Brevet FR2659766A1 — publié le 19910920

Dispositif de reconnaissance d'objets et/ou de formes avec corrélateur multicanal à lecture simultanée de plusieurs résultats de corrélation, et procédé d'analyse correspondant Le domaine de l'invention est celui de la reconnaissance d'objets ou de formes, à l'aide de technologies hybrides optique/électronique ou optique/numérique. Plus précisément, l'invention concerne le démultiplexage et la détection de dispositifs de reconnaissance à corrélateur multicanal. L'invention s'applique à tous les systèmes de reconnaissance d'objets ou de formes, et notamment lorsque la rapidité de détection est un critère important. Ainsi, l'invention permet l'analyse d'images à la cadence vidéo. Un autre domaine d'application de l'invention est le suivi et/ou le positionnement d'objets. A titre d'exemple, le dispositif de l'invention peut, dans une application robotique, piloter un robot réalisant le tri d'objets défilant sur un tapis roulant. Par corrélateur multicanal, on entend un dispositif, notamment de type optique, fournissant les fonctions de corrélation d'une image à analyser avec M filtres, chaque fonction de corrélation pouvant être connue avec la même résolution que celle de l'image à analyser. Un corrélateur multicanal peut par exemple contenir 1000 filtres. Une détection optimale parallèle de ces M fonctions de corrélation nécessite M détecteurs séparés, ayant chacun la résolution de l'image à analyser. Une telle solution n'est généralement pas envisageable dans la pratique, pour des raisons de coût et/ou d'encombrement, notamment lorsque M est grand. Pour pallier cet inconvénient, il est possible de lire séquentiellement les M fonctions de corrélation, sur un seul détecteur. Toutefois, cette technique nécessite de façon évidente un temps de traitement important, rendant impossible une analyse en temps réel. Une autre approche consiste à diviser la fenêtre de détection en M sousfenêtres et à attribuer chacune de ces sous-fenêtres à une des fonctions de corrélation. Cette solution entraîne une perte de résolution, due au nombre limité de pixels sur le détecteur. D'autre part, cette technique nécessite un système de démultiplexàge optique, afin de permettre l'adressage de ces M fonctions de corrélation sur les M fenêtres adéquates. L'invention a pour objectif de pallier ces inconvénients. Plus précisément, l'invention a pour objectif de fournir un dispositif de reconnaissance d'objets ou de formes permettant de lire simultanément sur un même détecteur plusieurs fonctions de corrélation, sans perte de résolution. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif ne nécessitant pas, pour l'analyse d'une image, la corrélation de cette image avec tous les filtres disponibles. Un objectif complémentaire de l'invention est de fournir un tel dispositif, permettant une reconnaissance d'objets ou de formes en temps réel. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un dispositif de reconnaissance d'objets et/ou de formes dans une image, du type mettant en oeuvre un corrélateur multicanal contenant M filtres de corrélation et au moins un détecteur du résultat de la corrélation de chacun des filtres avec l'image à analyser, chacun des filtres de corrélation comprenant des moyens de décalage de la position du résultat de la corrélation sur le détecteur, de façon à permettre la lecture simultanée d'un jeu de résultats de corrélation, correspondant à un jeu d'au moins deux des filtres, les résultats de corrélation se chevauchant partiellement sur le détecteur. Avantageusement, chacun desdits résultats a une résolution identique à celle obtenue dans le cas de la lecture d'un seul résultat. De façon avantageuse, le dispositif de l'invention coopère avec des moyens d'analyse du jeu de résultats de corrélation et des moyens de sélection d'au moins un des filtres, les moyens d'analyse pilotant les moyens de sélection, de façon à affiner et/ou confirmer le résultat de ladite analyse. Ces moyens d'analyse peuvent notamment permettre de lever une ambiguïté introduite par le chevauchement des résultats, et de choisir les jeux de filtres à utiliser de façon à opérer une reconnaissance rapide, sans sélectionner tous les jeux de filtres séquentiellement. