Brevet FR2658609A1 — publié le 19910823

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA REFLECTANCE D'UN PRODUIT GRANULOMETRIQUE L'invention concerne un procédé et un dispositif de mesure de la réflectance d'un produit granulométrique. Elle s'applique notamment à la mesure de la réflectance de produits présentant une granulométrie hétérogène. Il existe à l'heure actuelle de nombreux procédés et dispositifs destinés à mesurer la réflectance de produits divers, notamment en vue de déterminer le degré de blancheur de ces produits. De telles techniques sont notamment décrites dans les brevets français FR 2.437.621 portant sur un dispositif de contrôle de qualité des farines, FR 2.479.469 et FR 2.319.895, qui visent des dispositifs de mesure de la réflectance d'échantillons de produits, permettant donc des mesures en discontinu par prélèvements ponctuels d'une petite quantité de ce produit. Une application particulière de cette technique consiste en la mesure du degré de blancheur de produits minéraux, lors de leur production, ce degré de blancheur constituant un paramètre de classification représentatif de la qualité du produit fini. A l'heure actuelle, les mesures sont effectuées au moyen d'un rayon lumineux calibré et ponctuel, en éclairant des pastilles renfermant le produit compacté en vue de présenter un parfait état de surface. Ces mesures sont donc effectuées, de même que dans les autres applications, sur des échantillons prélevés ponctuellement et traités ultérieurement en laboratoire. Or, ce type de mesure présente, outre sa lourdeur, un inconvénient majeur du fait que, pour obtenir un produit de blancheur correspondant à son application, il peut être nécessaire de mélanger dans des proportions variables différents grades de minéraux.Un contrôle effectué en différé ne permet pas, en effet, de gérer de façon rationnelle un tel processus de fabrication par mélange. La présente invention vise à pallier cet inconvénient et a pour principal objectif de fournir un procédé et un dispositif permettant de contrôler en continu, avec une cadence élevée, la réflectance d'un produit granulométrique amené à défiler sous ce dispositif. Un autre objectif de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif permettant de mesurer la réflectance de produits présentant une granulométrie hétérogène, tel que des produits minéraux. A cet effet, l'invention vise un procédé de mesure de la réflectance d'un produit granulométrique, notamment produit à granulométrie hétérogène, caractérisé en ce qu'il consiste a) à éclairer le produit au moyen d'une source d'éclairage stable et diffuse, b) à générer une image vidéo de ce produit au moyen d'une caméra vidéo, c) à saisir, en temps réel, le signal analogique vidéo de cette image, et à le convertir en une matrice de codes numériques, chacun représentatif du niveau de gris du point correspondant de l'image, d) à mémoriser, en temps réel, la matrice de codes numériques, e) à traiter par le calcul, la matrice de codes numériques, de façon à déterminer le poids de chaque niveau de gris en décomptant le nombre de codes numériques correspondant aux divers niveaux de gris, et à délivrer une série de mots en nombre égal au nombre de niveaux de gris, f) à effectuer sur la série de mots des tests consistant, d'une part, à calculer des grandeurs statistiques de ladite série telles que moyenne MV, écart type ET, mode MO, et d'autre part, à déterminer les codes numériques MAX et MIN correspondant aux niveaux de gris maximal et minimal, -#) à calculer un coefficient ARR, dit d'arrêt, tel que ARR = ET + (MAX - MIN), et h) si le coefficient d'arrêt ARR est inférieur à une valeur de référence mémorisée ST, à délivrer une information représentative de la moyenne MY calculée sur la série de mots, j) si le coefficient d'arrêt ARR est supérieur à la valeur de référence mémorisée ST 10 à calculer un coefficient, dit correcteur de seuil, CCS tel que CSS = MO - M K où M = MAX + MIN 2 K = coefficient mémorisé fonction du produit et adapté pour que -5 20 pour chaque point I (i, j) de la matrice à à calculer la valeur moyenne M1 des codes numériques des points avoisinants, à déterminer un coefficient SE dit de seuil tel que SE = M1 + CCS, à à calculer la valeur moyenne M2 des codes numériques des points avoisinants dont la valeur est supérieure à SE, et à affecter à ce point I (i, j) la valeur de cette moyenne M2 si celle-ci est supérieure à sa valeur initiale, 30 et à renouveler les étapes e), f) et g). Le procédé selon l'invention comporte donc, en premier lieu, une première étape consistant à réaliser le traitement numérique du signal vidéo représentatif des niveaux de gris du produit visualisé, et destinée à calculer des grandeurs statistiques représentatives de l'image, et un coefficient d'arrêt commandant l'arrêt du processus de traitement. Ce coefficient d'arrêt fonction de l'écart type et de la différence entre les valeurs maximale et minimale permet en effet de vérifier l'homogénéité de l'image et d'arrêter le processus de traitement lorsque celle-ci est jugée satisfaisante. La deuxième étape consiste, lorsque le coefficient d'arrêt est trop élevé, à corriger progressivement la valeur de chaque point de l'image jusqu obtenir une image homogène et "propre", chacun des peints étant corrigé en fonction des points avoisinants. Ainsi, pour un produit de granulométrie homogène tel qu'une poudre de produit minéral arasée, la première étape sera généralement suffisante pour délivrer une information représentative de la réflectance de la poudre. Par contre, pour un produit tel qu'un produit minéral "brut" ou "en vrac" constitué d'un mélange de poudre et de cailloux, la deuxième étape permet de traiter l'image malgré la présence des cailloux perçus plus sombres que la poudre, et la surface irrégulière (creux et bosses) du produit qui se traduisent par un ensemble de taches sombres sur l'image.Le fait de corriger chaque point en fonction des points avoisinants conduit en effet à recouvrir progressivement les parties sombres de l'image au moyen des parties les plus significatives, jusqu'à obtenir une image homogène correspondant à une valeur du coefficient d'arrêt inférieure à la valeur de référence mémorisée. En effet, la correction se fait, pour chaque point de la matrice, à partir des points les plus blancs du voisinage, en fonction du coefficient de seuil CCS qui sépare la fenêtre considérée en deux zones dont la plus sombre est éliminée. Les points restants servent alors à calculer une valeur moyenne qui remplace éventuellement l'ancienne valeur du point considéré. Ce procédé permet donc de mesurer la blancheur d'un produit minéral, d'une part, au niveau du produit fini par exemple en laboratoire ou en continu sur la chaine de convoyage de ce produit et, d'autre part, au niveau du produit brut en continu sur la chaîne de convoyage de celui-ci. Selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, l'étape (j) de balayage des points I(i, j) de la matrice s'effectue avantageusement en deux étapes successives. Ainsi : - on balaye, dans un premier temps, les points de la matrice de codes numériques, lignes par lignes, - on détermine le point de la nouvelle matrice de codes numériques présentant la valeur maximale correspondant au niveau de gris le plus élevé, - et on balaye les points de la nouvelle matrice de codes numériques, en spirale à partir du point précité. Ce mode préférentiel de mise en oeuvre permet d'accélérer le processus d'homogénéisation de l'image. En effet, on corrige, dans un premier temps, la valeur de chaque point de la matrice selon le processus indiqué ci-dessus, en balayant cette matrice ligne par ligne. Ensuite et dans un deuxième temps, on procède à une correction dite d'harmonisation visant à harmoniser entre elles les différentes régions de l'image, en partant du point le plus blanc de cette image et en progressant, selon un trajet en spirale dans le sens des aiguilles d'une montre, à partir de ce point. Chaque point subit donc, comme dans la première étape, une correction en fonction des points avoisinants, et la correction subie par chacun desdits points est propagée sur les points corrigés ultérieurement. En effet, chaque point corrigé est immédiatement réinséré dans l'image en cours de traitement, ce qui contribue à propager la correction sur tous les points traités ultérieurement, et constitue un moyen plus rspide destiné à homogénéiser