Brevet FR2701622A1 — publié le 19940819

SYSTEME DE CORRECTION VIDEO POUR MICROSCOPES. L'invention se rapporte à une caméra de télévision spécifique, couplée à un boitier de traitement électronique utilisée en analyse et source d'images, dans le domaine des microscopes, ensemble capable de fournir des images, là où il n'est plus possible de visualiser une image au binoculaire ou en photo instantanée. Le but à atteindre était d'obtenir avec un équipement vidéo des photos sur imprimante vidéo d'un prix inférieur à une photo conventionnelle, et pour une qualité d'image se rapprochant de celle d'une photo conventionnelle. il a été constaté que les équipements vidéo existants sur la plupart des microscopes (tous n'en étant pas dotés) ne fournissent qu'une faible image, toutes marques et modèles confondus, du reste imparfaite, manquant beaucoup de contraste et très laiteuse, n'autorisant le fonctionnement d'une imprimante vidéo, qu'après traitement fastidieux au travers d'un système coûteux de traitement numérisé d'image, avec un résultat limité. L'appareil est de forme parallélépipèdique. Cet appareil peut être alimenté sur le courant du secteur électrique, en standard pour 210 à 240 volts et en 50 Hz ou 60 Hz, ou pour 105 à 135 volts et en 50 ou 60 Hz, mais aussi en 12 volts courant continu, sur batteries ou accus, et fonctionne aux normes C.C.I.R. ou E.LA. sur commande. Cet appareil se destine tout naturellement à la prise de vue vidéo sur des microscopes de laboratoires d'analyses, en métallurgie des métaux, en biologie moléculaire, en microscopie des plastiques, et tout autre domaine d'analyse générant de faibles contrastes vidéo. Cet appareil intégre toutes les fonctions, pilotant en amont la caméra, il gère et dont il optimise le fonctionnement, permet toutes les corrections souhaitées, et fournit en sortie, sur trois connecteurs, une image au maximum de la norme vidéo, d'un niveau stable, pouvant être exploité par tous les équipements périphériques vidéo et ordinateurs d'analyse vidéo, dans de très bonnes conditions de fonctionnement. Cet appareil fonctionne avec la caméra qui a spécialement été adaptée, mais peut également fonctionner avec certains modèles de caméras du marché, dès lors qu'elles offrent certaines possibilités de transformations. Cet appareil permet d'analyser des images vidéo, pour un éclairage allant de 0,5 Lux à 25 000 Lux. Cet appareil fonctionne au sein de ces plages de luminosité par une gamme de huit pré-réglages numériques gérant les conditions d'éclairage de la caméra, par un commutateur en face avant. ll est possible d'affiner la sensibilité de la caméra par une commande en face avant, contrôlant une tension continue variable optimisant la sensibilité du capteur CCD. L' appareil est doté en face avant d'une commande, permettant une large plage de réglage du gain vidéo des circuits d'entrée vidéo, afin d'extraire un signal vidéo dans des conditions limites de pauvreté du contraste de l'image analysée, soit moins de cinq pour cent seulement du signal vidéo source, hors synchronisation. L' appareil est doté d'une commande en face avant, permettant le dosage du gain de régénération du signal, après correction électronique. L' appareil est doté en face avant d'une commande, offrant un fenêtrage horizontal, en fait un découpage électronique du signal vidéo régénéré, sur la partie gauche de l'écran, et du signal vidéo source, sur la partie droite de l'écran. L'action sur cette commande permet de situer la zone de ce découpage entre les deux extrémités horizontales de l'écran. Bien évidement, et en fenêtrage gauche, il ne restera que le signal source, et en fenêtrage droit, il ne restera que le signal restauré. L' appareil est doté en face avant d'une commande, permettant le réglage du gain vidéo de sortie, et d'en optimiser le niveau, pour que celui-ci corresponde exactement à la norme C.C.I.R. (ou E.I.A), soit pour un niveau de sortie d'un volt, crête sur crête, et pour une charge de sortie de soixante quinze Ohms. Cette optimisation est facilité à l'utilisateur par trois voyants du type Leds, également contenus sur la face avant, par un voyant jaune indiquant un niveau bas, par un voyant rouge indiquant un niveau haut, et par un voyant vert indiquant un niveau de sortie idéal. Deux boutons poussoirs, autorisent la mise en marche, visualisé par un voyant, et la mise à l'arrêt de l'appareil