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, les filtres sont inscrits dans un hologramme. De fanon préférentielle, les moyens de sélection des filtres sont des obturateurs sélectivement activables, placés devant les filtres et/ou des sources lumineuses décalées. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, les sources lumineuses sont des lasers. Avantageusement, l'image à analyser est visualisée sur une valve optique, notamment du type valve à cristaux liquides. De façon à réduire le temps de reconnaissance, le dispositif de l'invention peut coopérer avec des moyens de sous-fenêtrage du détecteur, permettant la lecture simultanée d'au moins deux des jeux de résultats de corrélation, ces jeux de résultats étant présentés dans des sous-fenêtres distinctes. Dans ce cas, la résolution de chaque résultat de corrélation est réduite, mais de façon moindre que dans le cas où une sous-fenêtre est attribuée à chaque filtre. Le procédé d'analyse utilisé par le dispositif réalise avantageusement une recherche itérative du filtre correspondant à l'image à analyser, dans laquelle, à chaque itération, un nouveau jeu de filtres est sélectionné en fonction de l'analyse d'au moins un des jeux de résultats déjà obtenus. Préférentiellement, dans le cas d'une ambiguïté dans l'analyse, introduite par le chevauchement des résultats de corrélation d'un jeu de résultats, l'ambiguïté est levée par sélection d'au moins un filtre du jeu de filtres ayant introduit l'ambiguïté. Dans le cas de la reconnaissance d'objets dans une séquence d'images, l'analyse peut avantageusement tenir compte également de l'évolution temporelle des résultats de corrélation. De façon préférentielle, ce procédé est supporté par un algorithme du type système expert ou du type système neuronal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est le schéma d'un corrélateur multicanal, de type connu, utilisé dans le mode de réalisation de l'invention décrit; - la figure 2 présente le schéma de principe d'un mode de réalisation de l'invention; - la figure 3 est un exemple de mire fictive obtenu sur le détecteur du dispositif de la figure 2; - la figure 4 est un exemple d'ambiguïté pouvant apparaître dans le cas de la mire fictive de la figure 3. Le dispositif de reconnaissance d'objets et/ou de formes utilise un corrélateur multicanal. Ce corrélateur peut notamment être un corrélateur optique multiplexé spatialement, utilisant un hologramme. L'holographie permet de coder une image en phase et/ou en amplitude, ce qui permet un filtrage plus discriminant. Notamment, cela facilite la détection des contours, qui correspondent aux hautes fréquences. L'hologramme utilisé peut être mince ou épais. Dans le cas d'hologrammes minces, il est avantageux d'en disposer plusieurs côte-à-côte. La figure 1 présente un corrélateur multicanal utilisant des hologrammes minces de type connu. I1 peut notamment être réalisé à l'aide d'un cristal photoréfractif 10. Les M différentes images 11 correspondant aux M filtres du dispositif sont préalablement enregistrées holographiquement. L'information contenue dans chaque image 11 est transférée à une onde optique, en modulant l'amplitude et/ou la phase de cette onde. Ainsi, à chaque image 11 correspond une onde optique Ai(x,y), où x et y sont les axes du plan de l'image 11, et i l'indice de l'image, valant de 1 à M. Les images 11 sont enregistrées dans le cristal 10 par interférence de deux ondes optiques. La première de ces deux ondes est la transformée de Fourier de Aj(x,y), notée AZ(i)"LL), obtenue simplement à l'aide d'une lentille 12. La seconde onde optique est une onde plane. L'interférence de ces deux ondes dans le matériau holographique 10 entraîne la création d'un réseau d'amplitude ou de phase. Dans le cas de l'utilisation d'un cristal photoréfractif, on obtient un réseau d'indice #ni(#, ), appelé appelé hologramme de phase. Ce réseau d'indice est proportion- nel au réseau d'illumination 6 ?,.u) dans le cristal. La corrélation d'une image 11 à analyser avec l'ensemble des images enregistrées dans le cristal 10 se fait de la façon suivante. Cette image 11 est lue