Brevet FR2670647A1 — publié le 19920619

La présente invention est relative à un pro- cédé de captation et traitement d'images pour vidéo- endoscope couleur et à un vidéo-endoscope de mise en oeuvre de ce procédé. Le Brevet FR-2 438 999 décrit un endoscope destiné au traitement d'informations de couleur et à la formation d'un signal de lecture compatible avec un appa- reil de télévision, (a priori quelconque et au format normalisé), c'està-dire destiné à former des images en couleurs d'un champ d'observation (à savoir, d'objets si- tués dans ce champ). Ce Brevet français utilise un système d'éclai- rage basé sur les enseignements contenus dans le Brevet US-4 074 306, dans lequel l'information d'images contenue dans le champ balayé par la tête d'observation de l'endoscope est séparée en trois couleurs primaires, no- tamment Rouge, Verte, Bleue (RVB); l'image originale en couleurs est ensuite recréée par combinaison des images partielles en ces trois couleurs primaires RVB Or, ces trois images RVB sont formées par filtrage mécanique de la lumière d'éclairage de la cavité à explorer (à l'aide de la tête d'observation de l'endoscope) en utilisant une source lumineuse unique associée à un disque rotatif de filtrage RVB de la lumière émise par celle-ci (de façon alternative, les trois images RVB peuvent être aussi for- mées par séparation d'une image réfléchie du champ d'observation à l'aide d'une série de miroirs di- chroiques). Le Brevet français FR-2 438 999 diffère donc du Brevet américain US-4 074 306 essentiellement en ce que les trois images lumineuses séparées, contenant cha- cune des données correspondant aux couleurs primaires in- dividuelles RVB, sont créées par commande successive d'une série de lampes ayant des courts temps de réponse. Ce Brevet français, en outre, utilise une source de lumière individuelle pour chacune des couleurs primaires (RVB) utilisées dans le système vidéo adopté, cette lumière étant transmise au champ d'observation ex- ploré par la tête de l'endoscope par l'intermédiaire d'un faisceau de fibres optiques; de plus, on forme successi- vement chacune des images de couleurs primaires RVB sur un dispositif de formation d'images à semi-conducteur, dont les signaux de sortie sont couplés électriquement à une mémoire destinée au stockage individuel de chacun des signaux de lecture de couleurs, ces signaux de couleurs enregistrés dans les mémoires précitées étant périodique- ment transmis à un circuit de traitement d'images destiné à disposer l'information correspondante en un format compatible avec le format d'un récepteur couleur. Toutefois, l'image ainsi reconstituée par voie analogique du champ visé ne présente pas les degrés de brillance et de contraste souhaitables dans ce genre d'application, o il est impératif de bien mettre en évi- dence les détails du champ d'observation contenant des informations optiques importantes. La présente invention s'est donc donné pour but d'éliminer les inconvénients de la technique anté- rieure, de manière à obtenir des images en couleurs du champ visé qui aient une brillance et un contraste meil- leurs que ceux obtenus dans la technique antérieure, ce qui entraîne, comme avantage supplémentaire, l'augmenta- tion d'au moins 30 % de la distance d'observation (de la tête de lecture du vidéo-endoscope par rapport au champ d'observation). La présente invention a pour objet un vidéo- endoscope couleur destiné à fournir des informations de couleurs d'un champ d'observation d'une cavité à explo- rer, ces informations étant sous une forme telle qu'elles puissent être affichées sur un récepteur vidéo de format standard, comprenant: i) une source d'éclairage unique; ii) un faisceau de fibres optiques destiné à transmettre la lumière de cette source vers le champ d'observation; iii) un dispositif de filtrage périodique de la lumière émise par la source précitée, comportant une première, une deuxième et une troisième zones filtrantes permettant d'éclairer périodiquement -par l'intermédiaire5 du faisceau précité le champ d'observation en trois cou- leurs primaires, respectivement, correspondant au passage de la lumière par chacune des trois zones filtrantes pré- citées; iv) un capteur