Brevet FR2926138A1 — publié le 20090710

PROCEDE ET SYSTEME D'ANALYSE DE SURFACE La présente invention a trait au domaine de l'analyse et de l'identification de surface au moyen de mesure sans contact. Il est connu des systèmes d'identification de surface par l'analyse de la couleur et de la texture d'une image acquise au moyen d'une caméra. Un tel système nécessite donc un équipement coûteux et des ressources de calcul importantes. En outre, avec un tel système, la nature du matériau de l'objet auquel appartient la surface n'est pas identifiable. Le but de la présente invention est de proposer un procédé et un système d'analyse de surface qui permet d'identifier celle-ci, et notamment sa couleur, sa texture et/ou le matériau la constituant, ou un changement de propriété de celle-ci, et cela sans l'aide de dispositif d'acquisition d'image telle qu'une caméra. 15 A cet effet, l'invention a pour objet un procédé d'analyse de surface, qui, selon l'invention, comporte : ^ l'émission d'au moins un faisceau lumineux prédéterminé en direction d'une surface ; ^ la mesure du spectre issu de la réflexion de chaque au moins un faisceau lumineux par 20 la surface ; et ^ la comparaison du spectre mesuré à au moins un spectre étalon prédéterminé. En d'autres termes, l'analyse de la surface est réalisée au moyen d'une reconnaissance de sa signature optique. On sait en effet que les caractéristiques du spectre réfléchi sur une surface 25 dépend notamment de la couleur de celle-ci, de sa texture (rugueuse, lisse,...) et de la nature du matériau la constituant qui peut être plus ou moins absorbant. Il est donc possible, sans acquérir une image de la surface, d'identifier celle-ci ou de détecter un changement de propriété, comme par exemple le passage d'un état de surface rugueux à un état de surface lisse. 30 On notera ici que la notion de spectre renvoie à la distribution géométrique du spectre mesuré sur la surface du capteur. 10 Selon des modes de réalisation particuliers de l'invention, le procédé comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : ^ plusieurs faisceaux lumineux sont émis selon plusieurs angles d'incidences et/ou selon plusieurs longueurs d'onde ; ^ le spectre mesuré est comparé à une pluralité de spectres étalons prédéterminés, chacun associé à une surface identifiée prédéterminée, et en ce que la surface sur laquelle est réfléchie le au moins un faisceau lumineux est identifiée comme la surface associée à un spectre étalon correspondant au spectre mesuré ; ^ la surface sur laquelle le au moins un faisceau lumineux est réfléchie est en mouvement, en ce que le spectre mesuré est comparé à un spectre étalon correspondant à une mesure de spectre réalisée précédemment, et en ce qu'un changement de propriété de la surface est détecté lorsque le spectre mesuré et le spectre étalon ne correspondent pas ; ^ la comparaison comprend le calcul d'une amplitude maximale du spectre mesuré et d'une largeur médiane de celui-ci, et la comparaison de l'amplitude et de la largeur mesurée à une amplitude maximale et une largeur médiane du au moins un spectre étalon ; et ^ il comprend la mesure de la luminosité ambiante, et la correction du spectre mesuré en fonction de la luminosité ambiante mesurée. L'invention a également pour objet un système d'analyse de surface mettant en oeuvre le procédé précité, qui, selon l'invention, comporte : ^ des moyens d'émission d'au moins un faisceau lumineux prédéterminé en direction d'une surface ; ^ des moyens de mesure du spectre issu de la réflexion de chaque au moins un faisceau lumineux par la surface ; et ^ des moyens de comparaison du spectre mesuré à au moins un spectre étalon prédéterminé. L'invention a également pour objet une canne pour non voyant comportant un tel système. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en relation avec les dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique d'un système selon premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un organigramme du procédé d'analyse de surface mis en oeuvre par le système de la figure 1 ; la figure 3 est un tracé de spectre de faisceau réfléchi ; la figure 4 est un ensemble de spectres de faisceaux réfléchis en fonction de l'angle d'incidence ; la figure 5 est une vue schématique d'un système selon un second mode de réalisation de l'invention ; et la figure 6 est un organigramme du procédé d'analyse de surface mis en oeuvre par le système de la figure 5. Sur la figure 1, un système 10 d'analyse de surface comporte une unité 12 apte à émettre des faisceaux lumineux monochromatiques (infrarouge, diode, laser) en direction d'une surface 14 selon plusieurs angles d'incidence distincts 01, 02 , 93 . L'unité 12 d'émission comprend à cet effet plusieurs émetteurs 16, 18, 20 aptes à émettre chacun un faisceau lumineux monochromatique dans une direction prédéterminée, comme par exemple diode infrarouge ou diode laser. Le système 10 d'analyse comporte également une unité 22 de mesure de spectre, comprenant par exemple un capteur (photodiode, cellule photosensible, barrette CCD), une unité 24 de traitement d'informations connectée à l'unité 22 de mesure, ainsi qu'une base de données 26, connectée à l'unité 24 de traitement d'informations et mémorisant un ensemble de spectres étalons, chacun de ces spectres étalons étant associé à une surface identifiée. Le système 10 comporte enfin un capteur de luminosité ambiante 26, placé à proximité de l'unité 22 de mesure de spectre, tout en étant sensiblement isolé du rayonnement réfléchi par la surface 1. La figure 2 est un organigramme du procédé d'analyse de surface mis en oeuvre par le système 10 de la figure 1. Dans une première étape 30, plusieurs faisceaux lumineux sont émis successivement en direction de la surface 14 avec des angles d'incidence 01, 0z , 93 distincts, par activation successive des émetteurs 16 18, 20. Parallèlement, toujours en 30, le spectre de chaque faisceau lumineux réfléchi par la surface 14 est mesuré par l'unité 22 de mesure et mémorisé 5 dans l'unité 24 de traitement d'informations Dans une étape 32 suivante, ou en variante parallèlement à l'étape 30, la luminosité ambiante est mesurée par le capteur 26, et cette mesure est mémorisée dans l'unité 24 de traitement d'informations. L'unité 24 de traitement d'informations met alors en oeuvre, en 34, une correction des spectres mesurés en fonction de la mesure de la luminosité ambiante. Plus particulièrement, cette correction consiste à réétalonner le spectre lumineux obtenu par le capteur 22. 15 Une fois la correction des spectres mesurés effectuée, le procédé se poursuit, en 36, par la comparaison, par l'unité 24, des spectres corrigés à l'ensemble prédéterminé des spectres étalons de la base de données 26. Plus particulièrement, l'unité 24 de traitement d'informations calcule, pour chaque spectre 20 corrigé, l'amplitude maximale � A � et la largeur médiane � B � de celui-ci (voir figure 3 qui illustre un spectre, c'est-à-dire l'image de l'énergie du faisceau réfléchi et compare les couples (A, B) de valeurs ainsi calculés à des couples de valeurs (Aret, Bref) de la base de données 26 représentant les spectres étalons). 25 Une surface est alors identifiée par l'unité 24, en 38, comme étant celle du couple de valeurs de la base de données 26 associée à la différence I (Aret, Bref)-(A, B)I minimale sur l'ensemble des couples (A, B) calculés pour le même matériau (identifier le matériau au préalable). Le procédé se termine alors, en 40, par la délivrance par l'unité 24 d'informations concernant la surface identifiée, comme par exemple sa texture, sa couleur et/ou le type de matériau la 30 constituant, ces informations étant mémorisées dans la base de données 26. 10 En variante, l'unité 24 de traitement d'informations met en oeuvre une corrélation des spectres mesurés avec les spectres étalons mémorisés dans la base de données 26 pour identifier la surface 14. L'utilisation de plusieurs angles d'incidence 91, 9z, 93 a pour effet d'augmenter la précision de l'identification de la surface 14. En effet, comme on peut le constater à la figure 4, qui illustre les spectres de plusieurs faisceaux lumineux incidents avec des angles différents sur la surface 14 mesurés par exemple par une barrette CCD, les propriétés du spectre d'un faisceau réfléchi, et notamment son amplitude maximale A et sa largeur médiane B, dépendent de l'angle d'incidence. Ainsi, dans l'exemple de la figure 4, des angles d'incidences trop faibles produisent des spectres diffus, rendant difficile une indentification précise de la surface 14. La variation des angles d'incidence permet donc de mesurer des spectres dans une gamme d'angles pour laquelle la diffusion est moindre, ici des angles