Brevet FR2737830A1 — publié le 19970214

-1- L'invention a trait à un dispositif de correction de chrominance pour des images couleur enregistrées par une caméra vidéo, en particulier par une caméra d'endoscope, la caméra vidéo comprenant un transducteur (9), qui transforme une image enregistrée en un signal électrique d'image couleur, et un organe de commande (3), afin de commander la chrominance d'une image couleur affichée sur un écran de contrôle (8), laquelle provient de l'image enregistrée, indépendamment de l'image couleur affichée. Par le passé, le diagnostic était le domaine principal de mise en oeuvre de l'endoscopie. Lors du diagnostic, le médecin observe à l'oeil nu l'organe creux à examiner. L'oeil possède une dynamique de couleur et de luminosité élevée, ce qui a pour conséquence que la qualité d'image qui peut être atteinte, pour ce qui est de la résolution et de la reproduction des couleurs, dépend presque uniquement de l'endoscope utilisé. Toutefois, en chirurgie, des exigences autres que pour le diagnostic sont imposées à un système endoscopique. Lors d'une opération chirurgicale, l'image du champ opératoire doit être disponible à toute l'équipe chirurgicale, car plusieurs personnes exécutent en collaboration l'opération chirurgicale. Par conséquent, il ne suffit pas d'observer le champ opératoire à l'oeil nu à travers un endoscope. C'est pour cela que l'on installe une caméra vidéo à l'extrémité proximale de l'endoscope, ou bien l'on fait usage d'un endoscope vidéo comportant un capteur CCD disposé du côté distal, pour que le champ opératoire puisse être reproduit sur un écran de contrôle. Il a toutefois résulté également de l'utilisation de caméras CCD quelques problèmes, car un capteur CCD ne possède pas la dynamique, la sensibilité et les caractéristiques spectrales de l'oeil. Ceci est particulièrement significatif en ce qui concerne la reproduction des couleurs. On doit donc rechercher une -2possibilité d'optimiser la représentation des couleurs du point de vue des fluctuations de couleurs qui se produisent dans un système endoscopique. Lors de l'examen endoscopique d'un organe creux du corps, on introduit l'endoscope dans la cavité corporelle & examiner ou dans l'organe creux. Une lumière d'éclairement parvient, au travers de fibres optiques situées dans l'endoscope, dans la cavité corporelle o elle éclaire l'organe creux. Pour parvenir à une restitution non altérée des couleurs, la lumière d'éclairement ne doit pas être influencée du point de vue spectral par l'organe creux. Toutefois c'est précisément ce qui se passe selon la nature de l'organe creux. Une partie de la lumière d'éclairement pénètre, par exemple, dans la muqueuse qui se trouve dans l'organe creux, laquelle agit comme un filtre d'absorption. Ainsi la muqueuse agit, de son côté, comme une source d'éclairement à bande spectrale étroite, car la lumière d'éclairement l'ayant pénétrée est à nouveau rayonnée, filtrée, à la surface de la muqueuse et éclaire, pour sa part, l'objet à observer d'une lumière rouge. Ce comportement d'absorption de la lumière diffère selon l'organe creux sous examen. Ainsi le comportement d'absorption de la lumière ne joue aucun rôle dans le domaine des articulations, tandis que dans l'estomac, o l'on trouve des muqueuses fortement irriguées par le sang, il se produit un décalage des couleurs en direction du rouge. Le degré de décalage vers le rouge, pour un organe donné, dépend de la distance d'observation et de l'angle d'observation et d'éclairement de l'endoscope. Plus la distance d'observation est courte, ou plus l'endoscope se trouve près de la muqueuse, plus la muqueuse sera éclairée fortement, ce qui conduit à un décalage vers le rouge plus important. Pourtant ce décalage de couleurs spécifique à l'application n'est pas pris en compte par les caméras vidéo traditionnelles. -3- Le brevet US 5 111 281 décrit un dispositif de correction des couleurs pour un endoscope vidéo, qui comprend des moyens pour détecter une qualité de couleur d'un signal d'image couleur et des moyens pour effectuer, pixel par pixel, une correction dynamique des couleurs. Du fait que la correction se fait pixel par pixel, le dispositif connu n'est pas capable de faire la différence entre des couleurs intenses apparaissant ponctuellement, en particulier du rouge, et des intensifications de couleur, qui concernent l'image entière, ce qui a pour conséquence que le dispositif connu corrige également des intensifications de couleur apparaissant ponctuellement et possède ainsi un mauvais pouvoir de différenciation des couleurs. Le brevet US 4 951 134 présente un