Brevet FR2884624A1 — publié le 20061020

trouve à proximité, et des écrans protégeant de la lumière sont parfois nécessaires pour limiter l'exposition du personnel. Pour un temps d'exposition plus court, par exemple inférieur à 1 ms, lorsqu'on utilise une source de lumière stroboscopique activée de manière pulsée, un système peut utiliser des diodes d'émission de lumière (qui peuvent être activées de manière pulsée à de nombreuses valeurs d'intensité nominale de courant continu, en produisant un niveau de sortie de lumière beaucoup plus élevé ; voir les exemples présentés ci- dessous par le demandeur) ou une lampe au xénon. Les avantages de ces systèmes d'éclairage sont un haut niveau de sortie de lumière qui permet de l'utiliser pour la formation d'images à grande vitesse, en combinaison avec un rendement élevé, du fait de la faible consommation de puissance et de la dissipation de la chaleur. L'inconvénient est que la source stroboscopique activée de manière pulsée peut être gênante pour le personnel se trouvant à proximité. Les fréquences comprises entre 7 Hz et 15 Hz sont particulièrement dangereuses, puisqu'il a été montré qu'elles déclenchaient des crises d'épilepsie. De plus, des écrans contre la lumière sont parfois nécessaires pour limiter l'exposition du personnel. Pour augmenter la précision et maintenir la cohérence des données recueillies par les systèmes de capture visuelle au moyen d'une machine, il est important de disposer d'une source de lumière directe efficace permettant d'éclairer complètement l'aire devant être balayée (ci-après, on dira "aire d'éclairage"). L'invention cherche à résoudre ce problème et à surmonter les problèmes de la technique antérieure. Un système permettant de synchroniser la capture d'images et une source de lumière possède un premier groupement de diodes d'émission de lumière activées par impulsions comprenant une pluralité de diodes d'émission de lumière placées de façon à illuminer une aire d'éclairage. Le groupement de diodes d'émission de lumière possède un cycle actif pendant lequel le groupement de diodes d'émission de lumière est activé et un cycle non actif pendant lequel le groupement de diodes d'émission de lumière n'est pas activé. Le système possède également un appareil de prise de vue placé de manière à observer l'aire d'éclairage. L'appareil de prise de vue a son exposition d'image qui coïncide avec le cycle actif du groupement de diodes d'émission de lumière activées par impulsions. 2884624 3 L'éclairage selon l'invention est conçu pour être utilisé avec un équipement AUTO-ID, qui lit, sur des emballages, des symboles codés, OCR (reconnaissance optique de caractères), OCV (vérification optique de caractères), et, ou bien, tout autre type d'application du type AUTO-ID. Comme discuté ci-après, le point principal est la lecture de symboles codés, mais ceci ne limite en aucune manière le domaine de l'application à partir d'applications OCR, OCV, ou d'autres applications AUTO-ID. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un système utilisant l'invention; la figure 2 est un schéma temporel montrant la source de lumière à activation par impulsions, l'exposition de l'image, et le déclenchement; la figure 3 est un schéma organigramme-diagramme fonctionnel, qui montre les opérations de l'invention; et la figure 4 est un graphe représentant l'intensité lumineuse en 20 fonction du temps. Un système de balayage 15 est représenté sur la figure 1. Le système de balayage 15 est placé le long d'une section de transporteur 17 qui transporte des objets ou des paquets 19. Le système de balayage 15 comporte un ou plusieurs appareils de prise de vue (ou systèmes de capture visuelle) 25 qui sont soit montés au-dessus de l'objet 19 à balayer soit placés sur un côté quelconque afin de capter des symboles codés 21 (que l'on peut voir sur une étiquette) situés sur l'objet 19. Bien que l'on ait montré plusieurs appareils de prise de vue 25, certaines applications n'auraient besoin que d'un seul appareil. Le système de balayage 15 comporte un montant 23 qui, de préférence, s'étend au-dessus, au-dessous et sur les côtés de la section de transporteur 17 transportant un objet 19. Les appareils de prise de vue 25 de la figure 1 sont montés de façon qu'ils aient, de façon générale, un angle de champ qui capte les 35 symboles codés 21 à analyser. 