Brevet FR2651401A1 — publié le 19910301

CAMERA ET DISPOSITIF DE VISUALISATION L'invention se rapporte principalement à une caméra et à un dispositif de visualisation. On a proposé pour la télévision haute définition un modèle HDQ pour un mode progressif quinconce. Un tel mode est utilisé aussi bien à la prise de vue qu'à l'affichage sur des tubes à rayons cathodiques. De plus, tous les dispositifs travaillaient à très haute fréquence d'échantillonnage par exemple 144 MHz ce qui rendait leur construction délicate et leur coût de revient important. Dans "Digest of Technical Papers" de International Conference on Consumer Electronics, Juin 1988, Chicago, page dans l'article "Wide Dynamic HDTV Image Sensor with Alias Suppression", il est proposé un capteur à transfert de charges à structure quinconce verticale. La structure quinconce ne concerne que les cellules photosensibles et non pas la distribution spatiale effectivement échantillonnée en sortie. A chaque cycle d'horloge, les signaux de quatre cellules élémentaires sont sommés pour former un signal correspondant à celui d'une cellule de taille supérieure permettant de supprimer des défauts de l'image. D'autre part l'utilisation de filtres optiques placés devant des capteurs à transfert de charge (CCD en terminologie anglo-saxonne) a été proposée pour éliminer les hautes fréquences spatiales produisant du repliement du spectre au delà de la demi-fréquence correspondant au pas du capteur. La présente invention a pour objet la télévision numérique associant le balayage quinconce et le sous-échantillonnage. Pour éviter tout repliement du spectre dû au sous-échantillonnage on effectue le filtrage optique du signal. Le filtre optique réduit la résolution. Avantageusement, la réduction de la résolution est effectuée en diagonale. En effet, la diminution de la résolution selon les diagonales de l'image est peu gênante car difficilement perceptible pour l'homme. La présente invention a aussi pour objet des dispositifs de prise de vue et de visualisation spécialement adaptés à ce type de balayage quinconce. L'invention a principalement pour objet un dispositif numérique d'acquisition ou d'affichage d'images de télévision comportant une pluralité de lignes en quinconce travaillant en sous-échantillonnage caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre optique réduisant la résolution diagonale. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que ledit dispositif est un récepteur de télévision. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un écran comprenant un tube à rayons cathodiques. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un écran plat à cristaux liquides. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que ledit dispositif est une caméra de télévision. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur comprenant un tube à vide. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur à transfert de charges CCD. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que le filtre optique comporte des lames optiques biréfringentes parallèles entre elles. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens optiques effectuant la transformée de Fourier de l'image et un diaphragme éliminant du spectre les fréquences spatiales diagonales élevées. L'invention a aussi pour objet un dispositif à transfert de charges (CCD) comportant une pluralité de cellules photosensibles et des registres de transfert, caractérisé par le fait que les cellules successives et leurs registres associés sont disposés en quinconce. L'invention a aussi pour objet un dispositif d'affichage comportant une pluralité de cellules d'affichage, caractérisé par le fait que les cellules successives sont disposées en quinconce. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que les cellules ont la forme d'un losange dont la moitié de la largeur est proportionnelle à 1/P,P étant le nombre de points dans une ligne d'une image obtenue par ledit dispositif. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que les cellules ont la forme d'un losange dont la moitié de la hauteur est proportionnelle à l/N, N étant le nombre de lignes utiles d'une image obtenue par ledit dispositif. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par sa capacité à visualiser des couleurs. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que ledit dispositif comporte des cristaux liquides (LCD). L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que ledit dispositif comporte un panneau à plasma. