Brevet FR2800196A1 — publié le 20010427

L'invention a trait à un procédé de prise de vues et à une méthode de réalisation d'un film vidéo sur au moins un animal de faible taille. Des essais de réalisation de films documentaires sur les animaux de taille microscopique, ont été effectués avec un microscope à vide pratiquement total, tel que connu de US-A- ,212,383. Le travail en mode "vide pratiquement total" ou "haut vide" permet d'obtenir un signal vidéo de type "télévi- sion" qui, bien que de qualité moyenne, peut être exploité. Cependant, un microscope travaillant à haut vide permet uniquement l'observation d'échantillons non fragiles qui n'éclatent pas et ne se dessèchent pas trop vite au vide considéré. Dans le domaine animal, des tiques ou des puces peuvent être observées car elles sont pourvues d'une cuticule ou carapace les protégeant partiellement des conditions d'exposition. Au contraire, d'autres animaux tels que les acariens et les poux se déforment et se dessèchent sous un vide trop poussé, de telle sorte qu'ils ne peuvent être observés qu'après avoir été revêtus d'une couche de métallisa- tion, ce qui induit nécessairement l'observation d'animaux morts. Le vide pratiquement total induit également une mort rapide des animaux à cuticule. Or, il est important sur le plan scientifique et documentaire de pouvoir observer le comportement d'animaux vivants. Il existe des microscopes à vide partiel dits microscopes "environnementaux" qui permettent l'observation d'échantillons de faible taille, avec la possibilité de faire varier la pression de quelques torrs et ainsi de conserver un échantil- lon dans une chambre avec de l'air qui peut être maintenu à une température variable et à une pression relativement élevée, notamment en comparaison aux microscopes à haut vide. Un tel microscope est commercialisé par la société PHILIPS OPTIQUE ELECTRONIQUE sous la dénomination ESEM. Si un tel matériel est adapté à l'observation d'objets inanimés, il ne permet pas la réalisation de films vidéo car le signal émis en mode "télévision" est brouillé par les interférences entre le faisceau d'électrons et les molécules de gaz présentes dans l'enceinte. En mode de scannérisation, plus le balayage est lent, plus l'image est nette. Les vitesses de balayage utilisées en mode de scannérisation sont donc relativement faibles, de sorte qu'une ligne de balayage apparaît en permanence sur les images fournies par ce genre de microscope en mode de scannérisation. En outre, du fait du vide relatif créé, les animaux non protégés par une cuticule bougent lentement, ce qui n'est pas représentatif de leur comportement dans des conditions atmosphériques normales. C'est pourquoi, aucun procédé de prise de vues satisfaisant n'a jusqu'à présent pu être mis au point, en particulier dans une optique de vulgarisation pour laquelle la qualité des images obtenues est essentielle. C'est à ces problèmes qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau procédé de prise de vues qui permet l'observation d'animaux microscopiques vivants, avec des images de qualité suffisante pour permettre leur diffusion auprès d'un large public. Dans cet esprit, l'invention concerne un procédé de prises de vues par microscopie électronique au moyen d'un microscope à balayage de type environnemental, ce procédé comprenant les étapes consistant à: introduire au moins un échantillon à observer dans une enceinte du microscope; - ajuster la pression de gaz régnant dans ladite enceinte en fonction de la nature dudit échantillon; - enregistrer un signal vidéo obtenu par balayage électronique, ce signal étant représentatif d'une succession d'images formant une séquence et - accélérer, au cours d'une étape de post-traite- ment, le signal enregistré dans une proportion telle qu'une ligne de balayage présente sur les images n'est pas percepti- ble à l'oeil dans le signal accéléré. Grâce à l'étape d'accélération du signal, la qualité du signal vidéo peut être sensiblement améliorée du fait de la suppression de la ligne de balayage présente sur chaque image. Le procédé de l'invention permet également de rendre plus attractives les images obtenues dans la mesure o le mouvement des animaux observés, qui est généralement artificiellement lent du fait des conditions de vide partiel dans lequel ils évoluent, à l'air plus "réaliste" du fait de cette accéléra- tion. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, le procédé incorpore une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - Le coefficient d'accélération du signal est supérieur à 5, notamment compris entre 5 et 200. - Le coefficient d'accélération du signal est fonction de la nature de l'échantillon. En effet, une accélération plus ou moins importante peut être souhaitable en fonction de la réaction de l'échantillon observé au milieu dans lequel il évolue. Selon un mode de réalisation de l'invention, l'accéléra- tion est obtenue par sélection de trames d'image parmi une série de trames, chaque image du signal accéléré étant composée d'une trame impaire et d'une trame paire sélection- nées. Selon une variante de réalisation de l'invention, l'accélération est obtenue par sélection, notamment à intervalles réguliers, d'images parmi une série d'images successives. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le procédé comprend des étapes supplémentaires de débruitage et de colorisation du signal accéléré. Ces étapes permettent d'améliorer la qualité visuelle et l'effet de relief de la séquence filmée. L'invention est applicable à la prise de vues de diffé- rents phénomènes physiques dans lesquels se produit une évolution visible et peut être utilisée dans de nombreux domaines, notamment dans celui des sciences des matériaux et dans celui de l'observation des végétaux. L'invention trouve une application particulière pour une méthode de réalisation d'un film vidéo sur au moins un animal de faible taille, notamment microscopique, une telle méthode permettant d'acquérir et de divulguer largement les connaissances scientifiques au sujet de tels animaux, généralement mal connus. Selon un aspect avantageux de l'invention, cette méthode consiste à maintenir l'animal à une température relativement faible, comprise entre 3 et à 10 C, au cours des prises de vues. Cette température relativement basse permet d'augmenter la durée de vie des animaux observés dans le milieu considéré. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, la méthode consiste à réaliser un vide compris entre 400 et 900 pascals dans l'enceinte du microscope. Cette valeur de vide relatif permet une survie de plusieurs minutes des animaux observés, en particulier du fait de l'humidité relative qui est conservée. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de deux modes de réalisation d'un procédé de prise de vues appliqué à une méthode de réalisation d'un film vidéo animalier conforme à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: - La figure 1 est une représentation schématique de principe d'une installation permettant de mettre en oeuvre un premier procédé conforme à l'invention; - La figure 2 est une représentation schématique des images obtenues avec l'installation de la figure 1; - La figure 3 est un schéma bloc du procédé de l'invention et - La figure 4 est une représentation analogue à la figure 2 pour un second procédé conforme à l'invention. L'installation représentée à la figure 1 comprend un microscope à balayage électronique 1 de type environnemental, c'est-à-dire permettant l'observation d'un échantillon 2 situé dans une chambre ou enceinte 3 dans laquelle règne un vide partiel. Le microscope 1 comprend un canon à électrons 4 et des lentilles électromagnétiques 5. Il est associé à une unité 6 d'enregistrement des images transmises par les lentilles 5 sur un support magnétique tel qu'une bande vidéo. L'enceinte 3 est reliée à une pompe 7 par un jeu de vannes 8, les éléments 7 et 8 visibles à la figure 1 représen- tant plusieurs systèmes associés à la enceinte 3. Le microscope 1 peut être du type commercialisé par la société PHILIPS OPTIQUE ELECTRONIQUE sous