Brevet FR2720501A1 — publié le 19951201

L'invention conceme un procédé et un appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste. De longue date, les opticiens ont cherché à observer des objets de faibles contrastes sans pour autant parvenir à quantifier de manière précise la visibilité des différents objets qu'ils étudiaient. II est bien connu de caractériser et de mesurer le contraste ContObjet d'un objet sur un fond, en mesurant les luminances respectives de cet objet Lo et du fond Lb par la formule Lo-Lb Lb Toutefois, cette simple définition ou mesure du contraste de l'objet est tout à fait insuffisante à rendre compte de sa visibilité. C'est pour améliorer la caractérisation de la visibilité qu'un nouveau procédé de mesure et un appareil correspondant ont été mis au point. Ce procédé et cet appareil permettent de mesurer objectivement la probabilité de détection d'un objet par un observateur en fonction de l'angle sous lequel cet objet est vu, et de la luminance du fond sur lequel il est placé et par rapport auquel il se détache. C'est également un objet, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, que de prendre en compte la vitesse axiale relative de déplacement de l'observateur et de l'objet, I'âge de l'observateur et son acuité visuelle afin de déterminer la probabilité de vision de cet objet. Ce procédé et cet appareil de mesure sont destinés à la mise au point d'objets dont la visibilité doit être optimisée, telle que celle des panneaux de signalisation dans les lieux publics ou de signalisation routière. C'est encore un autre objet de la présente invention que d'améliorer les procédés et dispositifs de dissimulation d'objets. A cet effet, I'invention conceme un procédé de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste dans lequel: - on forme une image de l'objet dans un plan contenant un diaphragme de champ, - on concentre le flux lumineux traversant le diaphragme de champ sur un récepteur photoélectrique. caractérisé en ce que: - on fait varier continûment l'ouverture du diaphragme et l'on enregistre le flux lumineux reçu par le récepteur en fonction de ladite ouverture, - on traite l'enregistrement du flux en fonction de l'ouverture du diaphragme pour en déduire la visibilité de l'objet. Selon différents modes de réalisation présentant chacun ses avantages, le procédé de l'invention peut présenter les caractéristiques suivantes, éventuellement combinées: - le flux lumineux reçu par le récepteur est mesuré par les valeurs de trois paramètres : la luminance L et les coordonnées chromatiques x et y; - on extrait du flux reçu en fonction de l'ouverture: - une première pente correspondant au recouvrement complet du diaphragme de champ par l'image de l'objet, et - une deuxième pente correspondant au recouvrement complet de l'image de l'objet par le diaphragme de champ; - on extrait une première pente et une deuxième pente, respectivement pour chacun des paramètres L, x, y. - on définit le contraste ContObjet de l'objet par la formule: ContObjet - |LoR-LbR| + |LoV| - LbV| + |LoB - LbV| Lb - on établit un lien entre la probabilité p de vision, I'angle a apparent de l'objet, la luminance Lb du fond et le contraste par une fonction f (p, &alpha;, Lb) = Cthres; 49 V (3.3 - 2.3acuité) * 2 * (1 + 0.68y)(1 + 49 *(1 + -))AF(âge) Cthres= &alpha; 25 RCS(Lb) où: - y est le facteur de probabilité de perception lié à p par la formule - RCS est la fonction relative de sensibilité au contraste - V est la vitesse du véhicule en m/s - AF dépend de l'âge de l'observateur: si âge 2160 si âge > 64 AF(âge) = 1.43 + (âge 56.6)2 116.3 - acuité est l'acuité visuelle de l'observateur. L'invention concerne encore un appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste comportant: - un objectif C1 de visée, - un diaphragme D de champ placé dans le plan focal image de l'objectif C1 de visée, - une lentille de champ L1, placée à proximité du diaphragme D et conjuguant l'objectif C1 de visée avec l'infini, - un objectif L2 de conjugaison, conjuguant l'objectif de visée C1 avec un récepteur R photoélectrique, Cet appareil présente avantageusement