2884624 4 Une source de lumière 30 éclaire une aire d'éclairage 32 se trouvant sur le transporteur 17. Cette aire d'éclairage 32 correspond à ce que voit l'objectif de l'appareil de prise de vue et la lumière ainsi émise par la source de lumière 30 éclaire l'aire d'éclairage 32 de façon que l'appareil de prise de vue 25 puisse prendre une image convenablement éclairée de l'aire d'éclairage 32 et de tout objet 19 se trouvant sur celle-ci. La source de lumière 30 est une lumière stroboscopique qui est laissée passer à une fréquence telle que les impulsions lumineuses ne sont pas visibles à l'oeil, ou bien, plus précisément, telle que le cerveau enregistre la moyenne des impulsions lumineuses, si bien que la lumière apparaît être toujours activée. La fréquence de balayage par impulsions, c'est-à-dire la fréquence stroboscopique, minimale pour laquelle l'être humain cesse de voir la source de lumière comme étant une source scintillante, est au-dessus de 60 Hz, pour autant que la source reste maintenue à une fréquence fixe. Il existe plusieurs avantages à une telle source lumineuse stroboscopique 30. Tout d'abord, la source stroboscopique consomme beaucoup moins de puissance que les sources de lumière au sodium haute pression ou aux halogénures métalliques. La demanderesse a découvert que, lorsqu'une source lumineuse du type diodes d'émission de lumière était excitée à quinze fois son intensité fonctionnelle en courant continu, la consommation de puissance de la source lumineuse, si l'on compare une source lumineuse continûment active et une source lumineuse stroboscopique, chute de 1,22 A à 366 mA. Ceci est dû au fait que le taux d'utilisation de la source lumineuse 30 correspond à environ 1 h de son état "activé en permanence". (Voir l'exemple discuté ci-après.) En deuxième lieu, les sources lumineuses "activées de façon continue" s'échauffent et, en pratique, la demanderesse a utilisé un ventilateur auxiliaire pour refroidir ces sources de lumière. La source lumineuse stroboscopique ne s'échauffe pas au même point. En troisième lieu, les diodes d'émission de lumière éclairent l'aire d'éclairage 32 d'une façon si efficace que des sources lumineuses brillantes telles qu'une ampoule à halogène de 50 W ne provoquent aucune perturbation, même lorsqu'elles sont placées à proximité étroite de l'aire d'éclairage 32. La réponse optique d'une diode d'émission de lumière est typiquement de 10 à 100 ns. La réponse thermique d'une diode d'émission 2884624 5 de lumière est typiquement supérieure à 1 ms. Pour des largeurs d'impulsion supérieures à 1 ms, la température de crête de la jonction d'une diode d'émission de lumière est supérieure à la température moyenne de la jonction. Au-delà de 1 ms, il faut faire appel à une diminution de puissance, puisque la température de crête de la jonction est supérieure à la température moyenne de la jonction. De ce fait, les diodes d'émission de lumière peuvent être excitées de manière pulsée à une intensité valant de nombreuses fois leur intensité nominale en courant continu pour autant que: 1. la largeur d'impulsion relative au temps "actif" de la diode d'émission de lumière soit inférieure à 1 ms; et 2. la dissipation thermique moyenne soit égale ou inférieure à la valeur maximale nominale en courant continu. Le niveau de sortie optique de la diode d'émission de lumière 15 est sensiblement linéaire par rapport à l'intensité du courant de fonctionnement. Après avoir discuté des avantages de la source de lumière stroboscopique, on va parler de ses limitations. Lorsqu'on l'utilise pour illuminer l'aire d'éclairage 32 dont l'appareil de prise de vue 25 capte une image, l'appareil de prise de vue 25 ne prend pas la moyenne de la source de lumière comme le fait le cerveau humain, et la lumière stroboscopique peut altérer l'image. Un exemple