Brevet FR2788150A1 — publié le 20000707

DISPOSITIF D'INTERCORRELATION D'UNE IMAGE La présente invention concerne un dispositif de traitement d'une image et plus particulièrement une rétine d'intercorrélation d'une image comprenant généralement une rétine artificielle, un système optique et un circuit électronique, auquel est généralement associé un programme informatique pour un traitement plus complet des informations transmises par la rétine artificielle, contenu dans un boîtier opaque. Ce type de dispositif peut trouver des applications diverses telles que, par exemple, la reconnaissance de billets de banques dans les automates, la reconnaissance d'une séquence d'un code génétique ou bien encore le positionnement d'une cible en temps réel. Dans le domaine du traitement de l'image, il est courant d'utiliser des capteurs linéaires ou des capteurs matriciels constitués de photorécepteurs disposés respectivement en ligne ou en matrice; on s'efforce alors d'obtenir des caractéristiques spatiales, temporelles et dynamiques les plus constantes possible. L'utilisation de tels capteurs linéaires ou matriciels nécessite que chaque photorécepteur, contenu dans un capteur linéaire ou matriciel, ait les mêmes caractéristiques géométriques, le plus souvent de forme géométrique simple disposé de façon régulière, réagisse avec les mêmes constantes de temps et ait la même sensibilité; une telle homogénéité permet éventuellement d'assurer l'obtention d'un signal constant, lorsque le capteur perçoit une image uniforme; inversement, lorsque le capteur reçoit une image particulière, il est possible de l'analyser en relevant une à une les tensions fournies par chaque photorécepteur. On sait que pour réaliser une intercorrélation d'une image avec ce type de capteurs linéaires ou matriciels, il est nécessaire de déterminer le degré de corrélation C,. de deux images I et I' de taille identique (N lignes, N colonnes) décalées l'une par rapport l'autre de i0 lignes et j0 colonnes; le degré de corrélation est donné par la formule: - 2 - N-I N-I Cr,,(io, jo) = N2 I(i, j).I'(i + io, j + Jo) N i=o j=o Appliqué au cas d'une image dont la résolution est de 256x256 pixels, il faut alors effectuer un nombre considérable d'opérations qui nécessitent des moyens de traitement de l'information puissants, puisqu'il est nécessaire de traiter les informations fournies par 256x256 photorécepteurs, tel qu'un circuit électronique couplé à un programme informatique impliquant un temps de traitement important et excluant de ce fait toutes les applications en temps réel. A cet égard, on a cherché un dispositif d'intercorrélation apte à traiter une image ou une signature quelconque en temps réel tout en satisfaisant à des contraintes de temps, d'encombrement et de coût; naturellement ce dispositif peut être facilement adaptable à tous les types d'appareil connus. L'un des buts de l'invention est de procurer un dispositif d'intercorrélation d'une image susceptible de traiter les informations en temps réel. A cet effet et conformément à l'invention il est proposé un dispositif d'intercorrélation d'une image composé essentiellement d'une rétine artificielle, d'un système optique et d'un circuit électronique, contenu dans un boîtier aux parois opaques de forme sensiblement cylindrique; ce dispositif est remarquable en ce que la rétine artificielle est constituée d'un unique photorécepteur sur la face sensible duquel est positionné un masque ou image de référence pour masquer au moins partiellement, ledit photorécepteur de telle sorte que le courant débité par ledit photorécepteur correspond au taux d'intercorrélation de l'image observée et dudit masque. Selon une caractéristique essentielle du dispositif selon l'invention, le photorécepteur utilisé est un composant électronique réalisé en technologie CMOS (Complemantary Metal Oxyde Semiconductor). Selon une autre caractéristique essentielle du - 3 - dispositif selon l'invention, le masque est une image gravée par métallisation sur le substrat, en silicium, du composant réalisé en technologie CMOS. Selon une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, le masque est un ensemble linéaire ou matriciel de pixels, ou photosites, distincts sur le substrat en silicium du photorécepteur, une unité logique de mémorisation étant associée à chaque photosite