Brevet FR2774498A1 — publié le 19990806

Procédé de contrôle de l'étalonnage d'un système d'affichage, en particulier d'une imprimante. L'invention concerne le contrôle de l'étalonnage d'un système d'affichage. Un sytème d'affichage est par exemple, un moniteur associé ou non avec sa carte graphique ou une imprimante produisant une épreuve papier observée à la lumière d'un bureau, ou un reprographe laser produisant un film regardé sur un négatoscope, ou encore éventuellement une association de plusieurs de ces moyens d'affichage. Un moyen d'affichage d'un système d'affichage, par exemple connecté à un équipement d'imagerie médicale, reçoit en entrée une image numérique dont chaque point est affecté d'une valeur d'intensité (généralement entre O et 255), que l'on désignera par la suite par l'expression "niveau de gris numérique". Chaque pixel de l'image restituée par le moyen d'affichage possède alors un niveau de luminance dont la valeur dépend du niveau de gris numérique du point correspondant de l'image numérique d'entrée. La fonction de transfert d'un moyen d'affichage est la loi de correspondance entre les niveaux de gris numériques d'entrée et les niveaux de luminance de sortie. Un moyen d'affichage est dit étalonné lorsque sa fonction de transfert coïncide avec une fonction de transfert prédéfinie, appelée par la suite "fonction de transfert-cible". Parmi les procédés d'étalonnage connus, on peut citer ceux utilisant des images numériques génériques, c'est-à-dire des images numériques indépendantes de la fonction de transfert-cible et des conditions d'observation, pour tester la fonction de transfert réelle d'un moyen d'affichage. Ce procédé de l'art antérieur utilise alors des mesures de densités optiques ou de niveaux de luminance des différents niveaux de gris de ces images numériques de test reproduites par le moyen d'affichage. L'invention vise à apporter une solution radicalement différente aux problèmes de l'étalonnage des systèmes d'affichage. Un but de l'invention est de proposer un contrôle de l'étalonnage d'un système d'affichage, qui soit rapide et ne nécessite aucune mesure directe ou à tout le moins un très petit nombre de mesures directes. L'invention propose donc de générer, pour des conditions d'observation données et pour une fonction de transfert-cible donnée, une image numérique de test dont la seule observation par l'oeil humain sous ces conditions d'observation données, soit suffisante pour déterminer si la fonction de transfert réelle du système d'affichage coïncide avec sa fonction de transfert-cible (c'est-à-dire la fonction de transfert du système étalonné), et donc de déterminer si le système est correctement étalonné. Plus précisément, selon une caractéristique générale de l'invention, lorsque la fonction de transfert du système d'affichage coïncide avec la fonction de transfert-cible, l'image numérique de test utilisée dans la présente invention est perçue par l'oeil humain comme étant composée d'une pluralité d'éléments individuels qui sont eux-même composés de deux niveaux, par exemple deux niveaux de gris, ayant des contrastes identiques entre ces deux niveaux d'un élément à un autre. En d'autres termes, l'invention propose un procédé de contrôle de l'étalonnage d'un système d'affichage, dans lequel on élabore une mire visuelle d'étalonnage destinée à être affichée sur un moyen d'affichage dudit système et observée par l'oeil humain, cette mire comprenant au moins une première partie formée de plusieurs régions distinctes comportant chacune une première zone ayant un premier niveau lumineux (premier niveau de gris par exemple) et une deuxième zone ayant un deuxième niveau lumineux (deuxième niveau de gris par exemple), tous les niveaux lumineux étant différents les uns des autres et la différence entre les deux niveaux (contrastes) des deux zones d'une région étant prédéterminée et identique pour toutes les régions. On détermine une fonction de transfert globale à partir d'une première fonction de transfert prédéfinie du système d'affichage étalonné (fonction de transfert-cible) et d'une deuxième fonction de transfert prédéfinie d'un modèle mathématique du système visuel humain. On détermine à partir de ladite mire visuelle d'étalonnage et de l'inverse de ladite fonction de transfert globale une image numérique d'étalonnage correspondant à ladite mire