Brevet FR2711812A1 — publié le 19950505

PROCEDE ET SYSTENIE DE CONINIANDE AUTONIATIQUE DU DiAPHRAGIE DU DISPOSITIF DE FORNIATION D'TRIAGE La présente invention a pour objet un procédé de commande automatique du diaphragme d'un dispositif de formation d'image, le dispositif de formation d'image comportant une optique à diaphragme variable commandée par un signal de commande. L'évolution que connaît le domaine de visionique amène de nouvelles contraintes et de nouveaux besoins. En effet, un certain nombre d'applications nécessite le traitement de façon automatique, d'images d'objets émettant ou réfléchissant des quantités de lumière variant au cours du temps. Citons, entre autre, la vidéoconférence, la télésurveillance, le contrôle industriel, etc. D'autres applications nécessitent le traitement d'image présentant notamment de grandes différences de luminosité. Citons entre autre, la visionique spatiale, I'astronomie, etc. De telles applications nécessitent en particulier de pouvoir déterminer correctement la meilleure ouverture du diaphragme, en particulier d'une caméra vidéo, de manière à améliorer la qualité de l'image. On connaît des techniques de commande de l'ouverture du diaphragme (ou auto-iris), mais elles font appel à des calculs mettant en oeuvre un paramétrage ponctuel dans l'image ou des calculs complexes sur la totalité de l'image. Elles mettent en oeuvre des systèmes assez lourds et complexes à concevoir. La présente invention a pour objet un procédé de commande automatique du diaphragme qui permet d'éviter les inconvénients précités, et qui puisse être mis en oeuvre de manière relativement simple. L'invention concerne ainsi un procédé de commande automatique du diaphragme d'un dispositif de formation d'images, le dispositif de formation d'images comportant une optique à diaphragme variable commandée à partir d'un signal de commande caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) générer des données numériques d'image représentant au moins une partie de l'image, b) transformer, par une transformée en cosinus discrète, les données numériques d'image, pour produire des coefficients transformés représentatifs de fréquences spatiales de l'image, c) générer un dit signal de commande à partir desdits coefficients transformés. La génération du signal de commande peut être effectuée par comptage des coefficients transformés pris positivement, à l'exception du coefficient représentant la composante continue. Selon un mode de réalisation préféré, le procédé selon est caractérisé en ce que l'étape b) comporte les sous-étapes suivantes bl) grouper les données numériques d'image pour former des blocs de données numériques représentant chacun une zone de l'image, b2) transformer chaque bloc de données numériques en un bloc de coefficients transformés en cosinus discrète, b3) calculer pour au moins certains desdits blocs de coefficients un paramètre as d'activité locale de l'image selon la relation suivante où Fu,v est un coefficient dans le bloc de coefficients, u,v sont les indices du coefficient dans le bloc de coefficients, N est la dimension du bloc de coefficients (N,N) et en ce que l'étape c) comporte les sous-étapes suivantes cl) générer un signal AS d'activité de ladite partie de l'image à partir des paramètres as d'activité locale de l'image selon la relation suivante où x,y sont les indices des paramètres as affectés aux blocs de coefficients, L,M sont les dimensions en nombre de blocs de données numériques d'image de ladite partie de l'image, le diaphragme étant asservi pour obtenir une valeur maximale du signal AS d'activité globale de l'image, ledit signal AS constituant le signal de commande. Le procédé peut comporter, avant l'étape a), une étape de mise au point de l'optique par commande automatique de la focale de l'optique à partir du même signal de commande, de préférence à pleine ouverture du diaphragme. Le procédé peut comporter, à titre de deuxième variante, après l'étape c), une étape de mise au point de l'optique par commande automatique de la focale de l'optique à partir du même signal de commande. L'étape de mise au point peut être effectuée par recherche du maximum de signal de commande. L'invention concerne également un système de formation d'images présentant une caméra ayant une optique à diaphragme variable présentant un dispositif de commande de diaphragme commandé par un signal de commande caractérisé en ce qu'il comporte - un moyen de numérisation d'au moins une partie de l'image, produisant des données numériques d'image, - un moyen de traitement réalisant une transformée en cosinus discrète et produisant des coefficients transformés à partir des données numériques d'image, - un moyen de génération dudit signal de commande à partir desdits coefficients transformés. Le système peut comporter un dispositif de commande de focale à partir du même signal de commande. Au moins un des dispositifs de commande peut présenter alors un moyen pour rechercher le maximum du signal de commande et pour asservir, selon le cas, le diaphragme ou la focale en maintenant le signal de commande maximal. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en liaison avec les dessins qui représentent - la figure 1, une caméra vidéo dont le diaphragme, et éventuellement la focale, sont commandés par ordinateur selon un mode de réalisation préféré de l'invention, - la figure 2 illustre une opération de transformée en cosinus discrète appliquée à une image, - la figure 3 illustre le principe du procédé mis en oeuvre selon l'invention, avec numérisation et transformée TCD d'une image 100. En se reportant à la figure 1, ledit système comporte un dispositif de formation d'image 10, par exemple une caméra vidéo pourvue d'un capteur CCD 11 qui fournit un signal vidéo SV représentatif d'une image formée 100, un circuit de numérisation 20 relié à la sortie de la caméra vidéo pour numériser le signal vidéo SV et fournir des données numériques d'image DN (pixels), un ensemble de traitement 25 tel qu'un ordinateur, relié au circuit de numérisation pour réaliser des opérations de traitement sur des données numériques d'image DN, et un circuit d'asservissement désigné par le repère général 30 permettant de faire automatiquement le réglage du diaphragme et/ou de la mise au point de la caméra 10. Des opérations de traitement réalisées dans l'ensemble 25 peuvent être liées à une application particulière telle que la télésurveillance, la robotique industrielle, etc. Le dispositif de formation d'image comprend une optique 15 à diaphragme variable et éventuellement à focale variable à l'aide d'élément de motorisation 16 permettant un réglage de la focale de l'optique en réponse à un ou plusieurs signaux électriques de commande fournis par le circuit d'asservissement 30 afin d'obtenir automatiquement une image diaphragmée de manière optimale et, éventuellement mise au point automatiquement. Ce signal électrique de commande est représenté par les symboles +D et -D qui sont par exemple des tensions électriques appliquées sélectivement à un élément de commande du diaphragme 17 et ayant pour résultat, le déplacement à l'ouverture ou à la fermeture du diaphragme 17. Les symboles +F, -F désignent les signaux électriques appliqués aux bornes du moteur 16 commandant éventuellement la focale de l'objectif, ayant pour résultat le déplacement dans un sens ou dans l'autre, suivant la tension appliquée du foyer de convergence de l'optique. Une telle commande de focale est décrite dans la demande de brevet européen EP-508 897 déposée par la Demanderesse et publiée le 14.10.92. Le circuit d'asservissement 30 comprend un processeur câblé 40 recevant en entrée les données numériques d'image DN pour réaliser en temps réel une transformation en cosinus discrète TCD sur ceux-ci et fournir en sortie des coefficients de transformée en cosinus discrète DT. Les coefficients TCD sont fournis à une unité de traitement et de calcul 35 pour déterminer, comme décrit par la suite, L'activité spatiale de l'image formée correspondant aux coefficients TCD et par conséquent, aux données numériques d'image DN. En réponse aux coefficients TCD, I'unité de calcul de traitement fournit un signal de signe SF et un signal de temporisation TF à une commande d'asservissement 36 qui engendre l'un des signaux de commande +D, -D, et éventuellement +F, -F, en fonction du signal du signe et pendant la durée indiquée par le signal de temporisation, pour que la caméra 10 optimise l'ouverture du diaphragme et éventuellement la focale de l'objectif. Les données numériques DN (valeur de luminance de chaque pixel) P1,1, P1,2, etc, d'une image numérisée formée par la caméra 10 sont groupées pour former des blocs 10 contigus de N/N données numériques d'image avec par exemple N=4. Les blocs de données numériques d'image sont transformés par transformée en cosinus discrète TCD en blocs 120 de coefficients FO,O, F0,1, Fi 2, F0,3, F1,0 F3,3 assimilables à des fréquences spatiales de l'image (voir fig.2). Le procédé selon l'invention met en oeuvre un comptage (sommation) des coefficients, à l'exception de la composante continue (F0,0), pris tous positivement pour générer le signal de commande du diaphragme et éventuellement de la focale de la caméra 10. Chaque élément de la matrice de coefficients TCD pondère une transition primaire, variation horizontale ou verticale, ou une composition de transitions (voir encadré de la fig2). L'image correspondante est composée de toutes ces transitions accentuées plus ou moins par les coefficients qui leur sont indexés. Par exemple, un bloc d'image dont les coefficients non nuls sont tous sur la première ligne, sera formé uniquement de transitions verticales. Vu dans le domaine transformé, un bloc d'image très actif spatialement aura une représentation fréquentielle conséquente, et les coefficients TCD qui lui correspondent seront importants en valeur absolue. Les coefficients se trouvant sur le quart en bas à droite de chaque bloc indiquent les hautes fréquences spatiales et matérialisent les textures de l'image. L'activité spatiale