photosensible, notamment à semi-conducteur, destiné à capter (ou à enregistrer) une image d'objets situés dans le champ d'observation -éclairé par le faisceau de fibres optiques, par l'intermédiaire du dispositif de filtrage et à fournir un signal électrique de l'information ainsi captée (ou enregistrée); v) une tête d'observation adaptée à être in- troduite dans la cavité à explorer, cette tête contenant le capteur photosensible ainsi qu'une extrémité du fais- ceau de fibres optiques; vi) trois mémoires, notamment constituées par des mémoires statiques type RAM, destinées à stocker les informations optiques de couleurs primaires captées pé- riodiquement par le capteur photosensible susdit; vii) un dispositif de commutation, synchronisé avec le dispositif de filtrage périodique évoqué plus haut et destiné à permettre l'aiguillage en séquence, -avec la même périodicité définie par le filtrage pério- dique de la lumière émise par la source d'éclairage-, suivant une première, une deuxième et une troisième voies vers les trois mémoires, respectivement; viii) un dispositif d'actionnement du disposi- tif de filtrage; caractérisé en ce que le dispositif de filtrage comporte également une quatrième zone, qui est transparente et qui est destinée à laisser passer telle quelle (c'est-à-dire sans filtrage) la lumière émise par la source d'éclairage et à éclairer, avec la même périodicité susdite, le champ 4 d'observation; en ce qu'il comporte une quatrième mé- moire destinée à stocker les informations optiques en Noir et Blanc (NBl), captées par le capteur photosen- sible et correspondant au passage de la lumière -émise 5 par la source d'éclairage par la quatrième zone précitée du dispositif de filtrage en provenance de ce même cap- teur, et en ce que le dispositif de commutation comporte une quatrième voie d'aiguillage associée à la quatrième mémoire. La présente invention a également pour objet un procédé de captation et traitement d'images en cou- leur, sur lequel est basé le vidéo-endoscope couleur conforme aux dispositions évoquées plus haut. Ce procédé comprend les étapes suivantes a) éclairage d'un champ d'observation, à l'aide d'une source unique et d'un faisceau de fibres op- tiques, dont une extrémité est destinée à être introduite dans une cavité à explorer; b) filtrage périodique de la lumière émise par la source précitée, à l'aide d'un dispositif de filtrage équipé d'une première, d'une deuxième et d'une troisième zones filtrantes permettant d'éclairer périodiquement -par l'intermédiaire du faisceau de fibres optiques pré- cité le champ d'observation en trois couleurs primaires, respectivement, correspondant à chacune des trois zones filtrantes précitées; c) captation (ou enregistrement) périodique, à l'aide d'un capteur photosensible, de la lumière réflé- chie par le champ d'observation éclairé périodiquement en les trois couleurs primaires, par filtrage de la lumière émise par la source d'éclairage; d) émission périodique, de la part du capteur photosensible, d'un signal électrique correspondant à la captation périodique de la lumière réfléchie précitée, et mémorisation cyclique, à l'aide d'un dispositif de commu- tation et de trois mémoires, de chacun des signaux élec- triques ainsi émis; ledit procédé étant caractérisé en ce que la lumière émise par la source d'éclairage est également transmise telle quelle, c'est-à-dire sans filtrage, à l'aide du même faisceau de fibres optiques, vers le champ d'observation, -ce qui permet également la captation, l'émission et la mémorisation périodiques (à savoir cy- cliques) d'une image en N-Bl dudit champ d'observation, cette image N-Bl étant destinée à être nuancée en cou- leurs par les trois images en trois couleurs primaires obtenues par filtrage de la lumière émise par ladite source d'éclairage-, à cet effet, le dispositif de fil- trage comprenant une quatrième zone, qui est transparente et qui est destinée à laisser passer telle quelle (c'est- à-dire sans filtrage) la lumière émise par la source d'éclairage, alors qu'une quatrième mémoire est prevue pour stocker les informations optiques en Noir et Blanc (N-Bl) captées par le capteur photosensible et correspon- dant au passage de la