Brevet FR2699696A1 — publié le 19940624

Procédé et dispositif d'éclairage uniforme par conduction de lumière. DESCRIPTION La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs d'éclairage uniforme par conduction de lumière. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la réalisation de matériel d'éclairage, en particulier pour permettre une bonne acquisition image d'un objet ainsi éclairé. Une des applications principales de l'invention est l'évaluation du degré de maturité d'un fruit ou d'un légume, grâce à une analyse de l'image de la surface coupée d'un morceau de celui-ci éclairé par un dispositif et suivant un procédé de l'invention. On connaît en effet, d'une part, des dispositifs et procédés d'éclairage qui se veulent uniformes et, d'autre part, des systèmes permettant la détermination de la maturité des fruits et des légumes, mais ni les premiers ne donnent un véritable éclairage uniforme et satisfaisant pour l'application principale envisagée, ni les seconds ne donnent une mesure fiable, à moins d'une mise en oeuvre d'équipements complexes et coûteux. Il est connu d'utiliser divers dispositifs optiques, chaque fois que l'on recherche un éclairage uniforme d'un objet, mais il s'agit chaque fois de dispositifs particuliers adaptés à celui-ci et à l'application retenue, et dont certains ont fait l'objet de dépôt de demandes de brevets : on peut citer par exemple la demande FR. 2.612.854 publiée le 30 Septembre 1988 de la société KOITO MANUFACTURING, déposée sous priorité japonaise, et portant sur un "dispositif pour plaques de signalisation pour automobiles" comportant un élément conducteur de lumière, dont la surface arrière est percée d'un certain nombre de trous en pointillés, dont la concentration va en augmentant vers le centre, laquelle surface arrière étant également courbée vers l'intérieur, de façon à ce que son épaisseur aille en diminuant vers le centre pour obtenir un éclairage uniforme du panneau de signalisation : ceci peut permettre effectivement un éclairage du fond de la plaque de signalisation et par transparence des signaux qui peuvent y être gravés, mais ne permettent pas d'éclairer la surface d'un objet qui serait placé en avant ou contre ladite plaque pour le rendre visible d'un observateur placé, par conception du système, à l'opposé. De même, on relève dans le domaine des applications à la transmission et à la reproduction d' images de documents, la demande EP 202.087 publiée le 20 Novembre 1986 de la société XEROX sous priorité US et portant sur un "système d'illumination et de formation d'images en plein cadre", et celle EP 119.868 publiée le 26 Septembre 1984 également sous priorité US de la société XEROX et portant sur un "mécanisme de cadrage pour un appareil de reproduction à agrandissement variable". Dans ces applications à la photocopie, les dispositifs décrits et utilisés sont assez complexes, et comprennent d'une part, des systèmes de lentilles, et d'autre part, des dispositifs d'éclairage intégrés dans des boîtiers à surface interne réfléchissante pour diffuser la lumière dans toutes les directions et la rendre la plus homogène possible dans la direction de l'objet dont on veut saisir l'image : cette disposition provoque souvent des effets de réflexion et d'atténuation des contrastes, suivant la qualité de la surface de l'objet, et nécessitent une forte puissance et donc une capacité d'énergie électrique importante. Dans le domaine de 1' évaluation de la maturité des fruits et légumes, on utilise à ce jour: - soit un référentiel de couleur de la chair de ceux-ci suivant huit graduations par exemple, qui permettent, par comparaison visuelle, à un opérateur d'établir une classification, mais il est clair que ceci peut induire des erreurs d'interprétation importantes, et demande une intervention humaine permanente et entraînée;; - soit des appareils de mesure optique par canalisation de lumière et analyse du flux lumineux réfléchi par l'objet tel que décrit dans la demande FR. 2.595.825 publiée le 18 Septembre 1987, déposée par le CEMAGREF F et la société ID PLUS et intitulée "appareil de mesure