Brevet FR2749120A1 — publié le 19971128

La présente invention concerne un procédé de correction de la réponse d'un dispositif de visualisation. I1 est connu d'utiliser pour mesurer la couleur d'un objet opaque un colorimètre comprenant une source lumineuse pour illuminer l'objet, un dispositif optique d'analyse de la lumière réfléchie par cet objet et des moyens de calcul pour déterminer, à partir de signaux délivrés par le dispositif optique d'analyse, les composantes trichromatiques X, Y et Z de la couleur de l'objet dans un système colorimétrique de référence, par exemple celui adopté en 1931 par la Commission Internationale de l'Eclairage (CIE). Le dispositif optique d'analyse comporte des moyens pour diviser la lumière réfléchie par l'objet en trois faisceaux traversant chacun un système filtrant et aboutissant sur une cellule photoélectrique associée. Ce type de colorimètre connu présente l'inconvénient de nécessiter un contact direct du dispositif optique d'analyse avec l'objet dont on désire mesurer la couleur, et de ne pas être adapté à effectuer une mesure à distance de la couleur d'un objet ou une mesure de la couleur d'un objet non opaque diffusant ou absorbant la lumière tout en laissant passer une partie, tel que la peau ou certains plastiques ou produits de maquillage. Pour pallier ces inconvénients, on a cherché à mesurer la couleur au moyen d'une caméra vidéo. Toutefois, à la connaissance de la société déposante, il n'existe pas encore de dispositif de mesure à distance de la couleur d'un objet, notamment non opaque, qui soit susceptible de permettre une mesure précise, fiable et rapide, de la couleur tout en restant d'un coût relativement modéré. L'invention s'applique notamment mais non exclusivement à un dispositif de mesure de la couleur, comportant - une chaîne d'acquisition incluant une caméra vidéo, ladite chaîne d'acquisition étant apte à délivrer des signaux représentatifs des composantes trichromatiques de la couleur d'un objet, placé dans le champ d'observation de la caméra, dans un système colorimétrique lié à ladite chaîne d'acquisition, - des moyens de traitement agencés pour déterminer, à partir desdits signaux, les composantes trichromatiques de la couleur de l'objet dans un système colorimétrique de référence en utilisant une matrice de passage du système colorimétrique lié à ladite chaîne d'acquisition vers le système colorimétrique de référence et une fonction de correction des non-linéarités de ladite chaîne d'acquisition, - une chaîne de visualisation comportant un dispositif de visualisation à tube cathodique pour restituer tout ou partie de l'image observée par la caméra vidéo après traitement, par ladite fonction de correction, desdits signaux délivrés par ladite chaîne d'acquisition. L'invention a pour objet un procédé de correction de la réponse d'un dispositif de visualisation comportant des trames de pixels, caractérisé par le fait que lors d'une transition du niveau de commande des pixels d'une même trame entraînant une variation de luminance entre au moins un pixel de cette trame et le pixel immédiatement suivant, eu égard au sens de balayage de la trame, on choisit le niveau de commande dudit pixel immédiatement suivant en fonction de la vitesse de variation de la luminance des pixels situés sur une même trame lorsque le niveau de commande desdits pixels varie. Avantageusement, on détermine une fonction de correction des non-linéarités du dispositif de visualisation en - affichant deux zones d'une même couleur mais avec des luminances susceptibles d'être différentes, la couleur de lune des zones étant obtenue par une juxtaposition de pixels de niveaux de commande distincts et la couleur de l'autre zone étant obtenue par un ensemble de pixels de même niveau de commande, - en rendant égales les luminances des deux zones pour un observateur en agissant sur le niveau de commande des pixels de l'une des zones, et - en déduisant de la valeur des niveaux de commande des pixels de chacune desdites zones une information pour le calcul de ladite fonction de correction des non-linéarités du dispositif de visualisation. Dans un mode particulier de mise en oeuvre de ce procédé, la zone composée de pixels de niveaux de commande distincts est tramée. Avantageusement, cette zone tramée comporte une trame sur deux qui est noire. Dans un mode particulier de mise en oeuvre du procédé, la zone composée de pixels de niveaux de commande distincts comporte un pixel sur deux, à chaque trame, dont le niveau de commande est différent de celui du pixel précédent sur cette trame. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel - la figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de mesure de la couleur conforme à un exemple de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une modélisation de la channe d'acquisition, - la figure 3 est une modélisation du traitement conduisant à la détermination des composantes trichromatiques dans le système colorimétrique de référence, - la figure 4 est une modélisation du traitement conduisant à la détermination de composantes trichromatiques corrigées dans le système colorimétrique lié à la chaîne de visualisation, - la figure 5 est une modélisation du traitement des signaux d'entrée dans un dispositif de visualisation à tube cathodique, - les figures 6 et 7 représentent deux mires servant au calibrage de la chaîne de visualisation et, - les figures 8 et 9 illustrent schématiquement la variation de la luminance des pixels d'une même trame en fonction de la variation du niveau de commande de ces pixels, respectivement sans et avec correction anticipée pour tenir compte de la vitesse de variation du signal de commande du faisceau d'électrons atteignant les pixels lorsque le niveau de commande varie. On a représenté sur la figure 1 un dispositif 1 conforme à un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, permettant de mesurer à distance la couleur d'un objet 0. Le dispositif 1 comporte une caméra vidéo 2, un micro-ordinateur 3 et un dispositif de visualisation à tube cathodique 4. La caméra 2 comporte trois capteurs 8, 9 et 10 du type CCD, aptes à délivrer respectivement des signaux électriques sous forme analogique VR, VV et VB représentatifs des niveaux de rouge, de vert et de bleu en chaque point de l'image telle qu'observée et analysée par la caméra 2, de façon connue en soi. Une source lumineuse 7 permet d'éclairer l'objet O placé dans le champ de la caméra 2. Avantageusement, on utilise une source lumineuse au xénon qui permet de se rapprocher du spectre D65(X) défini par la CIE. Le micro-ordinateur 3 comporte une unité centrale 5 et un convertisseur analogique/numérique 6 à trois voies, relié à l'unité centrale 5 et permettant de convertir sous une forme numérique les signaux analogiques VR, VV et VB délivrés par la caméra 2. Les signaux convertis sous forme numérique et respectivement notés R, V et B sont ensuite envoyés à l'unité centrale 5. Dans l'exemple particulier décrit, les signaux R, V et B sont codés chacun sur 8 bits et les données acquises par la caméra sont en chaque point de l'image constituées par un triplet (R,V,B) de trois nombres entiers compris entre O et 255. La caméra 2 et le convertisseur 6 constituent une chaîne d'acquisition que l'on a modélisée sur la figure 2. Le spectre lumineux réfléchi en chaque point de l'objet O observé par la caméra est le produit du spectre de la source lumineuse I(k) et du spectre de réflectance Re(x) en ce point. Le système optique de la caméra 2 comporte trois filtres optiques de spectres respectifs FR(X), FV(X) et FB(x) pour décomposer sur les capteurs CCD 8, 9 et 10 l'image observée par la caméra en images de couleurs primaires rouge, vert et bleu. L'ensemble des composants électroniques de la chaîne d'acquisition introduit un bruit qui peut se décomposer en une composante alternative et une composante continue BR, BV et BB respectivement pour chacune des voies. Les niveaux bas et haut de digitalisation de chaque voie 11,12 ou 13 du convertisseur 6 sont réglables. Le réglage du niveau bas de digitalisation de chaque voie est effectué de manière à éliminer la composante continue du bruit et l'on procède avec le cache de la caméra sur l'objectif de cette dernière, en augmentant progressivement le niveau bas de digitalisation jusqu'à ce que la zone la moins lumineuse sur l'image corresponde à un signal numérique, en sortie du convertisseur, égal à l'unité pour chaque voie. Le réglage du niveau haut de digitalisation s'effectue en plaçant devant le champ d'observation de la caméra l'objet le plus lumineux susceptible d'être observé. On utilise avantageusement une surface blanche. On règle le niveau haut de digitalisation jusqu'à ce que la zone la plus lumineuse observée sur l'image corresponde en sortie à la valeur maximale du signal numérique moins une unité, c'est-à-dire la valeur 254 pour chaque voie dans l'exemple décrit. Au