Brevet FR2987118A1 — publié le 20130823

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA COULEUR D'UN OBJET Domaine de l'invention La présente invention se rapporte au domaine de la mesure de la couleur. La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé de mesure de la couleur mettant en oeuvre un dispositif électronique, et au dispositif associé. Etat de la technique Une couleur est un flux lumineux perçu par l'oeil humain. Il s'agit d'une distribution spectrale d'énergie sur une bande de longueur d'onde, en l'occurrence 380 à 780 nm pour le visible. Les spectrophotomètres numériques professionnels mesurent actuellement ces distributions avec un pas de 5 nm, soit 107 valeurs pour le visible. Dans la suite, nous désignerons par une lettre et un À entre parenthèses les quatre-vingt-une valeurs qui décrivent une distribution spectrale énergétique S(À) dans le visible. Du fait de la synthèse additive, toute couleur peut être exprimée par ses coordonnées trichromatiques selon trois couleurs primaires. Il existe plusieurs systèmes de primaires, nous retiendrons dans la suite les deux normalisés que sont l'espace CIE XYZ (et sa variante CIE xyY avec plan de chromacité à luminance constante) et l'espace CIE L*a*b qui permet d'estimer correctement une différence de couleur avec une norme euclidienne appelée « deltaE ». Le « gamut » (limites) de ces deux espaces couvre l'intégralité du visible humain. Nous feront aussi référence à l'espace trichromatique sRGB correspondant au gamut de référence de la plupart des équipements électroniques actuels. Le gamut du sRGB ne couvre pas l'ensemble du visible humain, notamment dans les bleus-verts. La couleur d'un objet est le spectre C(À) égal au produit d'un illuminant I(À) se réfléchissant sur une surface dont la réflectance énergétique est R(À) (en, R(À), E [0 ;1 ]). Autrement dit, la couleur d'un objet peut être caractérisée par ses coordonnées trichromatiques CIE XYZ ou L*a*b pour un illuminant donné (exemple : D65 ou D50) ou, mieux, par sa distribution spectrale de réflectance énergétique R(À). Cette deuxième méthode présente l'intérêt de pouvoir simuler la perception de la couleur sous différents illuminants (intérieur, extérieur). C'est la méthode des nuanciers de couleurs : l'utilisateur pose le nuancier à côté de l'objet et recherche par itération la couleur du nuancier qui se rapproche le plus de la couleur de l'objet (ex : Pantone Matching System - Marque déposée). Actuellement, la mesure électronique de la couleur d'un objet nécessite le recours à un équipement dédié à chaque mesure, typiquement : - une sonde colorimétrique placée en contact avec l'objet (ex : la sonde fonctionne dans le noir, elle produit un illuminant étalonné et mesure le flux lumineux réfléchi par l'objet à l'aide de capteurs électrolumineux placés derrière des filtres étalonnés rouge, vert, bleu) - une mire de couleurs placée à côté de l'objet afin de calibrer les couleurs perçues par un capteur numérique d'image (cf. balance des blancs) Tous ces dispositifs ne sont pas compatibles avec une utilisation nomade et non planifiée comme avec un téléphone portable ou une tablette électronique que l'on emmène partout, leur usage est relativement compliqué, sous oublier le coût additionnel qu'ils représentent. A contrario, les applications de mesure de la couleur disponibles actuellement sur les téléphones portables ou tablettes (iOS, Android...) ne nécessitent pas un équipement annexe spécialisé, mais ces applications ne permettent pas une mesure fidèle des couleurs. En effet, elles reposent uniquement sur l'utilisation du capteur d'image de l'appareil avec un programme de calcul de la balance des blancs. Leur perception des couleurs est donc faussée par la variabilité inconnue de l'éclairage environnant, sauf à utiliser une mire de couleur à côté de l'objet. L'art antérieur connaît, par la demande de brevet PCT N° WO 2004079314, un colorimètre, un boîtier de détection à colorimètre et un procédé de détermination de la couleur. Le fonctionnement de la mesure de couleur avec ce procédé de