optiquement, donnant une onde Pp(x,y), qui est transformée dans son plan de Fourier par la lentille 12 en une onde Ap#(#, ). Cette onde transformée diffracte dans l'hologramme 10 sur l'ensemble des réseaux. Suivant chacun des hologrammes, on obtient l'amplitude Cpi de la lumière diffractée correspondant à la corrélation de l'image p avec le filtre i C#i = I (,. ) (i) e ) d A l'aide d'une seconde lentille, réalisant une transformée de Fourier inverse, on obtient sur le détecteur du dispositif le résultat de la corrélation dans le domaine réel. Ce résultat se présente sous la forme d'un pic de corrélation, dont la position (x,y) permet le repérage de l'objet dans l'image analysée, et dont l'intensité est d'autant plus importante que la corrélation est grande. De plus amples précisions sur le fonctionnement d'un tel corrélateur sont notamment données dans le document de brevet français 88 08521 "Dispositif de traitement de signal adaptatif et non linéaire". La figure 2 présente un schéma de principe d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. L'image à analyser est visualisée sur une valve optique 20, par exemple à cristaux liquides. Cette valve 20 se comporte comme une diapositive reprogrammable à la cadence vidéo. Elle peut être alimentée par une caméra vidéo 21 classique. Une matrice 22 de sources lumineuses multiples éclaire la valve optique 20, par l'intermédiaire d'une lentille 23. Cette matrice 22 peut être soit une matrice de lasers semiconducteurs ou autres, soit M canaux engendrés à partir d'un nombre plus réduit de lasers. Chaque élément de la matrice 22 de sources lumineuses permet de projeter la transformée de Fourier de l'image présente sur la valve optique 20 sur l'un des canaux du corrélateur multicanal, selon le principe décrit précédemment en relation avec la figure 1. Les résultats de corrélation sont projetés sur un détecteur 24 à deux dimensions. De tels dispositifs sont déjà connus. Cependant, ils ne permettent de ne lire sur le détecteur 24 qu'un seul résultat de corrélation à la fois, à moins de diviser l'espace disponible sur le détecteur 24, ce qui entraîne une perte de résolution. En effet, la visualisation de plusieurs résultats de corrélation simultanément, obtenue par la sélection de plusieurs sources lumineuses, entraînerait une superposition des différents pics de corrélation, rendant non interprétables ces résultats. Le dispositif de l'invention permet la visualisation simultanée d'un jeu de résultats de corrélation, et son interprétation. Pour cela, chacun des filtres utilisés en parallèle fournit un résultat légèrement décalé, de quelques pixels. On obtient ainsi, sur le détecteur 24, une matrice de résultats de corrélation. Le déplacement d'un objet sur l'image à analyser se traduit par le déplacement de toute la matrice sur le détecteur 24. La sélection des filtres peut se faire soit par des obturateurs, placés devant les filtres, soit à l'aide de sources lumineuses décalées activables sélectivement. Les filtres de corrélation utilisés sont synthétisés numériquement, de façon à pouvoir maîtriser la position du pic de corrélation en présence de l'objet à reconnaître en position centrée. De tels filtres permettent d'autre part d'obtenir des fonctions de corrélation très étroites, ne fournissant qu'un seul pic de corrélation. De façon préférentielle, on utilise des filtres de phase, produisant des pics de corrélation étroits. Le module d'analyse 25 des jeux de résultats de corrélation réalise la lecture dans une même fenêtre de corrélation de différentes intercorrélations, et lève les éventuelles ambiguités par recherche itérative. Ainsi, il n'y a aucune perte de résolution. D'autre part, une recherche exhaustive ne sera pas nécessaire, si cette recherche est fonction des résultats antérieurs. Ce module d'analyse 25 pilote un module de sélection 26 des sources lumineuses, et donc des filtres correspondants. Chaque filtre d'un jeu de filtres fait converger le pic de corrélation correspondant sur un des pixels, différents pour chacun des filtres, d'une mire fictive. Cette mire est dite fictive car une translation de l'objet entraine de façon similaire une translation de la mire. En fin d'analyse, c'est à dire lorsque l'objet a été reconnu, le module d'analyse 25 fournit le résultat 27 de la reconnaissance, pouvant notamment contenir la classe et la position de l'objet à reconnaitre. La figure 3 présente, à titre d'exemple, le cas d'une mire fictive comportant neuf résultats de corrélation Cil à C19. La figure 4 représente une des ambiguïtés d'interprétation possibles dans le cas d'une telle mire fictive. La mire observée 40 comporte six pics de corrélation. ll n'est pas possible, a priori, de déterminer si la colonne de zéros complétant la mire 40 se trouve à gauche ou à droite. 