l'image. Selon une autre caractéristique de l'invention, et avant de traiter par le calcul la matrice de codes numériques - on partitionne la matrice de codes numériques en une matrice de pavés représentatifs chacun d'un nombre prédéterminé de points de l'image, auxquels on affecte un code numérique équivalent à la moyenne des codes numériques des points correspondants de l'image, - on traite par le calcul la matrice ainsi compactée de codes numériques. La matrice de codes numériques est par conséquent découpée en un ensemble de pavés auxquels est associée la valeur moyenne des points contenus dans ce pavé. Ce procédé préférentiel présente deux avantages importants. En effet, d'une part, il permet de lisser légèrement l'image. D'autre part, il réduit la quantité des traitements car l'image se trouve ainsi compactée. En outre, il s'est avéré que, dans la pratique, les taches sombres étant plus ou moins étendues, le fait de ne pas effectuer le traitement au niveau du pixel ne nuisait pas à la précision du résultat obtenu. Par ailleurs, selon une autre caractéristique de l'invention, l'on dispose préférentiellement dans le champ de la caméra une pastille de référence de réflectance connue, et l'on compare la valeur des codes numériques représentatifs des points de l'image correspondant à cette pastille à une valeur de référence mémorisée, en vue de délivrer un signal d'erreur en cas de non-concordance entre lesdites valeurs de codes numériques et valeur de référence. Cette pastille a pour but de permettre une détection de toute défaillance du système de vision, et notamment une anomalie du système d'éclairage. Enfin, et selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, on affecte à chaque mot, représentatif du nombre de codes numériques correspondant à un niveau de gris, une valeur cumulant la valeur de ce mot et les valeurs des mots avoisinants correspondant aux niveaux de gris immédiatement inférieurs et supérieurs au niveau de gris considéré. Cette caractéristique additionnelle permet de faciliter le calcul du mode, car l'histogramme des niveaux de gris présente alors un pic unique. L'invention s'étend à un dispositif de mesure de la réflectance d'un produit granulométrique en vue de la mise en oeuvre du procédé ci-dessus décrit, comprenant en combinaison - des moyens d'éclairage adaptés pour produire une lumière stable et diffuse, - une caméra vidéo agencée pour générer des images du produit, - une unité de conversion analogique/numérique recevant le signal vidéo de la caméra et adaptée pour assurer la saisie de ce signal et délivrer une matrice de codes numériques fonction dudit signal vidéo échantillonné, ladite unité de conversion comportant une mémoire de stockage apte à mémoriser chaque matrice de codes numériques et commandée par une unité d'accès mémoire apte à gérer le rangement en mémoire des codes numériques, - un microcalculateur adapté pour assurer le traitement des codes numériques contenus dans la mémoire de stockage de l'unité de conversion et comportant une unité de calcul adaptée pour assurer le traitement de la matrice de codes numériques en vue de délivrer une information représentative de la réflectance du produit. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui suit en référence aux dessins annexés qui en représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation préférentiel. Sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente description : - la figure 1 est une vue en perspective du caisson d'éclairage d'un dispositif conforme à l'invention, avec un détail à échelle agrandie, - la figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à l'invention, - la figure 3 est le logigramme de fonctionnement général de ce dispositif. Le dispositif de mesure représenté à titre d'exemple aux figures comprend un caisson d'éclairage 2 destiné à être disposé au-dessus d'une chaîne de convoyage 1 de talc, ou à être utilisé en laboratoire en vue d'effectuer des mesures en différé. Ce caisson d'éclairage 2 présente une forme semi-cylindrique et comporte deux supports extérieurs 3 en forme de demi-cercle dotés d'une glissière dans laquelle est engagée l'extrémité de six néons répartis sur la longueur des