Brevet FR2663736A1 — publié le 19911227

La présente invention concerne un dispositif de visualisation, de traitement, de mesure et d'analyse des images constitué de capteurs monochromatiques ou polychromatiques ayant des réponses dans la gamme des longueurs d'ondes allant du visible à l'infrarouge, d'appareillage permettant l'acquisition des signaux issus desdits capteurs, la visualisation desdites images ainsi que des logiciels de traitement des signaux en provenance desdits capteurs et permettant l'analyse spatiale et temporelle des couleurs ou des niveaux de gris obtenus â partir desdits capteurs et dudit appareillage. On sait réaliser des dispositifs de vision et d'analyse d'images médicales, ou d'analyse de clichés astronomiques (EP 164~37, EP 2~576e, EP 2~5529, EP 197598).Dans ces dispositifs l'image est acquise à l'aide d'une caméra ou d'un scanner et est ensuite analysée et traitée grâce à des logiciels de traitement spécialisés (EP 14857) Lesdits caméra ou scanner utilisent comme éléments sensibles des capteurs du type CCD ou tubes vidéo et n'utilisent pas les moyens de l'invention décrits ci-dessous qui concernent les autres types de capteurs fabriqués à l'aide de matériaux comme les films de peinture photosensible et thermosensible, les cristaux liquides, les polymères mésomorphes. Les types divers et les variantes desdits matériaux sont décrits dans les brevets suivants: US 4367924, US 4433~83, US 461737~, EP ~177~98, EP e27e66, US 475713~, EP EP ~27173, EP #26268#, EP ~297554, EP ~31~~81) qui ne relèvent pas des moyens de l'invention.De même, les brevets EP 1~52~9, BP 25175,EP 25174, EP 2517e, EP 129768, décrivant des dispositifs d'imagerie, sont três différents dans leurs principes et leurs fonctions des moyens de l'invention. Par ailleurs, des moyens d'analyse ou des capteurs associés à un dispositif d'imagerie servant à reconnaitre un objet et à évaluer sa distance sont aussi décrits dans les brevets suivants: EP 1~5209, EP 25175,; EP 25174, BP 2617~. La présente invention ne concerne pas ces types de moyens, mais ceux provenant, de capteurs spécifiques dont les propriétés optiques d'émission, de transmission, de diffusion et de réflexions dans le domaine allant du visible à l'infrarouge, en particulier la couleur ou la lumière monochrome, varient fortement en fonction de paramètres physiques extérieurs auxdits capteurs tels que des durées, des températures, des contraintes et déformations d'origine thermique ou mécanique, des concentrations de liquides et/ou de gaz, du champ électrique ou magnétique, de l'écoulement d'un fluide liquide ou gazeux. Les signaux en provenance de ces capteurs sont ensuite analysés et traités en fonction des renseignements ou des mesures que l'utilisateur désire obtenir sur lesdits paramètres physiques. Ladite invention est donc constituée par l'assemblage des moyens suivants: A. Un ou des capteurs monochromes ou polychromes, B. Un dispositif d'acquisition, de mise en forme, d'analyse et de traitement et de visualisation des signaux en provenance desdits capteurs, C. Des logiciels adaptés à chaque utilisation particulière ainsi qu'une bibliothèque de logiciels permettant de créer par simple assemblage de logiciels spécialisés contenus dans la bibliothèque, un logiciel spécifique à chaque application, D. Un dispositif d'utilisation des informations obtenues à partir des éléments ci-dessus mentionnés. Les capteurs monochromes ou polychromes sont des systèmes dont les réponses auxdits paramètres physiques extérieurs, sont des signaux qui, après mise en forme, transformation et digitâlisation par les moyens appropriés, fournissent des niveaux de gris s'ils sont monochromes et des répartitions de couleurs et leurs niveaux de gris ou encore des teintes et leurs luminances et saturations, s'ils sont polychromes. Les variations des niveaux de gris et/ou des teintes, luminances et saturations sont fonction de la nature et/ou des valeurs desdits paramètres physiques extérieurs. Parmi les moyens préférés, mais non limitatifs de l'invention, les matériaux sensibles susceptibles de donner satisfaction pour la mise en oeuvre desdits capteurs sont de nature et de constitution suivantes: E. Des cristaux liquides cholestériques ou nématiques chiraux, de faible ou de'haute masse molaire, purs ou contenant un colorant, homogènes et convenablement orientés sur les surfaces sur lesquelles ils sont déposés sous forme de films, sensibles aux variations des paramètres