1l y a donc ambiguïté entre les deux mires 40 et 41, ce qui empêche d'une part de connaître la position réelle de la mire sur le détecteur, donc celle de l'objet sur la valve optique, et, d'autre part, de savoir quels sont les filtres fournissant un pic de corrélation. Cette ambiguïté peut être aisément levée, par exemple en sélectionnant un seul filtre, correspondant au canal Ci4 43 de la mire fictive. Selon que le résultat sera 0 ou 1, on saura quelle est la mire réellement présente. Une fois la mire fictive reconstruite, la position de l'objet à détecter peut être déterminée sans perte de résolution, par exemple en lui attribuant le centre de la mire si les filtres ont été synthétisés à cet effet. Si les résultats de corrélation déjà obtenus ne permettent pas une classification avec une confiance suffisante, on projette d'autres fonctions de corrélation. Une recherche itérative séquentielle exhaustive ne sera en général pas nécessaire, la sélection des filtres étant fonction des résultats précédents. CeIa est notamment le cas à l'intérieur d'une même séquence image, c'est à-dire lorsque l'image sur la valve optique n'évolue pas. On met alors à profit le fait que les fonctions de corrélation sont très sélectives, et que la synthèse des filtres peut être réalisée pour être quasi-exclusive. Ainsi, si certains jeux de filtres sont spécialisés pour la détection d'un objet à différentes échelles, une corrélation importante avec l'un de ces jeux de filtres sera exclusive avec les autres jeux, puisqu'elle signifiera une détection unique pour une échelle donnée de l'objet. De même, en tenant compte des résultats obtenus sur les séquences d'images précédentes, on peut s'appuyer sur la quasi-continuité d'évolution qui peut apparaître dans des séries d'images. Par exemple, dans une séquence d'images représentant un objet en déplacement, l'évolution de l'échelle sera, d'une manière très générale, continue et monotone, ce qui signifie que la recherche sur l'ensemble des corrélations possibles pourra être effectuée avec profit en fonction de l'ensemble des résultats déjà connus. Ainsi, dans le cas d'un grossissement continu de l'objet à reconnaître, seuls les canaux associés avec des représentations de l'objet plus grandes seront explorés. Le nombre de ces canaux peut être réduit, en mettant en oeuvre des méthodes de prédiction linéaire ou non-linéaire, comme celles qui peuvent être réalisées avec des systèmes neuronaux. L'algorithme de choix des canaux à analyser, c'est-à-dire des corrélations à réaliser, peut être de tout type. I1 peut notamment s'agir d'un algorithme classique séquentiel, reposant sur un certain nombre de règles précises et déterminées par avance, à la manière d'un système expert. Une autre solution avantageuse est la réalisation de cet algorithme par des systèmes neuronaux. De façon générale, un système neuronal permet d'associer différents signaux de sortie d'un dispositif à différents ensembles de signaux d'entrée possibles. Un tel dispositif présente l'avantage de ne pas nécessiter une formulation du problème à résoudre, donc une description ou une connaissance de la forme des signaux à traiter. I1 suffit de présenter ces signaux à l'entrée du dispositif. L'apprentissage est alors effectué, par comparaison des signaux de sortie avec ceux désirés. Les systèmes neuronaux permettent également de fonctionner avec une bonne résistance au bruit affectant le signal d'entrée, ou bien avec un signal d'entrée à faible résolution. Le dispositif de l'invention peut également être utilisé en coopération avec des moyens de