pour s'affranchir d'une gravure définitive sur le10 photorécepteur. D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre, de plusieurs variantes d'exécution, données à titre d'exemples non limitatifs, du dispositif conforme à l'invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue de dessous du dispositif d'intercorrélation suivant l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe dans un plan vertical de symétrie du dispositif d'intercorrélation de la figure 1, - la figure 3 est une vue en coupe dans un plan vertical de symétrie du dispositif d'inter corrélation suivant la figure 1 en configuration d'asservissement de position,25 - la figure 4 est une vue de dessous du filtre suivant l'invention en configuration d'asservissement de position, - la figure 5 est une vue schématique en perspective du dispositif d'intercorrélation selon l'invention, - la figure 6 est un schéma partiel d'une variante d'exécution de l'image de référence du photorécepteur suivant l'invention, - la figure 7 représente schématiquement le fonctionnement du dispositif d'intercorrélation appliqué à la reconnaissance de billets de banque dans un automate. Le dispositif d'intercorrélation suivant l'invention qui est représenté sur les figures 1 à 6 comprend une rétine artificielle 1 fixée, au moyen d'une colle par -- 4 -- exemple, sur la face interne de la paroi supérieure 2 du boîtier 3 de forme globalement cylindrique et réalisé en matériau opaque. Le boîtier 3 comporte sur la face interne de sa partie inférieure une zone symétrique filetée 4 supportant une pièce annulaire 5, par exemple métallique, munie sur sa face interne d'une gorge annulaire 6 dans laquelle est positionnée une lentille convergente 7 qui permet de focaliser l'image de la source sur la rétine artificielle 1 et assurer ainsi la netteté de la prise de vue. Le boîtier 3 comporte, par ailleurs, sur sa paroi cylindrique deux orifices 8 pour le passage des broches d'alimentation 9 de la rétine artificielle 1. La rétine artificielle 1 est constituée d'un photorécepteur 10 comportant sur sa face sensible une image de référence ou masque 11. Le masque 11 est gravée sur la face sensible du photorécepteur 10 par métallisation du substrat photosensible selon une technique de gravure bien connue dans le domaine des circuits imprimés, en technologie CMOS (complementary Metal Oxyde Semiconductor). Les dimensions du photorécepteur 10 ainsi que les dimensions du masque 11 sont de l'ordre de quelques dixièmes de millimètre carré. A titre d'exemple ledit masque 11 pourrait être l'image d'un objet recherché, la transformée de Fourier d'un objet recherché ou bien l'image d'une signature à identifier telle qu'un code barre ou bien encore une séquence codée, etc.... Selon une variante particulièrement avantageuse pour reconnaître un objet en s'affranchissant de la position dudit objet, le boîtier 3 comporte sur la face interne de son extrémité inférieure une deuxième zone filetée 12 supportant une pièce annulaire 13, par exemple métallique, munie sur sa face interne d'une gorge annulaire 14 dans laquelle est positionné un filtre optique 15 bien connu de l'homme du métier et constitué d'une surface plane perforée de plusieurs milliers de trous 16, dont le diamètre est de l'ordre du dixième millimètre, formant un réseau aléatoire sur la dite surface plane et permettant d'obtenir la transformée de Fourier de l'objet observé. - 5 - Il va de soi que le masque 11, qui est alors gravée sur la face sensible du récepteur 10, est la transformée de Fourier de l'objet recherché. On expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif d'intercorrélation suivant l'invention. Dans le schéma de principe illustré sur la figure 5, la rétine artificielle 1 est composée d'un unique photorécepteur 10 comprenant sur sa face sensible un masque 11. Le dit photorécepteur 10 est constitué d'un substrat 17 en silicium que l'on a dopé avec des moyens optoélectroniques connus par l'homme du métier pour donner audit substrat 17 les caractéristiques d'une photodiode. D'une manière générale, une telle photodiode transforme la lumière en courant électrique appelé photocourant, de très faible intensité, qui est proportionnel à l'éclairement de la dite photodiode ou photorécepteur 10. L'image observée 18 est tout d'abord focalisée, au moyen