de l'indice de réfraction d'un milieu homogène et son application entre autre en agriculture pour la détermination du degré de maturité d'un fruit ou d'un légume", cependant ce type d'appareils ne permet qu'une analyse-d'un point précis de la surface, alors qu'un fruit ou légume peut avoir des différences de réflexion importantes sur l'ensemble de la surface coupée : l'analyse ainsi réalisée ponctuelle n'est donc pas complète et ne permet pas une détermination fiable pour évaluer une maturité. Le problème posé est en effet de pouvoir faire une mesure tenant compte de toute la surface de l'objet, mais pour cela il est donc nécessaire de disposer un éclairage uniforme de celui-ci et du fond qu'il entoure, pour ne pas fausser l'interprétation et permettre une analyse systématique et automatique de ladite image assurant une fiabilité de la mesure : cet éclairage doit respecter les nuances de couleurs et de contrastes de la surface de l'objet et être le plus simple possible pour être en particulier transportable et ne pas consommer beaucoup d'énergie; ce point est assez important dans le cas effectivement d'analyse de maturité de fruits et légumes, car il faut pouvoir déplacer l'appareil sur site dans les centres de tri et d'analyses et ne pas être obligé d'amener les échantillons en laboratoire, ce qui compliquerait bien sûr l'application d'un tel système. I1 est évident cependant qu'une solution à ce problème peut avoir d'autres applications dans d'autres domaines, tel qu'en particulier dans les systèmes de saisie d'images pour la reproduction de documents, ou d'éclairage de scènes dans le cadre de prises de vue photographiques, cinématographiques, vidéo etc... la présente invention n'est donc pas limitée au domaine de l'agriculture qui en est cependant l'application principale et qui est celle qui sera décrite plus précisément dans la description ci-après. Une solution au problème posé est un procédé d'éclairage uniforme d'un objet placé entre un fond de référence et une plaque translucide, lequel fond étant situé en arrière de ladite plaque par rapport à la position d'observation de l'objet à éclairer; le procédé est tel que - on dispose au moins une source lumineuse à l'extérieur et dans le plan de ladite plaque, de telle façon qu'elle éclaire directement au moins une partie de la tranche de cette plaque, mais ni l'objet, ni le fond directement; - on perce ladite plaque d'une échancrure à l'aplomb de la position dudit objet, et suivant des dimensions au moins égales à celles de la projection de celui-ci dans le plan de ladite plaque;; - on place au moins trois écrans opaques, l'un le long de la partie de la tranche de l'échancrure faisant face à la source lumineuse, l'autre le long de la partie de la tranche extérieure de la plaque opposée à cette source et le troisième écran contre la surface de cette plaque faisant face à la position d'observations, soit du côté opposé à l'objet. Dans un mode préférentiel de réalisation dans lequel on veut saisir l'image de l'objet ainsi éclairé, on dispose un système de prise de vue dans l'axe du perçage de ladite échancrure, du côté opposée de l'objet par rapport à ladite plaque; - on isole ledit système de prise de vue dans une enceinte fermée se refermant sur ladite plaque; - on effectue toute prise de vue de l'objet pour acquérir son image, et celle du fond de référence. Si l'on veut de plus analyser l'image d'une surface donnée, d'une manière la plus fiable et précise possible, dans un mode de réalisation préférentiel, on dispose une plaque d'un matériau transparent sur la plaque translucide et fermant ladite échancrure; - on place l'objet au-dessus et contre cette plaque-support et le dispositif de prise de vue sous les plaques; si la surface de l'objet est plane, tel qu'un document ou celle d'un fruit ou légume coupé, on pose celle-ci au contact de la plaque-support transparente. Dans cette application principale de l'invention où ledit objet est un fruit ou légume coupé, le système de prise de vue est relié à un dispositif de traitement d'images permettant l'évaluation du degré de maturité dudit