physiques extérieurs d'origine thermique, mécanique ou électrique, locales ou globales, à proximité ou à la surface desdits films, et induisant des différences de couleurs diffusées, réfléchies, transmises ou émises par lesdits cristaux liquides corrélées avec lesdites variations des paramètres physiques extérieurs. F. Des films homogènes de polymère cholestérique, purs, en solution ou contenant un colorant du type dérivé cellulosique ou un polymère à chaine latérale tel qu'un polyacrylate, un polyméthacrylate ou un polysiloxane contenant des centres chiraux du type carbone asymétrique et pouvant être agencés de telle façon à réagir aux paramètres du type durée, taux d'humidité ou concentration d'un gaz de nature donnée, d'eau ou de solvant agissants sur la lumière émise, transmise, réfléchie ou diffusée par ledit polymère. G. Des films polymères fabriqués à partir d'une résine époxyde, un polycarbonate ou toute résine dont la biréfringence varie en fonction des contraintes ou des déformations appliquées. H. Des films de cristaux liquides nématiques et smectiques, de faible ou de haute masse molaire, purs ou contenant un colorant, homogènes et convenablement orientés sur les surfaces sur lesquelles ils sont déposés, sensibles aux variations des paramètres physiques extérieurs d'origine thermique, mécanique ou électrique, locales ou globales, à proximité ou à la surface desdits films, et induisant des différences de couleurs réfléchies, transmises, diffusées ou émises par lesdits cristaux liquides corrélées avec lesdites variations des paramètres physiques extérieurs. L Des films formes à partir de microbilles de cristaux liquides de petites molécules sensibles aux variations des paramètres physiques extérieurs d'origine thermique, mécanique ou électrique, locales ou globales, à proximité ou à la surface desdits films, et induisant des différences de couleurs réfléchies, transmises diffusées émises par lesdits cristaux liquides corrélées avec lesdites variations des paramètres physiques extérieurs. J. Des films formés à partir de microbulles de cristaux liquides dispersés dans une résine et sensibles aux variations des paramètres physiques extérieurs d'origine thermique, mécanique ou électrique, locales ou globales, à proximité ou à la surface desdits films, et induisant des différences de couleurs réfléchies, transmises diffusées émises par lesdits cristaux liquides corrélées avec lesdites variations des paramètres physiques extérieurs. Suivant les applications cherchées, la nature desdits matériaux composant lesdits capteurs permet à ceux-ci d'être réalisés, non seulement sous forme de films, comme décrit précédemment, mais aussi de matériaux composites, de fibres, d'objets massiques de formes quelconques dont les dimensions seront adaptées à l'observation et l'analyse desdits paramètres extérieurs suivant leur nature, leur intensité et leur étendue dans l'espace ainsi que des objets de formes et taille quelconques soumis à l'action desdits paramètres physiques extérieurs. Les signaux fournis par lesdits capteurs sont ensuite amplifiés et conditionnés par les moyens classiques utilisés dans la technologie des enregistrements d' images, tels que des amplificateurs de lumière, des caméras, des caméras couplées à un ou des dispositifs d'agrandissement d'images, de scanners, de sources video ou de tout système d'acquisition et d'enregistrement d'images connus de l'homme du métier. Un processeur spécialisé transforme ensuite les signaux provenant desdits capteurs et mis en forme par lesdits systèmes d'acquisition en signaux digitaux utilisables directement par un ordinateur, et peut effectuer, à l'aide de fonctions cablées, certaines opérations de traitement d'images. Suivant les moyens préférés de l'invention, une bibliothèque de logiciels spécifiques à l'ensemble des applications couvertes par# ladite invention et constituée par des logiciels adaptés aux moyens de ladite invention, écrits et mémorisés dans la mémoire dudit ordinateur, permet de créer, par simple assemblage desdits logiciels de ladite bibliothèque choisis en fonction d'une utilisation particulière, un ou des logiciels spécifiques à ladite utilisation. Un premier logiciel, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur, permet de traiter les signaux images fournis par ledit système d'acquisition et comporte les fonctions suivantes: - écriture d'une image ou des images sur disque dur ou disquette, - Visualisation d'une