supports 3 et pouvant coulisser dans ces glissières en vue d'occuper des positions variables. A l'intérieur de ce caisson d'éclairage 2 est, en outre, disposée une paroi semi-cylindrique translucide 5 reposant sur deux supports d'extrémité 6 en forme de demi-cercle. Enfin, un cache de protection, non représenté, dont la face intérieure est d'une couleur blanche, est disposé sur les supports extérieurs au-dessus des néons 4. Ce caisson d'éclairage 2 présente une longueur de l'ordre de 1,20 m adaptée pour permettre d'obtenir un éclairage totalement diffus lorsque les néons 4 sont répartis sur l'ensemble de sa surface interne. Par ailleurs, les néons 4 sont alimentés par des moyens d'alimentation haute fréquence, non représentés, adaptés pour délivrer une tension stable, tels que par exemple un transformateur et un onduleur branchés sur le secteur. Il est à noter, en outre, qu'en variante de réalisation, les sources d'éclairage pourraient être constituées de lampes telles que lampes à quartz ou au crypton, les moyens d'alimentation étant adaptés dans ce cas pour délivrer une tension continue et stable et constitués par exemple d'un transformateur, d'un redresseur et d'un régulateur. Sur ce caisson d'éclairage 2 est montée une caméra vidéo 7 du type à transfert de charges CCD disposée au niveau de la génératrice dudit caisson, à mi-longueur de ce dernier. Cette caméra vidéo 7 est assujettie de façon coulissante sur une réglette verticale 8 en vue de modifier le champ de vision. Cette caméra vidéo 7 délivre, de façon classique, un signal analogique représentatif d'une portion de surface du produit défilant sous le caisson, à une unité de conversion analogique/numérique 9. En l'exemple et tel que représenté à la figure 2, cette unité de conversion 9 comporte plusieurs canaux d'entrée multiplexés offrant la possibilité d'utiliser plusieurs chaines de mesure avec une seule unité de conversion 9. Une telle unité de conversion peut être une carte "Digimax-Framestore" commercialisée par "Datacube". Le signal vidéo délivré par la caméra vidéo 7 est saisi par cette unité de conversion analogique/numérique 9 puis converti sous forme d'une matrice de codes numériques fonction du niveau de luminance dudit signal échantillonné, et enfin mémorisé dans une mémoire de stockage commandée par une unité d'accès mémoire apte à gérer le rangement en mémoire des codes numériques. Cette matrice de codes numériques est enfin traitée dans un microcalculateur 10 pour délivrer une information représentative du degré de blancheur. En se référant à la figure 3, les différentes étapes du traitement de cette matrice de codes numériques sont les suivantes Ce traitement est en fait effectué sur trois images saisies successivement sur le produit qui défile. Dans un premier temps, on calcule l'histogramme cumulé sur ces trois images, c'est-à-dire que l'on délivre une série de mots H(i), i = O ... 255 chacun représentatif du nombre de codes numériques représentatifs d'un niveau de gris. Cet histogramme "cumulé" permet de donner une distribution des niveaux de gris sur les trois images saisies successivement, en vue d'intégrer cette distribution dans le temps et d'éviter les effets instantanés (trop brillant ou trop sombre). La deuxième étape consiste à calculer le mode de cet histogramme. A cet effet, on "lisse" au préalable l'histogramme de façon que celui-ci présente un pic unique. Ce lissage consiste à effectuer une transformation au cours de laquelle à chaque mot H(i) est affectée une valeur Hl(i) H(i-5) + H(i-4) ... H(i) + H(i+l) + ... H(i+5) pour i = 4 à 251. Le mode MO est déduit de cet histogramme lissé et tel que Hl(MO) = Max(Hl(i)). La suite du traitement est alors effectuée en ne considérant qu'une seule matrice de codes numériques I(i, j) représentative d'une des images saisies, en principe la dernière. Cette matrice est découpée dans un premier temps en (NP x NP) pavés de taille déterminée expérimentalement en fonction du produit, et par exemple égale à (8 x 8) pixels pour le talc brut. Ce découpage de l'image en pavés consiste à transformer la matrice I(i, j) initiale en une matrice I((n-l) TP + i,(m-l) TP + j) i, j = 1 à TP IM (n, m) TP2 pour n et m = 1 à NP, avec NP