fruit ou légume. Le résultat est de nouveaux dispositifs et procédés d'éclairage uniforme d'objets qui répondent au problème posé ci-dessus et ne comportent pas les inconvénients des systèmes connus. En effet, une des originalités de la présente invention est basée sur le guidage et la conduction de la lumière dans l'épaisseur d'une plaque translucide, permettant d'utiliser une seule source d'éclairage, qui de plus, n'est pas matériellement présente dans l'enceinte : ceci est très intéressant quand on veut enfermer l'objet dans une enceinte close pour éviter toute source d'éclairage parasitaire extérieure. Dans une telle application avec une enceinte close, l'appareil est assez compact et léger et ne demande qu'une faible consommation d'énergie permettant même, suivant les applications, un usage sur batterie facilement transportable. Le procédé d'éclairage suivant l'invention est original, simple et facile à mettre en oeuvre : son coût est donc réduit, tout en permettant des performances au moins égales à celles obtenues avec des systèmes plus complexes et plus coûteux. Dans toute la présente description, on qualifie de translucide tout matériau laissant passer la lumière, et permettant ou non de distinguer nettement les objets à travers, et de transparent uniquement les matériaux qui permettent de les distinguer nettement. La nécessité d'un éclairage uniforme dans l'application de l'invention et dans tout système de traitement d'images est nécessaire pour faciliter d'une part le traitement de celle-ci acquise au travers d'une caméra et permettre d'autre part, une fiabilité de la mesure une autre méthode pour cela, tel que dans les appareils de reproduction, consiste à placer plusieurs sources lumineuses le plus près possible d'une vitre sur laquelle serait posé l'objet, afin de diminuer les réflexions parasites, mais cette méthode nécessite plusieurs sources de lumière, ce qui pose des problèmes de réalisation et de mise en oeuvre; et de toutes façons, l'éclairage étant à l'intérieur, peut créer des occultations, des ombres, des reflets etc...; de plus, soit l'on éclaire trop le fond et pas assez l'objet, soit on éclaire bien l'objet, et le fond ne se détache pas suffisamment de celui-ci. Le dispositif et le procédé suivant la présente invention permet dans les réalisations particulières telles que décrites ci-après, d'éviter des défauts des systèmes ci-dessus, d'obtenir un éclairage du fond et de l'objet parfaitement uniforme et donc un bon traitement d'images et une bonne qualité de mesures. On pourrait citer d'autres avantages de la présente invention, mais ceux cités ci-dessus en montrent déjà suffisamment pour en démontrer la nouveauté et l'intérêt. La description et les figures ci-après représentent des exemples de réalisations de l'invention, mais n'ont aucun caractère limitatif d'autres réalisations sont possibles dans le cadre de la portée et de l'étendue de la présente invention, en particulier dans des applications différentes de celle de l'évaluation de la maturité des fruits et des légumes. Les figures 1 et 2 sont deux vues en coupes verticales suivant BB' de deux dispositifs suivant l'invention : celui de la figure 1 étant un dispositif de base pour tout type d'applications et celui de la figure 2 plus complet pour des applications d'analyses plus fines d'images de surfaces planes tel que pour la détermination de la maturité des fruits et légumes dans le domaine de l'agriculture, mais aussi pour des analyses d'images pour photocopieurs par exemple. La figure 3 est une vue en coupe horizontale suivant AA' du dispositif de la figure 2. La figure 1 représente un dispositif de base suivant l'invention comprenant, d'une manière connue, un fond 10 de référence, placé en arrière de l'objet 1 que l'on veut éclairer, et une plaque translucide 3 placée en avant de celui-ci. Suivant une des caractéristiques essentielles de l'invention, ladite plaque 3 est percée par un trou ou échancrure 4, à l'aplomb de la position dudit objet 1, placé alors, dans cette représentation, sur le fond 10 et l'ouverture de cette échancrure est de dimensions au