besoin, on diminue l'intensité lumineuse de la source 7 si un tel réglage du niveau haut n'est pas possible. L'atténuation du bruit alternatif peut s'effectuer en moyennant plusieurs acquisitions successives de la même image. Les signaux numériques (R,V,B) délivrés par le convertisseur 6 sont traités dans l'unité centrale 5 pour déterminer en chaque point de l'image observée par la caméra 2 les composantes trichromatiques dans un système colorimétrique de référence, tel que le système colorimétrique XYZ de la CIE. Ce traitement corrige les non-linéarités de la chaîne d'acquisition, c'est- -dire essentiellement la non-linéarité des capteurs CCD 8, 9, 10 ainsi que celle du convertisseur 6. Ce traitement corrige en outre l'inhomogénéité de l'illumination de l'objet O par la source 7 et les aberrations optiques de la caméra 2. On a modélisé sur la figure 3 le traitement effectué par l'unité centrale 5. On a désigné par TR, rV et 1B les composantes de la fonction r de correction des non-linéarités des capteurs CCD 8, 9, 10 et du convertisseur 6 pour chacune des voies de rouge, vert et bleu. La fonction de passage du système colorimétrique lié à la chaîne d'acquisition au système colorimétrique de référence peut s'écrire sous la forme d'une matrice M. On désigne par X,Y et Z les composants trichromatiques dans le système colorimétrique de référence. On a désigné par FX(i,j), FY(i,j) et FZ(i,j) les fonctions de correction de l'inhomogénéité de l'illumination de l'objet par la source 7 et des aberrations optiques de la caméra 2, en fonction des coordonnées i, j de chaque point considéré sur l'image. Une fois le calcul des composantes rRI Tv, et rB de la fonction r et le calcul de la matrice de passage M effectués, on détermine les fonctions de correction de l'inhomogénéité de l'illumination de l'objet O par la source 7 et de correction des aberrations optiques de la caméra, c'est-à-dire les fonctions FX(i,j), FY(i,j) et FZ(i,j) précitées. L'envoi des signaux (R,V,B) de sortie du convertisseur 6 directement en entrée de la chaîne de visualisation conduirait à une restitution non satisfaisante de la couleur de l'objet sur l'écran du dispositif de visualisation 4, en raison notamment des nonlinéarités de la chaîne d'acquisition et de celles de la chafne de visualisation et de la différence entre les systèmes colorimétriques liés respectivement à la chaîne d'acquisition et à la chaîne de visualisation. On améliore la qualité de la restitution de la couleur de l'objet lorsque l'on corrige les non-linérités de la chaîne de visualisation. Cette correction est effectuée dans l'unité. centrale 5. On a modélisé sur la figure 4 le traitement pour passer des composantes trichromatiques (X,Y,Z) dans le système colorimétrique de référence XYZ aux composantes trichromatiques (R',V',B') à l'entrée de la chaîne de visualisation. On commence par transformer les composantes trichromatiques (xtytz) précédemment déterminées en composantes trichromatiques dans le système colorimétrique lié au dispositif de visualisation, au moyen d'une matrice de passage M, puis on applique à chacune des composantes ainsi obtenue une fonction de correction T non liée à la position sur l'écran, de composantes rRI Tv , et rg et une fonction de correction de l'inhomogénéité de l'éclairement de l'écran FR(i,j), FV(i,j), FB(i,j) liée à la position sur ce dernier. On a modélisé sur la figure 5 le traitement des signaux numériques (R',V',B') reçus par la chaîne de visualisation et conduisant à l'obtention d'une image sur l'écran du dispositif de visualisation. Les composantes trichromatiques (R',V',B') pour chaque point de l'image sont transformées en signaux analogiques au moyen d'un convertisseur numérique/analogique à trois voies 26,27 et 28. Les signaux analogiques en sortie du convertisseur sont traités de façon connue en soi en 29 pour commander chacun un faisceau cathodique destiné à illuminer des régions phosphorescentes de l'écran produisant en réponse au flux d'électrons incident une émission lumineuse de couleur déterminée. L'addition des spectres d'émission R(X), V(X), B(k) des régions phosphorescentes, produisant respectivement les couleurs rouge, vert et bleu, conduit à un spectre résultant E(x) en chaque point de l'image. La matrice de passage M' est calculée par la connaissance des composantes trichromatiques (XR, VR, ZR,), (Xv',Yv',Zv') et (XB TYB, ZBW ) dans le système de référence colorimétrique XYZ des couleurs