lumière émise par la source d'éclairage par la quatrième zone précitée du dispositif de filtrage, en provenance de ce même capteur, le dispositif de commutation comportant une voie d'aiguillage supplémentaire associée à la quatrième mé- moire. Outre les dispositions qui précèdent, l'invention comprend encore d'autres dispositions, qui ressortiront de la description qui va suivre. L'invention sera mieux comprise à l'aide du complément de description qui va suivre, qui se réfère au dessin annexé, dans lequel: la figure unique illustre schématiquement le principe de fonctionnement du vidéo-endoscope conforme à l'invention. La référence numérique 10 représente une lampe à arc disposée au centre d'un radiateur (non représenté), du type à étoile et destiné à coopérer avec un ventila- teur (également non représenté), pour provoquer une ventilation forcée de refroidissement de la lampe (ayant une puissance d'environ 300 W dans le mode de réalisation illustré): étant donné que l'arc électrique est amorcé à l'aide d'une tension très élevée (de l'ordre de 5 000 V), des mesures appropriées de sécurité d'emploi -à la portée de l'homme du métier doivent être prévues. Un dispositif anti-calorique 20 fait suite à la lampe 10 Ce dispositif comporte deux filtres anti- caloriques 21 et 22, qui sont écartés de façon appropriée l'un par rapport à l'autre et permettent d'assurer la né- cessaire protection thermique par suppression de la ra- diation infrarouge (IR) de la lumière émise par la lampe 10. Un diaphragme (non représenté) est générale- ment utilisé pour régler l'intensité lumineuse, et ce sous contrôle électronique, suivant des dispositions connues des techniciens en la matière. Une lentille (un condenseur) 30 permet de fo- caliser le faisceau lumineux en provenance de la lampe 10 dans l'axe d'un faisceau de fibres optiques 40. Entre le dispositif anti-calorique 20 et ce faisceau 40 est disposé un dispositif 50 de filtrage de la lumière émise par la lampe 10. Ce dispositif de filtrage comporte un disque 51 tournant sous l'action d'un moteur 52 (la transmission du mouvement se faisant par une courroie 57, qui est du type cranté) et comportant quatre zones de filtrage Les trois zones de filtrage 53, 54, 55 (dont la présence est classique dans ce genre de dispositif), visent à éclairer périodiquement, en trois couleurs primaires ou fondamen- tales, notamment Rouge, Verte et Bleue (RVB), respective- ment, le champ d'observation (non représenté) à l'intérieur d'une cavité à explorer La quatrième zone 56 est transparente, c'est-à- dire qu'elle laisse passer telle quelle (donc sans filtrage) la lumière émise par la lampe 10. Cela revient à dire que le disque de filtrage 51 est divisé en quatre cadrans, dont chacun est occupé par une des zones précitées 53 à 56 De façon plus pré- cise, dans le mode de réalisation objet de la présente description, les zones opaques du disque rotatif 51 sont définies par des secteurs d'environ 35 ', alors que les zones filtrantes 53 à 55 et la zone transparente 56 sont définies par des secteurs d'environ 55 ', les zones fil- trantes précitées étant constituées par des filtres RVB, respectivement, qui sont de type connu des techniciens en la matière. Bien entendu, entre deux zones contiguës existe une zone "d'ombre", c'est-à-dire une zone opaque à la lumière émise par la source 10 Or, c'est pendant le temps nécessaire pour passer d'une zone du disque tour- nant 51 à la zone consécutive que s'effectue le traite- ment des informations optiques dans chacune des trois couleurs primaires correspondant à chacun des éclairages RVB ou Bl (c'est-à-dire en lumière blanche Bl, à savoir sans filtrage) du champ d'observation Les images RVB et en Noir et Blanc (N-Bl) du champ d'observation ainsi ob- tenues sont captées par un capteur photo-sensible 60, qui est constitué de préférence par un dispositif à semi- conducteur, tel qu'une caméra CCD, et qui est disposé à côté de l'extrémité distale 41 du faisceau de fibres op- tiques 40, dans la tête d'observation précitée du vidéo- endoscope 100 (en pratique, les fibres du faisceau 30, dans la tête d'observation du vidéo-endoscope, sont dis- posées sous forme de croissant de lune, le reste de