Brevet FR2874280A1 — publié le 20060217

ÉQUIPEMENT POUR LA LECTURE OPTIQUE DES DISQUES PHONOGRAPHIQUES ANALOGIQUES La présente invention concerne le domaine de la lecture des disques phonographiques analogiques. Habituellement, la lecture de tels disques est réalisée à l'aide d'un tourne-disque ou un pick-up , voire un gramophone, comportant une cellule de lecture mécanique munie d'une aiguille ou d'une pointe suivant le profil du sillon de gravure. Pendant plus d'un siècle, depuis l'apparition du phonographe vers 1880 et jusqu'à celle des bandes magnétiques et des supports électroniques ou électro- optiques, le seul moyen d'enregistrement sonore était le disque à gravure mécanique. Une grande partie du patrimoine audio mondial se trouve ainsi conservée sur des disques 16 tours, 78 tours, 45 tours et 33 tours, et, pour la plus ancienne, sur des cylindres enduits de cire. Afin de permettre l'exploitation de ces précieuses archives, il est apparu nécessaire de trouver des solutions de lecture moins agressives que les cellules mécaniques. Le projet 21-64984.01 VISUAL AUDITOR de la Fondation Gebert Rüf et de la Phonothèque Nationale Suisse à Lugano a permis l'élaboration d'une solution de lecture optique sans contact, consistant à procéder à une prise de vue globale de l'image pour archiver une image des disques sous forme de film photographique. Un lecteur électro-optico-mécanique comprenant un plateau de verre monté sur un moteur rotatif est utilisé pour procédé à une digitalisation de l'image par une caméra CCD linéaire fixe de 2048 pixels de large, qui prend des images à intervalles réguliers (avec des fréquences variant de 25 000 à 200 000 lignes par tour de rotation du disque). Cette caméra, combinée avec la rotation du film sur le plateau de verre, effectue un scanner rotatif et fournit une image rectangulaire d'un anneau du disque. Un autre moteur procède ensuite au déplacement radial du disque afin de passer à l'acquisition de l'anneau suivant. Une fois digitalisée, l'image des sillons est traitée et analysée afin de déterminer la position et les déplacements du sillon. Une première étape consiste à corriger les imperfections de l'image acquise. Des perturbations de l'image peuvent en effet provenir des diverses étapes du processus d'acquisition: le disque lui-même (fissure, griffure, poussière, .), de la photo ou du scan (poussière, optique, capteus CCD défaillants, ...)...DTD: Ensuite, la position du sillon est estimée à l'aide d'un simple seuillage ou d'une méthode plus élaborée. Le déplacement du sillon est ainsi transformé en signal sonore. Ce signal est encore traité par des filtres passe-bande afin de ne restituer que la bande passante de l'enregistrement original. Certaines pondérations fréquentielles peuvent y être encore appliquées, conformément au type d'enregistrement original (par exemple: courbe d'égalisation RIRA). Cette solution connue nécessite toutefois un ensemble d'équipements relativement complexes, et des manipulations multiples peu compatibles avec la numérisation en série d'un fond d'archives sonores pouvant contenir plusieurs dizaines de milliers de disques ou de supports à traiter. Cette technique est sensible aux irrégularités de la surface du disque, sans effet lors de l'audition avec un tourne-disque traditionnel, peuvent influencer la qualité du son extrait par cette solution de l'art antérieur. Le défaut principal de ce système est toutefois la limitation fondamentale dans la mesure de la position de la frontière du sillon. En effet, cette frontière située en surface du disque peut être définie imparfaitement. La zone de profondeur intermédiaire est souvent plus informative. D'autre part, il est souhaitable de mesurer sur une surface et non sur une courbe afin de limiter les erreurs. D'autre part, le signal audio étant codé comme un changement de la direction du sillon, il faut être capable de mesurer de très faibles déplacements. Un système optique qui n'est sensible qu'à la position de la frontière sera naturellement limité par la limite de résolution de l'optique. On connaît également le brevet américain US4504934 décrivant un équipement de restitution optique du signal par l'analyse du faisceau réfléchi par les parois du