Brevet FR2624608A1 — publié le 19890616

Dispositif de detection automatique de defauts dans un lot héte- rogène d'objets. La- présente invention a pour objet un dispositif de détection automatique de défauts dans un lot hétérogène d'objets, comprenant une caméra vidéo d'observation des objets à contrôler, des moyens de fixation d'un seuil de luminance correspondant à l'observation d'objets présentant des défauts,. des moyens de comparaison entre le signal de luminance délivré par la caméra vidéo lors de llobservation d'un objet à contrôler et ledit seuil de luminance, et des moyens de visualisation ou d'alarme excités de façon sélective lorsque les moyens de comparaison détectent le franchissement dudit seuil de luminance. L'invention concerne ainsi le domaine de la vision industrielle, à l'aide de caméras vidéo associées à des systèmes de traitement ou d'affichage, et plus particulièrement des techniques de vision industrielle appliquées au contrôle de qualité ainsi qu'au tri ou classement de produits tels que des pièces de bois par exemple. Un dispositif de détection automatique de défauts par système de vision implique a priori le traitement d'un nombre d'informations très élevé. Ainsi, à titre d'exemple, une image issue d'une caméra matricielle de 512 points sur 580 lignes avec 256 niveaux de gris représente plus de 70 millions d'informations elémentaires à traiter en temps réel. Pour réduire la masse des informations envoyées au système de traitement afin de ne pas saturer celui-ci, il est possible de transformer l'image complexe de départ en une image formée de points ne définissant que deux niveaux (niveau de blanc et niveau de noir). Ceci est réalisé en comparant à un seuil prédéterminé les valeurs de luminance des divers points de l'image. Pour chaque point il est alors attribué une valeur de niveau de blanc ou de niveau de noir selon que le signal de luminance est supérieur ou inférieur au seuil prédéterminé. Ce type de pré-traitement fonctionne bien sur des images homogènes et parfaitement éclairees, mais ne donne pas de résultats satisfaisants dès lors que se présente dans le champ de la caméra un lot hétérogène de produits clairs et de produits foncés, puisque le seuil est identique sur toute l'image. Dans la mesure où le seuil permettant la détection de défauts sur des produits clairs est en fait différent de celui à appliquer dans le cas de produits foncés, des moyens peuvent être mis en oeuvre afin de créer un seuil adaptatif. Selon une première possibilité, on procède par histogramme des niveaux de gris puis au calcul du seuil. Cette solution est puissante puisqu'elle permet de réaliser une opération de comparaison à un seuil sur une fenêtre d'écran, ce qui rend possible le calcul d'un seuil par objet. L'inconvénient majeur d'une telle solution réside dans son temps d'exécution. En effet, il est dans ce cas nécessaire de procéder séquentiellement à une acquisition d'image, une définition des fenêtres, u- calcul dthis- togramme pour chaque fenêtre, un calcul de seuil pour chaque fenêtre et une opération de comparaison avec le seuil déterminé pour chaque fenêtre. Ces différentes opérations impliquent un temps de traitement qui n'est pas compatible avec un traitement en temps réel. Selon une seconde possibilité, on procède par calcul du niveau de gris moyens sur l'image à l'aide d'un processeur câblé. Une telle solution permet de tenir compte des variations lentes de luminosité de la scène, mais n'offre pas d'amélioration dès lors que des objets clairs et des objets foncés se trouvent mélangés dans la même scène. Selon encore une troisième possibilité, le niveau de luminance moyen est mesuré à l'aide d'une cellule déportée et reliée au système de vision. Cette solution présente le mena inconvénient que la précédente et, de plus, amène des problèmes d'interprétation du fait de son temps de réponse par rapport à la caméra ou du fait qu'elle intègre le fond de la scène par exemple. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités eut à permettre de réaliser de façon automatique et fiable, en temps réel, une détection de défauts dans un lot d'objets observés à l'aide d'une caméra vidéo, même si le lot d'objets comprend à la fois des objets clairs et des objets foncés. Ces buts sont atteints grâce à un dispositif de détection du type défini en tête de la description, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un processeur câblé de traitement en temps réel et ligne par ligne du signal vidéo éllis par la caméra pour produire un signal vidéo normalisé qui est recalé à chaque ligne sur une valeur de consigne programmable en fonction de la valeur moyenne de la luminance du signal vidéo pour la ligne considérée. Le signal vidéo d'une caméra étant représentatif du niveau de lumière réfléchi par la scène, l'invention vise ainsi à traiter le signal vidéo de manière à obtenir une homogénéité maximale du niveau de luminance moyen, tout en conservant la dynamique d'origine, ce qui s'avère possible du fait du traitement en temps réel et ligne par ligne. L'obtention d'un signal vidéo traité ainsi normalisé permet de minimiser à la fois les problèmes dûs aux variations de teinte des échantillons dans la mena scène, et les problèmes d'homogénéité d'éclairage. Le processeur de signal selon l'invention permet le recalage du signal vidéo, en temps réel, afin d'autoriser une opération de comparaison avec un seuil adapté, non pas image après image, mais ligne après ligne. Ceci est réalisé de façon particulière par le calcul de la valeur moyenne de la luminance de chaque ligne et le verrouil-. lage de cette valeur sur une consigne programmable. Selon une caractéristique particulière de l'invention, afin de r.e pas faire intervenir dans le calcul de la moyenne les valeurs de luminance appartenant au fond de la scène, il est prévu deux limites programmables au-delà desquelles le calcul du seuil est inhibé. Cela permet de ne pas faire intervenir dans le calcul du seuil les valeurs de luminance inférieures à la limite basse, donc appartenant au fond dans le cas d'un éclairage supérieur (fond sombre), ou les valeurs supérieures à la limité haute dans le cas diun éclairage inférieur (fond clair). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma-bloc montrant les fonctions principales d'un dispositif de détection automatique de défauts dans un lot hétérogène d'objets, avec un processeur de recalage selon l'invention, - la figure 2 est un organigramme montrant la succession d'étapes réalisées dans un processeur de traitement selon l'invention, - les figures 3 et 4 montrent l'évolution d'un signal de luminance en fonction du temps, la forme d'une valeur moyenne et le positionnnement d'un seuil, et - la figure 5 est un schéma-bloc d'un processeur de recalage utilisable dans le cadre d'un dispositif de détection selon l'invention, tel que celui représenté de façon schématique sur la figure 1. On voit sur la figure 1 le schéma d'ensemble d'un dispositif de détection de défauts dans un lot hétérpgène d'objets 8, qui peuvent être constitués par exemple par un mélange de planchettes de bois clair et de planchettes de bois foncé. Les objets 8 à observer peuvent par exemple être placés sur un moyen de transport 80, tel qu'un convoyeur à bande, qui amène les lots d'objets 8 successivement dans le champ d'une caméra vidéo 7 dont les signaux sont appliqués à un système de traitement 9 destiné à comparer les signaux de luminance délivrés par la caméra vidéo 7 lors de l'observation d'objets à contrôler 8, à un seuil de luminance prédéterminé S fixé de manière à correspondre à l'observation d'objets présentant des défauts, tel que l'objet 8' par exemple. Des moyens de visualisation ou d'alarme 19 reliés au système de traitement 9 sont excités de façon sélective lorsque les moyens de comparaison détectent le franchissement du seuil de luminance S. Un détecteur 81 de la présence d'objets dans le champ de la caméra 7, et/ou de contrôle du défilement du convoyeur 80 émet un signal D qui peut être appliqué système de traitement 9 pour permettre l'identification des objets observés 8' ayant fait l'objet d'une détection de défaut. Comme représenté sur la figure 1, un processeur de prétraitement 