correspondant respectivement aux triplets (255,0,0), (0,255,0) et (0,0,255) en entrée pour chaque point de l'image. La matrice de passage M' a pour vecteurs colonnes les coordonnées dans le système colorimétrique de référence des trois couleurs primaires considérées. XR xv. XB. M = YR YV' YB' ZR Zv. ZB Pour calculer les composantes T'R, &gamma;'v, et &gamma;'B de la fonction de correction T , on peut utiliser, connaissant la matrice M', un colorimètre d'écran pour mesurer la lumière émise au centre de l'image en fonction de triplets successifs et différents de valeurs d'entrée (R',V',B'). On peut encore déterminer les composantes TR Tv et YB sans colorimètre d'écran de la façon suivante. On tient compte du fait que la luminance W en chaque point de l'écran est liée à la tension V commandant le faisceau d'électrons qui l'atteint par la formule approximative suivante log(W/Wmax) = k1 + k2 log ( V/Vmax) + k3 (log(V/Vmax) + 4(log(V/Vmax)) On distingue alors deux domaines pour les valeurs R',V' ou B' d'entrée : [0,64] et [64,255]. Pour chaque domaine, on détermine les paramètres kl, k2, k3 et k4 par la valeur de la luminance lorsque le signal numérique d'entrée vaut successivement 0,32, 64,128 pour le premier domaine et 32,64,128,255 pour le second. A titre d'exemple, on suppose que l'on commence par vouloir déterminer la composante T R On affiche sur l'écran une mire telle qu'illustrée sur la figure 6, présentant au centre un rectangle de couleur rouge correspondant au choix de (128,0,0) en entrée. On inclut le rectangle central dans un rectangle tramé avec une ligne sur deux de couleur rouge correspondant à (255,0,0) en entrée et avec une ligne sur deux de couleur noire correspondant à (0,0,0) en entrée. On modifie ensuite le cas échéant le signal numérique en entrée (R',O,O) qui commande la luminance du rectangle central jusqu'à ce que la luminance de ce dernier et la luminance du rectangle tramé paraissent égales. On déduit ensuite de la correction qu'il a fallu apporter au signal d'entrée pour obtenir cette égalisation la valeur de la fonction r R(128). On recommence alors en affichant au centre un rectangle de couleur (64,0,0) entouré par un rectangle tramé avec une ligne sur deux de couleur rouge correspondant à (T'R(128),0,0) et avec une ligne sur deux de couleur noire, ce qui permet de calculer r R(64),etc... On détermine ensuite les valeurs des paramètres k1, k2, k3 et k4 et l'on calcule les valeurs manquantes de r R d'après la formule précédente. On opère de même pour calculer T1 et Y B. L'inhomogénéité de l'éclairement de l'écran est principalement due à la dispersion du faisceau d'électrons qui frappe l'écran. Afin de corriger cette inhomogénéité, on mesure pour chacune des trois voies de rouge, vert et bleu la luminance en différents points de l'écran. Pour chaque voie de rouge, vert ou bleu, on calcule les facteurs correctifs à appliquer en chaque point de l'écran. On a noté les fonctions de correction FR(i,j), FV(i,j) et FB(i,j) pour les voies de rouge, vert et bleu respectivement. On considère que l'écran est calibré au centre, de sorte qu'il suffit de connaître les facteurs correctifs à appliquer en chaque point de coordonnées i,j de la surface de l'écran hors du centre pour obtenir un écran totalement calibré. L'éclairement de l'écran en fonction des coordonnées i,j d'un point hors du centre et des coordonnées centre )centre au centre de l'écran varie approximativement comme la fonction C(ij)suivante c(ij)= (((i~icentreg + (jjce""w)2)/r2)*((l + (i-ic te)2)/r2) ss *((1 + 't où r désigne le rayon de courbure de l'écran. On mesure à l'aide d'un spectrocolorimètre ou d'un colorimètre d'écran l'intensité lumineuse pour chaque rectangle d'une grille de calibration telle que représentée sur la figure 7. En comparant cette intensité avec l'intensité lumineuse au centre, on peut en déduire une pluralité de valeurs pour la fonction FR(i,j). Connaissant ces valeurs il est alors possible de calculer les valeurs manquantes de la fonction FR(i,j) par interpolation à l'aide d'une fonction polynomiale de degré 3. On obtient FV(i,j) et FB(i,j)de la même manière. Par ailleurs, le tube cathodique se comporte comme un filtre passe-bas et la valeur du signal de commande du faisceau d'électrons atteignant, sur une même trame, un pixel dépend de la valeur du signal de commande du pixel précédent sur cette trame. A titre d'exemple, on a représenté sur la figure 8 l'évolution de la variation de la