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait qu'il comporte un tube à rayons cathodiques (CRT). L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que chaque cellule 1,1 à N,P comporte une pluralité d'éléments (R, V, B) susceptibles d'afficher des couleurs différentes, les éléments de chaque couleur étant disposés en quinconce. L'invention a aussi pour objet un dispositif caractérisé par le fait que lesdits éléments (R, V, B) sont disposés en colonnes comportant une répartition cyclique des couleurs, les colonnes successives étant décalées de 0,5 fois le pas du triplet (R, V, ou B) de couleurs. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-après et des figures annexées données comme des exemples non limitatifs parmi lesquels: - la figure i est un schéma d'une caméra de télévision selon la présente invention; - la figure 2 est un schéma illustrant un exemple de réalisation du filtre optique; - la figure 3 est un schéma d'un tube spécialement adapté pour effectuer le balayage quinconce; - la figure 4 est un schéma d'un capteur par exemple de type à transfert de trame particulièrement adapté aux caméras selon la présente invention; - la figure 5 est un schéma d'un récepteur de télévision selon la présente invention; - la figure 6 est un schéma d'un dispositif d'affichage par exemple de type à cristaux liquides selon la présente invention; - la figure 7 est un schéma d'un dispositif d'affichage à tube à rayons cathodiques selon la présente invention; - la figure 8 est un schéma d'un exemple de réalisation de dispositif d'affichage couleur selon la présente invention. Sur les figures 1 à 8, on a utilisé les mêmes références pour désigner les mêmes éléments. Sur la figure 1, on peut voir un exemple de réalisation de caméra vidéo selon la présente invention. La caméra 8 comporte un objectif 4, un filtre optique 9, un capteur d'image 1, un dispositif d'échantillonnage 6, une horloge 42, un dispositif de commande 43, un dispositif de retard 44 et une sortie de signal vidéo 7. L'objectif 4 forme une image sur un capteur d'image 1. La formation d'image est effectuée à travers un filtre optique 9. Le filtre optique 9 a pour but de réduire la transmission des signaux de fréquences spatiales diagonales élevées. La sortie vidéo du capteur i est connectée à l'entrée du dispositif d'échantillonnage 6. L'horloge 42 est reliée, d'une part, à l'entrée du dispositif de commande 43 du capteur i et d'autre part à l'entrée du dispositif de retard 44. Le dispositif de commande est un dispositif de type connu adapté au type (tube à vide CCD ou capteur matriciel) et à la configuration du capteur. Le dispositif de retard 44 est par exemple une ligne à retard. Le dispositif de commande 43 fournit les signaux de commande et de synchronisation nécessaires au capteur 1. Le dispositif de retard 44 compense les trajets du signal à travers le dispositif de commande 43, le capteur 1 jusqu'au dispositif d'échantillonnage 6. Le dispositif d'échantillonnage 6 effectue un échantillonnage du signal vidéo et fournit un signal vidéo numérisé à la sortie 7. Avantageusement, on divise par exemple par deux la fréquence d'échantillonnage dans le dispositif 6. Par exemple on effectue un échantillonnage de la Iuminance Y à une fréquence de 72 MHz au lieu de 144 MHz et un échantillonnage de la chrominance à 36 MHz au lieu de 72 MHz. Un sous-échantillonnage ne provoque pas de repliement de spectre décrit par le théorème de Shanon car les fréquences spatiales diagonales ont été filtrées par le filtre optique 9. Par contre un tel sous- échantillonnage permet de travailler à des fréquences inférieures et donc de réduire le coût de l'équipement. Le filtre 9 induit une diminution de la résolution diagonale de l'image. Cette perte de résolution n'est pas très gênante dans la mesure o l'oeil n'est pas très sensible à la résolution diagonale de l'image. Le filtre 9 éliminant les hautes fréquences spatiales diagonales est par exemple un filtre en quartz biréfringent comportant une pluralité de lames de quartz avec l'orientation de Ia maille cristalline décalée de . On peut par exemple utiliser le filtre de type connu dont on aurait tourné l'axe vertical de 45 . Dans une variante de réalisation illustrée sur la figure 2, on effectue le filtrage après une transformée de Fourier sur le spectre de fréquences spatiales. Pour cela, on utilise par exemple une lentille 91 qui fournit la transformée de Fourier de l'image et l'on effectue le