la référence ESEM et permet l'observation d'un échantillon 2 grâce à un bombardement électronique de cet échantillon, un détecteur étant prévu en un emplacement approprié pour coopérer avec le canon à électrons 4. La tension d'accélération du microscope est choisie relativement élevée, de l'ordre de 15 kV pour une prise de vues sur des acariens, afin d'obtenir une image de qualité. La taille du spot est réglée pour que l'image soit nette et le moins possible bruitée. A fort grossissement, la taille du spot est diminuée afin de visualiser, autant que faire se peut, les détails et d'améliorer la netteté de l'image. Le contraste et la brillance sont ajustés pour régler les niveaux de gris et la brillance de l'image. La distance de travail, c'est-à-dire la distance entre l'échantillon et le détecteur est choisie de l'ordre de 10 mm, ce qui permet,en particulier, de faire tourner ou de pencher l'échantillon pour visualiser un animal de face, sans déréglage de la focalisa- tion de l'appareil ou sortie de l'animal de la fenêtre de prise de vues. Les mouvements précités permettent de simuler un mouvement de "travelling" du détecteur. Dans le cas d'une méthode de réalisation d'un film vidéo sur des acariens, on suppose qu'un acarien 101 a été localisé grâce au microscope 1 et que les images obtenues dans l'unité 6 sont centrées sur cet acarien. Le microscope est utilisé en mode avec balayage. Le signal S1 transmis par le microscope 1 à l'unité 6 est donc un signal formé d'une succession d'images Il, I2, 13... obtenues par scannérisation. Des images Il à Il sont représentées sur la figure 2. Le nombre N d'images de la séquence est important et l'on note Ii une image parmi les images Il à IN. La température de l'échantillon 2 dans l'enceinte 3 est maintenue à une valeur comprise entre 4 et 5 C avec une humidité maximum de l'ordre de 60%. La température relative- ment faible qui a été choisie permet également d'augmenter la durée de vie des animaux observés. Il est vrai qu'une température relativement élevée permettrait de simuler leur réaction. Cependant, une tempéra- ture relativement basse, en règle générale comprise entre 3 et 10 C, est préférée pour permettre une prise de vues sur un intervalle de temps suffisant, car une température élevée conduit à une mort rapide des animaux de l'échantillon. Le contrôle de la température de l'échantillon 2 est obtenu par une plaque de refroidissement 3a disposée dans l'enceinte 3, au contact de l'échantillon, cette plaque formant une cavité intérieure alimentée en fluide caloporteur à une température prédéterminée grâce à des canaux 3c et 3d. L'humidité est un facteur essentiel de survie des échantillons. En effet, la déshydratation est le principal facteur de mortalité des échantillons. Une humidité d'environ % peut être obtenue dans l'enceinte en respectant des conditions de pression et de température correspondant à l'équilibre de l'eau entre les phases aqueuse et gazeuse, à la pression de vapeur saturante. Pour des valeurs de pression comprises entre 1 et 10 torrs, une température de l'ordre de C est satisfaisante. Si cette température est augmentée de façon trop importante, notamment au-delà de 10 C, l'eau s'épavore et l'échantillon de déshydrate. Si on diminue la temperature dans l'enceinte, l'eau a tendance à se liquéfier ce qui correspond à une diminution de l'humidité relative dans l'enceinte sans désèchement excessif. Pour cette raison et en tenant compte du fait que le froid ralentit mais ne tue pas les échantillons, on choisit de travailler plutôt à basse température. En règle générale, pour l'observation d'acariens ou de poux, la valeur de la pression dans l'enceinte 3 est conservée dans une plage comprise entre 3 et 6,5 torrs (environ 400 à environ 865 pascals) ce qui donne des images relativement nettes avec une durée de vie suffisante des animaux. Pour l'observation d'un acarien de type acarus siro (acariens du fromage), la pression dans la enceinte 3 est réglée à environ 4,7 torrs (627 pascals) afin de prolonger la durée de vie de