sillon du disque. Ce brevet décrit un système à base de laser qui utilise un faisceau laser balayant la surface d'une lentille. Le rayon lumineux convergeant en un point unique du sillon, n'est renvoyé vers sa direction initiale qu'à un instant donné. La mesure de cet instant précis donne accès à l'angle du miroir que constitue le sillon. Le brevet européen EP0247810B1 décrit un système optique à plateau tournant, destiné à la lecture d'un disque phonographique ayant un signal enregistré dans un sillon comprenant: É une unité optique comportant une source optique formant un premier faisceau lumineux tombant afin qu'il forme une tache lumineuse sur la première paroi et un faisceau réfléchi par la paroi formant une tache lumineuse réfléchie à une position de tache proportionnellement au signal enregistré, É un capteur optique destiné à détecter la position de la tache lumineuse réfléchie et à former un signal de sortie proportionnel au signal enregistré, un ensemble de poursuite destiné à provoquer la poursuite du sillon par le faisceau lumineux lorsque le disque tourne, É et un ensemble d'entraînement destiné à déplacer le disque par rapport à l'unité optique. L'ensemble de poursuite comprend une unité tangentielle ayant un dispositif détecteur tangentiel destiné à détecter la variation de la direction d'une tangente à la gorge et à former un signal d'erreur tangentiel en fonction de cette variation, et ayant un dispositif d'asservissement tangentiel commandé par le signal d'erreur tangentielle et destiné à suivre de cette manière le faisceau lumineux perpendiculaire à la tangente à la gorge. Ces solutions impliquent un asservissement complexe de la cellule de lecture par rapport au sillon du disque ou du support analysé. L'invention vise à remédier à ces différents inconvénients en proposant un équipement pour la lecture optique des disques phonographiques, comprenant une source lumineuse blanche éclairant une zone du support sonore comprenant plusieurs segments du sillon à travers un masque coloré présentant une variation de couleur dans une direction perpendiculaire à l'axe optique du faisceau incident et parallèle avec l'axe des sillons, et un capteur d'image disposé pour recueillir la lumière réfléchie par ladite zone du support sonore. Avantageusement, la source lumineuse blanche comprend un système optique muni d'un condenseur pour focaliser la source lumineuse sur la surface du support sonore sous la forme d'une tache lumineuse s'étendant sur plusieurs tronçons de sillons. Selon un mode de réalisation particulier, ledit condenseur est constitué par deux lentilles asphériques. De préférence, le diamètre desdites lentilles asphériques est supérieur à la focale du condenseur, afin de pouvoir projeter sur le disque des rayons suivant un cône d'angle le plus ouvert possible. Avantageusement, la source lumineuse blanche est une diode électroluminescente blanche. Avantageusement, le faisceau incident forme un angle d'environ 45 avec la surface du disque. Avantageusement, le système optique comprend un miroir 10 pour renvoyer le faisceau réfléchi vers un capteur d'image, par exemple un capteur CDD. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés correspondant à un exemple non limitatif de réalisation, où . É la figure 1 représente une vue schématique de l'équipement selon l'invention, vue suivant la direction générale des sillons, É la figure 2 représente une vue schématique de 20 l'équipement vue dans un plan parallèle à l'axe optique d'éclairage et à la direction générale des sillons, É la figure 3 représente une vue de la surface du support sonore obtenue par ce dispositif. L'équipement est destiné à la lecture de disques phonographiques présentant une gravure formée latéralement, avec des variations de la position du flanc par rapport à une position de référence dépendant du signal électrique qui commandait le burin de gravure. Le sillon présente une déviation radiale dont la vitesse est proportionnelle au niveau du signal électrique d'enregistrement. La combinaison des vitesses tangentielles de rotation du disque et de la vitesse radiale de l'organe de gravure détermine un angle local du sillon. Pour simplifier, si l'on se limite à mesurer la position