Brevet FR2613853A1 — publié le 19881014

SYSTEME D'ANALYSE D'IMAGE VIDEO POUR SYSTEME DE VISION La présente invention se rapporte à un système d analyse d'image vidéo pour système de vision comportant un ensemble électronique à microprocesseur pour traiter le signal fourni par une caméra. Les systèmes de vision sont utilisés, notamment en robotique, pour la localisation de pièces et la reconnaissance de formes, la métrologie et le contrôle d'aspect. Par exemple pour la localisation de pièces, il s' agit de fournir à un manipulateur les informations de position et d orientation sur la pièce à saisir. Dans ces systèmes de vision on utilise une caméra TV qui est un capteur analysant point par point la luminosité d une image. Elle opère par balayage ligne par ligne en fournissant un signal vidéo. Le signal vidéo est repris par une électronique assurant le traitement des images et 1 extraction des caractéristiques. Les dispositifs connus mémorisent l'information sous forme de matrices dans lesquelles chaque pixel (élément d'image) e-+ codé sur un ou plusieurs bits (suivant le nombre de niveaux de gris pris en compte). L'inconvénient majeur de ces dispositifs réside dans la nécessité d'une capacité mémoire importante qui implique des temps de scrutation et de traitement informatique importants. Ces traitements informatiques. doivent en effet prendre en compte tous les éléments de l'image. La présente invention a pour but de réaliser en temps réel, par des moyens électroniques la mémorisation et le traitement de l'image sous une forme compactée. Conformément à l'invention, le système comporte des moyens électroniques couplés au microprocesseur pour fournir deux signaux de fenêtrage (FEND, FENY) correspondant à une fenêtre, des moyens électroniques recevant le signal vidéo et fournissant un signal binarisé composé d'impulsions rectangulaires dont la largeur correspondant à la largeur du signal vidéo dépassant un seuil programmable, et des moyens recevant ledit signal binarisé et le signal de fenêtrage et fournissant un signal (ANT) dit binarisé fenêtré représentant le signal binarisé dans la fenêtre déterminée par les signaux de fenêtrage Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte des moyens pour fournir un signal ILC composé des seules impulsions de synchronisation du signal vidéo et des moyens pour extraire de ce signal les signaux de 'début de ligne IL et de début de trame IT et des moyens pour synchroniser les signaux ligne IL, trame IT et composite ILC sur une horloge interne de fréquence élevée et des moyens pour mélanger ces signaux resynchronisés avec ledit signal dit binarisé fenêtré (ANT). Selon une caractéristique de l'invention, le signal binarisé fenêtré est envoyé à un compteur comptant les impulsions d'une horloge, des mémoires mémorisant les valeurs de ce compteur lors des changements de niveau du signal binarisé fenêtré. Selon une caractéristique de l'invention, les mémoires mémorisent deux tableaux, I' un contenant les couples de coordonnées début et fin de chaque niveau haut du signal (ANT) correspondant à des segments d'image sur une ligne de balayage, l'autre contenant pour chaque ligne de balayage le nombre cumulé de segments. Selon une caractéristique de l'invention, le système comporte des moyens d' atténuation du signal vidéo recevant les signaux de fenêtrage et fournissant un signal vidéo atténué à 1' extérieur de la fenêtre. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens délivrant un signal binarisé comprennent des moyens pour délivrer un signal représentatif de la tension du signal vidéo sur la zone dite de blanking, des moyens pour additionner un signal de seuil audit signal représentatif et un comparateur recevant le signal résultattde ladite addition et le signal vidéo. L' invention va maintenant être décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d' exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels - La figure l est un schéma de 1' architecture fonctionnelle du dispositif, - La figure 2 est un diagramme représentant les signaux en fonction du temps, - La figure 3 est un exemple de mémorisation des couples liés aux segments correspondant à une image binarisée type. - La figure 4 représente la visualisation sur un moniteur de controle de I'image binarisée composée de segments. En se référant aux dessins, le système se compose d' une carte électronique l qui est associée par un bus de données à une carte-mère 2 pourvue d'un microprocesseur qui effectue le traitement d'image. La carte électronique 1 reçoit le signal venant d' une caméra 3 de type vidéo ou CCD. Celle-ci analyse un suJet et reçoit une image sur une surface photosensible. Elle fournit un signal électrique appelé signal vidéo représenté à la figure 2a. II se compose d' une succession de signaux analogiques S séparés par des signaux ou tops de synchronisation ligne IL ayant une allure quasi-rectangulaire. Au niveau de modulation supérieur N3 correspond le blanc et au niveau N2 correspondant le noir. Pour les taux intermédiaires on passe graduellement du noir au blanc. En dessous du niveau N2 se trouvent les signaux de synchronisation ligne IL.Le signal de synchronisation image (trame) IT marque le début de chaque trame. II