désigne donc dans un bloc d'image l'existence de nombreuses variations de luminance des pixels. La figure 3 illustre le concept de l'invention pour le réglage du diaphragme. Une image mal diaphragmée est une image dont les lignes faibles ou les niveaux forts sont écrêtés. A la figure 3, qui représente en ordonnée, les niveaux de luminance de l'image en sortie NLS, en fonction, en abscisse, du niveau de luminance de l'image d'entrée NLE montre trois courbes. La courbe I correspond à une image bien diaphragmée, et sans écrêtage de luminance. La courbe II, correspond à une image pas assez diaphragmée (iris trop ouvert) dont les niveaux de luminance élevés en entrée sont écrêtés en sortie, ce qui correspond dans l'image à une absence d'activité. La courbe III correspond à une image trop diaphragmée (iris pas assez ouvert), pour laquelle les faibles niveaux en entrée correspondent à une absence totale de niveau en sortie, c'est-à-dire à une absence d'activité pour ces niveaux. La figure 3 montre ainsi que, pour une image bien diaphragmée, ne présentant pas d'écrêtage, L'activité de l'image est maximale. L'idée de base de l'invention consiste à compter les coefficients haute fréquence pris tous positivement en tout ou partie des blocs transformés afin d'identifier l'image la mieux définie ou la partie d'image que l'on souhaite être la mieux définie. On identifie ainsi deux paramètres d'activité spatiale, I'un global AS, et l'autre local as. as matérialise le comptage pris positivement de tous les coefficients TCD Fu v sauf Fg 0 pour un bloc, FO,O représentant la moyenne des luminances du groupe image de taille N/N. AS est un paramètre de décision affecté à une zone d'images constituée par N/N blocs d'images. La définition maximale de la zone choisie sera obtenue quand le paramètre AS qui lui est affecté sera maximal. Le paramètre AS, généré sous forme d'un signal électrique dit signal de commande permet de régler l'ouverture du diaphragme de l'optique à partir de l'image entière. Il permet aussi son réglage dans une zone prédéfinie dans l'image dans le cas où une trop grande différence de luminosité dans l'image permettra au capteur 11 placé derrière l'optique de restituer l'ensemble des différents niveaux de luminosité. Ce procédé peut être soit automatique soit commandable par un système de vision interactif. En effet, I'asservissement de l'optique peut être automatique, par exemple lors du changement de la luminosité ambiante (nuages, lever et coucher du soleil, éclairage artificiel) ou lors de l'apparition d'objets fortement ou faiblement lumineux dans le champs observé. L'opérateur peut éventuellement choisir la zone de l'image à laquelle il porte un certain intérêt et donner l'ordre au système de proposer la meilleure qualité d'image possible. Les paramètres de décision définis ci-dessus permettent en effet de s'approcher de la subjectivité de la vision par l'oeil humain. Etant donné que les signaux +D, -D obtenus à partir du signal de commande AS permettent de diaphragmer de manière optimale l'image, et que ce signal de commande AS est le même que celui permettant la mise au point optimale de l'optique selon la demande de brevet européen précitée, le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre pour réaliser, à partir de la transformée TCD, à la fois le réglage du diaphragme et le réglage de la focale. Pour ceci, on procède en deux étapes successives. Un procédé préféré est tout d'abord, de préférence à une ouverture moyenne du diaphragme, de régler la focale en utilisant un paramètre d'activité spatiale sur l'ensemble de l'image ou sur une zone déterminée de celle-ci (premier maximum de paramètre AS). Ensuite, une fois la mise au point obtenue, de régler le diaphragme 17 en utilisant le paramètre AS appliqué à l'ensemble de l'image ou à une zone définie de celle-ci qui peut être différente de celle mise en oeuvre lors de l'étape de mise au point (deuxième maximum du paramètre AS). Il est bien entendu possible de procéder d'abord au réglage de la mise au point, puis ensuite au réglage du diaphragme. Les paramètres as et AS peuvent être calculés de la manière suivante Les données numériques (valeur de luminance de chaque pixel) P1,1, P1,2 2 . d'une image numérisée 100 formée par la caméra 10 sont groupées pour former des blocs contigus de non données numériques d'image. Sur la figure 2, N est égal à 4. Les blocs de données numériques d'image sont transformés par une transformation en cosinus discrète (TCD) en blocs 120 de coefficients F1,1, F1,2 assimilables à des fréquences spatiales de l'image selon la relation suivante connue en soi: oùCu=Cv=1/W;uouv=0 Cu=Cv=l;u=l ..., Fu,v est le coefficient transformé TCD dans le bloc 120 Px,y est la valeur de luminance d'un pixel dans le bloc image u,v sont les indices du coefficient TCD dans le bloc 120 x,y sont les indices du pixel dans le bloc image d'origine. Le procédé selon l'invention met en oeuvre un comptage (sommation) des coefficients (à l'exception de la composante continue F0,0), pris tous