la zone circulaire occupée par la tête d'observation étant occupé par la caméra CCD). En ce qui concerne la tête d'observation, celle-ci est avantageusement du type constitué par des anneaux articulés entre eux et susceptibles d'être com- mandés par un câble, à l'aide d'une poignée de manoeuvre, ces dispositions étant connues des techniciens en la ma- tière. Les câbles optiques et électriques sont de préférence réunis en un câble unique en Y. Un dispositif 70 de commutation permet de pi- loter le stockage des informations optiques captées par la caméra CCD 60 (et ce en synchronisation avec le fil- trage de la lumière émise par la source 10, opéré par le disque de filtrage tournant 51) dans quatre plans-mémoire 81, 82, 83, 84, et ce par l'intermédiaire d'un dispositif de commutation illustré schématiquement et désigné sous la référence 71 (pour les trois mémoires 81 à 83 -correspondant aux signaux de couleurs on peut adopter, dans le cadre de la présente invention, une capacité moindre, notamment au moins égale à la moitié de la capa- cité de la quatrième mémoire 84, correspondant au signal N-Bl) L'image N-Bl, stockée dans la mémoire 84, est nuancée en couleurs par superposition des images RVB sto-15 ckées successivement dans les mémoires 81 à 83 L'image originale en couleurs, ainsi reconstituée, est rendue compatible -à l'aide d'un codeur 93 avec un appareil de télévision au format normalisé, choisi notamment parmi les standards vidéo, tels que NTSC, PAL ou SECAM (le choix du standard vidéo influence le choix de la vitesse de rotation v du disque 51 du dispositif de filtration périodique 50; en particulier: v = 750 tours/minutes -en 625 lignes pour le standard NTSC; v = 900 tours/minutes -en 525 lignes pour les standards PAL, SECAM). Bien entendu, le traitement numérique des images requiert, à l'interface entre le capteur photosen- sible 60 et les mémoires 81 à 84 pilotées par le disposi- tif 70, l'emploi d'un convertisseur analogique/numérique 91, alors que l'utilisation des données numériques dispo- nibles à la sortie du système de traitement requiert l'emploi d'un convertisseur numérique/analogique 92 (les signaux de sortie RVB sont calculés numériquement, à par- tir des 4 plans-mémoires 81 à 84, les sorties analogiques l V-7 ohms étant identiques aux sorties actuellement connues des techniciens en la matière). Il va de soi que les applications du vidéo- endoscope conforme à l'invention peuvent être non seulement médicales mais aussi industrielles. Ainsi que cela ressort de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes de mise en oeuvre de réalisation et d'application qui vien- nent d'être décrits de façon plus explicite; elle en em- brasse, au contraire, toutes les variantes qui peuvent venir à l'esprit du technicien en la matière, sans10 s'écarter du cadre, ni de la portée, de la présente in- vention. REVENDICATIONS 1 Vidéo-endoscope couleur ( 100) destiné à fournir des informations de couleurs d'un champ d'obser- vation d'une cavité à explorer, ces informations étant sous une forme telle qu'elles puissent être affichées sur un récepteur vidéo de format standard, comprenant i) une source d'éclairage unique ( 10); ii) un faisceau de fibres optiques ( 40) des- tiné à transmettre la lumière de cette source ( 10) vers le champ d'observation; iii) un dispositif de filtrage périodique ( 50) de la lumière émise par la source précitée ( 10), compor- tant une première, une deuxième et une troisième zones filtrantes ( 53,54,55) permettant d'éclairer périodique- ment -par l'intermédiaire du faisceau précité ( 40) le champ d'observation en trois couleurs primaires (RVB), respectivement, correspondant au passage de la lumière par chacune des trois zones filtrantes précitées ( 53,54,55); iv) un capteur photosensible ( 60), notamment à semi-conducteur, destiné à capter à une image d'objets situés dans le champs d'observation -éclairé par le fais- ceau de fibre optique ( 40) par l'intermédiaire du dispo- sitif de filtrage ( 50) et à fournir un signal électrique de l'information ainsi captée; v) une tête d'observation adaptée à être in- troduite dans la cavité à explorer, cette tête contenant le capteur photosensible ( 60) ainsi qu'une