du sillon sur un axe horizontal qui part du centre du disque, cette position se déplace continûment pour suivre la spirale, avec de petites variations qui codent pour le signal sonore. La tangente de l'angle d'un sillon avec cet axe horizontal va donc varier en proportion du signal sonore inscrit sur le disque. La mesure de cet angle en éclairant une des faces du sillon qui se comporte comme un miroir, à travers une lumière structurée, permet à l'équipement selon l'invention de restituer l'information sonore gravée par le burin mécanique. L'invention consiste à coder la lumière incidente par des couleurs, de manière à ce que chaque point de l'image du sillon présente une couleur qui soit fonction de la couleur du rayon incident réfléchi par le flanc du sillon. Cette couleur ne dépendra que de l'angle du flan du sillon avec la direction d'un rayon venant du centre du disque. La figure 1 représente un exemple de réalisation. Le disque (1) est placé sous une tête optique comprenant une diode électroluminescente blanche (2) émettant un faisceau lumineux traversant un système optique (3). Ce système optique (3) est formé par deux lentilles asphériques (4, 5) d'un diamètre de 75 millimètres, formant un condenseur. Cette ouverture numérique est déterminante dans la dynamique maximale qu'il sera possible de décoder depuis le disque. Ce système optique permet de projeter sur la surface du disque une tache lumineuse selon un axe d'incidence d'environ 45 . Cette tache est déterminée pour recouvrir plusieurs tronçons de sillons. Le diamètre de la tache est compris entre 5 et 10 millimètres. Les limites de profondeur de champ du système optique basculé sont calculées selon la règle de Scheimpflug, ce qui conduit à disposer la source lumineuse verticalement, le condenseur (symétrique) à 45 , le disque étant horizontal. Le faisceau incident est codé en couleur par un filtre optique (9) placé sur le chemin optique incident. Ce filtre optique présente une variation de couleur continue ou discrète, selon la direction générale des sillons. Ce filtre est préférentiellement conçu pour présenter une variation continue de la teinte selon le modèle HSI (Teinte, Saturation, Intensité). Ce filtre est dans cet exemple réalisé au moyen d'une 10 imprimante à sublimation de colorant sur transparent, de modèle Kodak KDS 8670 Dye Sublimation Printer. Le faisceau codé est réfléchi par les flancs des sillons présents dans la tache lumineuse formée sur le disque, et renvoyé par un miroir de reprise (8) vers une caméra CCD(7) dont l'objectif est focalisé sur le plan du disque. Le capteur est dans cet exemple un capteur SONY HAD (nom commercial) présentant une résolution 640x480, associé à un objectif fl,8/50. L'objectif est diaphragmé de manière à projeter sur le capteur une image suffisamment nette. La sortie vidéo est connectée à un ordinateur par un lien IEEE1394 non compressé, avec une dynamique de 8 bits. Dans cet exemple, le support est déplacé périodiquement pour procéder à l'acquisition de l'ensemble de la surface, par le biais d'une platine en rotation pilotée par un ordinateur, placée elle-même sur un autre platine en translation. La figure 2 représente le même exemple de réalisation vu de dessus à 45 degrés, dans un plan parallèle à l'axe optique de l'éclairage et à la direction générale des sillons. Pour aider à la compréhension, la caméra et son objectif sont représentés de côté sur le schéma, et non de dos. Cette figure visualise le rayon (12) coloré par le filtre (9), se réfléchissant sur un flan de sillon (10) dont la direction est représentée par la tangente (11), revenant sur le miroir de reprise (8) qui va le renvoyer vers la caméra (7), comprenant un objectif et un capteur CCD. Seul ce rayon particulier sera sélectionné par le sillon à cet endroit déterminé. Une autre orientation locale du sillon aurait réfléchi un autre rayon, d'une couleur différente, provenant d'un autre endroit du masque coloré (9). L'image obtenue est représentée en figure 3. La couleur code directement pour la direction locale du sillon, avec par exemple du jaune pour un déplacement dans un sens, et du bleu pour un déplacement dans l'autre sens. Le filtre coloré (9) présente ici une variation chromatique