d'étalonnage. On délivre ladite image numérique d'étalonnage en entrée du système d'affichage et on affiche sur ledit moyen d'affichage l'image résultante ainsi obtenue, et on contrôle l'étalonnage du système d'affichage en visualisant ladite image existante. En d'autres termes, les niveaux numériques, qui sont délivrés en entrée du système d'affichage, sont déterminés à partir des niveaux qui doivent être réellement perçus par le cerveau humain lorsque la mire d'étalonnage est observée sous des conditions d'observation prédéterminées et lorsque la fonction de transfert du système d'affichage coïncide avec la fonction de transfert-cible, c'est-à- dire lorsque le système est étalonné. Cette détermination des niveaux numériques d'entrée est obtenue par l'inversion de la combinaison de la fonction de transfert-cible du système d'affichage et de la fonction de transfert du système visuel humain pour ces conditions d'observation. Plusieurs modèles mathématiques du système visuel humain sont bien connus et à la disposition de l'homme du métier, (comme par exemple le modèle de BARTEN), pour déterminer la fonction de transfert du système visuel humain. La fonction de transfert-cible du système d'affichage peut par exemple avoir été élaborée préalablement d'une façon classique, en utilisant par exemple des mesures de densités optiques ou de niveau de luminance. L'invention permet alors, en particulier lorsque le signal d'affichage est simplement constitué d'un moniteur ou d'un écran d'affichage, dont la fonction de transfert-cible est connue préalablement, de contrôler alors les étalonnages ultérieurs éventuels du moniteur par la simple visualisation de la mire d'étalonnage. Ceci étant, l'invention s'applique particulièrement avantageusement au contrôle de l'étalonnage d'une imprimante connectée, par exemple avec un moniteur, à des moyens de traitement communs. On peut citer par exemple le cas d'une imprimante et d'un moniteur connectés en sortie d'un même système d'imagerie médicale. Ainsi, selon l'invention, on élabore une mire visuelle d'étalonnage destinée à être affichée sur le moyen d'affichage (par exemple le moniteur) et sur l'imprimante, et à être observée par l'oeil humain. Cette mire comporte les mêmes caractéristiques que celles qui viennent d'être décrites plus haut. Par contre, on détermine une fonction de transfert globale du système d'affichage à partir d'une première fonction de transfert prédéfinie du moniteur étalonné (fonction de transfert-cible du moniteur) et d'une deuxième fonction de transfert prédéfinie d'un modèle mathématique du système visuel humain. On détermine également, à partir de ladite mire d'étalonnage et de l'inverse de ladite fonction globale, l'image numérique d'étalonnage correspondant à ladite mire d'étalonnage. On délivre ladite image numérique d'étalonnage en entrée du système d'affichage et on fait imprimer l'image résultante ainsi obtenue par l'imprimante. On contrôle alors l'étalonnage de l'imprimante en visualisant ladite image résultante. En d'autres termes, l'invention permet ici en utilisant ladite mire d'étalonnage, de contrôler l'étalonnage d'une imprimante à partir d'un autre moyen d'affichage étalonné, par exemple un moniteur. Lorsque le pas de discrétisation du système d'affichage est inférieur au seuil de détection visuelle de contraste de l'oeil humain, on élabore avantageusement une mire visuelle d'étalonnage dont la première partie est associée à une première différence constante de niveau lumineux (différence constante de contraste pour tous les éléments de la mire) inférieure audit seuil de détection visuelle, et comprenant en outre une deuxième partie, structurellement analogue à la première partie et associée à une deuxième différence constante de niveau lumineux supérieur audit seuil de détection visuelle. En d'autres termes, lorsque les moyens d'affichage ont un pas de discrétisation plus petit que le seuil de détection du système visuel humain, on utilise une mire composée de deux sous-mires. Le contraste des deux éléments de la première sous-mire est choisi légèrement inférieur au seuil de détection du système visuel humain tandis que le contraste des éléments de la deuxième sous-nmire est choisi légèrement supérieur au seuil de détection du système visuel humain. Dans cette variante, l'étalonnage du système d'affichage peut être