scrit dans le registre 5. Les signaux de sortie de ces registres 54, 55 sont appliqués à un comparateur 4, 6 qui fournit un signal 66, 67 lorsque l'état de compta- ge 51 coïncide avec la valeur enregistrée 54, 55. Ces deux signaux 66, 67 commute un flip-flop (bascule bistable)-11 ce qui correspond à la sélection d'une bande image 68 dans le champ image. On procède de la même manière pour la compo- sante verticale. Puis on combine les deux bandes 68 et 69 suivant une fonction logique ET pour former une fe- nêtre image 70 dans le champ image. Le signal d'entrée 71 filtré à un seuil est combiné avec la fenêtre image par une combinaison logique ET pour enregistrer seule- ment les objets O se trouvant dans la fenêtre image 70. Si on réduit les dimensions de la fenêtre 70 et la densité des particules O pour n'enregistrer plus qu'une seule particule O, on peut alors choisir une particule O et la suivre. Les coordonnés de la fenêtre 54, 55, 60, 62 sont adaptées suivant le champ image à l'aide de l'opération indiquée cidessus, suivant la position respective 51, 59 de la particule O. La vi- tesse maximale s'obtient du fait que la particule O doit encore se trouver dans le champ image 70 qui suit l'opération de détermination de la position. Si l'on suppose que les particules se dépla- cent-en ligne droite dans la direction verticale, on peut, en comptant les lignes, déterminer la trajectoi- re et, en comptant les trames, déterminer le temps; à partir de ces deux grandeurs, on obtient la vitesse de la particule. Description du circuit de la figure 1: Le générateur de cadence 1 travaillant à une fréquence de 10 MHz, déclenche par la sortie de signal le compteur 2 qui est remis à l'état initial par le retour de ligne de la caméra 17 par le signal de syn- chronisation de ligne 58. L'état de comptage 51 est alors synchrone au mouvement horizontal du faisceau de lecture dans la caméra 17. Le comparateur 4 compare le signal de comptage horizontal 51 à une valeur initiale 54 inscrite dans le registre 3. Lorsque le signal 51 est égal au signal 54, le comparateur 4 émet un signal de sortie 67 qui met en oeuvre le flip-flop 11. La grandeur d'arrêt 55 horizontal est inscrite dans le registre 5; cette grandeur est comparée au signal de comptage horizontal 51 dans le comparateur 6. Si l'é- tat de comptage 51 est égal à la valeur d'arrêt 55, le comparateur 6 émet un signal 66 qui remet à l'état initial le flip-flop. A la sortie du flip-flop 11, on dispose alors d'un signal de sortie horizontal 68 qui est combiné au signal de détection vertical 69 dans une porte logique ET 14. Le signal de détection vertical 69 se forme comme suit: Le signal de synchronisation horizontal 58 de la caméra 17 déclenche le compteur de ligne 12 qui est remis à l'état initial à la fin d'une demi-image (trame) de la caméra 17 par le signal de synchronisa- tion vertical 80. L'état de comptage 59 est alors syn- chronisé sur le mouvement vertical du faisceau de lec- ture de la caméra 17. Le comparateur 8 compare le si- gnal de comptage vertical 59 à une valeur initiale 60 inscrite dans le registre 7. Lorsque le signal 59 est égal au signal 60, le comparateur 8 forme un signal de sortie 64 qui met en oeuvre le flip-flop 13. Le regis- tre 9 contient la grandeur d'arrêt horizontale 62 qui est comparée au signal vertical 59 dans le comparateur 10. Si l'état de comptage 59 est égal à la grandeur d'arrêt 62, le comparateur 10 émet un signal 65 qui remet à l'état initial le flip-flop 13. On dispose alors d'un signal de sortie horizontal 69 à la sortie du flip-flop 13. Le signal de fenêtre horizontal 68 et le si- gnal de fenêtre vertical 69 sont combinés dans une porte ET 14. Le- signal de sortie 70 est un signal de fenêtre qui n'est égal à 1 que si le faisceau d'écri- ture de la caméra 13 se trouve dans la fenêtre d'image définie par les grandeurs 54, 55, 60 et 62 des re- gistres 3, 5, 7 et 9. Le signal vidéo 72 est comparé à une valeur de seuil dans le discriminateur de valeurs de seuil 16 pour que le signal de sortie 71 ne soit égal à 1 pour