d'incidences importants, et permet donc une identification précise. Par ailleurs, l'amplitude maximale A dépend de l'intensité de la réflexion sur la surface 14 (rugosité de surface) et à la nature du matériau de la surface. La largeur médiane est quant à elle dépendante de la texture de la surface 14. Ces deux paramètres permettent donc de caractériser à la fois la couleur, le matériau et la texture de la surface 14. On notera que les spectres dépendent également de la longueur d'onde des faisceaux lumineux émis, et qu'un raisonnement similaire peut s'appliquer. En variante, le système de la figure 1 émet donc des faisceaux lumineux selon des angles d'incidence distincts et/ou des faisceaux lumineux de longueurs d'onde distinctes. Le système et le procédé venant d'être décrit permettent, grâce à l'utilisation de signatures optiques sous la forme de spectres étalons mémorisés, d'identifier une surface. En variante, le système mémorise également la surface identifiée à un instant donnée et la 30 compare avec la surface identifié ultérieurement. Ainsi, dans le cas où un mouvement relatif existe entre la surface 14 et le système 10, il est possible également de détecter un changement d'état de surface, comme par exemple un changement de texture, de couleur et/ou de matériau. En effet, un tel changement induit un changement dans les caractéristiques du 25 spectre mesuré, et notamment un changement de l'amplitude maximale A et/ou de la largeur médiane B du spectre, qu'il est possible de détecter. Dans un autre mode de réalisation, l'unité 24 de traitement d'informations mémorise un spectre mesuré, par exemple celui présentant l'amplitude maximale la plus grande, et compare ensuite le spectre ultérieurement acquis au même angle d'incidence, par exemple par corrélation ou par comparaison de leur amplitude maximale et de leur largeur médiane, pour connaître un éventuel changement d'état de la surface 14. Un changement de l'état de la surface 14 est ainsi détecté si les deux spectres diffèrent sensiblement. Un spectre mesuré précédemment est ainsi utilisé comme spectre étalon pour une mesure ultérieure. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, un système 50 de contrôle de la qualité de fabrication comprend un émetteur 52 de faisceau lumineux. Cet émetteur 52 est agencé au dessus d'un tapis roulant 54 amenant des pièces 56 pour une analyse de la qualité de fabrication de leur surface et émet en direction de la surface du tapis roulant, et donc de la surface des pièces 56 à inspecter, des faisceaux lumineux sous un angle d'incidence 04 prédéterminé. Le système 50 comprend une unité 58 de mesure du spectre réfléchi par la surface des pièces 56, un éclairage contrôlé 60, une unité 62 de traitement d'informations connectée à l'unité 58 de mesure, une base de données 64 connectée à l'unité 62. Enfin, le système 50 comprend des moyens 66 d'avertissement, comme par exemple un avertisseur sonore, connectés à l'unité 62 par télémétrie par exemple. Un procédé mis en oeuvre par ce système est illustré à la figure 6. Lorsqu'une pièce 56 se présente au niveau de l'émetteur 52, un faisceau lumineux est émis, en 70, en sa direction par l'émetteur 52 et le spectre du faisceau réfléchi par la surface de la pièce 56 est mesuré par l'unité 58. Le spectre mesuré est alors comparé, en 72, par l'unité 62 de traitement d'informations avec un spectre étalon mémorisé dans la base de données 65. Ce spectre étalon correspond au spectre attendu pour une pièce satisfaisant aux critères de fabrication, comme par exemple une texture particulière. La comparaison mise en oeuvre par l'unité 62 de traitement30 d'informations comprend par exemple le calcul de l'amplitude maximale et de la largeur médiane du spectre mesuré et la comparaison de ces valeurs avec un couple d'amplitude maximale et de largeur médiane du spectre étalon. En variante, une corrélation de ces deux spectres est mise en oeuvre par l'unité 24. Un test est alors mis en oeuvre en 74 pour savoir si le spectre mesuré diffère de plus d'une quantité prédéterminée du spectre étalon, cette quantité prédéterminée correspondant avantageusement à des tolérances de fabrication, comme par exemple une dimension minimale de rugosité de la surface des pièces 56. Si tel est le cas, un avertissement est émis, en 76, par l'avertisseur sonore 66 pour indiquer à un opérateur que la pièce est défectueuse, puis l'étape 76 boucle sur l'étape 70 pour l'inspection d'une nouvelle pièce. 