filtrage en plaçant un diaphragme 92 présentant une ouverture 93 par exemple en forme de losange ou de rectangle dont les diagonales sont verticales et horizontales. La taille de l'ouverture 93 du diaphragme 92 détermine les fréquences spatiales éliminées. La possibilité d'obtenir optiquement la transformée de Fourier d'une image est bien connue. Elle est notamment mise en oeuvre dans la microscopie à contraste de phase. Une caméra 8 comportant un filtre 9 placé devant l'objectif 4 ne sort pas du cadre de la présente invention. Sur la figure 3, on peut voir la face d'un tube à vide 1 permettant un balayage quinconce. Dans le cas d'un tube d'analyse on explore ligne 130 par ligne 130 la cible en faisant osciller le spot verticalement. Typiquement la fréquence d'oscillation est égale à la moitié de la fréquence balayage par exemple 72 MHz et l'amplitude crête est égale à V/N, V étant l'amplitude de balayage vertical, par exemple de 7,85 mm et N le nombre de lignes, par exemple de 1152 lignes utiles dans la proposition du standard européen HDP. Ces oscillations verticales sont obtenues avantageusement en utilisant les circuits de déviation du tube i auquel on applique des signaux périodiques, de, par exemple, 36 MHz. On effectue l'échantillonnage du signal lors du passage par les points extrêmes 134 des lignes 130. On voit sur la figure 3 qu'il existe des points 133 appartenant à des lignes correspondant à un balayage progressif orthogonal qui ne sont pas échantillonnés avec le dispositif selon la présente invention. On a référencé 131 les lignes délimitant l'espace balayé sur la cible de la caméra selon la présente invention. On voit que la distance verticale entre deux limites successives 131 est double de celle entre deux lignes 135 corresponidant à une caméra de type connu. Ainsi, la caméra selon la présente invention comporte une surface photosensible par échantillon du signal double de celle de la caméra du type connu (HDP). Par suite, la caméra selon la présente invention offre une sensibilité deux fois plus élevée que la sensibilité des caméras de type connu (HDP) et une sensibilité égale à celle de type entrelacé classique. Sur la figure 4, on peut voir un exemple de réalisation de capteurs d'images à transfert de charge selon la présente invention. Ces capteurs comportent N lignes de P éléments d'images. On entend par ligne une disposition en largeur formant une sinusoïde dont les arches correspondent à P cellules. Les transferts de charge s'effectuent en quinconce ligne c'est-à-dire cellule 1,1, cellule 1, 2, cellule 1, 3, cellule 1,4, cellule 1,5, cellule 1,6,..., jusqu'à la cellule 1,P à la fin de la ligne, cellule 2,1, cellule 2,2,..., jusqu'à 2,P à la fin de la ligne; jusqu'à la dernière ligne N,1, N,2, N,3,..., N, (P-2), N, (P-1), NP. Avantageusement, chaque cellule 1,1 à N,P a une forme de losange ou de carré comportant une diagonale verticale et une diagonale horizontale. Ainsi, il est possible de réaliser des cellules exploitant le maximum de surface du capteur et d'augmenter la taille de chaque cellule. On facilite donc la réalisation du capteur et on améliore sa sensibilité. Avantageusement, la largeur de chaque cellule est proportionnelle à 2/P, P étant le nombre de cellules dans une ligne, par exemple 1920 points selon une proposition de norme européenne. Avantageusement, la hauteur d'une cellule est proportionnelle à 2/N, N étant le nombre de lignes du capteur en structure orthogonale. Toutefois, il s'agit là des dimensions maximales des cellules et qui peuvent devoir être réduites par exemple pour réaliser des connexions. Il est important dans ce cas que les centres (par exemple 110, 120, 140, 210) des cellules respectent les espacements verticaux de 2/N et horizontaux de 2/P avec une structure quinconce. Le capteur d'image 1 comporte une sortie 2 fournissant un signal vidéo. Il est bien entendu que d'autres types de capteurs, comme par exemple des capteurs à structure matricielle, dans la mesure o ils adoptent la structure en quinconce ligne, ne sortent pas du cadre de la présente invention. De même l'utilisation de capteur couleur ne sort pas du cadre de la présente invention. Sur la figure 5, on peut voir un récepteur de télévision selon la présente invention. Le récepteur comporte une source de signal, par exemple une antenne 40, ou un magnétoscope, un dispositif de réception 41 (tuner en terminologie anglo-saxonne), une horloge 42, un interface 50, un dispositif de visualisation 10, un