30 reçoit les signaux vidéo émis par la caméra 7, qui peut être par exemple une caméra matricielle noir et blanc de 512 points sur 580 lignes avec 256 niveaux de gris. Les signaux pré-traités issus du processeur câblé 30 de pré-traitement sont ensuite appliqués au système de traitement 9 qui peut lui-même être classique. Le processeur câblé 30 vise essentiellement à réaliser le calcul en temps réel du niveau de gris moyen ligne par ligne, et non image par image, afin de déterminer en temps réel un seuil adapté ligne par ligne qui permet de délivrer au système de traitement 7 une image fortement pré-traitée. Selon un premier mode de réalisation possible, la valeur moyenne par ligne est pondérée afin de constituer un seuil adapté permettant l'obtention d'un image binaire qui est appliquée au système de traitement 9 pour faire l'objet d'une comparaison avec le seuil prédéterminé S et permettre la délivrance d'une information spécifique en cas de franchissement de -ce seuil se traduisant par la présence d'un défaut dans la champ de vision de la caméra. Selon un second mode de réalisation possible, la valeur de la moyenne par ligne sert- de niveau de verrouillage (selon la technique dite de "clamping") dans un étage de réalignement du niveau infra-noir du signal vidéo. L'information produite par le processeur -câblé et fournie au système de traitement 9 est alors une image en niveaux de gris dont chaque ligne est pondérée par la valeur moyenne de la ligne précédente. Les figures 3 et 4 représentent un exemple de la forme de la luminance d'un signal vidéo V en fonction du temps sur deux lignes successives de balayage d'une image vidéo, la figure 3 correspondant à une première ligne comprise entre les instants T-l et TO et la figure 4 correspondant à une seconde ligne comprise - entre les instants TO et T+1. Sur la figure 3, S désigne le seuil établi de manière à correspondre à la moyenne à l'instant T-l et M désigne la valeur moyenne du signal vidéo V déterminée par le processeur 30 à partir du signal vidéo V entre les instants T-l et TO. Sur la figure 4, S désigne le seuil établi de manière à correspondre à la moyenne à l'instant TO et M désigne la valeur moyenne du signal vidéo V déterminée par le processeur 30 à partir du signal vidéo V entre les instants TO et T+1. Sur les figures 3 et 4, L1 et L2 représentent deux limites programmables basse et haute au-delà desquelles le calcul de la moyenne est inhibé. Cela permet de ne pas faire intervenir dans le calcul du seuil les valeurs de luminance inférieures à la limite L1, donc appartenant au fond dans le cas d'un éclairage supérieur (fond noir) ou les valeurs de luminance supérieures à la limite haute L2 dans le cas d'un éclairage inférieur (fond ciair). Les opérations principales effectuées par le processeur câblé 30 sont représentées sur l'organigramme de la figure 2. Lors d'une première étape 101 le processeur effectue une mesure de la luminance du signal d'entrée. Dans une seconde étape 102, le processeur effectue un test pour déterminer si la valeur de luminance mesurée est comprise ou non dans les limites prédéterminées L1 et L2 (figures 3 et 4). Si ce n'est pas le cas, il y a retour à l'étape 101. Si en revanche, la valeur de luminance mesurée est bien comprise entre L1 et L2, le processeur passe à l'étape suivante 103 qui comprend le calcul de la valeur moyenne du signal de luminance. Après l'étape 103, le processeur effectue le test 104 consistant à examiner si l'on a atteint la fin d'une ligne vidéo. Si ce n'est pas le cas, il y a retour à l'étape initiale 101 de mesure de luminance. Si en revanche, le test 104 permet de constater que l'on est parvenu à la fin d'une ligne vidéo, il y a passage à une étape 105 de calcul de l'écart X constitué par la valeur algébrique de la différence entre une valeur de consigne et la valeur moyenne calculée en dernier lieu à l'étape 103. L'étape suivante 106 consista à ajouter la valeur algçbrique X au signal de luminance de sortie pour fournir en sortie du processeur 30 un signal pré-traité recalé sur une valeur de consigne, et donc "normalisé", ce qui