par un bouton, visualisé par un voyant. En face arrière un passe fil laisse passer le cordon secteur, pour l'alimentation électrique de l'appareil. Trois connecteurs du type BNC permettent de connecter en sortie trois appareils ou équipements vidéo, imprimantes vidéo, ordinateur et moniteur vidéo par exemple, sous un niveau de un volt crête sur crête, pour des charges de soixante quinze Ohms. Un connecteur du type BNC permet de connecter en entrée la caméra d' analyse vidéo implantée sur le microscope, sous un niveau de un volt crête sur crête, pour une charge de soixante quinze Ohms d'entrée. Un connecteur du type Mini DIN à huit broches, permet de connecter en entrée la caméra d' analyse vidéo implantée sur le microscope. Cette liason assure la transmission vers la caméra des signaux de commutation binaire pour l'adaptation de l'éclairage au microscope, la commande de la sensibilité optimisée du capteur CCD, l'alimentation électrique de la caméra en douze volts continus, et la correction du Gamma optimum, soit à 0,45, soit à 1. Cette liaison est spécifique à la caméra étudiée avec cet appareil. Tout autre modèle de caméra déjà existante sur un microscope, nécessite, outre une transformation interne si elle est possible, et une adaptation spécifique sur cette caméra, mais également sur le brochage réalisé sur le connecteur du type Mini DIN. La caméra est contrôlée au point E, par un circuit I, planche x, piloté par un commutateur A, comportant huit positions de sensibilité d'éclairage différents possibles sur microscope, permettant d'adapter la prise de vue de la caméra à la lumière nécessaire à la prise de vue au binoculaire, par l'utilisateur. La caméra est contrôlée au point E, par un circuit 11, planche x, piloté par un commutateur B, comportant deux positions pour la correction de la courbe du Gamma, soit en valeur 0.45 ou en valeur 1. La caméra est contrôlée au point E, par un circuit m, planche x, piloté par un commutateur C, comportant deux positions, déterminant le fonctionnement de la commande automatique du gain interne de la caméra. Une position assure son fonctionnement interne automatique, l'autre permet au potentiomètre D d'injecter dans la caméra une tension variable calibrée par le circuit m, entre une valeur minimum et maximum, capable ainsi d'optimiser le gain de la caméra pour mettre en évidence un plan de détails optiques visibles au microscope. La caméra est contrôlée au point E, par un circuit m, planche x, assurant son énergie électrique par un circuit autonome régulé et protégé contre les surintensités. La caméra V en F génère un signal vidéo représenté en figure 2 dessin A, où l'on distingue les signaux de synchronisation en B, et le signal vidéo en A, signal caractéristique en microscopie, en ce que la valeur moyenne du signal se situe entre les niveaux des gris et des blancs. Ceci se vérifie à la vue de la zone A de la figure 2, dessin 2. Le signal F de la caméra V est injecté dans un circuit vidéo IV en planche I, contrôlé par un potentiomètre G, permettant d'amplifier au besoin, fortement le signal reçu, en cas d'un signal vidéo de très faible contenu. Le signal vidéo traité en VI alimente le circuit VII, qui génère différentes informations de la synchronisation vidéo, nécessaires aux différents autres circuits. Les signaux issus de VII déterminent le fonctionnement du circuit vm, qui détermine le champ vidéo utile, donc visible, dans la trame vidéo, hors synchro. Les signaux issus de vm déterminent le fonctionnement du circuit IX, qui détermine le champ vidéo utile, donc visible, dans une ligne vidéo, hors synchro. Ceci se vérifie en A de la figure 3 du dessin 1, qui représente la fenêtre vidéo utile sélectionnée électroniquement parmi une ligne vidéo. Il apparaît clairement que ce circuit exclut les temps de montée en début de ligne, ainsi que le temps de retombée en fin de ligne, qui sont néfastes au traitement. Les signaux issus de vm déterminent le fonctionnement du circuit X qui détermine le champ du moment de synchronisation utile, dans une ligne vidéo. Ceci se vérifie en A de la figure 4 du dessin 1, qui représente la fenêtre vidéo utile non sélectionnée électroniquement parmi une ligne vidéo. Il apparaît clairement que ce circuit exclut également les temps de montée en début de ligne, ainsi que le temps de retombée en fin de ligne, qui sont néfastes à la reconstruction