dispositif de correction de chrominance pour une caméra vidéo d'endoscope. Dans ce dispositif connu, on transforme dans un premier temps des valeurs de correction pour les couleurs bleu et rouge, saisies à l'aide d'un clavier d'entrée, en grandeurs numériques et on les traite dans un microprocesseur pour obtenir des grandeurs de correction, et les grandeurs de correction numériques délivrées, qui sont transformées en valeurs analogiques à l'aide d'un convertisseur numérique/analogique, sont utilisées sous forme de ces valeurs analogiques pour corriger les signaux de couleur R et B de la caméra vidéo. En outre, on prévoit, sur l'écran de contrôle, un affichage qui présente quantitativement les contenus de la commande de correction de chrominance, par exemple sous forme de chiffres. Le but de la présente invention est de procurer un dispositif pour la correction de chrominance sur des images couleur enregistrées par une caméra vidéo endoscopique, qui permette une exécution individuelle, mais spécifique à l'application, de la correction de chrominance à l'aide de moyens d'entrée simples. -4- Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un dispositif du type spécifié en introduction qui se caractérise en ce que l'organe de commande (3) comporte des moyens pour corriger en fonction d'une grandeur de correction, que l'on peut faire varier au choix, les valeurs de chrominance des couleurs fondamentales suivant au moins une courbe de réglage caractéristique (VS) préétablie donnant une relation entre les valeurs de chrominance des couleurs fondamentales et la grandeur de correction choisie Selon l'invention, il est mémorisé dans la mémoire de l'organe de commande au moins une courbe de réglage caractéristique se trouvant à l'intérieur du triangle des couleurs, sur laquelle l'utilisateur peut effectuer une correction de chrominance individuelle au moyen d'un simple régulateur rotatif (générateur incrémental) pouvant être tourné sur 360', sans butée, dans une certaine plage fixe prédéfinie. Après l'exécution d'un équilibrage automatique des blancs, le point blanc se trouve sur l'origine du système de coordonnées indiquant l'espace des couleurs et il est alors le point de départ de la courbe de réglage caractéristique qui peut être parcourue dans les deux sens. Il est également possible de pré-établir, chez le fabricant, plusieurs courbes de réglage en tenant compte des données de la caméra vidéo monolithique et des données caractéristiques de sources de lumière connues d'endoscope, ainsi qu'également en tenant compte des domaines d'application médicale. Comme une détermination mathématique analytique des courbes de réglage n'est pas possible, il s'agit essentiellement de courbes de réglage caractéristiques déterminées de manière empirique. L'organe de commande présente une interface pour la saisie des courbes de réglage spécifiques. On peut désormais sélectionner ces dernières dans les appareils équipés de la sorte, par exemple en fonction de la source de lumière -5- choisie ou en fonction du domaine d'application médicale choisi. - Les courbes de réglage sont, de préférence, mémorisées sous la forme d'une table dans la mémoire de l'organe de commande, et l'organe de commande lit les valeurs de la table dans la mémoire sur la base de la grandeur de correction respectivement saisie au niveau du régulateur rotatif. Il est approprié que les courbes de réglage caractéristiques mémorisées concernent chacune la correction de chrominance de deux couleurs fondamentales uniquement (par exemple le rouge et le bleu) et que la troisième couleur fondamentale soit alors déterminée par l'organe de commande d'après la correction de chrominance pour les deux premières couleurs fondamentales selon la loi additive des couleurs. En dehors du régulateur rotatif pour l'introduction de la correction de chrominance respective, le dispositif selon l'invention présente une touche reliée à l'organe de commande, pour l'équilibrage automatique des blancs (AWB). On peut prévoir un moyen de saisie supplémentaire pour la sélection d'une courbe parmi plusieurs courbes de réglage caractéristiques mémorisées. L'invention va être décrite plus en détails dans ce qui suit, en référence à un exemple de réalisation représenté sur les dessins, dans lesquels: la figure 1 présente, de manière schématique, un espace de couleurs d'une caméra vidéo couleur avant un équilibrage automatique des blancs, la figure 2 présente, de manière schématique, l'espace de couleurs d'une caméra vidéo couleur après l'équilibrage automatique des blancs, avec une courbe de réglage caractéristique, -6- la figure 3 