nombre de pavés, et TP taille du pavé TP x TP de l'image. Cette image IM (1 ... NP, 1 ... NP) est ensuite évaluée, c'est-à-dire que sont déterminées : . la moyenne MY = moyenne de (IM (i, j) i : 1 ... NP, j : 1 ... NP), ET écart type autour de cette moyenne, . MAX = code numérique correspondant au niveau de gris maximal, MIN = code numérique correspondant au niveau de gris minimal, ARR = ET + (MAX - MIN). Ce coefficient ARR, dit coefficient d'arrêt, permet de déterminer si l'image est suffisamment "propre" et homogène pour obtenir une information représentative de la réflectance du produit. Dans le cas du talc, il s'est avéré qu'un degré d'homogénéité suffisant est obtenu lorsque ce coefficient d'arrêt est inférieur à 30. Dans le cas où ARR est supérieur à 30, l'image subit alors deux corrections successives qui seront répétées jusqu a ce que cette condition soit satisfaite. Pour chacune de ces corrections, la première opération consiste à calculer un coefficient de seuil CCS = MO - M K où M = MAX I MIN 2 K = coefficient adapté pour que -5 dans le cas du talc. La première de ces corrections consiste ensuite à balayer ligne par ligne la matrice IM (1 ... NP, 1 ... NP) et pour tout pavé IM (I, J) 1 - à calculer : Ml = moyenne calculée sur la fenêtre (3 x 3) centrée en (I, J) = # IM (i, j) 9 i = (I - l) ... (I + l) et j = (J - l) ... (J + l) . SE = Ml + CCS . M2 = moyenne de IM (i, j) tel que IM (i, j) > SE, i = (I - l) ... (I + 1), j = (J - 1) (J + 1), - puis à affecter à ce pavé IM (I, J) la valeur IMT (I, J) = Max (IM (I, J), M2). La deuxième correction consiste quant à elle à rechercher dans un premier temps le pavé le plus brillant, c'est-à-dire le pavé IMT (Io, Jo) = Max IMT (I, J), puis à traiter successivement tous les pavés de l'image en progressant en spirale à partir de ce pavé IMT (Io, Jo). Une fois ces deux corrections effectuées, l'image est à nouveau évaluée et un nouveau coefficient d'arrêt ARR calculé afin de déterminer si cette image a été suffisamment corrigée. Par sa rapidité de traitement, ce procédé permet de déterminer en continu le degré de blancheur de tout matériau pulvérulent à granulométrie hétérogène ou non, et trouve son application dans divers domaines tels que l'industrie minérale, l'industrie agro-alimentaire, l'industrie pharmaceutique, l'industrie chimique, l'industrie des engrais... Il est à noter, en outre, que le degré de blancheur couvre les teintes de gris depuis le noir jusqu'au blanc parfait et que, par conséquent, les applications sont très nombreuses. REVENDICATIONS 1/ - Procédé de mesure de la réflectance d'un produit granulométrique, notamment produit à granulométrie hétérogène, caractérisé en ce qu'il consiste a) à éclairer le produit au moyen d'une source d'éclairage (4) stable et diffuse, b) à générer une image vidéo de ce produit au moyen d'une caméra vidéo (7), c) à saisir, en temps réel, le signal analogique vidéo de cette image, et à le convertir en une matrice de codes numériques, chacun représentatif du niveau de gris du point correspondant de l'image, d) à mémoriser, en temps réel, la matrice de codes numériques, e) à traiter par le calcul, la matrice de codes numériques, de façon à déterminer le poids de chaque niveau de gris en décomptant le nombre de codes numériques correspondant aux divers niveaux de gris, et à délivrer une série de mots en nombre égal au nombre de niveaux de gris, f) à effectuer sur la série de mots des tests consistant, d'une part, à calculer des grandeurs statistiques de ladite série telles que moyenne MV, écart type ET, mode MO, et d'autre part, à déterminer les codes numériques MAX et MIN correspondant aux niveaux de gris maximal et minimal, g) à calculer un coefficient ARR, dit d'arrêt, tel que ARR = ET + (MAX - MIN), et h) si le coefficient d'arrêt ARR est inférieur à une valeur de référence mémorisée ST, à délivrer une information représentative de la moyenne MY calculée sur la série de mots, j) si le coefficient d'arrêt ARR est supérieur à la valeur de référence mémorisée ST :: 10 à calculer un coefficient, dit correcteur de seuil, CCS tel que CSS = MO - M K où H = MAX + MIN 2 K = coefficient mémorisé fonction du produit et adapté pour que -5 20 pour chaque point I (i, j) de la matrice : 8 à calculer la valeur moyenne M1 des codes numériques des points avoisinants, ~ à déterminer un coefficient SE dit de seuil tel que SE = Ml + CCS, ~ à calculer la valeur moyenne M2 des codes numériques des points avoisinants dont la valeur est supérieure à SE, et à affecter à ce point I (i, j) la valeur de cette moyenne M2 si celle-ci est supérieure à sa valeur initiale, 30 et à renouveler les étapes e), f) et g). 