d'un signal. Les signaux issus de vm et IX permettent au circuit XI de générer une zone de validation de synchronisation composite complète. Les signaux issus du circuit X servent à l'extraction du signal vidéo visible, donc en contenu ligne, provenant du circuit Vl. Les signaux ainsi traités apparaissent sur le dessin 2 de la figure 3. Les signaux issus du circuit XII sur le dessin 2 ne représentent que l'amplitude maximum, crête à crête, de l'image lue par la caméra, quelle que soit la sensibilité et l'amplification obtenue, valeur B, figure 3 dessin 2. Les niveaux du blanc maximum en C ne sont nullement altérés. Les niveaux du noir minimum en D ne sont nullement altérés. Les signaux générés par les circuits V1II, Ix et X, permettent de remplacer toutes les zones de synchronisation et autres paliers de pré-égalisation, postégalisation, etc..., par un niveau clampé d'une valeur moyenne intermédiaire, sur dessin 2 figure 3, comprise entre les valeur 5 du niveau C et D. Ce niveau de clamp est déterminé, et se fixe à la valeur E, dans la période de temps du palier en A. Le circuit XIII remet en forme les signaux issus du circuit XII. Les signaux reçus par le circuit xm alimentent le circuit XIV, qui régénère les faibles niveaux d'image issus de la caméra montée sur un microscope lors de forts grossissements. Les niveaux de régénération peuvent être fortement être amplifiés par le potentiomètre Hi, selon le besoin de l'utilisateur. Dans des conditions critiques de très faible valeur vidéo nominale, le bouton G permet au circuit VI d'augmenter encore le niveau vidéo, pour améliorer la qualité de l'image. Dans des situations vraiment limites, il est encore possible de passer le contrôle automatique de la caméra en mode manuel, par le commutateur C du circuit m, et d'optimiser encore la finesse de détails visibles par le potentiomètre D. A noter qu'à ce stade, l'appareil permet d'avoir une image nette et de qualité, alors qu'il n'est plus possible de voir une image au binoculaire du microscope. Les niveaux de régénération ainsi obtenus à la sortie du circuit XIV permettent au circuit XV de détecter le niveau vidéo le plus bas. Rappelons qu'à ce stade, ce signal est démuni de toute forme de synchronisation et de signaux complémentaires. Ce travail se vérifie sur le dessin 1 de la figure 4 où le point B représente le niveau vidéo le plus bas. Ce niveau détermine automatiquement le niveau du noir, base de notre reconstruction de signal. En figure 3 dessin 2 la ligne D représente ce niveau du noir détecté. Le circuit XVII reconstruit une synchronisation, démunie de signal vidéo, à l'aide du niveau du noir déterminé par le circuit XV, mais déterminé par les circuits VII, Met XV. L'invention est caractérisée en ce que la vidéo hors synchronisation servant à la reconstruction du signal, permet une addition, par juxtaposition du signal d'origine du circuit VI et du signal régénéré du circuit XIV. Une commande potentiométrique en I (i) permet un fenêtrage horizontal, permettant aux extrémités, le passage d'une image intégrale à l'autre. Cette fonction, disponible à l'utilisateur, permet d'apprécier et de comparer le traitement obtenu. La résultante des signaux traités par la régénération et le comparateur par fenêtrage, est reconstituée en image vidéo composite, par adjonction de la synchronisation reconstituée en XVI, greffée sur le niveau du noir détecté en XV. la sortie de ce circuit XVIII, une image vidéo-composite complète, traitée et reconditionnée, est disponible en haute impédance. Cette image reconstituée dans le circuit XVIII alimente le circuit XIX, qui est un amplificateur vidéo de puissance, large bande et de basse impédance, capable de fournir en sortie une image vidéo reconstituée sur trois connecteurs du type BNC, pour des charges de 75 Ohms et pour des niveaux standards de sortie d'un volt, crête sur crête. Ces trois sorties permettent d'alimenter de manière directe les classiques moniteurs vidéo, une imprimante vidéo, ainsi qu'un ordinateur de traitement numérisé de l'image, avec des logiciels de quatification et de reconnaissance de forme, par exemple. Le niveau de sortie de l'amplificateur du circuit MV aliment le circuit XX. Vu le grand nombre de possibilités de réglages différents qu'offre cet appareil, et les différents circuits de compensation auxiliaires, il n'est pas possible d'obtenir un niveau