Brevet FR2866129A1 — publié le 20050812

- 1 - La présente invention concerne un dispositif permettant une prise de vue calibrée de la surface de sujets à l'aide d'un appareil photographique. La prise de vue calibrée se fait traditionnellement à l'aide d'un support physique reliant rigidement l'appareil photographique à un dispositif de maintien du sujet. Un tel système est étalonné en effectuant des prises de vues photographiques d'une mire constituée par un objet de dimensions connues et la rigidité du lien entre l'appareil photographique et le sujet photographié permet de déduire en partie les dimensions du sujet étudié. Afin d'éviter la perte de l'étalonnage un tel système comporte parfois la pose systématique d'une mire sur la surface du sujet lors de chaque prise de vue. Un inconvénient de ce système est la contrainte de devoir maintenir en connexion rigide l'appareil photographique et le sujet à étudier à l'aide d'un système qui peut se révéler difficile à mettre en place en fonction de la forme et de l'aspect déformable du sujet. Un tel système, nommé VISIA, est proposé par la société CANFIELD IMAGING SYSTEMS, 253 Paissaic Avenue, NJ 07004-2524 Fairfield, USA pour tenir en position la tête de sujets à l'aide de butées maintenant le front et le menton dans le but de prendre des prises de vue calibrées du visage en vue de suivre l'évolution du derme. Une prise de vue photographique peut également être réalisée sans système de maintien physique. Dans ce cas, l'utilisation d'une mire permet un certain niveau d'étalonnage de la prise de vue a posteriori. Un tel système, constitué d'un simple rectangle représentant un damier rouge et blanc apposé à côté du sujet, nommé NEVUSCAN, est proposé par la société ROMEDIX Medical Imaging Systems, 10 Plaut Street, Rehovot, ISRAEL pour le suivi de cancers cutanés. Ce - 2 - système ne permet pas d'acquérir une vue calibrée, mais uniquement de mesurer après coup les dimensions approximatives des motifs sur la surface du sujet se trouvant à proximité du rectangle à damier. L'inconvénient de ce système est l'apparition de distorsions géométriques dans les images dues à des différences d'angle de prise de vue ainsi que le manque de reproductibilité de l'acquisition des images du à la différence de position et d'orientation de l'appareil photographique. La présente invention est un système de prise de vues sans support de maintien physique entre l'appareil photographique et le sujet et qui permet de résoudre le problème de repositionnement. Il comporte en effet un cadre rectangulaire de dimensions connues et dont le rapport des deux côtés est égal au rapport des côtés de la surface photographique. Ce cadre est apposé à la surface du sujet. L'intérieur du cadre est muni d'une fenêtre afin de rendre visible la surface du sujet à photographier. Cette fenêtre peut être constituée d'une surface transparente ou bien encore être totalement évidée. Une fois le cadre apposé, l'utilisateur prend soin d'aligner les bords du cadre avec les bords de l'image visible dans l'objectif de prise de vue. Une fois cet alignement effectué, le dispositif ainsi réalisé permet de garantir que l'appareil photographique se trouve à une distance fixe de la surface du sujet et que la direction de prise de vue est perpendiculaire à la surface photographiée, réduisant ainsi les distorsions géométriques. La distance entre l'appareil photographique et la surface du sujet se déduit des caractéristiques optiques de l'appareil photographique et des dimensions physiques du cadre. Selon une variante de la présente invention, l'appareil photographique est muni d'une focale variable et - 3 - dans ce cas l'utilisateur désirant assurer une prise de vue reproductible à l'aide de la présente invention prend soin de noter la focale utilisée. L'utilisateur de l'invention qui désire reproduire les conditions d'acquisition utilise la même focale pour une nouvelle prise de vue, ce qui, une fois que le dispositif selon l'invention est réalisé, repositionne l'appareil à la même distance de la surface du sujet que lors de la prise de vue précédente. Dans la présente invention, le cadre sera réalisé indifféremment en papier, carton, plastique, bois, métal ou toute autre matière permettant d'obtenir une surface relativement plane et de faible épaisseur. Il sera conseillé d'utiliser pour réaliser le cadre de la présente invention une matière relativement rigide si la surface à photographier est courbe. La matière du cadre pourra être souple si la surface à photographier est plane. Les dessins annexés illustrent la présente invention: La figure 1 représente la présente invention en vue de côté. La figure 2 représente la présente invention en vue de 20 dessus. La figure 3 représente la présente invention en perspective. La figure 4 représente une variante possible du cadre utilisé dans la présente invention. La figure 5 représente la vue photographique obtenue dans le 25 cas où l'alignement du dispositif selon l'invention n'est pas encore réalisé. 