testé en observant les contrastes perçus des éléments des deux sous- mires. Ainsi, si le contraste de l'un au moins des éléments de la première sous-mire peut être perçu, ou si le contraste de l'un au moins des éléments de la seconde sous-mire ne peut pas être perç u, on peut alors conclure que le système n'est pas correctement étalonnée. Lorsque le pas de discrétisation du système d'affichage est supérieur au seuil de détection visuelle de contraste de l'oeil humain, on élabore une mire visuelle d'étalonnage ne comprenant que ladite première partie, et on choisit alors une différence constante de niveau visuel largement supérieure audit pas de discrétisation, par exemple égale à trois ou quatre fois ce pas. Ainsi, si les différents contrastes perçus des différents éléments de la mire ne sont pas constants, et changent d'un élément à un autre, on peut en conclure que le système n'est pas correctement étalonné. Dans la variante de l'invention concernant l'imprimante connectée avec le moniteur au système d'imagerie médicale, on élabore les différents éléments de la mise en fonction des caractéristiques de l'imprimante, et notamment de son pas de discrétisation, mais on utilise la fonction de transfert-cible inversée du moniteur pour définir l'image numérique d'étalonnage à partir de la mire visuelle d'étalonnage. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée de mode de mise en oeuvre, nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 illustre très schématiquement une chaîne de perception d'une image, la figure 2 illustre très schématiquement un contrôle d'étalonnage selon l'invention utilisant une mire d'étalonnage, les figures 3 et 4 illustrent très schématiquement une mire d'étalonnage utilisable dans une première variante de l'invention, la figure 5 illustre une image numérique de test correspondant à la mire d'étalonnage de la figure 4, la figure 6 illustre très schématiquement l'élaboration d'une mire d'étalonnage visuelle selon une deuxième variante de l'invention, et, la figure 7 illustre une courbe montrant des différences entre les contrastes réels et désirés, Sur la figure 1, la référence DR désigne un système d'imagerie médicale délivrant à un système d'affichage SAF (qui peut être composé d'un seul moniteur d'affichage MN ou bien du moniteur MN et d'une imprimante IMP connectés ensemble à ce système DR) des images numériques composées chacune d'une pluralité de points affectés chacun d'une valeur numérique, typiquement comprise entre O et 255, et représentative d'un niveau de gris numérique NGN. Le système d'affichage délivre alors une image qui peut être visualisée sur l'écran ou bien imprimée sur l'imprimante IMP et dont chaque pixel, correspondant à chaque point d'entrée (valeur numérique d'entrée), est affecté d'un niveau de luminance NL. L'image est perçue par le système visuel humain OL et le cerveau humain perçoit alors pour chaque niveau de luminance un niveau de gris perçu NGP. On suppose dans une première application de l'invention que le système d'affichage SAF n'est composé que du moniteur MN. Le procédé de contrôle d'étalonnage selon l'invention consiste, comme illustré plus particulièrement sur la figure 2, à élaborer une image numérique de test IMC à partir d'une mire d'étalonnage visuelle MRC et d'une fonction de transfert globale inversée dans des moyens de traitement MT. Cette image numérique de test ou image numérique d'étalonnage IMC est alors délivrée en entrée du système d'affichage SAF et est restituée par l'écran d'affichage par exemple. Le cerveau humain perçoit alors une image résultante perçue IRL. Selon une première variante de l'invention (figures 3 et 4), on définit sur l'échelle des niveaux de gris perçus par le cerveau humain une pluralité (n) éléments ELi composés chacun de deux niveaux de gris perçus NGPiO et NGPi 1. La différence entre ces deux niveaux, c'est-à- dire le contraste de chaque élément ELi est constant et identique pour chacun des éléments. Par contre, tous les niveaux NGPi sont distincts les uns des autres. A partir de cette définition des n éléments ELi, on définit une mire visuelle d'étalonnage MRC composée ici uniquement d'une première partie formée de plusieurs régions distinctes (n) que l'on a également référencées ELi. Chacune de ces régions correspond à un élément ELi de l'échelle des niveaux de gris