les caractéristiques suivantes, éventuellement prises selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles: - le diaphragme D, de champ, est à ouverture variable et l'appareil comporte des moyens d'enregistrement permettant d'enregistrer le flux lumineux reçu par le récepteur R photoélectrique en fonction de l'ouverture sin2 a du diaphragme D de champ; - le récepteur R photoélectrique est un chromamètre; - il comporte un combinateur permettant une mise au point reflex. L'invention sera décrite en détail en référence aux dessins dans lesquels: La Figure 1 est une représentation schématique de l'appareil de l'invention. La Figure 2 est une représentation schématique du dispositif optique de l'invention. Les Figures 3 et 4 sont des représentations des courbes théoriques obtenues, respectivement de l'éclairement et de la luminance en fonction de l'ouverture du diaphragme de champ selon l'invention. Les Figures 5 et 6 sont des courbes réelles correspondant respectivement aux Figures 3 et 4. La Figure 7 représente des courbes réelles pour trois domaines spectraux rouge, vert et bleu. L'éclairement reçu E est fonction de l'ouverture du diaphragme sin2 a. La Figure 8 est un organigramme présentant le programme principal utilisé par l'appareil de l'invention. L'objet 1 est analysé par l'appareil 2 de mesure de la visibilité selon l'invention. Cet appareil 2 comporte un diaphragme D et un objectif C1 formant une image de l'objet 1 dans le plan du diaphragme D. Un système optique O conjugue le diaphragme D avec la face d'entrée d'un récepteur R. Un moteur 3 commande l'ouverture du diaphragme D, il est relié par une liaison 4 à un système informatique 5, qui est lui-même relié par une liaison 6 au photorécepteur R. Le système informatique 5 comporte une interface utilisateur 7 qui permet à un opérateur de déclencher la mesure. Le système informatique 5 commande alors la variation de l'ouverture du diaphragme D et acquiert simultanément la mesure du flux lumineux reçu par le photorécepteur R en fonction de l'ouverture a du diaphragme D. Un combinateur 10 permet l'observation par un utilisateur représenté par son oeil 11 du plan du diaphragme D, de manière à assurer un réglage de l'objectif C1 ou de sa position en vue de la conjugaison de l'objet I dans le plan du diaphragme D. Les différents éléments représentés sur la Figure 1 sont également schématisés sur la Figure 2, où la fibre optique 15 constitue la face d'entrée du photodétecteur R. Un objet centré sur l'axe optique de l'appareil de mesure 2 est vu, depuis celui-ci sous un angle apparent ag , la mesure de l'éclairement E, reçue par le photorécepteur R en fonction du sin2 a de l'angle a d'ouverture du diaphragme D est représentée sur la Figure 3. Cette courbe comporte un premier segment 20 de pente Lg correspondant à une faible ouverture du diaphragme D, c'est-à-dire lorsque le diaphragme s'ouvrant à partir de la position fermée, I'image de l'objet 1 recouvre complètement l'ouverture du diaphragme D. Cette courbe comporte un deuxième segment 21, correspondant toujours au cours de la même mesure, le diaphragme étant en cours d'ouverture, à la période pendant laquelle l'image de l'objet 1 est plus petite que l'ouverture du diaphragme D. La Figure 4 représente la dérivée de la courbe de la Figure 3, c'està-dire la luminance L en fonction du sin2 a, et permet d'accéder simplement, d'une part, à la mesure de la dimension apparente ag de l'objet 1 et, d'autre part, aux luminances 4 et Lb respectivement de l'objet I et du fond sur lequel il se trouve situé. La courbe de la Figure 5 est une courbe réelle correspondant à la courbe théorique de la Figure 3 sur laquelle on peut détecter à ses extrémités un segment de courbe de pente à peu près constante 24, permettant de mesurer la pente Lg et un segment de pente également à peu près constante 25, permettant de mesurer la pente Lb. La Figure 6 correspond à la dérivée de la courbe de la Figure 5 et permet de mesurer plus précisément les niveaux Lg et Lb. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, trois courbes d'éclairement 26, 27, 28, correspondant chacune à une luminance colorée, sont mesurées en fonction de l'ouverture du diaphragme. De telles courbes d sont représentées sur la Figure 7. Dans ce cas, le contraste ContObjet de l'objet est représenté par la formule: ContObjet = |LoR - LbR| + LoV - LbV; + |LOB - LbB| Lb où LoR,LoV,LoB représentent les luminances colorées de l'objet, respectivement rouge, verte et bleue, et sont reliées à ses coordonnées chromatiques xo, yo et la luminance Lo par les formules: où LbR, LbV, Lbb représentent les luminances colorées du fond, respectivement rouge, verte et bleue, et sont reliées à ses coordonnées chromatiques xb, yb et la luminance Lb par les formules: et où Lb = LbR + LbV + LbB. Différentes formules ont été établies pour relier le contraste ContObjet à la probabilité de détection de l'objet 1 par un oeil humain, selon son angle apparent a et la luminance du fond Lb. Le contraste de seuil Cthres est une fonction f (a, P , V), où a est l'angle sous lequel l'objet est vu, P la probabilité de vision et V la vitesse axiale relative de l'objet et de l'observateur. Dans un mode de réalisation préféré, la formule 49 V (3.3 - 2.3acuité) * 2 * (1 + 0.68&gamma;)(1 + &alpha; *(1 + ))AF(âge) f( , P, V) = Cthres = RCS(Lb) où: - y est le facteur de probabilité de perception lié à p par la formule - RCS est la fonction relative de sensibilité au contraste - AF dépend de l'âge de l'observateur: si âge 2160 si âge > 64 AF(âge) = 1.43+ (âge 56.6)2 116.3 Ainsi, après avoir mesuré le contraste ContObjet de l'objet, il est possible de calculer le facteur de probabilité y et la probabilité p de voir d cet objet sous l'angle a, c'est-à-dire à la distance D = a où d est le diamètre de l'objet et D la distance d'où on l'observe, tous deux exprimés dans la même unité. La relation ContObjet = Cthres définit la valeur de y et par là, la probabilité de détecter la cible avec une probabilité P (y). De la même manière, toujours après avoir mesuré le contraste ContObjet de l'objet, connaissant la luminance du fond Lb, on peut calculer l'angle a sous lequel doit être vu l'objet, c'est-à-dire sa distance à l'observateur pour qu'il y ait une probabilité p de 50%, par exemple, qu'on puisse le détecter. De plus, il est souvent avantageux de relier le contraste de l'image Contimage produit au niveau de l'appareil au contraste de l'objet ContObjet, de façon à prendre en compte les conditions atmosphériques. Ainsi, Contimage = ContObjet*FTC, où la fonction de transfert FTC est donnée par la formule: dans laquelle, outre les paramètres déjà définis, LXV est la luminance de voile infini en cdjm2, c'est la luminance mesurée dans la direction du regard à grande distance, en l'absence d'objet, k est le coefficient d'extinction linéique en m-1 Le est la luminance d'éblouissement: Le = 0,074lob L'appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste, tel que défini plus haut, est piloté à partir du système informatique 5 contrôlé par un logiciel permettant d'introduire les différents paramètres nécessaires, de les mettre en mémoire et d'effectuer les mesures. Le dialogue entre cet ordinateur et l'utilisateur est de préférence réalisé par une série de menus dont le menu principal comporte les fonctions représentées sur la Figure 8: 1 - Mise en route et contrôle de la mesure. Cette option permet d'effectuer une mesure réelle et complète de visibilité. Les mesures d'éclairement correspondant à chacun des domaines spectraux exploités, en fonction de l'angle d'ouverture du diaphragme D, sont affichées en temps réel sur l'écran de l'ordinateur. La durée d'une mesure complète est d'environ 1 minute. 2 - Simulation de la mesure Pour ce choix, il est possible à l'utilisateur de rentrer des valeurs simulées de la luminance du fond Lb, de la luminance de l'objet LO, de l'angle apparent de l'objet ag, des indices de chromaticité xb et yb du fond et des indices de chromaticité xO et yO de l'objet. Ainsi, I'ensemble des paramètres, qui sont habituellement mesurés, sont ici déterminés de manière fictive. 