permet bien de s'affranchir ensuite, lors du traitement par le système de traitement 9, des fluctuations dues aux problèmes d'hétérogénéité d'éclairage ou aux variations de teinte des échantillons (par exemple planchettes ou feuillets de bois) de la même scène. La figure 1 montre sous forme de schéma-bloc les principaux modules fonctionnels du processeur 30 de recalage du signal de luminance Le signal d'entrée issu de la caméra vidéo 7 est appliqué à un étage 1 de conversion analogique-numérique. Les signaux numériques issus de l'étage 1 sont appliques d'une part à un module 2 de calcul de la moyenne par ligne vidéo, à l'intérieur de limites basse et haute L1 et L2, et d'autre part, à un étage de correction 5. La valeur algébrique de l'écart X entre une valeur de consigne fournie par une mémoire 3 et la valeur moyenne par ligne vidéo issue du module de calcul 2 est déterminée par un module soustracteur 4 et est appliquée à l'étage de correction 5 pour être additionnée algébriquement à la valeur numérique issue de l'étage 1 de conversion analogique-numérique. Le signal corrigé issu de l'étage de correction 5 est appliqué à un étage 6 de conversion numérique-analogique qui fournit un signal de sortie analogique pré-traité conforme aux normes des signaux vidéo classiques, pour être appliqué au système de traitement 9 qui peut lui-même être classique. La figure 5 montre de façon plus complète sous forme de schéma-bloc les modules réalisables électroniquement qui assurent les fonctions élémentaires du processeur câblé 30. Le processeur câblé 30 de traitement du signal comprend en premier lieu un circuit séparateur 10 recevant les signaux délivrés par la caméra vidéo 7 pour fournir en sortie d'une part des signaux de synchronisation ligne et trame, eut d'autre part un signal de luminance. Un convertisseur analogique-numérique 11 reçoit an entrée le signal de luminance issu du circuit séparateur 10. Un circuit 25 de mise en mémoire des valeurs de luminance délivrées par le convertisseur analogique-numérique 11, est relié à des circuits logiques de séquencement 12 commandés par lesdits signaux de synchronisation ligne et trame. Un sous-ensemble de calcul de moyenne en temps réel par ligne vidéo comprend un circuit additionneur 26, un compteur de points 27 et un circuit diviseur 28.Un circuit soustracteur 4 pour déterminer la valeur et le signe du décalage existant entre la valeur moyenne calculée dans le sous-ensemble 26, 27, 28, et délivrée par le circuit diviseur 28 et une valeur de consigne contenue dans une mémoire de consigne 3 fournit une valeur de décalage X à un circuit additionneur 5 qui décale le signal de sortie du convertisseur analogique-numérique 11 en ajoutant algébriquement aux valeurs numériques issues du convertisseur 11 la valeur de décalage issue du circuit soustracteur 4.Un convertisseur numérique-analogique 6 transforme les nombres issus du circuit additionneur 5 en un signal analogique représentant la luminance du signal de sortie, et un amplificateur de sortie 61 assure la combinaison des signaux de synchronisation issus du circuit séparateur 10 et du signal de luminance issu du convertisseur numérique-analogique 6 pour recréer un signal vidéo composite CCIR. L'amplificateur de sortie 61 permet également l'adaptation d'impédance par exemple 75 ohms. Le processeur câblé 30 de traitement du signal comprend en outre une mémoire 21 de valeur limite haute de luminance et une mémoire 22 de valeur limite basse de luminance, ainsi que deux comparateurs 23, 24. Le premier comparateur 23 reçoit d'une part le signal numérique issu du convertisseur analogique-numérique 11 et d'autre part la valeur limite haute stockée dans la mémoire 21 tendis que le second comparateur 24 reçoit d'une part le signal numérique issu du convertisseur analogique-numérique Il et d'autre part la valeur limite basse stockée dans la mémoire 22. Les sorties des premier et second comparateurs 23, 24 sont reliées à la mémoire 25 de valeur de luminance pour limiter le calcul de moyenne aux valeurs de luminance comprises entre les limites haute et basse. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection automatique de défauts dans un lot hétérogène d'objets, comprenant une camera vidéo(7) d'observation des objets à contrôler (8,8'), des moyens de fixation d'un seuil de luminance correspondant à l'observation d'objets présentant des défauts, des moyens de comparaison entre le signal de luminance délivré par la caméra vidéo lors de l'observation d'un objet à eontrôler et ledit seuil de luminance, et des moyens de visualisation ou d'alarme (19) excités de façon sélective lorsque les moyens de comparaison détectent le franchissement dudit seuil de luminance, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un processeur câblé (30) de traitement en temps réel et ligne par ligne du signal vidéo émis par la caméra pour produire un signal vidéo normalisé qui est recalé à chaque ligne sur une valeur de consigne programmable en fonction de la valeur moyenne de la luminance du signal vidéo pour la ligne considérée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérise en ce que le processeur câblé comprend en outre des moyens pour limiter la détermination de la valeur moyenne de la luminance du signal vidéo à chaque ligne aux valeurs de luminance comprises entre une valeur limite inférieure (L1) et une valeur limite supérieure (L2). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le processeur câblé de traitement do signal comprend un circuit séparateur (10) recevant les signaux délivrés par la caméra vidéo pour fournir en sortie d'une part des signaux de synchronisation ligne et trame, et d'autre part, un signal de luminance; un convertisseur analogique-numérique (11) recevant en entrée le signal de luminance issu du circuit séparateur (10); un circuit (25) de mise en mémoire des valeurs de luminance délivrées par le convertisseur analogique-numérique (11), lequel circuit (25) de mise en mémoire est relié à des circuits logiques de séquencement (12) commandés par lesdits signaux de synchronisation ligne et trame; un sous-ensemble de calcul de moyenne en temps réel par ligne vidéo comprenant un circuit addi tionneur (26), un compteur de points (27) et un circuit diviseur (28); un circuit soustracteur (4) pour déterminer la valeur et le signe du décalage existant entre la valeur moyenne calculée et une valeur de consigne contenue dans une mémoire de consigne (3), un circuit additionneur (5) pour décaler le signal de sortie du convertisseur analogique-numérique (11) en ajoutant algébriquement aux valeurs numériques issues du convertisseur (11) la valeur de décalage issue du circuit soustracteur (4), un convertisseur numériqueanalogique (6) pour transformer les nombres issus du circuit additionneur (5) en un signal analogique représentant la luminance du signal de sortie, et un amplificateur de sortie (61) assurant la combinaison des signaux de synchronisation issus du circuit séparateur (10) et du signal de luminance issu du convertisseur numérique-analogique (6) pour recréer un signal vidéo composite CCIR. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que le processeur câblé de traitement du signal comprend en outre une mémoire (21) de valeur limite haute de luminance et une mémoire (22) de valeur limite basse de luminance, un premier comparateur (23) pour recevoir d'une part le signal numérique issu du convertisseur analogique-numérique (11) et d'autre part la valeur limite haute stockée dans la mémoire (21), un second comparateur (24) pour recevoir d'une part le signal numérique issu du convertisseur analogique-numérique (11) et d'autre part la valeur limite basse stockée dans la mémoire (22), les sorties des premier et second comparateurs (23, 24) étant reliées à la mémoire (25) de valeur de luminance pour limiter le calcul de moyenne aux valeurs de luminance comprises entre les limites haute et basse. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'observation d'un lot hétérogène d'objets clairs et foncés, tels que des planchettes ou feuillets de bois. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la caméra vidéo est une caméra matricielle d'au moins 512 points sur 580 lignes.