perçus. Chaque région ELi comporte une première zone Zi0 ayant un premier niveau lumineux, c'est-à-dire un premier niveau de gris perçu NGPiO égal à celui de l'élément ELi défini sur la figure 3, ainsi qu'une deuxième zone Zil ayant le niveau de gris NGPi 1. Sur cette figure, des zones carrées ont été représentées. Bien entendu, on aurait pu utiliser toute autre forme de zone, comme par exemple des zones circulaires. On détermine alors une fonction de transfert globale à partir de la combinaison de la fonction de transfert-cible du moniteur, c'est-à-dire la fonction de transfert du moniteur étalonné, et d'une fonction de transfert issue d'un modèle mathématique du système visuel humain. Cette fonction de transfert du système visuel humain permet d'associer à chaque niveau de luminance un niveau de gris perçu. De nombreux modèles mathématiques du système visuel humain existent et sont à la disposition de l'homme du métier. On peut ainsi citer le modèle dit de BARTEN décrit notamment dans l'article de P.G.J. BARTEN: "Physical model for the Contrast Sensitivity of the human eye"; Proc. SPIE 1666, 57- 72 (1992) and "Spatio-temporal model for the Contrast Sensitivity of the human eye and its temporal aspects". Proc. SPIE 1913-01 (1993). On peut également citer notamment le modèle de HUNT (R.W.G. HUNT "Revised colour-appearance model for related and unrelated colours", Color Res. Appl. 16, 146-165 (1991), - le modèle de BARTELSON et BRENEMAN (C.J. BARTELSON and E.J. BRENEMAN, "Brightness perception in complex fields". J. Opt Soc. Am. 57, 953-957 (1967), - le modèle conique local de DALY (S. DALY "The visible differences predictor: An algorithm for the assessment of image fidelity", tiré de l'ouvrage: in Digital Images and Human vision, A.B. WATSON, Ed. Chapter 14, MIT Press, Boston, 1993, - la loi de WEBER-FECHNER, particulièrement connue de l'homme du métier. On inverse ensuite de façon classique et connue en soi, la fonction de transfert globale de façon à obtenir une fonction de transfert inversée c'est-à-dire une fonction de transfert associant à chaque niveau de gris perçu d'un pixel de la mire d'étalonnage visuelle, un niveau de gris numérique d'un point d'une image numérique d'étalonnage. On élabore alors l'image numérique d'étalonnage IMC illustrée sur la figure 5 et correspondant à la mire virtuelle d'étalonnage. Cette image numérique d'étalonnage IMC est définie d'une façon analogue à la mire visuelle d'étalonnage par une pluralité de régions numériques ELCi composées chacune d'une première zone ZCi0 et d'une deuxième zone ZCi 1. Tous les pixels de la première zone sont affectés d'un niveau de gris numérique NGNiO et tous les pixels de la deuxième zone sont affectés d'un niveau de gris numérique NGNil. La mire d'étalonnage telle que définie aux figures 3 et 4 et par conséquent l'image numérique d'étalonnage correspondante IMC est notamment utilisée lorsque le pas de discrétisation du moniteur est supérieur au seuil de détection de contraste de l'oeil humain. On choisira alors des éléments ELi dont le contraste, c'est-à-dire la différence de niveaux de gris perçus est bien supérieur au pas de discrétisation, par exemple égal à trois ou quatre fois ce pas. Le fait de choisir un contraste bien supérieur au pas de discrétisation permet de minimiser l'impact de la variation de ce pas de discrétisation le long de l'échelle des niveaux de gris perçus. Il est cependant possible de choisir des contrastes plus petits si l'on divise l'échelle de niveaux de gris perçus en zones au sein desquelles le pas de discrétisation reste sensiblement constant. Dans le cas o le pas de discrétisation du système d'affichage est inférieur au seuil de détection de contraste de l'oeil humain, on définira une mire visuelle d'étalonnage comportant en fait deux parties (figure 6). Plus précisément, la première partie sera composée de n éléments ELAi dont chaque contraste est inférieur au seuil SPR de détection de contraste de l'oeil humain. La deuxième partie PB sera constituée de n éléments ELBi dont le contraste sera choisi supérieur au seuil SPR. En pratique, on choisira pour les éléments ELAi un contraste légèrement inférieur au seuil SPR, par exemple 0,8 ou 0,9 fois ce seuil tandis qu'on choisira pour les éléments ELBi un contraste légèrement supérieur SPR (par exemple 1,1 ou 1,2 fois ce seuil). Chacune des parties PA