sous-fenêtrage. La lecture sur le détecteur ne se fait alors plus avec une résolution maximale. Cependant, le gain par rapport à l'art antérieur est important. Dans, le cas d'un dispositif contenant 1000 filtres, et utilisant un détecteur CCD de 1000 x 1000 pixels, la lecture de ces 1000 filtres en une seule étape nécessite, selon l'art antérieur, 1000 fenêtres distinctes. La taille de chaque fenêtre sera alors de 32x32 pixels. Dans ce cas, la position du pic de corrélation ne pourra pas être connue avec précision. Si l'on visualise, selon le procédé de l'invention, neuf résultats de corrélation par fenêtre, chacune de ces fenêtres peut avoir, sur le même détecteur, une taille de 100 x 100 pixels. On obtient donc une augmentation par un facteur 3 de la résolution spatiale. Si, de plus, on utilise une recherche séquentielle, par exemple de dix itérations, on augmente à nouveau d'un facteur 3 la résolution. REVENDICATIONS 1. Dispositif de reconnaissance d'objets et/ou de formes dans une image, du type mettant en oeuvre un corrélateur multicanal (10,11,12) contenant M filtres de corrélation (10) et au moins un détecteur (24) du résultat de la corrélation de chacun desdits filtres (10) avec ladite image à analyser, caractérisé en ce que chacun desdits filtres (10) de corrélation comprend des moyens de décalage de la position dudit résultat de la corrélation sur ledit détecteur (24), de façon à permettre la lecture simultanée d'un jeu de résultats de corrélation, correspondant à un jeu d'au moins deux desdits filtres (10), lesdits résultats de corrélation se chevauchant partiellement sur ledit détecteur (24). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits résultats a une résolution identique à celle obtenue dans le cas de la lecture d'un seul résultat. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il coopère avec des moyens (25) d'analyse dudit jeu de résultats de corrélation et des moyens (26) de sélection d'au moins un desdits filtres (10), lesdits moyens (25) d'analyse pilotant lesdits moyens (26) de sélection, de façon à affiner et/ou confirmer le résultat (27) de ladite analyse. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits filtres (10) sont des filtres synthétisés numériquement. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits filtres (10) sont inscrits dans un hologramme. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens (26) de sélection desdits filtres (10) sont des obturateurs sélectivement activables, placés devant lesdits filtres et/ou des sources lumineuses (22) décalées. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites sources lumineuses (22) sont des lasers. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite image à analyser est visualisée sur une valve optique (20), notamment du type valve à cristaux liquides. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il coopère avec des moyens de sous-fenêtrage dudit détecteur, de façon à permettre la lecture simultanée d'au moins deux desdits jeux de résultats de corrélation, lesdits jeux de résultats étant présentés dans des sous-fenêtres distinctes. 10. Procédé de reconnaissance d'objets et/ou de formes à l'aide d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, réalisant une recherche itérative du filtre correspondant à ladite image à analyser, caractérisé en ce que, à chaque itération, un nouveau desdits jeux de filtres est sélectionné en fonction de l'analyse d'au moins un desdits jeux de résultats déjà obtenus. 11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé en ce que, dans le cas d'une ambiguïté dans ladite analyse, introduite par ledit chevauchement desdits résultats de corrélation d'un jeu de résultats, ladite ambiguïté est levée par sélection d'au moins un filtre du jeu de filtres ayant introduit ladite ambiguïté. 12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 11, caractérisé en ce que, dans le cas de la reconnaissance d'objets dans une séquence d'images, ladite analyse tient compte de l'évolution temporelle desdits résultats de corrélation. 13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce qu'il est supporté par un algorithme du type système expert ou du type système neuronal.