filtre 9 et un dispositif de mise en forme 45. La sortie de l'antenne 40 est connectée à l'entrée du récepteur 41. L'horloge 42 est reliée à l'entrée du récepteur 41 et de l'interface 50. La sortie du récepteur 41 est reliée à une première entrée du dispositif de mise en forme 45. La sortie de l'interface 50 est reliée d'une part à une entrée synchronisation du dispositif de visualisation 10 et d'autre part à une seconde entrée du dispositif de mise en forme 45. Le filtre 9 est placé devant le dispositif de visualisation 10. Un récepteur 41 est un récepteur du type connu par exemple un récepteur de type HDQ. Ce type de récepteur fournit des images avec une fréquence d'échantillonnage deux fois inférieures à celle des dispositif s de haute définition orthogonale HDP. Ces images, mises en forme par le dispositif 45 sont affichées par un dispositif de visualisation 10 soit avec un tube à rayons cathodiques soit avec un dispositif tel que illustré sur la figure 6. Dans le cas d'un tube à rayons cathodiques on fait osciller le spot de manière analogue à celle illustrée sur la figure 3. Un filtre 9 analogue au filtre 9 de la figure 3 permet d'éliminer les hautes fréquences spatiales diagonales et d'éviter Ies aberrations de I'image provoquées par le sous-échantillonnage. On rappelle ici que dans le dispositif de haute définition orthogonale HDP, le champ image est échantillonné selon 1920 points alignés en colonnes rectilignes et suivant 1152 lignes rectilignes en largeur. On a donc affaire à un réseau de traits orthogonaux, chaque intersection lignecolonne définissant un point d'échantillonnage. Cette grille représente l'échantillonnage le plus serré. Avec l'invention, qui fournit une disposition en quinconce, on omet d'échantillonner certains alignements diagonaux de la grille de référence HDP. Le dispositif selon la présente invention s'applique bien entendu à la rétroprojection. Par exemple les rétroprojecteurs comportant un dispositif à cristaux liquides seront équipés d'un filtre 9 placé à proximité de ce dispositif. Le rétroprojecteur comportant trois dispositifs de visualisation 10 disposera, par exemple, d'un dispositif de superposition d'images et aussi d'un filtre unique. Sur la figure 6, on peut voir un exemple de réalisation de dispositif de visualisation particulièrement bien adapté au dispositif selon la présente invention. Le dispositif de visualisation illustré sur la figure 6 est par exemple un dispositif à cristaux liquides noir et blanc. Il est bien entendu que l'utilisation de dispositifs de visualisation de type panneaux à plasma monochromes ou couleurs ou cristaux liquides couleurs comportant trois cellules d'affichage par élément d'image ne sortent pas du cadre de la présente invention. Ainsi, dans les cellules 3,3 on a respecté une disposition possible d'éléments 331, 332 et 333 de couleurs fondamentales, typiquement rouge, bleu ou vert. L'affichage des éléments d'images successifs s'effectue en quinconce ligne c'est-à-dire cellule 1,1, cellule 1,2, cellule 1,3, cellule 1,4, cellule 1,5, cellule 1,6, jusqu'à la cellule 1P à la fin de la ligne, cellule 2,1, cellule 2,2,..., jusqu'à 2,P à la fin de la ligne; 10. ; jusqu'à la dernière ligne N,1, N,2,N,3,..., N (P-2), N, (P-1), NP. Avantageusement, chaque cellule 1,1 à N,P a une forme de losange ou de carré comportant une diagonale verticale et une diagonale horizontale. Ainsi, il est possible de réaliser des cellules exploitant le maximum de surface du capteur et d'augmenter la taille de chaque cellule. Ainsi on facilite la réalisation de l'afficheur et on améliore son contraste. Avantageusement, la largeur de chaque cellule est proportionnelle à 2/P, P étant le nombre de cellules dans une ligne au standard HDP, soit 1920 points. Avantageusement, la hauteur d'une cellule est proportionnelle à 2/N, N étant le nombre de lignes de l'afficheur au standard HDP, soit 1152 lignes. Le dispositif de visualisation 10 comporte une entrée du signal vidéo 3. Sur Ia figure 8, on peut voir un exemple de répartition d'éléments- R, V et B de couleurs respectivement rouge, vert et bleu d'un dispositif d'affichage 10. Cela correspond aussi bien aux luminophores d'un tube à rayons cathodiques qu'aux cellules d'un dispositif à cristaux liquides ou à plasma. Dans l'exemple illustré sur la figure 8 l'écran 10 est partagé en colonnes. Chaque colonne comporte une répartition cyclique des éléments R, V et B. Chaque colonne est décalée de 0,5 fois le pas du triplet, par rapport