et PB sera donc composée d'une image analogue à celle illustrée sur la figure 4. La mire totale de visualisation correspondante serait, si elle était totalement perçue par l'oeil, égale à la juxtaposition de deux mires telles que celles illustrées sur la figure 4. On a représenté sur la figure 7, en trait plein, l'évolution des contrastes réels des différents éléments de l'image IRL réellement perçue par l'oeil humain, par rapport aux contrastes désirés de ces mêmes éléments, c'est-à-dire les contrastes de ces éléments tels qu'ils devraient être perçus au niveau de la mire visuelle d'étalonnage si le système était correctement étalonné. Dans le cas o le système est correctement étalonné, la courbe de correspondance entre les contrastes réels et les contrastes désirés est en fait la droite passant par l'origine de pente 45 et illustrée en tireté sur la figure 7. On voit par contre sur cette figure 7 que lorsque la pente de la courbe est supérieure à 45 , le contraste d'un élément EL1 est en fait augmenté (élément réel EL 10). Par contre lorsque la pente de la courbe est inférieure à 45 , le contraste d'un élément EL2 est diminué (élément EL20). Partant de cette observation, et si l'on se réfère plus particulièrement à une mire d'étalonnage visuelle telle que celle utilisée dans la variante de la figure 6, on observe que si la pente de la courbe réelle de la figure 7 est égale à 45 , le contraste d'un élément de la première partie PA de la mire n'est pas perçu par l'oeil humain tandis que le contraste de l'élément correspondants de la seconde partie PB est perçu. Lorsque la pente de la courbe réelle est largement supérieure à 45 , les deux contrastes de deux éléments correspondants de la première partie PA et de la deuxième partie PB de la mire peuvent être perçus. Par contre, lorsque la pente de la courbe réelle est largement inférieure à 45 , aucun des contrastes de deux éléments correspondants ne de la première partie PA et de la deuxième partie PB de la mire ne peut être perçu. En conséquence, l'étalonnage du système d'affichage, c'est-à-dire l'étalonnage en l'espèce du moniteur mais aussi l'étalonnage de l'imprimante peut être contrôlée en observant les contrastes perçus des éléments des deux parties PA et PB. Si le contraste de l'un au moins des éléments de la première partie PA peut être perçu, ou si le contraste de l'un au moins de la deuxième partie PB ne peut pas être perçu, alors on peut conclure que le système d'affichage n'est pas étalonné. Si les contrastes de tous les éléments de la première partie PA ne peuvent pas être perçus, et si les contrastes de tous les éléments de la deuxième partie PB peuvent être perçus et si la fonction de transfert réelle du système d'affichage est supposée coïncider avec la fonction de transfert-cible en au moins un point, on peut conclure que le système d'affichage est étalonné. Si l'on ne sait pas que cette coïncidence de la fonction transfert réelle de la fonction de transfert-cible existe en un point, il est alors nécessaire d'effectuer une mesure directe d'étalonnage en un point, par exemple sur un niveau de noir, pour s'assure que le système est effectivement étalonné. On pourra par exemple effectuer une mesure directe de luminance ou de densité optique pour ce point particulier et comparer cette mesure à une référence d'étalonnage. Dans le cas o l'on utilise une mire d'étalonnage visuelle telle que celle illustrée sur les figures 3 et 4 c'est-à-dire pour laquelle les contrastes au niveau de chaque élément sont largement supérieurs au pas de discrétisation, l'étalonnage du système peut être contrôlé en observant les contrastes perçus des différents éléments. Si les contrastes perçus des différents éléments ne sont pas constants et changent d'un élément à un autre, on peut alors en conclure que le système d'affichage n'est pas étalonné. Si le contraste de tous les éléments est constant, et si la fonction de transfert réel du système d'affichage est supposé coïncider avec la fonction de transfert-cible en au moins deux points, on peut en conclure que le système est étalonné. Si l'on est pas certain que cette fonction de transfert réelle coïncide en deux points avec la fonction de transfert-cible, il est alors nécessaire d'effectuer deux mesures directes d'étalonnage pour arriver à la conclusion d'un étalonnage correct. On suppose maintenant