4 - La figure 6 représente la vue photographique obtenue dans le cas où l'alignement du dispositif selon l'invention est réalisé. La figure 7 représente la vue photographique obtenue dans le 5 cas de distorsions importantes de l'appareil photographique nommées aberration par l'homme de l'art. La figure 8 représente une seconde variante du cadre de la présente invention dans le cas où des courbes aloi, bcl, cdl, dal corrigée pour l'aberration sont représentées sur le cadre. En référence à ces dessins, le dispositif réalisé selon l'invention dispose d'un appareil photographique (1) muni d'un système optique (2), d'une surface photographique (3) de largeur L1 et de hauteur Hl et d'un système de visée (7) représentant l'image (6) du sujet. Le cadre (4) de largeur L2 et de hauteur H2 est posé sur la surface du sujet à photographier (5) qui n'est pas forcément parfaitement plane. Le cadre (4) est un rectangle à quatre sommets a, b, c, d et à quatre arêtes ab, bc, cd, da. Il est muni d'une fenêtre intérieure (46) qui laisse voir la surface du sujet (5). La surface du sujet peut comporter un ou plusieurs motifs (51) visibles au travers de la fenêtre (46). Pour la bonne réalisation de la présente invention, il est cependant important que les rapports hauteur sur largeur de la surface photographique (3) et du cadre (4) soient égaux entre eux, selon la formule Hl/L1=H2/L2. La distance D entre l'appareil photographique (1) et la surface à photographier (5) se déduit de la largeur L2 du cadre (4), des paramètres du système optique (2) et de la largeur LI du support photographique (3). Comme les paramètres du système optique (2) peuvent être très complexes en fonction des appareils - 5 - photographique, la distance D peut avantageusement être mesurée une fois pour toutes par étalonnage pour une taille de cadre et une focale données. Selon des modes particuliers de réalisation de la 5 présente invention: le cadre (4) pourra être muni de graduations (41). - les coins du cadre (4) pourront comporter chacun un repère de position (42). - des couleurs étalonnées (43) pourront être imprimées sur 10 le cadre (4) , sous la forme d'aplats de couleurs homogènes ou sous la forme d'un dégradé de couleurs. un code (44) représentant les dimensions du cadre (4) pourra être indiqué sur celui-ci, sous la forme d'un nombre, d'un code barre, d'une chaîne de caractères ou de tout autre sigle faisant référence à un gabarit correspondant à des dimensions répertoriées. - le cadre (4) pourra être muni de repères (45) permettant d'effectuer le centrage ou l'alignement du cadre sur un motif particulier (51) de la surface du sujet à photographier (5). Une variante particulièrement intéressante de la présente invention comprendra une partie adhésive sur la surface du cadre (4) en contact avec le sujet (5). La figure 5 représente l'image (6), finale ou formée dans le système de visée (7), obtenue alors que l'alignement du système n'est pas encore réalisé. Les sommets du champ de cette image (6) sont représentés par les lettres A, B, C, D et ses côtés par AB, BC, CD, DA. Dans cette image (6), le cadre (4) qui est physiquement un rectangle apparaît sous la forme d'un trapèze. L'alignement des deux côtés horizontaux ab et cd avec les bords respectifs AB et CD du champ garantit - 6 - la perpendicularité de l'axe de prise de vue V avec la surface photographiée (5) suivant l'axe vertical, ainsi que l'horizontalité de l'image (6) par rapport au cadre (4). De la même manière, l'alignement des côtés bc et da du cadre (4) avec respectivement les côtés BC et DA du bord de l'image (6) garantit la perpendicularité de l'axe de prise de vue V avec la surface photographiée (5) suivant l'axe horizontal ainsi que la verticalité de l'image (6) par rapport au cadre (4). La mise en concordance, suivant la figure 3 ou la figure 6, des sommets du cadre et de l'image a, b, c, d avec les sommets respectifs A,B,C,D de l'image permet donc au dispositif réalisé de garantir à la fois la perpendicularité de l'axe de prise de vue V avec la surface du sujet photographiée, la verticalité de l'image (6) par rapport au cadre (4) et la distance D entre la surface du sujet (5) et le centre du système optique (2), assurant ainsi le calibrage de la prise de vue. Dans une variante du dispositif suivant l'invention, l'appareil photographique est susceptible de présenter des distorsions sur le bord des images appelées aberration par l'homme de l'art. Cet effet se traduit par une courbure des bords ab, bc, cd, du cadre (4) dans l'image (6), qui peut être convexe dans le cas d'une aberration dite en barillet comme il est représenté dans la figure 7 ou qui peut être concave dans le cas d'une aberration dite en coussinet non représentée. L'aberration n'empêche pas le fonctionnement