moins égales à celles de la projection de l'objet 1 dans le plan de la plaque 3. Le fond 10 supportant l'objet peut être semi ouvert ou se refermer latéralement sur tout le pourtour de cette plaque 3, pour constituer ainsi une enceinte fixe close; il peut être également mobile pour faire défiler ledit objet 1, suivant une direction 18 et ainsi on peut éclairer successivement divers objets les uns derrière les autres suivant différentes applications, tel en particulier pour des prises de vue de documents. Pour assurer ledit éclairage homogène, le dispositif comporte également suivant l'invention, une source lumineuse 5, disposée à l'extérieur et dans le plan de ladite plaque 3, de telle façon qu'elle éclaire directement au moins une partie de la tranche de cette plaque; mais ni l'objet 1 ni le fond 10 ne doivent être éclairés directement, grâce à tout système d'écran 19 ou boîtier fermé permettant d'isoler ladite source lumineuse 5 du milieu ambiant. Ladite plaque translucide 3 peut être une plaque en matière plastique ou en verre, mais de préférence, en polyméthacrylate, car la découpe d'un tel matériau représente une surface à grains qui permet une diffusion meilleure que la lumière, alors qu'une vitre est de surface trop lisse et assure une diffusion moins bonne. Ledit dispositif d'éclairage suivant l'invention est tel également qu'il comprend au moins deux écrans opaques disposés l'un 8 le long de la partie de la tranche de 1' échancrure 4 faisant face à la source lumineuse 5 et l'autre 7 le long de la partie de la tranche extérieure de la plaque 3 opposée à cette source 5. De préférence, également, un écran opaque 9 est disposé contre la surface de ladite plaque 3 entourant ladite échancrure 4 du côté faisant face à la position d'observation et opposé à l'objet 1, et ledit bord 6 de ladite échancrure 4 est taillé en biseau suivant une surface conique divergente dans la direction de l'objet t; la lumière est ainsi émise par ladite source 5, qui est donc de préférence unique, n 'éclaire qu'un seul côté de ladite plaque 3, car d'une part cela est suffisant du fait du dispositif de l'invention, et d'autre part, cela permet de réduire la puissance électrique nécessaire et permet de rendre l'ensemble du dispositif transportable. La lumière se diffuse alors au sein de ladite plaque 3 par réflexion sur les écrans tels que définis ci-dessus, disposés contre les parois de la plaque; ce principe est en fait le même que celui qui est utilisé dans les fibres optiques, et le sectionnement de la plaque au niveau de son échancrure centrale, rend son bord d'une part réfléchissant et d'autre part diffusant; il permet à la lumière d'en sortir et de se réfléchir sur les différentes parois de l'enceinte fermée ou non entourant l'objet 1 et la plaque 3, de façon à éclairer l'ensemble du fond 10 et de l'objet à éclairer 1, d'une manière qui soit uniforme. En plus de l'échancrure centrale 4, des tailles en biseau sur la tranche périphérique extérieure de la plaque 3 et du côté de l'objet 1 peuvent également permettre un éclairage diffus complémentaire du fond 10. En observant alors l'objet 1 à travers l'orifice et/ou échancrure 4, celui-ci apparaît suivant un éclairage uniforme et peut permettre en particulier de disposer dans le dispositif suivant l'invention, un système de prise de vue 2 dans l'axe de perçage de ladite échancrure 4, du côté opposé de l'objet 1 par rapport à ladite plaque 3. Ce système de prise de vue 2 est placé dans une enceinte se refermant de préférence sur ladite plaque 3 pour former une enceinte fermée, afin d'éviter en particulier l'influence d'éclairage extérieur qui perturberait la saisie d'images. Le dispositif de prise de vue 2 est relié à tout dispositif 17 connu de traitement d'images permettant l'analyse de celle-ci dans de bonnes conditions. Pour permettre un réglage de l'éclairage, le dispositif suivant l'invention peut comprendre une fenêtre 15 à ouverture réglable située entre ladite source lumineuse 5 et la tranche de la plaque 3 qu'elle éclaire, et de même, on peut régler la distance entre cette ouverture 15 et la source lumineuse 