est suivi par un signal E appelé "blanking" définissant le niveau de noir. La figure 2d représente le détail du signal vidéo correspondant à deux lignes. Entre deux tops IL, le signal vidéo correspond à une ligne de balayage. Le signal vidéo est envoyé sur différents circuits Il, 12, 13, 14, 15, 16, 18 et 23. Le circuit 12 dit de génération de fénêtre utilise des données en provenance du microprocesseur de la carte 2. Il fournit, en sortie, des signaux de fenêtrage horizontal FENX (diagramme 2e - figure 2) et vertical FENY (diagramme 2c - figure 2). Le signal vertical FEN est à I'état 1 sur une durée correspondant à un nombre déterminé de lignes de balayage (inférieur au nombre total de lignes) et à 1' état O le reste du temps. Le signal horizontal FENX est à l'état 1 pendant une durée inférieure à la durée comprise entre deux signaux de synchronisation IL et à l'état 0 le reste du temps. Les signaux de fenêtrage FENX et FENY sont envoyés à un circuit d' attenuation 11 du signal vidéo recevant le signal vidéo de la caméra et capable de l' atténuer par variation de l'impédance. Le signal issu du circuit il est dit signal vidéo fenêtré. Il peut être transmis à un moniteur 4. Le signal vidéo fenêtré fourni par le circuit 11 est envoyé à un circuit 17 qui mémorise la valeur crête positive de ce signal. Il permet directement la génération de la consigne diaphragme sur la sortie 33 à partir de la valeur moyenne du signal vidéo fenêtré. Cette consigne est exploitable sur certaines caméras munies d' oblectifs à diaphragme asservi. Le circuit 14 est un convertisseur numérique-analogique qui reçoit les données numériques en provenance du microprocesseur et fournit une tension constante appelée tension de seuil durant toute 1' acquisition d' une image. Le circuit 13 mémorise par échantillonnage du signal vidéo sur la zone appelée "blanking" après la détermination de la parité trame, une tension caractéristique du niveau N2 apDelé courant d' obscurité car cette tension varie en fonction des conditions ambiantes. La somme des signaux fournis par les circuits 13 et 14 qui est obtenue par le sommateur 26 est appelée signal de seuil S et dépend du niveau de noir. Le comparateur 18 reçoit le signal vidéo (diagramme 2d-figure 2) et le compare au signal de seuil S qui dépend du niveau de noir. Le comparateur 18 est associé à un circuit 27 qui fournit un signal binarisé constitué d' impulsions rectangulaires dont la largeur correspond à la largeur des impulsions vidéo dépassant le seuil S (diagramme 2f-figure 2). Le circuit 19 de multiplexage reçoit le signal binarisé issu directement de l' acquisition ou le signal vidéo binarisé mémoire-couple délivré par le circuit 15 et sélectionne vers le moniteur 4 1' un de ces signaux. Le signal binarisé et le signal de fenêtrage horizontal FENX sont envoyés à un circuit logique ET 20 a deux entrées. Celui -ci fournit un signal noté ANT qui est représenté sur le diagramme 2g de la figure 2. Ce signal ANT représente le produit logique du signal binarisé et du signal de fenêtrage horizontal FENX. Il comporte les transitions noir/blanc et blanc/noir du signal binarisé à l'intérieur de la fenêtre. Il ne prend en compte que les segments d'image situés dans la fenêtre. Chaque niveau haut 53 du signal ANT correspond à un segment. Le circuit 16 mémorise la valeur crête négative (niveau N1) du signal vidéo de façon à suivre les variations éventuelles de niveau de l'ensemble du signal vidéo et éviter de perdre les impulsions de synchronisation. Cette valeur crête (niveau NI1) subit par un additionneur 22, un décalage de valeur constante pour une caméra donnée. Le signal correspondant à cette valeur est appliqué à un comparateur 23 recevant par ailleurs le signal vidéo normal. Le signal issu du comparateur 23 est un signal noté ILC (diagramme 2b-figure 2) composé des seules impulsions de synchronisation ligne et trame du signal vidéo. Le signal ILC est iniecté dans un circuit 24 qui extrait de ce signal les signaux de début de ligne IL et de début de trame IT. Le circuit 25 resynchronise les signaux ligne IL, trame IT et composite ILC sur une horloge interne 31 de fréquence égale à un multiple de la fréquence qui rythme l'échantillonnage du signal effectué dans le circuit 27. A titre indicatif, la fréquence de 1' horloge interne pourrait être égale à 4 fois celle de l'horloge du circuit 27.Ceci permet alors de ramener I' erreur de synchronisation au quart de pixel. Le signal de synchronisation ligne ainsi resynchronisé est noté ILS et est représenté sur le diagramme 2h de la figure 2. Les fronts et la durée des tops du signal ILS sont alors parfaitement contrôlés vis-à-vis des signaux de synchronisation du signal vidéo. Le signal ANT est envoyé à un compteur 28 qui est incrémenté sur une horloge interne 32, donnant des impulsions au compteur avec une fréquence convenable. Sur une ligne quelconque de balayage caméra, lors d'une transition noir/blanc 51, on sauvegarde le nombre d'impulsions qui correspond à une valeur X1 du compteur 28 comme la première composante d' un couple de valeurs. Lors de la transition blanc/noir suivante 52, on acquiert le nombre d'impulsions qui correspond à une valeur X2 du même compteur 28 comme seconde