déterminé en sorties vidéo, telles qu'elles puissent être utilisées par des équipement vidéo reliés. ll est donc important de pouvoir déterminer le niveau de sortie de l'amplificateur. Trois diodes LEDS assurent cette fonction. L'une indique un niveau dit "faible", une autre indique un niveau dit "fort", et la troisième indique un niveau dit "idéal", soit correspondant à 1 volt crête/crête en sortie. fl est ainsi possible à l'utilisateur de régler, après toutes les correction souhaitées le niveau de sortie idéal de l'ampli de sortie du circuit XIV par le potentiomètre de gain final en J. L'ensemble de l'appareil est alimenté en énergie électrique par une alimentation secteur circuit XXI. Un bouton poussoir P en assure la mise en marche, visualisé par un voyant Q, un bouton poussoir N en assure la mise en veille, visualisé par un voyant O. Ll appareil et la caméra qui lui est propre peuvent être livrés au standard européen C.C.I.R., ou au standard E.I.A.. Seules des variations de valeurs de composants déterminent l'une des deux normes. REVENDICATIONS 1) L'invention se rapporte à un boitier de traitement électronique, couplé à une source d'image, caméra ou autre, capable de fournir une image vidéo de qualité, par rapport à un signal source pauvre en contrate, voir saturé en amplitude, mais démuni de gris moyen et de noir. 2) Un tel phénomène se constate notamment dans les laboratoires équipés de microscopes munis d'équipements vidéo, où le signal vidéo ne présente qu'une saturation au blanc, avec quelques signaux dans les gris clairs et gris moyens, rendant ainsi difficile l'exploitation du signal, aussi bien en reprographie, qu'en traitement informatisé. 3) Dans ce domaine d'utilisation, toujours, ce système est capable de fournir des images exploitables, dans des conditions telles qu'il est difficile de visualiser une image au binoculaire ou en photographie, lors de forts grossissements par perte de l'essentiel de l'echelle de gris. 4) Dans de tels domaines, l'on constate la forme de signal indiqué sur la figure 2 dessin 1, et l'on constate en dessin 2 la zone vidéo réelle en A qui seule comporte la partie visible à l'écran. Sur la figure 4 dessin 1, le haut de la vidéo en C représente le blanc maximum, rendant toute autre amplification impossible, car dépassant les normes C.C.I.R. et E.LA. 5) L'invention est caractérisée en ce qu'elle exploite ce phénomène et réstitue une image optimisée aux maximum des normes. 6) Un signal vidéo est issu d'une caméra ou autre source dans ces conditions et vient alimenter l'amplificateur vidéo, planche 1 circuit VI, caractérisé en ce que ce circuit permet une amplification supplémentaire en cas de niveau d'entrée très faible. Ce circuit VI permet au circuit VII de générer une synchronisation générale aux différents circuits de l'appareil et nécessaires au traitement et à la reconstruction d'une image. 7) L'invention est caractérisée en ce que l'appareil va extraire les contenus vidéo du reste de l'image. Pour ce faire, le circuit VII se caractérise en qu'il détecte les zones de paliers de pré et post synchronisation, ainsi que les impulsions de trame, elles-mêmes contenues d'impulsions lignes, du reste d'une image. 8) L'invention est caractérisée en ce que ce circuit vient donner ces références au circuit IX qui analyse le reste du signal, repère le début et la fin de la partie utilisable d'une ligne vidéo, caractérisé par le traitement décrit sur le dessin 1 figure 3 en A. 9) Le circuit Xi, associé aux circuits vm et IX détermine toutes les zones d'une image vidéo où pourront être ainsi récupérés les signaux vidéo souhaités. Un circuit supplémentaire XI vient quant à lui repérer les points de repère des signaux de synchronisation, caractérisé par le dessin 1 figure 4. 