15 Si tel n'est pas le cas, la pièce en cours d'inspection est alors déterminée comme satisfaisant les critères de fabrication, et l'étape 74 boucle sur l'étape 70 pour l'inspection d'une pièce suivante. L'angle d'incidence et la longueur d'onde des faisceaux lumineux émis par l'émetteur 52 sont 20 choisis en fonction du type de surface des pièces 56 afin d'obtenir une caractérisation précise de leur surface. Ce système permet notamment une détection de défauts de texture de l'ordre de quelques microns, et cela pour un temps de mesure faible comparativement aux indenteurs ou autre 25 système de mesure mécanique à base de palpeurs des défauts de surface selon l'état de la technique. En outre, l'inspection de surface est réalisable on-line et peut ainsi faire partie de la chaîne de fabrication des pièces. La présente invention s'applique, entre autres, aux cannes pour non-voyant. En effet, il est 30 possible de concevoir des systèmes compacts mettant en oeuvre l'invention et s'intégrant dans un boîtier fixé à une canne pour non-voyant en position basse, afin de prévenir, par exemple, de la nature et de l'état d'une chaussée. Le boîtier intègre, par exemple, un capteur constitué d'un faisceau lumineux qui est réfléchi par le sol, de sorte que l'identification dudit faisceau diffus permet de donner la nature du sol. 10 Par ailleurs, on notera qu'un certain nombre de surfaces sont aisément identifiables à l'aide de l'invention. On peut ainsi citer le revêtement recourant la chaussée (béton bitumé par exemple), le revêtement formant des bandes cloutées, une plaque de verglas, une flaque d'eau, une zone herbeuse, une zone de terre ou une zone de sable par exemple. L'invention appliquée à une canne pour non voyant permet donc une identification aisée de ces surfaces et une information pertinente supplémentaire est ainsi communiquée au non-voyant par exemple au moyen d'une poignée vibrante ou d'un avertisseur sonore. REVENDICATIONS 1. Procédé d'analyse et d'identification de surface, caractérisé en ce qu'il comporte : ^ l'émission (30 ; 70) d'au moins un faisceau lumineux prédéterminé en direction d'une surface (14 ; 56); ^ la mesure (30 ; 70) du spectre issu de la réflexion de chaque au moins un faisceau lumineux par la surface ; et ^ la comparaison (34 ; 72) du spectre mesuré à au moins un spectre étalon prédéterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce plusieurs faisceaux lumineux sont émis (30) selon plusieurs angles d'incidences et/ou selon plusieurs longueurs d'onde. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le spectre mesuré est comparé (34) à une pluralité de spectres étalons prédéterminés, chacun associé à une surface identifiée prédéterminée, et en ce que la surface sur laquelle est réfléchie le au moins un faisceau lumineux est identifiée (36) comme la surface associée à un spectre étalon correspondant au spectre mesuré. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface sur laquelle le au moins un faisceau lumineux est réfléchie est en mouvement, en ce que le spectre mesuré est comparé à un spectre étalon correspondant à une mesure de spectre réalisée précédemment, et en ce qu'un changement de propriété de la surface est détecté lorsque le spectre mesuré et le spectre étalon ne correspondent pas. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la comparaison (34) comprend le calcul d'une amplitude maximale du spectre mesuré et d'une largeur médiane de celui-ci, et la comparaison de l'amplitude et de la largeur mesurée à une amplitude maximale et une largeur médiane du au moins un spectre étalon. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend la mesure (32) de la luminosité ambiante, et la correction du spectre mesuré en fonction de la luminosité ambiante mesurée. 7. Système d'analyse de surface, caractérisé en ce qu'il comporte : ^ des moyens (12 ; 52) d'émission d'au moins un faisceau lumineux prédéterminé en direction d'une surface (14 ; 56); ^ des moyens (22 ; 58) de mesure du spectre issu de la réflexion de chaque au moins un faisceau lumineux par la surface ; et ^ des moyens (24 ; 62) de comparaison du spectre mesuré à au moins un spectre étalon prédéterminé. 8. Canne pour non voyant comportant un système selon la revendication 7.15