de la présente invention car il suffit d'aligner entre eux les sommets a sur A, b sur B, c sur C, d sur D, pour s'assurer des principales caractéristiques de l'invention. Dans une variante intéressante de la présente invention, représentée dans la figure 8, des courbes abl, bc1, cdl, dal, reliant les points a, b, c, d, et inverses de celle produite par la distorsion de l'appareil sont inscrites sur le cadre - 7 - (4), de telle façon que les courbes ab1, bcl, cdl, dal apparaissent sous la forme de segments rectilignes dans l'image (6), facilitant ainsi l'alignement du système. La forme géométrique des courbes ab1, bc1, cdl, dal, dépend du système optique de l'appareil mais elle peut être établie une fois pour toutes en fonction des caractéristiques de l'appareil photographique, de la focale et du gabarit du cadre (4) utilisé. Il sera avantageux pour obtenir un meilleur alignement du présent système d'utiliser le viseur d'un appareil photographique de type reflex ou bien encore d'utiliser la visualisation sur l'écran numérique d'un appareil photographique numérique. Suivant une variante de la présente invention, le dispositif est muni de surcroît de moyens de numérisation d'images, de mémorisation d'images et de moyens de calculs numériques. Ces moyens peuvent être réalisés à l'aide d'un appareil photographique numérique connecté à un ordinateur. Les moyens de calculs permettent d'analyser l'image du cadre (4) afin d'en extraire, automatiquement ou de manière assistée par l'utilisateur, différents paramètres permettant d'améliorer le calibrage du système: - si le cadre (4) est muni de graduations (41), les graduations (41) détectées semi-automatiquement par des algorithmes d'analyse d'images sont avantageusement utilisées pour mieux estimer les dimensions des motifs (51) de la surface du sujet (5). si les coins du cadre (4) sont munis de repères (42), le centre de ces repères est détecté semi-automatiquement par 30 des algorithmes d'analyse d'images et la position de ces points est ensuite avantageusement utilisée pour affiner l'estimation des paramètres géométriques de la prise de vue. si le cadre (4) est muni de couleurs étalonnées (43), il est avantageux de détecter et lire ces couleurs grâce aux moyens de calcul et de les interpréter pour estimer les paramètres d'éclairage. si un code (44) indiquant le gabarit ou les dimensions est inscrit sur le cadre (4), il est avantageux de détecter semi-automatiquement ce code afin de pouvoir calculer les paramètres géométriques de la prise de vue. si des courbes abl, bcl, cdl, dal adaptées à la distorsion attendue du système optique (2) sont représentées sur le cadre (4), il sera avantageux d'utiliser les défauts de rectitude des lignes abl, bcl, cdl, dal sur l'image (6) afin de corriger plus finement la distorsion dans l'image. Selon une variante de la présente invention, le dispositif réalisé sera équipé de plus de moyens de normalisation, de visualisation et de comparaison d'images acquises successivement. L'une des utilisations possibles de la présente invention est de pouvoir suivre au cours du temps l'évolution des motifs (51) de la surface du sujet (5) en superposant les images acquises successivement et en calculant les différences. Ces différences s'entendent dans un sens large, comme des différences d'intensité ou de couleur ou bien encore des modifications de formes. La superposition des images est rendue possible dès lors que le cadre (4) est repositionné de manière uniforme sur la surface du sujet (5) et que l'alignement du dispositif est réalisé comme indiqué précédemment. Le repositionnement uniforme du cadre (4) sur la surface du sujet (5) peut être réalisé en centrant le motif étudié (51) à l'aide des repères de positionnement (45) comme indiqué sur la figure 4 et en - 9 - utilisant une convention d'orientation pour la verticalité du cadre (4). Un exemple de convention d'orientation est d'utiliser la verticalité du sujet. Lorsque le sujet est le corps d'une personne, il est avantageux d'utiliser l'axe du corps pour le tronc et la tête et l'axe des membres pour ces derniers pour aligner l'axe vertical du cadre. Une variante intéressante de la présente invention contiendra parmi les moyens de calcul une méthode de mise en correspondance d'images issue du domaine du traitement d'images. L'algorithme de mise en correspondance utilisé pourra par exemple utiliser une technique de mise en correspondance basée sur la méthode dite de corrélation et sur l'utilisation d'un modèle de grille déformable. Un tel algorithme est décrit dans J-P. Thirion, "Mise en Correspondance Automatique d'Images Médicales Tri-Dimensionnelles", Thèse d'Habilitation à Diriger des Recherches, Université de Nice, Sophia-Antipolis, juin 1997, ou de manière équivalente dans J-P. Thirion, "Image matching as a diffusion process: an analogy with Maxwell's demons", the Journal of Medical Image Analysis, Oxford University Press, 1998, vol 2., num. 3, pages 243-260, pour une traduction en langue anglaise de la description de la méthode de mise en correspondance d'images à base de grilles déformables. 