10) L'invention est caractérisée en ce que le circuit MI, piloté par les circuits VII et X1 vient extraire du circuit VI les signaux vidéo. En dessin 2 figure 3, le circuit XII se caractérise en ce qu'il détecte le niveau maximum des blancs en ligne C, ainsi que le niveau le plus bas vers les noirs, ici repéré en ligne D, se caractérise en ce que la résultante du signal compris entre C et D détecté entre ces valeurs, en B, donne la valeur de travail de l'appareil. L'invention est caractérisée en ce que le circuit XI indique au circuit XII les moments des zones de synchronisation détectés, et lui faire les remplacer par un palier de tension clampée à un niveau intermédiaire à la zone B, soit en son centre.Ce circuit se caractérise en ce que tout traitement ultérieur sur les niveaux vidéo détectés ne se verront pas altérés par les zones de synchronisation ainsi neutralisées au centre des niveaux maximum. Le circuit XIII assure la mise en forme des signaux issus du circuit MI. 11) L'invention est caractérisée en ce que l'utilisateur dispose d'un bouton H lui permettant de compenser la faiblesse initiale de l'image par une amplification par ce bouton H, qui est géré par le circuit MV, caractérisé en ce qu'il vient amplifier les niveaux vidéo des lignes C et D, centrés autour des clamps du palier A. Le circuit XV est caractérisé en ce qu'il détecte le niveau vidéo le plus bas, dessin 1 figure 4. Cette information est capitale pour reconstruire un signal composite, caractérisé en ce que cette information détectée permet d'établir, après traitement de régénération du circuit XIV, le nouveau niveau du noir, sur lequel viendront s'appuyer les zones de synchronisation. Le circuit XVI, caractérisé en ce qu'il reconstruit une synchronisation à l'aide des étages précédents : VI1, XV et XI.Le circuit XVIII autorise un mixage vidéo entre le signal régéné issu des circuits XIV et XV, et le signal source issu du circuit VI. Ce mixage se caractérise en ce qu'il permet le mixage par juxtaposition sur une ligne vidéo des deux signaux. Le point de découpage est assuré par une commande électronique, gérée par le bouton I (i), disponible à l'utilisateur, et qui lui permet de faire déplacer ce point de mixage de la partie gauche, jusqu'à la partie droite de l'écran, et de ne disposer, dans les extrémités des réglages, que d'une image source, ou, dans l'autre position, de la partie du signal régénéré. 12) Le circuit XVIII se caractérise en ce qu'il reconstruit un signal vidéocomposite complet, issu d'informations provenant des circuits XVI, VII et X et ce, quel que soit l'ensemble des corrections de signaux apportés ou opérés en cours de traitement, sans altérer les niveaux maximum des blancs et des noirs. Ce signal vient attaquer le circuit XIX qui amplifie la vidéo reçue et alimente trois sorties vidéo, pour des niveaux de sortie de 1 volt c/c, sur des charges de 75 Ohms.Cet amplificateur alimente également le circuit XX, qui génère trois niveaux de référence, assurant le fonctionnement de trois voyants en face avant. En effet, vu les différents réglages possibles ayant tous une influence sur le niveau vidéo de sortie, il est nécessaire de calibrer l'amplitude des niveaux de sortie.L'utilisateur détermine le niveau de sortie de l'amplificateur XIX par le bouton de gain J en se repérant sur les trois voyants, caractérisés en ce que l'un indique un niveau bas (M), un autre un nivau trop fort (K), et le troisième le niveau idéal (L), correspondant à un volt de sortie, la correction de gain est ainsi assurée. Une alimentation générale en xxr fournit à l'appareil toutes les tensions nécessaires. Sa mise en marche est assurée par le bouton M et visualisé par le voyant Q, son extinction est assurée par le bouton N, visualisé par le voyant O. 13) Un circuit I, contrôlé par le commutateur A permet de gérer la caméra en lui imposant huit modes de fonctionnement, pour répondre à différents modes d'éclairage, sur microscope particulièrement, où l'éclairage peut être intensif, suivant les mesures et grossissements, voir les matériaux à observer. Le circuit II contrôlé par le bouton B permet d'imposer à la caméra le mode de fonctionnement de la correction de la courbe du Gamma, soit 0.45 ou 1, de valeur. En cas de fonctionnement et d'analyse d'image dans des conditions extrèmes, où le signal vidéo est très pauvre, voir moins de cinq pour cent de l'amplitude complète, le circuit m contrôlé par le commutateur C permet de basculer du mode de contrôle automatique de gain de la caméra en mode manuel, et le bouton D permet à ce moment de doser le degré de sensibilité de la caméra. Dans ces conditions extrèmes, l'utilisateur dispose du bouton G, contrôlant le circuit VI, lui permettant d'amplifier encore plus le faible signal vidéo, optimisé en controle manuel du gain de la caméra. Le circuit IV se caractérise en ce qu'il fournit à la caméra l'énergie électrique lui étant nécessaire, indépendamment des équipements de l'appareil, pour ne créer aucune interférence.