dans une deuxxième application de l'invention que le système d'affichage SAF est composé du moniteur MN et de l'imprimante IMP connectés ensemble au système d'imagerie médicale DR. On élabore alors les différents éléments de la mire MRC, notamment les contrastes et les valeurs minimale et maximale des niveaux de gris, en fonction des caractéristiques de l'imprimante et en particulier de son pas de discrétisation. il Ceci étant, on utilise la fonction de transfert-cible inversée du moniteur pour définir l'image numérique d'étalonnage IMC à partir de la mire MRC. REVENDICATIONS 1. Procédé de contrôle de l'étalonnage d'un système d'affichage, caractérisé par le fait qu'on élabore une mire visuelle d'étalonnage (MRC) destinée à être affichée sur un moyen d'affichage dudit système et observée par l'oeil humain, cette mire comprenant au moins une première partie (PA) formée de plusieurs régions distinctes (ELi) comportant chacune une première zone (Zi0) ayant un premier niveau lumineux et une deuxième zone (Zil) ayant un deuxième niveau lumineux, tous les niveaux lumineux étant différents les uns des autres et la différence entre les deux niveaux des deux zones d'une région étant prédéterminée et identique pour toutes les régions, on détermine une fonction de transfert globale à partir d'une première fonction de transfert prédéfinie du système d'affichage étalonné et d'une deuxième fonction de transfert prédéfinie d'un modèle mathématique du système visuel humain (OL), on détermine à partir de ladite mire visuelle d'étalonnage et de l'inverse de ladite fonction de transfert globale une image numérique d'étalonnage (IMC) correspondant à ladite mire d'étalonnage, on délivre ladite image numérique d'étalonnage en entrée du système d'affichage et on affiche sur ledit moyen d'affichage l'image résultante ainsi obtenue (IRL), et on contrôle l'étalonnage du système d'affichage en visualisant ladite image résultante. 2. Procédé de contrôle de l'étalonnage d'une imprimante formant avec un moyen d'affichage, par exemple un moniteur (MN), un système d'affichage connecté à des moyens de traitement commun, dans lequel on élabore une mire visuelle d'étalonnage (MRC) destinée à être affichée sur le moyen d'affichage (MN) et sur l'imprimante (IMP) et observée par l'oeil humain, cette mire comprenant au moins une première partie (PA) formée de plusieurs régions distinctes comportant chacune une première zone ayant un premier niveau lumineux et une deuxième zone ayant un deuxième niveau lumineux, tous les niveaux lumineux étant différents les uns des autres et la différence entre les deux niveaux des deux zones d'une région étant prédéterminée et identique pour toutes les régions, on détermine une fonction de transfert globale à partir d'une première fonction de transfert prédéfinie du moniteur étalonné et d'une deuxième fonction de transfert prédéfinie d'un modèle mathématique du système visuel humain, on détermine à partir de ladite mire visuelle d'étalonnage et de l'inverse de ladite fonction de transfert globale une image numérique d'étalonnage (IMC) correspondant à ladite mire d'étalonnage, on délivre ladite image numérique d'étalonnage en entrée du système d'affichage et on fait imprimer l'image résultante ainsi obtenue par l'imprimante (IMP), et on contrôle l'étalonnage de l'imprimante en visualisant ladite image résultante. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, le pas de discrétisation du système d'affichage étant inférieur au seuil de détection visuel de contraste de l'oeil humain (SPR), on élabore une mire visuelle d'étalonnage dont la première partie (PA) est associée à une première différence constante de niveau lumineux inférieure audit seuil de détection visuel, et comprenant en outre une deuxième partie (PB), structurellement analogue à la première partie et associée à une deuxième différence constante de niveau visuel supérieure audit seuil de détection visuel. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que, le pas de discrétisation du système d'affichage étant supérieur au seuil de détection visuel de contraste de l'oeil humain (SPR), on élabore une mire visuelle d'étalonnage ne comprenant que ladite première partie, et par le fait que la différence constante de niveau visuel est largement supérieure audit pas de discrétisation, par exemple égale à 3 ou 4 fois ce pas.