l'art antérieur est réalisé avec un boîtier développé spécialement. Exposé de l'invention La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé de mesure de la couleur d'un objet utilisant comme émetteur un écran émissif et comme récepteur un capteur électronique d'image situés côte à côte. A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de mesure d'au moins une couleur d'un objet à l'aide d'un dispositif comportant un écran émissif et un capteur électronique d'image, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - placement dudit objet dans une zone se trouvant en face de et sensiblement perpendiculairement à l'écran émissif et se trouvant dans le champ de vision dudit capteur électronique d'image ; - émission par ledit écran émissif d'une série de k illuminants léc"n(X)k (avec k entier naturel strictement supérieur à deux) ; - capture par ledit capteur électronique d'image de la lumière réfléchie par ledit objet ; et - détermination par ledit dispositif de la valeur R(À) de la couleur de l'objet à l'aide de la résolution d'une série d'équations du type fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) (À) = R(À) x [fecran (Recrank, Vecrank, Becrank) (À) + le)4(À) ], Où fcaPteur et fecran sont des fonctions de transfert. Avantageusement, ledit procédé comporte en outre une étape de détermination de la valeur de l'illuminant extérieur lext(À). Selon une variante, ledit procédé comporte en outre une étape de transcription de R(À) en valeurs CIE XYZ pour un illuminant donné. Selon une autre variante, ledit procédé comporte en outre une étape de transcription de R(À) en valeurs CIE L*a*b pour un illuminant donné. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif est situé sensiblement à la verticale dudit objet. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif est situé au-dessus dudit objet. Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif est situé en dessous dudit objet. Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif est situé sur le côté dudit objet. Avantageusement, ledit procédé met en oeuvre une méthode de résolution de Gauss-Newton. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif est un téléphone portable. Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif est une tablette numérique. 30 Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif est un ordinateur avec capteur d'image pointé dans le même sens que l'écran. Selon un autre mode de réalisation, ledit dispositif est un appareil photo avec écran rotatif. Selon une variante, ledit procédé est mis en oeuvre pour mesurer la couleur d'un élément compris dans le groupe suivant : peintures, tapisseries, graphismes, textiles, textiles, plastiques, bois, métaux, sols, végétaux, et aliments. Selon une autre variante, ledit procédé est mis en oeuvre pour la mesure des couleurs à but médical ou cosmétique sur l'homme et le vivant d'au moins un élément compris dans le groupe suivant : peau, boutons, grains de beauté, chevelure, pelage, maquillage, et dents. Selon une autre variante, ledit procédé est mis en oeuvre pour l'utilisation 15 de codes-barres ou de QR-codes en couleur. Selon une autre variante, ledit procédé est mis en oeuvre dans un but d'assistance aux personnes daltoniennes et/ou aveugles. 20 Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en oeuvre pour l'étalonnage des couleurs d'un écran. Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en oeuvre dans le domaine du visible. 25 Selon un autre mode de réalisation, ledit procédé est mis en oeuvre dans des gammes de fréquence hors du visible (infrarouge ou rayons X). La présente invention se rapporte également à un dispositif comportant 30 un écran émissif et un capteur électronique d'image, de mesure d'au moins une couleur d'un objet placé dans une zone se trouvant en face de et sensiblement perpendiculairement à l'écran émissif et se trouvant dans le champ de vision dudit capteur électronique d'image, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour - émettre au niveau dudit écran émissif une série de k illuminants lécran(X)k (avec k entier naturel strictement supérieur à deux) ; - capturer au niveau dudit capteur électronique d'image la lumière réfléchie par ledit objet ; et - déterminer la valeur R(À) de la couleur de l'objet à l'aide de la résolution d'une série d'équations du type f"Pteur (RcaPteetk, VcaPteutk, BcaPteetk) (À) = R(À) x [fectan (Rectank, Vectank, Bectank) (À) + lext(À) ], OÙ f"Pte" et fectail sont des fonctions de transfert. Brève description des dessins On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles : - la Figure 1 illustre de façon schématique le dispositif selon la présente invention ; et - la Figure 2 représente les différentes étapes du procédé selon la présente invention. 20 Description détaillée des modes de réalisation de l'invention La Figure 1 représente sur une coupe schématique le dispositif 10 selon 25 l'invention pour mesurer les couleurs d'un objet et de la lumière environnante extérieure : l'objet 30 à mesurer de couleur R(À) ; l'écran émissif 11 capable d'émettre k illuminants connus lecran(À)k ; la lumière environnante extérieure 40 lext(À) ; le capteur d'image 12 percevant des signaux S"Pte"(À)k ; l'application informatique 13 « colorimétriquement pré-étalonnée » qui pilote l'ensemble et 30 interagit avec l'opérateur Dans un mode de réalisation, l'application informatique 13 est partiellement ou totalement distribuée dans le réseau ou « nuage » (« cloud » en terminologie anglo-saxonne). La Figure 2 représente les différentes étapes du procédé selon la présente invention : - placement de l'objet 30 dans une zone se trouvant en face de et sensiblement perpendiculairement à l'écran émissif 11 et se trouvant dans le champ de vision dudit capteur électronique d'image 12 ; - émission par ledit écran émissif 11 d'une série de k illuminants lécran(X)k (avec k entier naturel strictement supérieur à deux) ; - capture par ledit capteur électronique d'image 12 de la lumière réfléchie par ledit objet 30 ; et - détermination par ledit dispositif 10 de la valeur R(À) de la couleur de l'objet 30 à l'aide de la résolution d'une série d'équations du type fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) (À) = R(À) x [fecran (Recrank, vecrank, Becrank) (À) + lext(À) ], OÙ fcaPteur et fecran sont des fonctions de transfert. Dans le mode de réalisation présenté Figure 1, l'objet à mesurer 30 est placé sous l'écran 11, près du bord de l'écran 11 et dans le champ de vision du capteur d'image 12. Puis, l'écran 11 émet successivement une série de k illuminants lecran(À)k (ex : bleu, rouge, vert, blanc, etc.). La lumière ainsi produite se reflète sur la cible colorée et elle arrive dans le capteur d'image 12 sous la forme : ScaPteur(À)k = R(À) x [ lecrail(À)k + lext(À) ] : équation (Ek). On choisit k>2 en raison de la capacité de l'écran 11 à générer un grand nombre de couleurs, typiquement (k+1) E [1 ; 224=16,7 millions] pour les systèmes RVB en 3x8 bits Développons S"Pt"r(À)k et lecran(À)k dans l'équation (Ek) ScaPteur(À)k = fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, B caPteurk) (À), Où fcapteur est la fonction de transfert qui convertit les coordonnées de sortie du capteur 12 (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) sous forme d'une distribution spectrale ; fcaPteur : 9i 3 9i 107 une fonction non-linéaire fournie par le pré-étalonnage du capteur 12. lecran(À)k = fecran (Recrank, Vecrank, Becrailk) (À) Où fecran est la fonction de transfert qui convertit les coordonnées d'entrée de l'écran 11 (Recrank, Vecrank, Becrank) sous forme d'une distribution spectrale ; fecran : 9i 3 9i 107 une fonction non-linéaire fournie par le pré-étalonnage de l'écran 11. Le pré-étalonnage consiste à déterminer les deux fonctions de transfert fcapteur et fecran . Comme les caractéristiques colorimétriques varient peu d'un exemplaire à l'autre au sein d'une même série de fabrication et comme les dérives dans le temps sont limitées, il suffit de pré-étalonner colorimétriquement l'application informatique 13 pour chaque modèle d'écran 11 et de capteur d'image 12. Cet étalonnage est réalisé avec