d'une lentille convergente 7, sur la face sensible du photorécepteur 10 sur laquelle on a préalablement gravé un masque 11. Le courant de faible intensité, de l'ordre du microampère, débité par le photorécepteur 10 correspond, par définition, à la quantité de lumière présente dans le caisson de diffusion 19, à l'intérieur du substrat 17 du photorécepteur 10, et ce courant correspond également au taux d'intercorrélation de l'image observée 18 avec le masque 11. On comprend facilement que le courant débité par le photorécepteur 10 atteint sa valeur optimale au moment o l'image observée 18 coïncide précisément avec le masque 11 gravé sur la face sensible dudit photorécepteur 10, ce qui correspond par définition à une autocorrélation. Afin de rendre les mesures exploitables, le courant débité par le photorécepteur 10 passe par une résistance 20, de préférence de plusieurs mégohms en raison de la très faible intensité du courant, dont la tension aux bornes est de ce fait proportionnelle au taux d'intercorrélation recherché. Ainsi, pour mesurer le taux d'intercorrélation, - 6 - suffit il de mesurer la tension aux bornes de ladite résistance 20 à l'aide, par exemple, d'un simple voltmètre, non représenté sur les figures. La résistance 20 est, par ailleurs montée en série avec un générateur de tension 21 qui alimente le photorécepteur 10 qui, dans l'invention, fonctionne en générateur de courant comme il a été déjà dit précédemment. Le dispositif que l'on vient de décrire, particulièrement remarquable par sa simplicité, est toutefois limité à la reconnaissance d'un objet particulier, du fait du caractère définitif de la gravure en technologie CMOS du masque 11 sur la face sensible du photorécepteur 10. Afin de palier cet inconvénient et selon une variante particulièrement avantageuse de l'invention, le dispositif d'intercorrélation comprend maintenant un dispositif de mémorisation d'une image, partiellement représenté sur la figure 6, incorporé au photorécepteur 10 permettant de s'affranchir d'une gravure définitive comme décrit précédemment. Le dispositif de mémorisation prévoit d'organiser la surface sensible du photorécepteur 10 sous la forme d'une ligne ou d'une matrice de pixels ou de photosites 22; chacun de ces photosites 22 est associé à une unité logique 23 qui comprend une cellule mémoire 24 et un interrupteur 25, les cellules mémoire 24 ayant comme principale fonction la mémorisation de l'état des interrupteurs 25. On expliquera maintenant le fonctionnement du dispositif de mémorisation selon cette variante de l'invention, en référence à la figure 6. Dans un premier temps, une impulsion de mémorisation, schématiquement représentée par la flèche 26, est appliquée à l'ensemble des unités logiques 23 dont seulement deux ont été représentées sur la figure 6 dans un souci de clarté. Selon une première hypothèse si, à l'instant de l'impulsion de mémorisation, le flux lumineux, schématiquement représenté par la flèche 27, reçu par le photosite 22 est inférieur à -7- un seuil donné, l'interrupteur 25 de l'unité logique 23 est en position ouverte et le photosite 22 est alors isolé du reste de la matrice ou de la ligne, et ceci correspond bien sûr à une partie masquée de l'image. Selon une seconde hypothèse si, à l'instant de l'impulsion de mémorisation, le flux lumineux, schématiquement représenté par la flèche 27, reçu par le photosite 22 est supérieur à un seuil donné, l'interrupteur 25 de l'unité logique 23 passe en position fermée et le photosite 22 est alors relié à la sortie commune, schématiquement représentée par la flèche 28, de la matrice ou de la ligne, ceci correspond alors à une partie non masquée de l'image. Il est bien évident que lesdits seuils dont dépend l'état des interrupteurs 25 sont déterminés par le contraste de l'image correspondant au masque 11 que l'on désire positionner sur la face sensible du photorécepteur 10. En référence à la figure 7, on décrira maintenant à titre d'exemple d'application, non limitatif de l'invention, un appareil de reconnaissance de billets de banque utilisant le dispositif de l'invention. Le dispositif d'intercorrélation conformément à l'invention, dont le masque 11 représente le billet à contrôler, est placé à la verticale d'une pile de billets à contrôler 29. Le courant débité par le photorécepteur 10 alimente