ou plusieurs images en utilisant des fonctions zoom ou perspective cavalière ou ombrage morphologique ou toutes ces fonctions simultanément. - Effacement d'une ou plusieurs images, - Mise en oeuvre de tables de correspondances: cette fonction permet de combler les imperfections du système visuel en associant aux niveaux de gris des couleurs plus aisément différenciables par l'oeil humain, - Dessins de textes ou de graphiques, de couleurs et de formes diffère n tes, - Transformation des couleurs rouge, vert, bleu en teintes/luminance ou saturation et transformation inverse. Un deuxième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur, réalise des histogrammes de pixels noir, blanc, couleur, cumulé noir et blanc, cumulé couleurs ainsi que les fonctions dites d'égalisation, d'élargissement et de relaxation d'histogrammes. Ledit deuxième logiciel réalise aussi, suivant le choix de l'opérateur des profils de lignes ou de points noir, blanc ou couleur ainsi que des fonctions seuil permettant de sélectionner les pixels correspondant â une valeur ou un intervalle de valeurs d'intensité ou de couleurs. Un troisième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur réalise, au choix et sous le contrôle de l'opérateur, différentes fonctions inter-images comme des copies ou des inversions desdites images, ainsi que des opérations ensemblistes comme l'addition, la soustraction, les recherches et les présentations de maxima ou de minima, des fonctions nana', "xor" et norn entre pixels. Un quatrième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur met en oeuvre sur lesdites images, au choix et sous le contrôle de l'opérateur, des fonctions telles que la transformée de Fourier, et/ou des différents types de filtrages d'images tels que la moyenne glissante, la médiane, les détecteurs de contour de Sobel, de Prewitt, de Kirsch, de La place, de Sharp, ou des opérations telles que des convolutions de taille variable, dans lesquelles ladite taille est laissée au choix de l'opérateur et destinés à mettre en évidence dans lesdites images des valeurs critiques ou caractéristiques desdits paramètres physiques extérieurs et de leurs effets ou conséquences. Un cinquième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur met en oeuvre, au choix et sous le contrôle de l'opérateur, des traitements sur lesdites images utilisant la morphologie mathématique en niveaux de gris ou en images binaires. En outre, les fonctions du type érosion, dilatation, ouverture, fermeture, de chapeau haut de forme w, de gradient morphologique, squelette, amincissement ou épaississement homo topique, ébarbulage, reconstruction des marqueurs, enveloppe convexe, axe et ligne médiane, et destinés à mettre en évidence dans lesdites images des valeurs critiques ou caractéristiques desdits paramètres physiques extérieurs et de leurs effets ou conséquences. Un sixième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur met en oeuvre, au choix et sous le contrôle de l'opérateur des fonctions d'extraction de composantes connexes. Il permet en outre de compter, d'étiqueter, de sélectionner des composantes connexes, ou de les supprimer de manière à mettre en évidence dans lesdites images des valeurs critiques ou caractéristiques desdits paramètres physiques extérieurs et de leurs effets ou conséquences. Un septième logiciel spécialisé, écrit et mémorisé dans la mémoire dudit ordinateur permet d'évaluer quantitativement, au choix et sous le contrôle de l'opérateur des données caractéristiques de la texture d'une image telles que le maximum de probabilité, l'hétérogénéité, l'entropie, la différence de moments et le contraste de manière à mettre en évidence dans lesdites images des valeurs critiques ou caractéristiques desdits paramètres physiques extérieurs et de leurs effets ou conséquences. A l'aide desdits logiciels, d'autres logiciels pourront ainsi être créés, couvrant une très large gamme des applications spécifiqu#es auxquels s'appliquent les moyens de l'invention. Parmi les applications préférées, mais non#limitatives, de l'invention on peut citer l'obtention d'empreintes ou de topographies d'objets de formes et tailles diverses au repos ou en mouvement. Cesdites empreintes peuvent être formées par l'intermédiaire de l'un ou de plusieurs desdits capteurs sensibles auxdits paramètres physiques extérieurs. Ainsi, plusieurs empreintes et topographies d'un même objet pourront être obtenues en utilisant, au choix de l'opérateur, celui