présente un schéma fonctionnel d'une forme de réalisation d'un dispositif selon l'invention pour la correction de chrominance spécifique à l'application, la figure 4 présente un organigramme d'un processus de commande avec et sans équilibrage automatique des blancs, la figure 5 présente un montage de principe pour l'acquisition de courbes de réglage caractéristiques, les figures 6A, 6B et 6C présentent trois exemples de courbes de réglage spécifiques à des applications. Pour l'explication du principe de la correction de chrominance selon l'invention spécifique à l'application, on a représenté sur la figure 1, de manière schématique, un espace de couleurs d'une caméra vidéo sous forme d'un triangle des couleurs, dont les sommets sont désignés par R' (ROUGE'), G' (VERT') et B' (BLEU'). Il n'a encore été procédé à aucun équilibrage automatique des blancs AWB, c'est-à-dire que le centre, désigné par W' (BLANC'), du triangle des couleurs ne se trouve pas sur l'origine W (BLANC) du triangle des couleurs déterminé à partir des axes de coordonnées U et V. La figure 2 présente l'espace des couleurs d'une caméra vidéo après la réalisation de l'équilibrage des blancs AWB. Le centre du triangle des couleurs se trouve sur l'origine du système de coordonnées U, V. A l'aide de la correction de chrominance selon l'invention spécifique à l'application, on peut maintenant décaler précisément le triangle des couleurs, de manière vectorielle, par rapport à l'origine W de l'espace des couleurs prescrit sur une courbe de réglage caractéristique VS; le vecteur P pointe sur la courbe de réglage VS. Dans l'exemple représenté, la courbe de réglage dessinée en traits discontinus est une courbe fermée bidimensionnelle. Les couleurs peuvent être définies à l'aide de trois paramètres indépendants, en général à l'aide des trois couleurs fondamentales, le rouge, le vert et le bleu. Ainsi -7- la chrominance d'une image vidéo résulte en général de l'équilibre chromatique des trois couleurs fondamentales, rouge, vert et bleu (R, G, B). Dans les caméras vidéo, la couleur fondamentale G ("canal vert") représente la grandeur de référence relative, c'est-à-dire reste relativement constante par rapport aux couleurs fondamentales rouge et bleu. Si on prend en compte la propriété additive des couleurs, il suffit de régler deux des trois couleurs fondamentales pour la correction de chrominance, afin de définir chaque chrominance. Ainsi on ne requiert qu'un ajustement de deux paramètres indépendants selon la courbe en traits discontinus de la figure 2. La solution proposée réduit cette procédure bidimensionnelle à une manipulation monodimensionnelle au moyen d'un régulateur rotatif sans butée, que l'on peut tourner sur 360'. La figure 3 présente la structure de principe d'une caméra vidéo renfermant le dispositif selon l'invention. A un organe de commande 3 comprenant la mémoire pour la mémorisation des courbes de réglage caractéristiques, sont raccordés, par l'intermédiaire de lignes 4 et 5, un générateur rotatif ou un régulateur rotatif 1 pour la saisie des valeurs de correction de chrominance et une touche 2 pour l'équilibrage automatique des blancs. Le générateur rotatif 1 est le régulateur rotatif de 360' déjà mentionné, sans butée. De plus, une interface 6 pour la saisie d'une ou plusieurs courbes de réglage caractéristiques est reliée à l'organe de commande 3. Des valeurs de correction du rouge et des valeurs de correction du bleu, résultantes, déterminées par l'organe de commande, sont introduites dans un circuit électronique vidéo 7. Le circuit électronique vidéo utilise ces valeurs pour l'ajustement de l'équilibre des couleurs (rouge, vert, bleu). Un écran de contrôle 8 pour l'affichage de l'image endoscopique enregistrée par la caméra vidéo et le capteur -8- d'images 9, qui est la partie enregistreuse de la caméra vidéo, sont raccordés à la sortie du circuit électronique vidéo. On élabore à l'avance, chez le fabricant, les courbes de réglage caractéristiques saisies à l'aide de l'interface 6, en tenant compte des données de la caméra vidéo monolithique et de données caractéristiques de sources de lumière connues et/ou en tenant compte du domaine d'application médicale, comme par exemple l'urologie, la laparoscopie, l'arthroscopie, etc., et on peut les entrer individuellement ou par lots, par l'intermédiaire de l'interface 6. Il s'agit alors pour partie de valeurs empiriques. L'organe de commande 3 effectue, à partir de la grandeur de correction saisie au niveau du générateur rotatif 1, la correction de chrominance, sur la base de la courbe de réglage caractéristique mémorisée, sous