les points observés. Le signal 71 est alors combiné à la fenêtre 70 dans une porte ET 15. Lorsqu'une particule se trouve dans la fenêtre 70, les états de comptage 51 et 59 sont inscrits dans les re- gistres 18 et 19. La position de la particule O est alors inscrite dans les registres 18 et 19. A partir de ces valeurs 75 et 74, on procède par addition dans les additionneurs 20 et 22 avec des constantes b et d pour calculer les grandeurs d'arrêt horizontale et verticale 63 et 56. Les grandeurs initiales 57 et 61 s'obtiennent en retranchant des grandeurs 74 et 75 fournies par les registres, les constantes a et c dans des soustracteurs 21 et 23 pour obtenir les grandeurs initiales 57 et 61. A la fin de l'image de la caméra 17, le signal de synchronisation vertical 80 inscrit les grandeurs 57, 56, 61 et 63 dans les registres de départ et d'arrêt 3, 5, 7 et 9; lors de la nouvelle image formée par la caméra 17, ces grandeurs détermi- nent alors la fenêtre 70. La fenêtre 70 est définie par la position de la particule O. Pour assurer aux vitesses élevées de la particule 0 que la particule O se trouve de nouveau dans le champ image 70 pendant la demi-trame suivante de la caméra 17, on adapte de façon appropriée les constantes a, b, c et d. L'ordinateur 81 effectue une lecture en com- mande d'interruption à la fin d'une image de la caméra 17 pour déterminer les positions de particules 74, 75 et à partir de ces positions, il calcule la vitesse des particules qui sont alors fournies à un appareil d'émission 83. Lorsque la mesure d'une particule 0 est ter- minée, la fenêtre image 70 est fixée de nouveau par l'ordinateur 81 à l'aide des grandeurs 74, 75. La figure 2 montre une variante du circuit de la figure 1. Le fonctionnement est le même à la différen- ce que les composants 23, 22, 80, 21, 20, 7, 9, 8, 10, 13, 18 sont commandés par le microprocesseur 81 en fonction du programme inscrit dans la mémoire 101. R E V E N D I CATIONS 1l) Circuit de poursuite automatique de par- ticules qui doivent être déterminées comme des signaux ponctuels saisis par un dispositif de prise de vue et se déplacent dans l'image avec détermination de leur vitesse ou de la distribution des vitesses, le dispo- sitif de prise de vue représentant les particules sur l'image et traitant les informations de l'image pour les appliquer à un terminal, circuit caractérisé en ce que: a) l'image est transformée en un signal série (72), b) en synchronisme avec le faisceau de lecture dans le dispositif de prise de vue (17), on associe un état de comptage (51, 59) à chaque point image, c) et on sélectionne, chaque fois, deux bandes image (68, 69) du champ image à l'aide de deux signaux horizontaux et verticaux, bandes qui donnent une fenêtre d'image (70), d) on définit la fenêtre image (70) de manière à ne saisir qu'une seule particule (O), et e) on poursuit cette particule séparée (O) à l'aide de la fenêtre image (70). 2-) Circuit selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la fenêtre image (70) est déplacée dans la direction de mouvement de la particule séparée (O) de façon que cette particule séparée (O) soit dé- tectée dans la fenêtre image suivante. 3') Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que,' pour déterminer la répartition des vitesses, on inscrit, pour chaque trame de l'image, la position de la parti- cule séparée (O) et on en détermine la distribution. 4') Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les coor- données de la fenêtre image (56, 57, 61, 63) sont adaptées à chaque champ image suivant la position res- pective (51, 59) de la particule séparée (0). ) Circuit selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé par son application comme installation de mesure servant à déterminer la vitesse des particules dans des cellules de sédimenta- tion. 6') Application du circuit selon l'une quel- conque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le circuit est utilisé comme installation de mesu- re servant à déterminer la vitesse de dérive des ions dans un appareil d'électrophorèse.