composante du couple. Ce compteur 28 est initialisé en début de fenêtre horizontale de chaque ligne. Ainsi pour une ligne quelconque de balayage caméra, plusieurs transitions noir/blanc - blanc/noir générent autant de couples (X1, X2), (Xl, X'2) ,(X"1, X"2) etc... Dès que les deux composantes d' un couple sont déterminées, celles-ci sont rangées dans une mémoire 29 appelée mémoire couple dont 1' adresse est ensuite incrémentée. A cette mémoire est associée une seconde mémoire 30 appelée fonction de répartition dans laquelle est rangée pour chaque ligne de balayage caméra le nombre cumulé de couples depuis le début de la fenêtre d' analyse. Le contenu de la mémoire 30 pour une ligne donnée est en fait l'adresse de la mémoire 29 relévée à la fin de cette ligne. Les adresses des mémoires 29 et 30 sont initialisées en début de trame. La figure 3 représente un exemple de constitution des mémoires 29 et 30 à partir de deux lignes de balayage caméra détaillées dans le diagramme 2d-(figure 2). La figure 4 représente la visualisation sur un moniteur de contrôle de l'image binarisée correspondante avec sa fenêtre d' analyse. On a représenté sur la figure 4 deux lignes de balayage. Sur la première ligne apparaissent trois segments et sur la seconde ligne, deux segments. La mémoire 29 comprend alors les cinq couples constituant l'image, à savoir : - les couples (Xil, Xi2), (X'il, X'i2), (X"i1, X"i2) constituant la ligne i. - les couples (X11, Xi2), (X'11, X'j2), (X"jî, X"12) constituant la seconde ligne I. La mémoire 30 ne comprend dans cet exemple que deux valeurs correspondant aux deux lignes de balayage. La première valeur contient le nombre de couples déterminés sur la ligne i, soit trois, et la seconde valeur contient le nombre de couples cumulé sur la ligne i et la ligne I, soit trois plus deux est égal à cinq. Le nombre de couples déterminés sur la ligne i est donné par la différence entre la valeur de la mémoire 30 d' adresse i et la valeur de la mémoire 30 d'adresse i-l. Le signal ILS resynchro sé et le signal ANT sont envoyés à un mélangeur vidéo 21 qui additionne les signaux pour fournir un signal appelé vidéo binarisé (diagramme 2i-figure 2) qui peut être transmis à un moniteur 4 pour visualiser le résultat de la binarisation dans la fenêtre 6 d' acquisition représentée à la figure 4 sous forme de segments. Le circuit 15 sérialise les données issues du traitement informatique réalisé par le microprocesseur. Le signal issu de ce circuit 15 est appelé vidéo binarisé mémoire couple. Ce signal est envoyé au multiplexeur 19 de manière à visualiser une image enregistrée et éventuellement traitée par le microprocesseur. REVENDICATIONS 1. Système d' analyse d'image vidéo pour système de vision, comportant un ensemble électronique à microprocesseur pour traiter le signal vidéo fourni par une caméra, caractérisé par le fait qu' il comporte des moyens électroniques (12) couplés au microprocesseur pour fournir deux signaux de fenêtrage (FENX, FENY) correspondant à une fenêtrage, des moyens électroniques (13 > 14, 26, 18) recevant le signal vidéo et fournissant un signal binarisé composé d'impulsions rectangulaires dont la largeur correspond à la largeur du signal vidéo dépassant un seuil programmable, et des moyens (20) recevant ledit signal binarisé ét le signal de fenêtrage et fournissant un signal (ANT) dit binarisé fenêtré représentant le signal binarisé dans la fenêtre déterminée par les signaux de fenêtrage. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (16, 22, 23) pour fournir un signal ILC composé des seules impulsions de synchronisation du signal vidéo et des moyens (24) pour extraire de ce signal les signaux de début de ligne IL et de début de trame 1T et des moyens (25) pour synchroniser les signaux ligne IL, trame IT et composite ILC sur une horloge interne de fréquence élevée et des moyens (21) pour mélanger ces signaux resynchronisés avec ledit signal dit binarisé fenêtré (ANT). 3. Système selon I' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le signal binarisé fenêtré est envoyé à un compteur (28) comptant les impulsions d' une horloge (32), des mémoires (29, 30) mémorisant les valeurs de ce compteur lors des changements de niveau du signal binarisé fenêtré. 4. Système selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les mémoires (29, 30) mémorisent deux tableaux, 1' un contenant les couples de coordopnnées début et fin de chaque niveau haut du signal (ANT) correspondant à des segments d'image sur une ligne de balayage, l'autre contenant pour chaque ligne de balayage le nombre cumulé de segments. 5. Système selon 1' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu' il comporte des moyens d' atténuation (11) du signal vidéo recevant les signaux de fenêtrage et fournissant un signal vidéo atténué à l' extérieur de la fenêtre. 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens (13, 14, 18, 26) délivrant un signal binarisé comprennent des moyens (13) pour délivrer un signal représentatif de la tension du signal vidéo sur la zone dite de blanking, des moyens (26) pour additionner un signal de seuil audit signal représentatif et un comparateur (18) recevant le signal résultant de ladite addition et le signal vidéo.