l'animal. Différents facteurs influent sur la durée de vie des animaux de l'échantillon. Tout d'abord, la tension d'accéléra- tion du microscope doit être la plus faible possible pour que le bombardement électronique des animaux soit faible. Pour la même raison, il est préférable de travailler avec une taille de spot relativement faible, ce qui correspond à un bombarde- ment localisé de l'échantillon, et de limiter les plans de détail car, à fort grossissement, on administre à la zone observée un grand nombre d'électrons. Cependant, une phase à fort grossissement ultra-rapide, peut être utilisée afin de stimuler une sur-exitation de l'échantillon. Un animal qui se sent agressé peut déclencher un comportement de protection, ce qui est notamment le cas de l'acarien oribate qui rentre ou sort de sa coquille après une telle stimulation. La pression doit être la plus élevée possible car le vide gêne le plus souvent le mouvement des échantillons. Le microscope 1 est utilisé en mode "scan" avec une vitesse de balayage de 0,84 milliseconde par ligne, le nombre de lignes étant de 488 lignes par images. Ainsi, la durée de prise de vues totale d'une image est d'environ 400 millisecon- des, ce qui correspond à environ 2,5 images par seconde. A la figure 2, les valeurs de 400, 800,... indiquées correspondent à la durée en millisecondes écoulée depuis le début d'une prise de vues à un instant 0. Chaque image Ii est traversée par une ligne de balayage L qui, compte tenu de la durée de prise de vues de chaque image, est visible lorsqu'on visionne une succession d'images Ii correspondant à une séquence, à une vitesse de 2,5 images par seconde. Comme il ressort plus particulièrement de la figure 3, le procédé de l'invention consiste, dans une première étape 110 à introduire l'échantillon 2 dans l'enceinte 3, puis dans une seconde étape 120 à abaisser la pression dans l'enceinte 3 à une valeur adéquate tout en contrôlant la température de l'échantillon 2 dans cette enceinte. Il est ensuite procédé, dans l'étape 130, à l'acquisition des images Ii grâce au microscope 1. Les images acquises dans l'unité 6 sont alors transmises à une station de post-traitement 10 dans laquelle il est procédé à une accélération du signal S1 en sélectionnant une image Ii toutes les 12 images, les images I'i sélectionnées étant représentées avec un double cadre à la figure 2. Dans l'exemple représenté, l'image Il est sélectionnée comme image 1 alors que l'image I13 est sélectionnée comme image I'2. On note I'j les images sélectionnées. Les images I'j sont sélectionnées à l'étape 140 du procédé avec un écart de 4,8 secondes environ correspondant à 12 fois 400 millisecondes. Ces images I'j sont ensuite juxtaposées pour former un signal accéléré S2 comme représenté à l'étape 150 à la figure 3. L'accélération du signal S1 en signal S2 permet également de détecter plus facilement un mouvement de l'acarien 101. On suppose que l'acarien 101 bouge une patte 102 visible sur la droite des figures Il. Compte tenu de l'environnement hostile dans lequel évolue l'acarien 101, le mouvement de sa patte 102 se produit à très faible vitesse, ce qui rend peu attrayante l'observation d'un tel phénomène à vitesse normale. L'accélé- ration du signal S1 en signal S2 permet de visualiser un mouvement de la patte 102 à une vitesse beaucoup plus importante qui peut être considérée comme plus représentative du comportement de l'acarien 101 dans une atmosphère normale et, à ce titre, plus "réaliste". Le mouvement de la patte 102 est visible au niveau du signal S2 à la figure 2. L'accélération du signal S, en signal S2 permet également de supprimer la perception qu'a l'utilisateur des lignes de balayage L car les images I'j sont juxtaposées dans le signal S2, de telle sorte qu'elles se succèdent à une fréquence d'environ 25 hertz, la ligne de balayage apparaissant sur chaque image I', pour une durée d'environ 40 millisecondes inférieure à la durée minimale de perception rétinienne. Selon une caractéristique optionnelle du procédé de l'invention, le