3 - Changement des paramètres Tel qu'indiqué plus haut, la visibilité de l'objet de faible contraste dépend de l'âge du sujet, de la vitesse axiale relative de l'objet et du sujet, de l'acuité visuelle du sujet, de la taille de la cible et des caractéristiques photométriques de la cible et du fond. Cette troisième option du menu principal permet de saisir les valeurs de ces différents paramètres et éventuellement de la modifier. 4 - L'option 5 permet de quitter ce logiciel et de revenir au plan. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications, ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières, et n'en limitent aucunement la portée. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste dans lequel: - on forme une image de l'objet dans un plan contenant un diaphragme de champ, - on concentre le flux lumineux traversant le diaphragme de champ sur un récepteur photoélectrique, caractérisé en ce que: - on fait varier l'ouverture du diaphragme et l'on enregistre le flux lumineux reçu par le récepteur en fonction de ladite ouverture, - on traite l'enregistrement du flux en fonction de l'ouverture du diaphragme pour en déduire la visibilité de l'objet. 2. Procédé de mesure de la visibilité selon la revendication I, caractérisé en ce que le flux lumineux reçu par le récepteur est mesuré par les valeurs de trois paramètres: la luminance L et les coordonnées chromatiques x et y. 3. Procédé de mesure de la visibilité d'un objet selon l'une des revendications I et 2, caractérisé en ce que l'on extrait du flux reçu en fonction de l'ouverture, - une première pente correspondant au recouvrement complet de l'ouverture du diaphragme de champ par l'image de l'objet, et - une deuxième pente correspondant à un recouvrement complet de l'image de l'objet par l'ouverture du diaphragme de champ. 4. Procédé de mesure de la visibilité d'un objet selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on extrait une première pente et une deuxième pente, respectivement pour chacun des paramètres L, x, y. 5. Procédé de mesure de la visibilité selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on définit le contraste ContObjet de l'objet par la formule: ContObj - LoR-LbR + LoV-LbV + |LOB - LoB-LbV onje - Lb 6. Procédé de mesure de la visibilité d'un objet selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on établit un lien entre la probabilité p de vision, I'angle a apparent de l'objet, la luminance Lb du fond et le contraste par une fonction f (p, a, Lb) = Cthres. 7. Procédé de mesure de la visibilité d'un objet selon la revendication 6, caractérisé en ce que ContObjet = f (p, a, Lb) = 49 V (3.3-2.3acuité)*2*(1+0.68&gamma;)(1+ &alpha;2*(1+25))(âge) Cthres= RCS(Lb) où: - y est le facteur de probabilité de perception lié à p par la formule - RCS est la fonction relative de sensibilité au contraste - V est la vitesse du véhicule en mis - AF dépend de l'âge de l'observateur: si âge 2160 si âge > 64 AF(âge) = 1.43 + (âge 56.6)2 116.3 - acuité est l'acuité visuelle de l'observateur. 8. Appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste comportant: - un objectif C1 de visée, - un diaphragme D de champ placé dans le plan focal image de l'objectif C1 de visée, - une lentille de champ L1, placée à proximité du diaphragme D et conjuguant l'objectif C1 de visée avec l'infini, - un objectif L2 de conjugaison, conjuguant l'objectif de visée C1 avec un récepteur R photoélectrique, caractérisé en ce que le diaphragme D, de champ, est à ouverture variable et que l'appareil comporte des moyens d'enregistrement permettant d'enregistrer le flux lumineux reçu par le récepteur R photoélectrique en fonction de l'ouverture sin2 a du diaphragme D de champ. 9. Appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste selon la revendication 8, caractérisé en ce que le récepteur R photoélectrique fait une mesure de la luminance et des deux indices de chrominance. 10. Appareil de mesure de la visibilité d'un objet de faible contraste selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'il comporte un combinateur permettant une mise au point reflex. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 8 à 10, destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 7.