à la ligne précédente et à la ligne suivante. Ainsi, les éléments de couleurs identiques se retrouvent à une même hauteur toutes les deux colonnes. L'affichage est effectué en quinconce ligne pour chaque couleur. Sur la figure un exemple de ligne rouge porte la référence 401. il est bien entendu que seuls quelques éléments sont représentés sur la figure 8. Un dispositif de visualisation réel comporte un nombre d'éléments R, V et B bien supérieur. Pour que le dispositif d'affichage n'introduise pas de déformation de l'image il faut que le pas des éléments d'image soit inférieur ou égal au pas de l'échantillonnage, c'est-à-dire à la distance entre deux points 134 successifs de la figure 7. La présente invention s'applique à la télévision et notamment de télévision haute définition n'utilisant qu'une bande passante restreinte et utilisant des fréquences d'échantillonnage faibles. La présente invention s'applique particulièrement à l'acquisition et à la visualisation de l'image en mode HDQ. REVENDICATIONS 1. Dispositif numérique d'acquisition ou d'affichage d'images de télévision comportant une pluralité de lignes (N) en quinconce travaillant en sous-échantillonnage caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre optique (9) réduisant la résolution diagonale. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif est un récepteur de télévision. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un écran (10) comprenant un tube à rayons cathodiques. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte un écran (10) plat à cristaux liquides. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit dispositif est une caméra de télévision. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur (1) comprenant un tube à vide. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comporte un capteur (1) comprenant un dispositif à transfert de charges (CCD). 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le filtre optique (9) comporte des lames optiques biréfringentes parallèles entre elles. 9. Dispositif selon la revendication 5,6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (91) optiques effectuant la transformée de Fourier de l'image et un diaphragme (92) éliminant du spectre les fréquences spatiales diagonales élevées. 10. Dispositif (1) à transfert de charges (CCD) comportant une pluralité de cellules photosensibles et des registres de transfert, caractérisé par le fait que les cellules successives (1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9;.....; 2,1; 2,2; 2,3;.....; N,1; N,2; N,3; N, (P-2); N (P-1); N,P) et leurs registres associés sont disposés en quinconce. 11. Dispositif (10) d'affichage comportant une pluralité de cellules d'affichage, caractérisé par le fait que les cellules successives (1,1; 1,2; 1,3; 1,4; 1,5; 1,6; 1,7; 1,8; 1,9;.....; 2,1; 2,2; 2,3;.....; N,A; N,2; N,3;.... N, (P-2); N, (P-1); N,P) sont disposées en quinconce. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par le fait que les cellules (1,1;....; N, P) ont la forme d'un losange dont la moitié de la largeur est proportionnelle à l/P, P étant le nombre de points dans une ligne d'une image obtenue avec ledit dispositif. 13. Dispositif selon la revendication 10, 11 ou 12, caractérisé par le fait que les cellules (1,1;....; N,P) ont la forme d'un losange dont la moitié de la- hauteur est proportionnelle à 1/N, N étant le nombre de lignes utiles d'une image obtenue avec ledit dispositif. 14. Dispositif selon les revendications 11, 12 ou 13 caractérisé par sa capacité à visualiser des couleurs. 15. Dispositif selon les revendications 11, 12, 13 ou 14 caractérisé par le fait que ledit dispositif comporte des cristaux liquides (LCD). 16. Dispositif selon les revendications 11, 12, 13 ou 14 caractérisé par le fait que ledit dispositif comporte un panneau à plasma. 17. Dispositif selon les revendications 11, 12, 13 ou 14 caractérisé par le fait qu'il comporte un tube à rayons cathodiques (CRT). 18. Dispositif selon les revendications 14, 15, 16 ou 17 caractérisé pa le fait que chaque cellule 1,1 à N,P comporte une pluralité d'éléments (R, V, B) susceptibles d'afficher des couleurs différentes, les éléments de chaque couleur étant disposés en quinconce. 19. Dispositif selon la revendication 18, caractérisé par le fait que lesdits éléments (R, V, B) sont disposés en colonnes comportant une répartition cyclique des couleurs, les colonnes successives étant décalées de 0,5 fois le pas du triplet de couleurs (R, V ou B).