signal S2 obtenu lors de l'étape 150 peut être encore accéléré, dans une étape ultérieure 160, en un signal S3, cette seconde accélération étant effectuée pour rendre plus attractive la séquence S2 reconstituée, notamment afin que le déplacement d'une patte 102 ne s'effectue pas sur une durée trop longue. Lorsqu'une vitesse de défilement satisfaisante des images I'l a été obtenue, il est procédé à une étape de débruitage dans laquelle les images sont "lissées" selon une technique connue afin de les rendre plus nettes en supprimant le bruit du signal. Une étape ultérieure de colorisation 180 permet d'accentuer les effets de relief sur les images du signal S2 ou S3, le signal obtenu pouvant alors être transféré sur un support magnétique, tel qu'une cassette vidéo 11, afin d'être commercialisé, comme matériel éducatif ou de vulgarisa- tion scientifique, ou proposé à une chaîne de télévision pour intégration dans l'un de ses programmes. Le coefficient d'accélération utilisé entre les signaux S1 et S2 ou S1 et S3 est variable et dépend en particulier de la nature des animaux observés, une accélération plus ou moins importante pouvant être choisie afin de rendre plus "vivante" une séquence observée. En pratique, un coefficient d'accéléra- tion supérieur à 5 permet de supprimer la perception des lignes de balayage, ce coefficient pouvant être porté jusqu'à , voire plus, pour accélérer la séquence afin de compenser les effets du vide relatif sur l'animal observe. Bien entendu, certains animaux réagissent plus rapidement dans certains milieux et le coefficient d'accélération entre les signaux S2 et S3 peut être adapté en fonction de chaque animal observe. Dans le second mode de réalisation du procédé de l'invention représenté à la figure 4, on tire parti de ce que chaque image Ii est composée d'une trame impaire T1 et d'une trame paire T2. On considère une séquence formée de vingt images Il à I20, soit 40 trames IT1, I1T2, I2Tz. . I20T2 comportant chacune une ligne de balayage L. Dans le cas o l'on souhaite doubler la vitesse du signal S1, la construction des images I'j du signal accéléré S2 peut être effectuée en ne retenant que les trames impaires Tl des images Ii, ce qui est représenté par le signal S'2 à la figure 4. Chaque image I'j du signal S'2 est formé de deux trames sélectionnées comme indiqué ci-dessus formant alternativement les trames impaires T'l et paires T'2 des images I'j. La trame impaire T'1 de la première image I'l du signal S2 est la trame impaire de l'image Il alors que la trame paire de l'image I'l est la trame impaire de l'image I2 et ainsi de suite. Ce signal S'2 peut ensuite être accéléré dans une étape 160 analogue à celle envisagée en référence au premier mode de réalisation. Lorsqu'une accélération avec un coefficient 5 est envisagée, et en considérant que la première trame sélection- née pour l'image I'l, est la trame IlTI, alors la trame paire de l'image I' est la trame I3T2. La trame impaire de l'image I' 2 est I6T, alors que la trame paire de l'image I'2 est IT2 etc. .. On obtient ainsi un signal accéléré S''2 dont les images I'j sont formées des trames paires et impaires sélec- tionnées, ce signal S''2 pouvant éventuellement être soumis à une accélération supplémentaire comme indiquée précédemment à l'étape 160. Lorsqu'une accélération avec un coefficient 12 est recherchée et en considérant que la première trame ou trame impaire sélectionnée pour l'image I'l est la trame ITl, la seconde trame ou trame paire sélectionnée pour I'l est la trame I7T1. En répétant régulièrement cette opération on forme un signal S'''2 pouvant éventuellement être accéléré comme indiqué en 160 ci-dessus. La visualisation des signaux S'2, S''2 ou S'''2 a une vitesse de 25 images par secondes permet de rendre impercepti- bles à l'oeil les lignes de balayage L. Les signaux S'21 S''2 et S'''2 peuvent également être soumis aux étapes de débruitage 170 et de colorisation 180 précédemment évoquées. Quel que soit le mode de réalisation envisagé, les étapes à 160 de constitution et des signaux