extrémité ( 41) du faisceau de fibres optiques ( 40); vi) trois mémoires ( 81,82,83), notamment cons- tituées par des mémoires statiques type RAM, destinées à stocker les informations optiques de couleurs primaires (RVB) captées périodiquement par le capteur photosensible susdit ( 60); vii) un dispositif de commutation ( 70), syn- chronisé avec le dispositif de filtrage périodique évoqué plus haut ( 50) et destiné à permettre l'aiguillage en sé- il quence, -avec la même périodicité définie par le filtrage périodique de la lumière émise par la source d'éclairage( 10)-, suivant une première, une deuxième et une troisième voies vers les trois mémoires, respective- ment; viii) un dispositif d'actionnement ( 52) du dispositif de filtrage ( 10), caractérisé en ce que le dispositif de filtrage comporte également une quatrième zone ( 56), qui est transparente et qui est destinée à laisser passer telle quelle (c'est- à-dire sans filtrage) la lumière émise par la source d'éclairage ( 10) et à éclairer, avec la même périodicité susdite, le champ d'observation; en ce qu'il comporte une quatrième mémoire ( 84) destinée à stocker les in- formations optiques en Noir et Blanc (N-Bl), captées par le capteur photosensible ( 60) et correspondant au passage de la lumière -émise par la source d'éclairage ( 10) par la quatrième zone précitée ( 56) du dispositif de filtrage ( 50), en provenance de ce même capteur ( 60), et en ce que le dispositif de commutation ( 70) comporte une quatrième voie d'aiguillage associée à la quatrième mémoire ( 84). 2 Procédé de captation et traitement d'images en couleurs à l'aide du vidéo-endoscope ( 100) conforme à la revendication 1, comprenant les étapes suivantes: a) éclairage du champ d'observation, à l'aide d'une source unique ( 10) et d'un faisceau de fibres op- tiques ( 40), dont une extrémité est destinée à être in- troduite dans une cavité à explorer; b) filtrage périodique de la lumière émise par la source précitée ( 10), à l'aide d'un dispositif de fil- trage ( 50) équipé d'une première, d'une deuxième et d'une troisième zones filtrantes ( 53,54,55) permettant d'éclairer périodiquement -par l'intermédiaire du fais- ceau de fibres optiques précité le champ d'observation en trois couleurs primaires (RVB), respectivement, cor- respondant à chacune des trois zones filtrantes préci- tées; c) captation périodique, à l'aide d'un capteur photosensible ( 60), de la lumière réfléchie par le champ d'observation éclairé périodiquement en les trois cou- leurs primaires (RVB), par filtrage de la lumière émise par la source d'éclairage ( 10); d) émission périodique, de la part du capteur photosensible ( 60), d'un signal électrique correspondant à la captation périodique de la lumière réfléchie préci- tée, et mémorisation cyclique, à l'aide d'un dispositif de commutation ( 70) et de trois mémoires ( 81,82,83), de chacun des signaux électriques ainsi émis; ledit procédé étant caractérisé en ce que la lumière émise par la source d'éclairage ( 10) est également trans- mise telle quelle, c'est-à-dire sans filtrage, à l'aide du même faisceau de fibres optiques ( 40), vers le champ d'observation, -ce qui permet également la captation, l'émission et la mémorisation périodiques (à savoir cy- cliques) d'une image en N-Bl dudit champ d'observation, cette image en N-Bl étant destinée à être nuancée en cou- leurs par les trois images en trois couleurs primaires (RVB) obtenues par filtrage (RVB) de la lumière émise par ladite source d'éclairage ( 10)-, à cet effet, le disposi- tif de filtrage ( 50) comprenant une quatrième zone ( 56), qui est transparente et qui est destinée à laisser passer telle quelle (c'est-àdire sans filtrage) la lumière émise par la source d'éclairage ( 10), alors qu'une qua- trième mémoire ( 84) est prévue pour stocker les informa- tions optiques en Noir et Blanc (N-Bl) captées par le capteur photosensible ( 60) et correspondant au passage de la lumière émise par la source d'éclairage ( 10) par la quatrième zone précitée ( 56) du dispositif de filtrage ( 50), en provenance de ce même capteur, le dispositif de commutation ( 70) comportant une voie d'aiguillage supplé- mentaire associée à la quatrième mémoire ( 84).