2 5 La présente invention est particulièrement destinée au suivi de la peau à l'aide de photographies numériques successives et plus particulièrement encore au suivi des noevi, communément appelés grains de beauté, pour le dépistage précoce de cancers cutanés. - 10 - REVENDICATIONS 1) Dispositif permettant la prise de photographies calibrées de la surface de sujets ne nécessitant pas de support de maintien physique entre le sujet et l'appareil photographique et caractérisé par le fait qu'il comporte: -un appareil photographique (1), comportant un système optique (2) et disposant d'une surface photographique (3) de largeur L1 et de hauteur H1 - un cadre indépendant (4) de largeur L2 et de hauteur H2 tel que L2/H2 = L1/Hl apposé sur la surface du sujet (5) à photographier et muni d'une fenêtre intérieure (46) creuse ou transparente permettant de voir la surface à photographier. - un système de visée (7) permettant l'alignement des sommets a, b, c, d du cadre (4) avec les sommets A, B, C, D de l'image photographique (6). 2) Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que le cadre (4) est muni d'une surface adhésive en contact avec la surface du sujet à photographier (5). 3) Dispositif suivant l'une quelconque des 20 revendications précédentes et caractérisé par le fait que le cadre (4) est muni de graduations (41). 4) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que les coins du cadre (4) comportent chacun un repère de position (42). 5) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que des couleurs étalonnées (43) sont imprimées sur le cadre (4) sous forme d'aplat ou sous la forme d'un dégradé. - 11 - 6) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait qu'un code (44) caractérisant les dimensions du cadre (4) est apposé sur ce cadre. 7) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que le cadre (4) est muni de repères (45) permettant d'effectuer le centrage ou l'alignement du cadre (4) sur un motif particulier (51) de la surface du sujet photographié (5). 8) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que des courbes abl, bcl, cdl, dal, reliant les points a, b, c, d, et inverses de celle produite par la distorsion de l'appareil nommée aberration , sont dessinées sur le cadre (4) de telle façon que les courbes aloi, bc1, cdl et dal apparaissent sous la forme de segments rectilignes dans l'image (6). 9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes et caractérisé par le fait que qu'il contient de surcroît des moyens de numérisation d'images, des moyens de mémorisation d'images et des moyens de calculs permettant d'extraire par traitement d'images des informations de l'image (6) du cadre (4) et de la surface du sujet photographié (5). 10) Dispositif selon la revendication 3 en combinaison avec la revendication 9 et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent de détecter et d'analyser les graduations (41) pour affiner la mesure des dimensions des motifs (51) de la surface du sujet (5). 11) Dispositif selon la revendication 4 en combinaison 30 avec la revendication 9 et caractérisé par le fait que les - 12 - moyens de calcul permettent de détecter et d'analyser les repères (42) pour affiner l'estimation des paramètres géométriques de la prise de vue. 12) Dispositif selon la revendication 5 en combinaison avec la revendication 9 et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent de détecter et d'analyser les couleurs étalonnées {43) pour estimer les paramètres d'éclairage. 13) Dispositif selon la revendication 6 en combinaison avec la revendication 9 et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent de détecter et d'analyser le code {44) indiquant le gabarit ou les dimensions du cadre (4) afin de calculer les paramètres géométriques de la prise de vue. 14) Dispositif selon la revendication 8 en combinaison avec la revendication 9 et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent de détecter et d'analyser les courbes abl, bcl, cdl, dal du cadre (4) afin de corriger les distorsions géométriques dans l'image (6). 15) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 9 à 14 et caractérisé par le fait que les moyens de calcul comprennent des moyens de normalisation, de visualisation et de comparaisons d'images acquises successivement. 16) Dispositif selon la revendication précédente et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent la mise en correspondance et la superposition des images successives d'un même sujet. - 13 - 17) Dispositif selon la revendication précédente et caractérisé par le fait que les moyens de calcul permettent d'estimer des déformations entre les images successives du sujet photographié.