de ce problème posé par les sources lumineuses stroboscopiques peut être vu dans le cas où un appareil de prise de vue prend une image d'un écran de télévision (qui connaît une activation par impulsions) avec une grande vitesse d'obturation. L'image captée montre souvent une partie de l'écran de télévision qui est vierge, parce que la lumière activée par impulsions relativement à cette partie de l'écran de télévision n'était pas activée. Pour surmonter ce problème, l'appareil de prise de vue 25 doit exposer son capteur d'image (de préférence un capteur du type dispositif de couplage de charges, ou CCD) en même temps que la diode d'émission de lumière est en train d'être excitée par impulsions, si bien que le capteur à CCD capte l'aire éclairée 32 et non pas cette aire lorsqu'elle est obscure. Pour certains appareils de prise de vue numériques, ceci est doublement compliqué par le fait qu'il existe deux types d'obturateurs: un obturateur à défilement et un obturateur global. Dans l'obturateur à rideau défilant, 2884624 6 seule une partie du moyen de formation d'image à CCD est exposée pendant un laps de temps donné, et, dans un obturateur global, ou central, le moyen de formation d'image à CCD tout entier est exposé d'un seul coup. Puisque la source de lumière est activée par impulsions, et que les considérations temporelles sont importantes pour l'invention, on préfère un appareil de prise de vue à obturateur global, car il expose en une seule fois la totalité du moyen de formation d'image à CCD, à un instant qui coïncide avec une activation pulsée (ou stroboscopique) de la lumière. La figure 2 montre comment l'invention compense les aspects critiques liés à la synchronisation de l'exposition d'image et de l'activation stroboscopique de la lumière. Le schéma temporel montre les impulsions lumineuses suivant la ligne de commande d'éclairage, et elle fait apparaître que l'exposition de l'image coïncide avec le flanc activé de l'impulsion. Ainsi, l'image est exposée pendant l'impulsion de lumière, si bien que la lumière réfléchie par l'aire d'éclairage 32 sera captée. Pour les appareils de prise de vue qui ne sont pas en mesure d'avoir une vitesse d'obturation de 60 Hz, pour autant que l'exposition est synchronisée avec les impulsions lumineuses, le capteur à CCD captera la lumière voulue permettant l'enregistrement d'une image. Ainsi, pour de tels appareils de prise de vue, l'obturateur pourrait être synchronisé de manière à exposer le capteur à CCD à chaque xème impulsion, où x est un nombre entier quelconque. Le système appareil de prise de vue/dispositif d'éclairage peut être en fonctionnement libre (l'appareil de prise de vue prenant constamment des photos) ou bien être déclenché depuis l'extérieur. Dans le système déclenché, le déclencheur sera activé de façon que l'appareil de prise de vue 25 expose le capteur d'image pendant une période correspondant à la lumière activée par impulsions. Le diagramme temporel du déclencheur est présenté sur la figure 2. Le déclencheur peut être manuel ou être un déclencheur automatique qui est activé lorsqu'un faisceau de lumière 33 est interrompu (comme représenté sur la figure 1). Selon une autre possibilité, le déclencheur peut être activé en réponse à un événement, comme le masquage du capteur photographique de l'appareil de prise de vue. 2884624 7 brillantes telles que des sources au sodium haute pression et à halogénures métalliques, les niveaux ambiants sont sans conséquences et n'amènent pas de surexposition de l'image. Toutefois, les actions d'éclairage des diodes d'émission de lumière dans l'état stationnaire ne sont typiquement que de deux à trois fois ceux de la lumière ambiante et les expositions résultantes peuvent être notablement influencées par des variations du niveau ambiant. Puisque les diodes d'émission de lumière activées par impulsions fonctionnent à 15 fois leurs contreparties dans l'état stationnaire, elles sont de 30 à 50 fois plus brillantes que la lumière ambiante et, par conséquent, la lumière ambiante ne surexpose pas les images en même temps qu'il