continue, le vert correspond à la position médiane de référence. Il est bien sur possible de réaliser des filtres avec une variation plus importante de la couleur. L'écart entre les sillons est de l'ordre de 300 microns, et les détails verticaux les plus petits sont de l'ordre de 50 microns. Le disque se déplaçant avec une vitesse de l'ordre d'un mètre par seconde en périphérie, l'échantillonnage possible est de l'ordre de 20000 par seconde, soit une fréquence de coupure de l'ordre de 10 kHz. Le décodage de l'image colorée ainsi réalisée est effectué par un traitement d'image conduisant à restituer la vitesse de déplacement radial en fonction de la teinte du sillon. Après filtrage spatial pour réduire le bruit, l'analyse colorimétrique en tout point du sillon par ce même modèle donne la teinte, qui elle-même permet de déduire la vitesse de déplacement radial. Le logiciel suit la piste d'un sillon et décode le sillon sur une fraction de la circonférence. Dans cet exemple, les images sont obtenues au moyen d'une caméra bidimensionnelle, le signal sonore obtenu est fusionné avec celui obtenu lors des images précédentes, en tenant compte du déplacement angulaire entre les images. Dans une autre implémentation, le déplacement en rotation peut être continu, de manière à permettre une acquisition par une caméra ligne (monodimensionelle), qui capturera alors une couronne du disque en une rotation de la platine. Le signal est re-échantillonné pour tenir compte de la vitesse tangentielle différente au centre et à la périphérie du disque, puis passé par un filtre de restitution pour corriger l'effet de la pré- accentuation RIRA ou autre. Une atténuation en luminance du signal pourra être interprétée comme une occlusion du faisceau lumineux au niveau du sillon, due à une poussière ou une rayure, par exemple. Le logiciel détecte de telles perturbations, et en conserve la position, permettant ainsi une restauration 25 ultérieure par interpolation des parties manquantes. REVENDICATIONS 1 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques comprenant une source lumineuse éclairant une zone du support sonore comprenant plusieurs segments du sillon à travers un masque coloré présentant une variation de couleur dans une direction perpendiculaire à l'axe optique du faisceau incident et parallèle au plan du disque, et un capteur d'image disposé pour recueillir la lumière réfléchie par ladite zone du support sonore. 2 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source lumineuse comprend un système optique formant un condenseur pour focaliser la source lumineuse sur la surface du support sonore sous la forme d'une tâche lumineuse s'étendant sur plusieurs tronçons de sillons. 3 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit condenseur est constitué par deux lentilles asphériques. 4 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre desdites lentilles asphériques est supérieur à la focale du condenseur. 5 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit condenseur contient au moins un miroir courbe. 6 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source lumineuse est une source blanche. 7 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que le faisceau incident forme un angle d'environ 45 avec la surface du support sonore, dans un plan passant par l'axe de rotation du disque. 8 - Equipemen t pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon l'une au moins des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le système optique comprend un miroir pour renvoyer le faisceau réfléchi vers un capteur d'image. 9 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur d'image est constitué par une caméra couleur bidimensionnelle. 10 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 8, caractérisé en ce que le capteur d'image est constitué par une caméra couleur monodimensionelle. 11 - Equipement pour la lecture optique des disques phonographiques analogiques selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un calculateur relié à la sortie du capteur d'image pour assurer le décodage des images colorées et effectuer par un traitement d'image la restitution de la vitesse de déplacement radiale en fonction de la couleur du sillon.