2/ - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que (j-20) - on balaye, dans un premier temps, les points de la matrice de codes numériques, lignes par lignes, - on détermine le point de la nouvelle matrice de codes numériques, présentant la valeur maximale correspondant au niveau de gris le plus élevé, - et on balaye les points de la nouvelle matrice de codes numériques, en spirale à partir du point précité. 3/ - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que (e) - on partitionne la matrice de codes numériques en une matrice de pavés représentatifs chacun d'un nombre prédéterminé de points de l'image, auxquels on affecte un code numérique équivalent à la moyenne des codes numériques des points correspondants de l'image, - on traite par le calcul la matrice ainsi compactée de codes numériques. 4/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on dispose dans le champ de la caméra (7) une pastille de référence (11) de réflectance connue, et en ce que l'on compare la valeur des codes numériques représentatifs des points de l'image correspondant à cette pastille (11), à une valeur de référence mémorisée, en vue de délivrer un signal d'erreur en cas de non-concordance entre lesdites valeurs de codes numériques et valeur de référence. 5/ - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en vue de calculer le mode MO, on affecte à chaque mot, représentatif du nombre de codes numériques correspondant à un niveau de gris, une valeur cumulant la valeur de ce mot et les valeurs des mots avoisinants correspondant aux niveaux de gris immédiatement inférieurs et supérieurs au niveau de gris considéré. 6/ - Dispositif de mesure de la réflectance d'un produit granulométrique en vue de la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'une des revendications précédentes, comprenant en combinaison - des moyens d'éclairage (2, 4) adaptés pour produire une lumière stable et diffuse, - une caméra vidéo (7) agencée pour générer des images du produit, - une unité de conversion analogique/numérique (9) recevant le signal vidéo de la caméra (7) et adaptée pour assurer la saisie de ce signal et délivrer une matrice de codes numériques fonction dudit signal vidéo échantillonné, ladite unité de conversion comportant une mémoire de stockage apte à mémoriser chaque matrice de codes numériques et commandée par une unité d'accès mémoire apte à gérer le rangement en mémoire des codes numériques, - un microcalculateur (10) adapté pour assurer le traitement des codes numériques contenus dans la mémoire de stockage de l'unité de conversion (9) et comportant une unité de calcul adaptée pour assurer le traitement de la matrice de codes numériques en vue de délivrer une information représentative de la réflectance du produit. 7/ - Dispositif de meP mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que - les moyens d'éclairage comprennent un caisson d'éclairage (2) de forme semi-cylindrique et une pluralité de sources d'éclairage (4) aptes à produire une lumière froide, réparties sur l'ensemble de la surface interne dudit caisson, - la caméra vidéo (7) est une caméra du type à transfert de charges "C.C.D." et est disposée au niveau de la génératrice du caisson (2), à mi-longueur de ce dernier. 8/ - Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage comprennent des moyens d'alimentation adaptés pour délivrer une tension continue et stable, les sources d'éclairage étant constituées de lampes telles que lampe à quartz, crypton... 9/ - Dispositif de mesure selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens d'éclairage comprennent des moyens d'alimentation haute fréquence aptes à délivrer une tension stable, les sources d'éclairage étant constituées de lampes à décharge (4), telles que des néons.