accélérés S2, S'2, S''2, S' ''2 peuvent être réalisés avec un banc de montage vidéo qui est un produit bien connu des professionnels du domaine considéré. La vitesse de balayage utilisée est comprise entre 0,42 milliseconde par ligne et 6,72 milliseconde par ligne, les valeurs de 0,84 et 1,68 milliseconde par ligne étant préférées car elles permettent d'obtenir une image de qualité et peu saccadée par la post-production correspondant à l'accélération du signal. Exemples de mise en oeuvre Une colonie d'acarus siro a été observée pendant 180 secondes et la séquence obtenue a été accélérée avec un coefficient d'accélération de 12, ce qui donne une séquence de 15 secondes utilisables. Dans le cas de poux, et compte tenu de la lenteur des déplacements des animaux observés, une seconde accélération est nécessaire, cette fois avec un coefficient compris entre 2 et 12, de telle sorte qu'une séquence originale de 180 secondes est transformée en une séquence utilisable de durée comprise entre 1,25 et 7,5 secondes. Dans le cas de l'observation d'une colonie d'acariens varroas la plate forme de refroidissement 3a permet de limiter la vitesse de mouvement des animaux observés, alors qu'elle est utilisée, pour les autres espèces, principalement afin de limiter la déshydratation de l'échantillon. En effet, les acariens varroas sont relativement véloces et le mouvement filmé par un signal S1 correspondant doit être relativement lent afin d'être à vitesse "normale" une fois accéléré. REVENDICATIONS 1. Procédé de prise de vues au moyen d'un microscope à balayage (1) de type environnemental, ledit procédé comprenant les étapes consistant à: introduire (110) au moins un échantillon (2) à observer dans une enceinte (3) dudit microscope; - ajuster (120) la pression de gaz régnant dans ladite enceinte en fonction de la nature dudit échantillon; - enregistrer (130) un signal (SI) obtenu par balayage électronique, ledit signal étant représentatif d'une succession d'images (Ii) formant une séquence et accélérer, au cours d'une étape de post-traitement (140-160), ledit signal (SI) dans une proportion telle qu'une ligne de balayage (L) présente sur lesdites images (Ii, I'j) n'est pas perceptible à l'oeil dans le signal accéléré (S2, S', S''2, S''' 3) 2' t 2' t 3) 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le coefficient d'accélération dudit signal (SI, S2, S'2, S' '2 S' '' 2 S3) est supérieur à 5. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit coefficient d'accélération est compris entre 5 et 200. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le coefficient d'accélération dudit signal (SI, S2, S'2, S'', SI'''2, S3) est fonction de la nature dudit échantillon (2). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite accélération est obtenue par sélection de trames d'image (T'l, T'2) parmi une série de trames successives (IiTl, IiT2), chaque image du signal accéléré (S'2, S 2', S ' ' ' 2) étant composée d'une trame impaire (I1Tz, I3Tz, IsT,; ITl, I6T,, ITl; IT,, IT13l...) et d'une trame paire (I2T1, I4T1, I6Tl...; I3T2, IT2, I 13T2..; I7Tl, I T,...) sélectionnées. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite accélération est obtenue par sélection, notamment à intervalles réguliers, d'images (I'j) parmi une série d'images successives (Ii). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape (170) de débruitage et une étape (180) de colorisation du signal accéléré (S2, S '2,SI2' S ' 2' S3). 8. Méthode de réalisation d'un film vidéo sur au moins un animal (101) de faible taille, notamment de taille microscopique, dans laquelle on utilise le procédé selon l'une des revendications précédentes. 9. Méthode selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle consiste à maintenir ledit animal (101) à une température comprise entre 3 et 10 C au cours des prises de vues. 10. Méthode selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisée en ce qu'elle consiste à réaliser un vide compris entre 400 et 900 pascals dans ladite enceinte (3) au cours des prises de vues.