une résistance de charge 30 dont la tension aux bornes est comparée avec la tension aux bornes d'un potentiomètre de seuil 31 grâce à un comparateur à seuil 32. L'appareil de reconnaissance de billets comprend, par ailleurs, un contacteur 33 représenté en pointillé sur la figure 7, qui est maintenu en position fermée, au moyen d'un bras 34 et d'un ressort 35, lorsque la came d'entraînement 36, en caoutchouc, en rotation continue sur son axe fixe dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, n'est plus en contact avec la pile de billets à contrôler 29. La came d'entraînement 36 permet en outre de déplacer le billet contrôlé vers la pile de billets acceptés 37 comme l'indique la flèche 38 de la figure 7. Si la tension de - 8 charge mesurée est inférieure à un niveau prédéterminé, indiquant ainsi que le billet contrôlé est différent du billet gravé sur la face sensible du photorécepteur 10 d'une part, et que le contacteur 33 est en position fermée d'autre part, alors un dispositif d'alerte ou de signalisation 39 est activé. Par contre, si la tension de charge mesurée atteint ledit niveau prédéterminé, indiquant ainsi que le billet contrôlé est identique au billet gravé sur la face sensible du photorécepteur 10, ou bien si le 0contacteur 33 est en position ouverte, alors ledit dispositif d'alerte ou de signalisation 39 n'est pas activé Enfin, il va de soi que le dispositif d'intercorrélation selon l'invention peut être notamment adapté à tous les types d'automates de reconnaissance de5 billets de banque ou analogues et que les exemples que l'on vient de donner ne sont que des illustrations particulières en aucun cas limitatives des domaines d'application de l'invention. - 9 - REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'intercorrélation d'une image composé essentiellement d'une rétine artificielle (1), d'un système optique et d'un circuit électronique caractérisé en ce que la rétine artificielle (1) est constituée d'un unique photorécepteur (10) sur la face sensible duquel est positionné un masque (11) ou image de référence pour masquer au moins partiellement ledit photorécepteur (10) de telle sorte que le courant débité par ledit photorécepteur (10) correspond au taux d'intercorrélation de l'image observée et du masque (11). 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le photorécepteur (10) utilisé est un composant électronique réalisé en technologie CMOS (Complemantary Metal Oxyde Semiconductor). 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le masque (11) est une image gravée par métallisation sur le substrat (17), en silicium, du composant réalisé en technologie CMOS. 4 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le masque (11) est un ensemble linéaire ou matriciel de photosites (22) distincts sur le substrat(17) en silicium du photorécepteur (10), une unité logique de mémorisation (23) étant associée à chaque photosite (22). 5 - Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque unité logique de mémorisation (23) est constituée d'un interrupteur (25) et d'une unité mémoire (24) relié à un photosite (22). 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que l'image positionnée sur la face supérieure du photorécepteur (10) et qui constitue le masque (11) est l'image d'un objet recherché, l'image d'une signature ou bien la transformée de Fourier de cet objet ou de cette signature (18). 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le système optique est constitué par une lentille convergente (7). - 10 - 8 - Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que, dans le cas ou l'objet recherché est la transformée de Fourier dudit objet, le système optique est constitué par une lentille convergente (7) et un5 filtre (15) perforé de plusieurs milliers de trous (16), de l'ordre du dixième de millimètre, formant un réseau aléatoire. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que ledit circuit électronique est composé d'un générateur de tension (21) et d'une résistance (20) montés en série avec ledit photorécepteur (10). 10 Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le taux d'intercorrélation de l'image d'un objet ou d'une signature à identifier est proportionnel à la tension prélevée aux bornes de la résistance (20) alimentée par le courant débité par ledit photorécepteur (10).