desdits capteurs sensibles aux déformations et contraintes mécaniques, ou à la température, ou à l'humidité, ou à tout autre paramètre physique pour lequel un capteur peut-être disponible. Lesdites empreintes peuvent ensuite être analysées et comparées, à l'aide de tout l'arsenal logiciel des moyens informatiques de l'imagerie couleur de l'invention, à une ou à des images de référence mémorisées au préalable. On peut ainsi, à l'aide des moyens de l'invention, former l'image thermique d'une partie ou de la totalité d'un membre de corps humain ou animal et en extraire les contours isothermes pour études, diagnostics et analyses ultérieurs. De même, une image desdits membres peut être obtenue en utilisant les contraintes mécaniques et les forces exercées par lesdits membres sur des points d'application du type surfaces, ou leviers. Parmi les applications préférées mais non limitatives de ce procédé, on peut citer l'étude de la voûte plantaire réalisée à l'aide des moyens de l'invention dans le but de fabriquer, par découpe automatique du type laser ou jets d'eau, des semelles orthopédiques et/ou des chaussures adaptées aux caractéristiques morphologiques des patients, ou encore la réalisation d'appareillages dentaires. Dans ces applications, les capteurs utilisés seront sensibles aux contraintes et déformations mécaniques. Les moyens de l'invention sont aussi applicables à la conception de sièges ergonomiques de bureau, d'automobile ou de tout poste de travail. Dans ce cas, les capteurs seront réalisés sous forme d'une solution formée de microbilles de matériaux sensibles soit aux températures soit aux pressions et déformations, tels que décrits ci-dessus, qui'par imprégnation des tissus desdits sièges, permettront de former l'image des champs de pression ou de température induits dans le tissu par la morphologie du conducteur ou de l'ouvrier, et ainsi d'adapter les structures et formes desdits sièges de façon d-;procurer le confort optimum auxdits conducteur ou ouvrier. En résumé, l'homme du métier pourra apprécier que les moyens de l'invention peuvent s'appliquer à toute opération nécessitant la formation d'images d'objets, d'images d'écoulement de fluides gazeux, liquides, de mesures de planéité, de déformations et de contraintes pro vo quées par des chocs, d'évaluation quantitatives d'empreintes laissées par des objets au repos et/ou en mouvement, induites par paramètres physiques extérieurs et obtenues à l'aide desdits capteurs spécifiques à chacun desdits paramètres, et de l'analyse ultérieure desdites images dans un but d'étude, de décision ou de conduite de machines. REYENDICAIIONS 1. Dispositif de mesure de paramètres physiques et d'imagerie constitué de capteurs, d'un système d'acquisition de traitement et d'analyse de données, caractérisé en ce que lesdits capteurs permettent de mesurer des champs de déformation, de température, électrique ou magnétique, de contraintes d'origine thermique, mécanique, électrique ou magnétique sur des objets de nature, de forme et de volume quelconques, de reproduire par traitement du signal la topographie desdits champs, ainsi que leurs variations spatiales, sur des écrans de visualisation ou des supports pouvant mémoriser l'information, d'appliquer auxdites reproductions des transformations mathématiques ou statistiques et d'utiliser celles-ci pour la conduite de machines. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs peuvent être monochromes dans le domaine des longueurs d'onde comprises entre l'infra-rouge et le visible, et que leurs réponses auxdits champs de déformation, de température, électrique ou magnétique ou de contraintes d'origine mécanique, thermique, électrique ou magnétique sont constituées par des niveaux de gris dont les variations sont corrélées avec celles desdits champs. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que les capteurs peuvent être polychromes dans le domaine des longueurs d'onde comprises entre l'infra-rouge et le visible, et que leurs réponses auxdits champs de déformation, de température, électrique ou magnétique ou de contraintes d'origine mécanique, thermique, électrique ou magnétique sont constituées par des répartitions de couleurs et de niveaux de gris dont les variations sont corrélées avec celles desdits champs. 4. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments sensibles desdits capteurs sont constitués par des cristaux liquides cholestériques ou nématiques chiraux, nématiques ou smectiques, de faible ou de haute masse molaire, purs ou en solution et contenant ou non un colorant, homogènes et convenablement orientés sur les surfaces sur lesquelles ils sont déposés sous forme de films, de telle façon que des variations de paramètres physiques extérieurs de type thermique, mécanique et électrique ou magnétique, locales ou globales, proches de ou à la surface desdits films, induisent des. variations de couleurs et de niveaux de gris corrélés avec l'intensité desdites variations. 5. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments sensibles desdits capteurs sont constitués par des microbilles de cristaux liquides cholestériques ou nématiques chiraux, nématiques ou smectiques, de faible ou de haute masse molaire, purs ou en solution et contenant ou non un colorant, dispersées dans une résine et convenablement orientés sur les surfaces sur lesquelles elles sont déposés sous forme de films, de telle façon que les variations de paramètres physiques extérieurs de type thermique, mécanique et électrique ou magnétique, locales ou globales, proches de ou à la surface desdits films, induisent des variations de couleurs et de niveaux de gris corrélés avec l'intensité desdites variations. e. Dispositif selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les éléments sensibles desdits capteurs sont constitués de polymères tels qu'une résine époxyde, un polycarbonate ou toute résine dont la biréfringence varie en fonction des contraintes ou des déformations appliquées. 7. Dispositif selon les revendications 1 à e caractérisé en ce que lesdits éléments sensibles peuvent être façonnés sous forme de fibres ou d'objets massiques de forme quelconque, mais aussi de matériaux composites > dont les dimensions seront adaptées à la nature, à l'intensité et à l'étendue dans l'espace desdits paramètres physiques externes ainsi que des objets de formes et tailles quelconques soumis à l'action desdits paramètres physiques extérieurs. 8. Dispositif selon la revendication i caractérisé en ce que le système d'acquisitions, de traitement et d'analyse de données, permet de transformer à l'aide d' une caméra video et d'un processeur d'images les signaux images analogiques en provenance des capteurs en signaux digitaux et d'effectuer, à l'aide de fonctions cablées, certaines opérations de traitement et d'analyse d'images, et en ce qu'il permet de sélectionner les pixels correspondants à une valeur ou un intervalle de valeurs d'intensité ou de couleur et destiné à mettre en évidence dans les images des valeurs critiques ou caractéristiques desdits champs de déformation, de température o de contraintes d'origine mécanique, thermique, électrique ou magnétique. 9. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il permet la formation et l'étude de l'image des pressions et déformations de la voûte plantaire dans le but de réaliser par découpe des semelles.orthopédiques ou des chaussures adaptées à la morphologie des patients. 10. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il permet, par la formation et l'étude de l'image d'un champ de pressions lié à la machoire d'un patient la réalisation d'appareillages correcteurs adaptés 11. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il permet, par la formation et l'étude de l'image des champs de déformation et de température induits dans le tissu de sièges par la morphologie spécifique de personnes ,la conception de sièges ergonomiques de bureaux, d'automobiles ou de tout poste de travail. 12. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il permet la formation et l'étude de l'image des champs de déformation, de température et de contrainte associés à des écoulements de fluides. 13. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il s'applique, par la formation et l'étude de l'image des champs de déformation ou de température, à l'étude ou à la détermination de planéités. 14. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il s'applique, par la formation et l'étude de l'image des champs de déformation, de température ou de contraintes causées par des chocs, à l'étude ou à la détermination desdits chocs. 15. Dispositif conforme à l'ensemble des revendications 1 à 14 caractérisé en ce qu'il permet par la formation et l'étude de l'image des champs de déformation, de température ou contraintes, de déterminer des empreintes d'objets et leurs contours afin de contrôler le fonctionnement et l'automatisatior des machines.