forme d'une commande par table. Les grandeurs de correction saisies au niveau du régulateur rotatif sont alors transformées avantageusement en adresses pour l'adressage de la mémoire. A cet effet, l'organe de commande 3 peut comporter un microprocesseur, qui effectue la commande par table. Le domaine de réglage du régulateur rotatif, c'est- à-dire de sa grandeur de sortie, peut être quantifié et comporter, par exemple, 64 pas. Les données spécifiques du fabricant, donnant la courbe de réglage caractéristique, peuvent comporter dans la mémoire, respectivement pour la partie rouge et pour la partie bleue, sept bits binaires plus un bit de signe. La commande par table opère alors selon les relations suivantes: rotres = valeur résultante du rouge Blaures = valeur résultante du bleu rottab = valeur du rouge selon la table = f (position du générateur rotatif, courbe de réglage caractéristique) -9- blautab: valeur du bleu selon la table = f (position du générateur rotatif, courbe de réglage caractéristique) rotbas = valeur de base du rouge = f (équilibrage automatique des blancs) blaubas = valeur de base du bleu = f (équilibrage automatique des blancs) rotres = rotbas + rottab blaures = blaubas + blautab La figure 4 montre sous forme d'un organigramme, le déroulement de la manipulation. Au pas S1, on enclenche la caméra; au pas S2, on demande si un équilibrage automatique des blancs AWB doit être effectué ou non. Dans l'affirmative, l'équilibrage automatique des blancs est effectué, et le pas S3 translate le point origine de l'espace des couleurs au centre de la surface du triangle des couleurs délimitée par ROUGE, VERT, BLEU (figure 2). La position momentanée du régulateur rotatif correspond au point origine W de l'espace des couleurs. En tournant le régulateur rotatif, on parcourt une courbe de réglage caractéristique bidimensionnelle, par exemple la courbe VS indiquée en traits interrompus sur la figure 2. Sur la base de la commande par table alors effectuée, l'organe de commande 3 détermine les valeurs résultantes pour la correction du rouge et la correction du bleu, et le circuit électronique vidéo 7 détermine la chrominance résultante sur la base de la loi additive des couleurs et de la référence verte. Lorsqu'on n'effectue pas d'équilibrage automatique des blancs, le pas S4 confirme l'ancien réglage. Dans ce cas, l'origine W' du triangle des couleurs est décalée par rapport à l'origine prescrite W de l'espace des couleurs, comme cela est montré sur la figure 1. Cependant, même dans ce cas, on peut exécuter une correction de chrominance, la courbe de réglage -10- caractéristique partant alors toutefois du point W', & savoir de l'origine décalée. A chaque mise en oeuvre de l'équilibrage automatique des blancs AWB, les valeurs de correction saisies et mémorisées auparavant sont effacées et mises à zéro. Si, comme mentionné ci-dessus, on met en oeuvre une correction de chrominance sans équilibrage automatique préalable des blancs, aucun point d'orientation défini pour l'utilisateur n'est présent, c'est-à-dire que l'état actuel de la correction ne lui est pas affiché. Comme le procédé d'exécution de l'équilibrage automatique des blancs est connu, on ne l'expliquera pas ici en détail. Toutefois, en général on procède en dirigeant la caméra sur un objet blanc bien éclairé et en déclenchant l'opération d'équilibrage des blancs (AWB). L'électronique de la caméra mesure alors, de manière interne, la distribution d'intensité dans les trois canaux de couleurs rouge, vert et bleu. On utilise en général la valeur mesurée du canal vert comme valeur de référence, sur laquelle on adapte le niveau des deux autres canaux à l'aide d'amplificateurs que l'on peut commander. Les valeurs de commande pour ces amplificateurs forment les données de base, qui sont alors calculées dans le dispositif avec les valeurs de correction et qui donnent finalement les valeurs de correction de chrominance résultantes. La figure 5 présente un montage de principe pour l'acquisition d'une ou de plusieurs courbes de réglage caractéristiques. On éclaire à l'aide d'une source de lumière un site d'opération réel ou un modèle correspondant, selon l'application, et l'on enregistre l'objet à l'aide d'un endoscope 10, qui est raccordé à une caméra vidéo 11 et à un écran de contrôle 12. La courbe de réglage caractéristique résultante est déposée, sous forme de valeurs mesurées provenant de la caméra vidéo 11, dans -11- une mémoire d'un ordinateur 13, par l'intermédiaire d'une ligne de transfert de données 14. Chaque courbe de réglage caractéristique enregistrée peut dépendre, en plus du domaine