positionnement pour asservir le signal de commande du diaphragme et éventuellement de la focale jusqu'à obtenir la définition optimale de l'image formée par la caméra 10. Pour cela et selon un mode de réalisation préféré, on calcule pour chaque bloc 120 de coefficients TCD le paramètre as d'activité locale représentatif du contraste d'une partie de l'image de l'image selon la relation suivante (somme des carrés des coefficients à laquelle on retranche le carré de la composante continue) où x,y sont ici les indices des paramètres as affectés aux blocs de coefficients, L,M sont les dimensions en nombre de blocs de données numériques d'image de la zone de l'image sur laquelle on désire régler le diaphragme et éventuellement faire la mise au point. Enfin, on asservit le signal de commande pour obtenir la valeur maximale du paramètre AS d'activité globale de l'image, c'est-à-dire que l'unité de calcul et de traitement 35 engendre des signaux SF et TF après chaque prise d'une image et un traitement des coefficients TCD comme décrit précédemment de façon à faire converger le paramètre AS vers une valeur maximale. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande automatique du diaphragme d'un dispositif de formation d'images, le dispositif de formation d'images comportant un optique à diaphragme variable commandé à partir d'un signal de commande caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes a) générer des données numériques d'image DN représentant au moins une partie de l'image. b) transformer, par une transformée en cosinus discrète, les données numériques d'image (DN), pour produire des coefficients transformés (Fu,v) représentatifs de fréquences spatiales de l'image, c) générer un dit signal de commande (AS) à partir desdits coefficients transformés (Fu,v) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la génération du signal de commande est effectuée par comptage des coefficients transformés (Fu,v) pris positivement, à l'exception du coefficient (FO,O) représentant la composante continue. 3. Procédé selon une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape b) comporte les sous-étapes suivantes bl) grouper les données numériques d'image (DN)pour former des blocs de données numériques représentant chacun une zone de l'image (100), b2) transformer chaque bloc de données numériques en un bloc (120) de coefficients transformés en cosinus discrète, b3) calculer pour au moins certains desdits blocs (120) de coefficients un paramètre as d'activité locale de l'image selon la relation suivante où Fu,v est un coefficient dans le bloc de coefficients, u,v sont les indices du coefficient dans le bloc de coefficients, N est la dimension du bloc de coefficients (N,N) et en ce que l'étape c) comporte les sous-étapes suivantes cl) générer un signal AS d'activité de ladite partie de l'image à partir des paramètres as d'activité locale de l'image selon la relation suivante où x,y sont les indices des paramètres as affectés aux blocs de coefficients, L,M sont les dimensions en nombre de blocs de données numériques d'image de ladite partie de l'image, le diaphragme étant asservi pour obtenir une valeur maximale du signal AS d'activité globale de l'image, ledit signal AS constituant le signal de commande. 4. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte, avant l'étape a), une étape de mise au point de l'optique par commande automatique (16) de la focale de l'optique à partir du même signal de commande (AS). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite étape de mise au point est réalisée à une ouverture moyenne du diaphragme (17). 6. Procédé selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte, après l'étape c), une étape de mise au point de l'optique par commande automatique de la focale de l'optique à partir du même signal de commande AS. 7. Procédé selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'étape de mise au point est effectuée par recherche du maximum de signal de commande AS. 8. Système de formation d'images présentant une caméra ayant une optique à diaphragme variable présentant un dispositif de commande de diaphragme commandé par un signal de commande caractérisé en ce qu'il comporte: - un moyen de numérisation (20) d'au moins une partie de l'image (100), produisant des données numériques d'image (DN), - un moyen de traitement (40) réalisant une transformée en cosinus discrète et produisant des coefficients transformés (Fu,v) à partir des données numériques d'image (du), - un moyen (35) de génération dudit signal de commande (AS) à partir desdits coefficients transformés. 9. Système de formation d'images selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande de focale (16) à partir du même signal de commande. 10. Système de formation d'image selon une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif de commande présente un moyen (36) pour rechercher le maximum du signal de commande (AS) et pour asservir, selon le cas, le diaphragme ou la focale en maintenant le signal de commande (AS) maximal.