n'est pas nécessaire qu'il y ait un écran contre la lumière externe. (Voir le graphe de la figure 4.) Même dans des applications effectuées à des vitesses plus lentes, l'invention présentera encore un avantage, puisque le niveau de sortie de lumière 15 fois supérieur offre la possibilité de réduire l'ouverture de l'objectif optique, ce qui a pour effet d'augmenter la profondeur de champ de l'appareil de prise de vue. Ceci constitue un avantage pour le décodage effectué manuellement, puisque la distance de l'objet à balayer par rapport à l'appareil de prise de vue peut varier fortement. Ceci donne à l'utilisateur une plus grande liberté dans la manipulation de l'objet à analyser et améliore le rendement. Comme on peut le voir sur la figure 3, le système comprend une tête d'appareil de prise de vue et une unité de décodage séparée. La tête d'appareil de prise de vue comprend un panneau capteur du type CCD ou CMOS, un circuit de synchronisation et de commande, un groupement de portes (du type FPGA, c'est-à-dire réseau de portes programmable par l'utilisateur, ou ASIC, ce qui signifie un circuit intégré particulier à une application) qui assure l'actionnement stroboscopique des diodes d'émission de lumière et l'exposition de l'appareil de prise de vue, ainsi que le panneau d'éclairage par les diodes d'émission de lumière. L'unité de décodage est un ordinateur personnel (PC) incorporé faisant tourner des algorithmes de décodage de codes à barres personnalisés. Dans le mode de réalisation préféré, la liaison assurant le transport des données et des instructions entre le décodeur et l'appareil de prise de vue est assurée par un câble USB 2.0. 2884624 8 Le processus commence ou bien par une demande de déclenchement externe (un objet à décoder masque le capteur photographique) ou bien une demande interne formulée par le décodeur (autodéclencheur, après qu'a été effectué le traitement des données provenant de la trame, ou vue, précédente de l'appareil de prise de vue). Une fois le déclenchement effectué, le décodeur envoie une demande de trame vidéo à l'appareil de prise de vue via la liaison USB. Le circuit logique de synchronisation reçoit la demande et attend de façon à synchroniser l'exposition de l'appareil de prise de vue avec l'impulsion stroboscopique à venir ensuite des diodes d'émission de lumière. Une fois l'exposition réalisée, l'appareil de prise de vue envoie immédiatement la trame vidéo au décodeur en vue du traitement de celle-ci. Une fois achevé le décodage, le décodeur ou bien demande une autre trame à traiter (autodéclencheur) ou bien attend le prochain événement de déclenchement externe. Pendant l'attente, l'activation stroboscopique des diodes d'émission de lumière continue de s'effectuer sans interruption. La demanderesse a découvert, comme mentionné brièvement ci-dessus, que certaines conditions étaient avantageuses pour l'utilisation de l'invention. Elles sont discutées ci-après. Valeur maximale permanente en courant continu Tension électrique d'une diode LED, Vf = 1,81 V Intensité de la diode LED, If = 0,04 A Puissance de la diode LED, 1,81 V x 0,04 A = 72,4 mW L'utilisation de 176 diodes LED donne une dissipation de puissance totale de 12,74 W. Activation par impulsions à 15 fois l'intensité maximale en courant continu avec un taux d'utilisation de 1 % (180 ps) à 60 Hz Tension électrique de la diode LED, Vf = 3,62 V (la tension électrique de la diode, soit Vf, double pour une augmentation d'un facteur 15 de l'intensité de courant de fonctionnement du fait des caractéristiques IV exponentielles). Intensité de la diode LED, If = 0,6 A Puissance, 3,62 V x 0,6 A = 2,172 W 2884624 9 Puisque le dispositif fonctionne avec un taux d'utilisation de 1 %, la dissipation de puissance moyenne est de: 2,172 W x 0,01 = 21,72 mW. L'utilisation de 176 diodes LED donne une dissipation de 5 puissance totale de 3,822 W. Ceci représente un tiers de la dissipation de puissance correspondant à 15 fois le niveau de sortie de lumière. De plus, puisque l'oeil humain prend en moyenne ces impulsions, le niveau de luminance n'apparaît être que le tiers de celui de la version "activation continue". Selon la conception de la demanderesse, une dissipation de 12,74 W nécessite un ventilateur de refroidissement dans l'enceinte, tandis que sa réduction à 3,8 W élimine le besoin d'un tel ventilateur. Selon un autre mode de réalisation, non représenté, la source de lumière 30 pourrait être utilisée en liaison avec un analyseur à laser qui balaye les symboles, et des appareils de prise de vue qui sont montés de façon à capter les images lorsqu'un article n'est pas balayé de manière satisfaisante. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du système dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Système (15) permettant de synchroniser la capture d'une image et une source de lumière (30), caractérisé en ce qu'il comprend un premier groupement (30) de diodes d'émission de lumière activé par impulsions, comprenant plusieurs diodes d'émission de lumière placées de façon à illuminer une aire d'éclairage (32), le groupement de diodes d'émission de lumière ayant un cycle actif pendant lequel le groupement de diodes d'émission de lumière est activé et un cycle inactif pendant lequel le groupement de diodes d'émission de lumière n'est pas activé, où le groupement de diodes d'émission de lumière activé par impulsions produit un éclairage de l'aire d'éclairage qui apparaît, pour un être humain, constant; et un appareil de prise de vue (25) placé de manière à voir l'aire d'éclairage, l'appareil de prise de vue ayant son exposition d'image qui coïncide avec le cycle actif du groupement de diodes d'émission de lumière activé par impulsions. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence du cycle actif est d'au moins 60 Hz. 3. Appareil selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vue (25) comprend un capteur à dispositif de couplage de charges, ou CCD. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vue (25) comprend un obturateur global. 5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une demande d'exposition d'image de l'appareil de prise de vue (25) est émise avant la coïncidence de l'exposition d'image et du cycle actif du groupement de diodes d'émission de lumière activé par impulsions. 6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la demande d'exposition d'image de l'appareil de prise de vue (25) est émise par un déclencheur. 7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que la demande d'exposition d'image de l'appareil de prise de vue (15) est émise 35 par le décodeur. 2884624 11 8. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de prise de vue (25) comprend un dispositif de formation d'image du type CMOS à obturateur global. 9. Système de balayage, caractérisé en ce qu'il comprend: un transporteur (17) qui transporte un objet (19) sur une aire d'éclairage (32) qui est fixe par rapport à l'objet; une source de lumière activée par impulsions (30) qui éclaire au moins l'aire d'éclairage (32) de façon que l'éclairage semble être activé de manière constante pour l'oeil d'un être humain; et un appareil de prise de vue (25) placé de manière à avoir une vue de l'aire d'éclairage, l'appareil de prise de vue ayant son exposition d'image qui coïncide avec le cycle actif de la source de lumière activée par impulsions. 10. Système de balayage selon la revendication 9, caractérisé 15 en ce que la source de lumière activée par impulsions (30) est constituée d'au moins une diode d'émission de lumière, ou LED. 11. Système de balayage selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'exposition d'image de l'appareil de prise de vue (25) est lancée avant la coïncidence de l'exposition d'image et du cycle actif de la source de lumière activée par impulsions (30). 12. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'exposition d'image de l'appareil de prise de vue (25) est lancée par un déclencheur. 13. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le 25 déclencheur est un déclencheur activé optiquement, qui est activé par la présence, en une certaine position, de l'objet (19) sur le transporteur (17).