luminance de pixels successifs situés sur une même trame en fonction de la variation du niveau de commande. Plus précisément, on illustré le cas où le niveau de commande vaut m1 pour les pixels situés au début de la trame et passe à m2 pour les pixels suivants, la valeur m2 étant inférieure à m1. On observe que la luminance W des pixels, en réponse au niveau de commande m21 ne décroît pas brusquement de W(ml) à W(m2) mais de façon sensiblement exponentielle. En d'autres termes, si le niveau de commande du pixel passe brusquement de la valeur ml à la valeur m2, la luminance n'atteint pas immédiatement le niveau W(m2). On corrige conformément à l'invention le niveau de commande en anticipant le temps de montée ou de descente pour chacune des trois voies de rouge, vert et bleu. La correction s'opère pour chaque trame dans le sens du balayage. A supposer que l'on souhaite pour une même trame passer d'une luminance W(m1) correspondant à un niveau de commande m1 à une luminance W(m2) correspondant à un niveau de commande m2, on corrige par anticipation le niveau du signal de commande des pixels que l'on souhaite activer pour que ces derniers atteignent le niveau de luminance W(m2) plus rapidement. Ainsi, on commande les pixels avec un niveau de commande m3 inférieur à m2, de manière à obtenir une décroissance plus rapide de la luminance comme illustré sur la figure 9. Cette correction prédictive du niveau de commande n'apparaît pas sur la modélisation représentée sur la figure 4, dans un souci de clarté du dessin. Pour déterminer la constante de temps permettant de calculer le temps de montée ou de descente du signal de commande du faisceau d'électrons, on peut procéder en affichant sur l'écran un premier rectangle d'une même couleur dont on commande un pixel sur deux de chaque trame composant ce rectangle avec des niveaux de commande de valeurs différentes. On affiche également sur l'écran un deuxième rectangle de la même couleur et de même niveau de commande pour tous les pixels. On peut ensuite déduire des valeurs des niveaux de commande des pixels composant les deux rectangles affichés sur l'écran la constante de temps et la correction à apporter aux niveaux de commande de ces pixels pour effectuer la correction prédictive précitée. Finalement, l'invention permet de restituer. sans dénaturation excessive la couleur d'un objet au moyen d'un dispositif de visualisation. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit et l'on peut notamment utiliser d'autres dispositifs de visualisation, tels qu'une imprimante ou un écran à cristaux liquides. REVENDICATIONS 1 - Procédé de correction de la réponse d'un dispositif de visualisation (4) comportant des trames de pixels, caractérisé par le fait que lors d'une transition du niveau de commande des pixels d'une même trame entraînant une variation de la luminance entre au moins un pixel de cette trame et le pixel immédiatement suivant, eu égard au sens de balayage de la trame, on choisit le niveau de commande dudit pixel immédiatement suivant en fonction de la vitesse de variation de la luminance des pixels situés sur une même trame lorsque le niveau de commande desdits pixels varie. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on détermine une fonction de correction des non-linéarités dudit dispositif de visualisation (4) en affichant deux zones d'une même couleur mais avec des luminances susceptibles d'être différentes, la couleur de l'une des zones étant obtenue par une juxtaposition de pixels de niveaux de commande distincts et la couleur de l'autre zone étant obtenue par un ensemble de pixels de même niveau de commande, en rendant égales les luminances des deux zones pour un observateur en agissant sur le niveau de commande des pixels de l'une des zones, et en déduisant de la valeur des niveaux de commande des pixels de chacune desdites zones une information pour le calcul de ladite fonction de correction des non-linéarités du dispositif de visualisation. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite zone composée de pixels de niveaux de commande distincts est tramée. 4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite zone tramée comporte une trame sur deux qui est noire. 5 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ladite zone composée de pixels de niveaux de commande distincts comporte un pixel sur deux, à chaque trame, dont le niveau de commande est différent de celui du pixel précédent sur cette trame.