5 en éloignant ou rapprochant celle-ci. Le dispositif suivant la figure 2 est plus complet et correspond à une position inversée de l'écran 9, de l'objet 1 et du système de prise de vue 2 par rapport à la plaque 3 de la figure 1 : ledit dispositif suivant l'invention, tel que représenté sur cette figure 2 comporte en effet une plaque 11 d'un matériau transparent posée sur la plaque 3 et fermant ladite échancrure 4; ledit matériau doit être nécessairement parfaitement transparent tel que par exemple une vitre et l'objet 1 est disposé au-dessus et contre la plaque-support 11 le dispositif de prise de vue 2 est alors placé sous les plaques 3 et 11. Les autres équipements et éléments du dispositif tels que représentés sur la figure 1 sont les mêmes. Dans cette disposition l'objet 1 est donc posé sur le support transparent 11 suivant la surface 20 que l'on veut éclairer, en vue de son analyse, et l'ensemble des parois entourant la plaque 3 constitue, de préférence, une enceinte fermée, close et complète, de façon à obtenir un éclairage interne homogène évitant tout parasitage d'éclairage extérieur, et permettant d'assurer un meilleur résultat en effet, la lumière sortant d'une part de la plaque 3 par la surface en biseau conique 6 de l'échancrure centrale 4, convergente en ce cas dans la direction de l'objet 1, et d'autre part des éventuelles échancrures latérales, est à la fois envoyée sur le fond 12 entourant le système de prise de vue et réfléchie vers la surface 20 de l'objet 1 qui se trouve sur le support 11 et, d'autre part, sur le fond 10 en arrière de l'objet. Dans cette configuration suivant la figure 2, les échancrures latérales périphériques peuvent être utiles suivant le type d'application, si le fond 10 est par exemple trop éloigné de l'objet 1 ou si un dessin ou une référence est dessinée sur ce fond 10. De préférence, ce fond 10 est d'un blanc mat uniforme, ayant une luminance maximale et donc une réflexion diffuse optimale, qui permet d'obtenir une image bien contrastée de la surface 20 de l'objet 1. Dans un mode préférentiel de réalisation, lesdits écrans 7, 8 et 9 sont des surfaces réfléchissantes telles que réalisées en fines plaques, feuilles ou projections d'aluminium; la source lumineuse 5 peut être un tube à éclat placé à 1 ou 2 cm de la plaque 3, et permettant des éclairs de 15 micro secondes par exemple, ou une lampe fluorescente de puissance par exemple de 11 W, ou toute autre source assurant un éclairage suffisant. La source lumineuse pouvant provoquer une flamme et cela d'autant plus avec un tube à éclat, nécessite de couper la lumière de la flamme par 1' écran 8 placé sur le bord de l'échancrure 4. Dans un exemple de réalisation, la plaque 3 peut être un carré de 15 cm de côté par exemple, avec une ouverture du disque d'échancrure centrale 4 de 13 cm de diamètre, et être d'une épaisseur de l'ordre de 20 mm, ce qui permet de pouvoir faire des déterminations de maturité sur tout type de fruits et légumes 1, ayant des dimensions inférieures à cette ouverture. La figure 3 est une vue en coupe horizontale suivant AA' du dispositif suivant la figure 2 où l'on retrouve certains éléments du dispositif telle que la plaque translucide 3, la source d'éclairage 5, la tranche 16 de la plaque 3 faisant face à cette source lumineuse, et les écrans 7 et 8 opaques. Ceux-ci font face à cette source lumineuse au niveau des tranches opposées à la tranche 16 et assurent par réflexion la diffusion de la lumière dans l'ensemble de l'épaisseur de la plaque 3, et la diffusion de celle-ci par les surfaces non recouvertes par ces écrans, essentiellement au niveau des surfaces biseautées de 1' échancrure 4 centrale et périphérique éventuelle. Les côtés latéraux 13 de ladite plaque sont également opaques et fermés par les parois de l'enceinte close qui renferme l'ensemble du dispositif. Le système de prise de vue 2 peut être une caméra vidéo de type CCD. REVENDICATIONS 1. Procédé d'éclairage uniforme d'un objet (1), placé entre un fond (10) de référence et une plaque translucide (3), lequel fond (10) étant situé en arrière de ladite plaque (3) par rapport à la position d'observation de l'objet à éclairer (1), caractérisé en ce que - on dispose au moins une source lumineuse (5) à l'extérieur et dans le plan de ladite plaque (3), de telle façon qu'elle éclaire directement au moins une partie de la tranche de cette plaque, mais ni l'objet (1), ni le fond (10) directement; - on perce ladite plaque (3) d'une échancrure (4) à l'aplomb de la position dudit objet (1), et suivant des dimensions au moins égales à celles de la projection de celui-ci dans le plan de ladite plaque (3);; - on place au moins trois écrans opaques, l'un (8) le long de la partie de la tranche de l'échancrure (4) faisant face à la source lumineuse (5), l'autre (7) le long de la partie de la tranche extérieure de la plaque (3) opposée à cette source et troisième (9) contre la surface de cette plaque (3) faisant face à la position d'observation. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que - on dispose un système de prise de vue (2) dans l'axe du perçage de ladite échancrure (4), du côté opposée de l'objet (1) par rapport à ladite plaque (3); - on isole ledit système de prise de vue (2) dans une enceinte fermée (14) se refermant sur ladite plaque (3); - on effectue toute prise de vue de l'objet (1) pour acquérir son image, et celle du fond (10) de référence. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que - on dispose une plaque (11) d'un matériau transparent sur la plaque (3) et fermant ladite échancrure (4); - on place l'objet (1) au-dessus et contre cette plaque-support (11), et le dispositif de prise de vue (2) sous les plaques (3 et 11). 4. Dispositif d'éclairage uniforme d'un objet (1) comprenant un fond (10) de référence placé en arrière de l'objet et une plaque translucide (3) en avant de celui-ci, caractérisé en ce que ladite plaque (3) est percée d'une échancrure (4) à l'aplomb de la position dudit objet (1) et suivant des dimensions au moins égales à celles de la projection de celui-ci dans le plan de la plaque (3), et le dispositif comporte une source lumineuse (5) à l'extérieur et dans le plan de ladite plaque (3), de telle façon qu'elle éclaire directement au moins une partie de la tranche de cette plaque, mais ni l'objet (1), ni le fond (10) directement, et deux écrans opaques disposés l'un (8) le long de la partie de la tranche de l'échancrure (4) faisant face à la source lumineuse (5) et l'autre (7) le long de la partie de la tranche extérieure de la plaque (3) opposée à cette source. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte un écran opaque (9) disposé contre la surface entourant ladite échancrure (4) et opposé à l'objet (1). 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que lesdits écrans (7, 8 et 9) sont des surfaces réfléchissantes. 7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le bord~(6) de l'échancrure est taillé en biseau suivant une surface conique. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une fenêtre (15) à ouverture réglable, située entre ladite source lumineuse (5) et la tranche de la plaque (3) qu'elle éclaire. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un système de prise de vue (2) dans l'axe du perçage de ladite échancrure (4), du côté opposée de l'objet (1) par rapport à ladite plaque (3) et isolé dans une enceinte fermée (14) se refermant sur celle-ci. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte une plaque (11) d'un matériau transparent posée sur la plaque (3) et fermant ladite échancrure (4), lequel objet (1) étant disposé au-dessus de cette plaque-support (11), et le dispositif de prise de vue (2) sous les plaques (3 et 11). 11. Application du procédé suivant la revendication 3 ou du dispositif suivant la revendication 10, caractérisé en ce que ledit objet (1) est un fruit ou légume coupé, et le système de prise de vue (2) est relié à un dispositif (17) de traitement de l'image de la surface dudit fruit ou légume, coupée et posée sur la plaque (11), et recueillie par ledit système de prise de vue (2), lequel dispositif de traitement d'image permettant l'évaluation du degré de maturité dudit fruit ou légume.