d'application spécifique, de la température de couleur de la source de lumière et naturellement aussi de la perception subjective des couleurs par l'utilisateur. On peut alors traiter dans l'ordinateur les valeurs déposées dans ce dernier, qui donnent une courbe de réglage caractéristique correspondante. Après un nombre suffisant d'essais, l'ordinateur produit une table de correction que l'on transfère, par exemple au cours du processus de production, dans chaque organe de commande de la caméra. Les figures 6A, 6B et 6C présentent des exemples de courbes de réglage caractéristiques, respectivement pour l'urologie/ arthroscopie, pour les applications chirurgicales les moins effractives et pour l'application dans le domaine HNO, pour lesquels il convient de remarquer que les courbes de réglage caractéristiques données sur les figures 6A à 6C ne sont que des exemples et ont été élaborées sur la base d'estimations. Dans ces représentations, les caractères de référence w, r, g, gr, c, b et m remplacent les termes blanc, rouge, jaune, vert, cyan, bleu et magenta, dans l'ordre correspondant. On observe que, dans l'utilisation en urologie/arthroscopie selon la figure 6A, on peut augmenter le contraste des couleurs dans le domaine du rouge, que dans l'application à la chirurgie la moins effractive selon la figure 6B, hormis le contraste des couleurs dans le rouge, les couleurs verte et jaune sont également accentuables, et qu'enfin dans l'application HNO de la figure 6C on peut augmenter le contraste des couleurs dans le domaine du vert et du cyan. Après un équilibrage des blancs, la valeur de correction se trouve au point blanc. Le point blanc se trouve toujours sur la courbe de réglage et sert de point de départ. Une valeur de correction -12- obtenue à la suite d'une correction, située sur la courbe de réglage caractéristique, reste conservée même après la mise hors tension de l'organe de commande et elle n'est remise à zéro qu'après un nouvel équilibrage des blancs. -13- Revendications 1. Dispositif de correction de chrominance pour des images couleur enregistrées par une caméra vidéo (11), en particulier par une caméra d'endoscope, la caméra vidéo comprenant un transducteur (9), qui transforme une image enregistrée en un signal électrique d'image couleur, et un organe de commande (3), afin de commander la chrominance d'une image couleur affichée sur un écran de contrôle (8), laquelle provient de l'image enregistrée, indépendamment de l'image couleur affichée, caractérisé en ce que l'organe de commande (3) comporte des moyens pour corriger en fonction d'une grandeur de correction, que l'on peut faire varier au choix, les valeurs de chrominance des couleurs fondamentales suivant au moins une courbe de réglage caractéristique (VS) préétablie donnant une relation entre les valeurs de chrominance des couleurs fondamentales et la grandeur de correction choisie. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque courbe de réglage caractéristique (VS) est mémorisée sous forme d'une table dans une mémoire et l'organe de commande (3) lit les valeurs de correction dans la mémoire sur la base de la grandeur d'entrée respective. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que plusieurs courbes de réglage caractéristiques sont mémorisées dans la mémoire en fonction de la nature de la source lumineuse d'endoscope utilisée et peuvent être choisies selon le type d'application. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que plusieurs courbes de réglage caractéristiques (VS) sont mémorisées dans la mémoire en fonction du domaine d'application médicale et peuvent être choisies selon le type d'application. -14- 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'organe de commande (3) comporte une interface (6) pour la saisie et la mise en mémoire d'une ou de plusieurs courbes de réglage caractéristiques (VS). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les courbes de réglage caractéristiques (VS) représentent la correction de chrominance de deux couleurs fondamentales uniquement et la troisième couleur fondamentale est déterminée à partir de ces dernières selon la loi additive des couleurs. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un régulateur rotatif (1) pouvant tourner de 360', sans butée, manipulable par un utilisateur, est relié à l'organe de commande (3), pour l'introduction de la grandeur de correction. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'organe de commande (3) présente une fonction d'équilibrage automatique des blancs (AWB) lors de l'actionnement par l'utilisateur d'une touche d'équilibrage des blancs.