des spectrophotomètres précis. Les résultats sont souvent disponibles sur des sites spécialisés en composants informatiques. Une autre méthode, complémentaire, consiste à utiliser une mire de couleur annexe (type 24 couleurs GretagMcBeth - Marque déposée / X-Rite ColorCheker - Marque déposée). Cette seconde méthode présente l'avantage de son faible coût par rapport aux spectrophotomètres et donc la capacité pour les utilisateurs exigeants à affiner le pré-étalonnage de leur appareil. Cette mire de couleur n'étant pas requise à chaque mesure, l'usage nomade, non planifié de l'invention et sans recours systématique à un équipement tiers spécialisé est préservé. L'équation (Ek) devient : fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) (À) = R(À) X [ fecran (Recrank, Vecrank, Becrank) (À) lext(2') Posons f 9in= 2 x 107 9im= k x 107 telle que f(x) = R(À) x [ fecrail (Recrailk, Vecrank, Becrank) (À) + le)4(À) - fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) (À) et x est la juxtaposition des 2 inconnues R(À) et lext(À) dans l'espace vectoriel 9in=2x 107 Comme k>2, m>n et nous sommes face à un système non-linéaire surdéterminé. L'étape suivante consiste à chercher une solution de f(x)=0 en utilisant par exemple la méthode de Gauss-Newton qui permet de déterminer un vecteur x tel quellf(x)1 -*min La méthode de résolution de Gauss-Newton est la suivante: For i=0,1, 2... Calculer f(xi) et f (xi) Déterminer Axi dellf(A) + (xi) Axil 12 min (cf. moindres carrés 1lAx-b I 12 min) = xi + Axi End for Deux approches de calcul de Axi sont par exemple envisageables pour optimiser les temps de calcul : 1. Résoudre les équations normales avec l'algorithme de Cholesky pour Ax=b (I" (4) T f (A) Axi = - (I" (4)T f(xi) 2. Calculer la décomposition QR de f(xi) avec l'algorithme de Householder- Businger-Golub si les colonnes de f(xi) sont presque linéairement dépendantes. D'autres modes de calcul de Axi peuvent être mis en oeuvre. Deux modes de réalisation de visée sont possibles pour l'invention en mode « colorimètre » afin d'enrichir l'expérience utilisateur et d'améliorer la précision du mode « nuancier » de l'invention : - Premier mode de réalisation : écran 11 pointant à l'opposé des yeux de l'utilisateur - Second mode de réalisation : écran 11 pointant dans la direction des yeux de l'utilisateur Premier mode de réalisation : écran pointant à l'opposé des yeux de l'utilisateur L'écran 11 affiche une figure blanche sur fond noir (rond/bandes/carré...) pour matérialiser l'endroit à viser, puis l'utilisateur appuie sur le déclencheur utilisé normalement pour prendre une photo (cf. bouton sur le côté pour un iPhone 4/4S ou sur le bas de l'écran à l'opposé de la position de la caméra de visioconférence). Un intérêt particulier de ce premier mode de réalisation est d'être peu sensible à l'environnement lumineux ce qui garantit le fonctionnement de l'invention dans pratiquement tous les lieux usuels, même très lumineux (intérieur, extérieur). Cette qualité repose sur la très courte distance entre la cible, l'écran 11 et le capteur d'image 12, sur la forte luminosité des écrans émissifs et sur le fait qu'il existe plusieurs « barrages » de fait aux rayons lumineux environnants : support de l'écran et du capteur d'image, main/doigt(s) de l'utilisateur sur les côtés. Second mode de réalisation : écran pointant dans la direction des yeux de l'utilisateur L'écran 11 est posé face à l'illuminant extérieur, typiquement face au ciel. L'utilisateur vient alors placé sur le haut de l'écran l'objet coloré à mesurer (partie proche du capteur d'image). Pour faciliter la manoeuvre, l'écran 11 est divisé en deux parties, la partie supérieure proche du capteur d'image 12 sert à émettre les flux lumineux pour la mesure, la partie inférieure sert à donner une boucle de retour à l'utilisateur sur l'endroit qui est pointé (wysiwyg). Un intérêt particulier de ce second mode de réalisation est de pouvoir mesurer la réflectance de l'écran R""n(À). Le dispositif 10 selon la présente invention permet de transformer en colorimètre fidèle tous les équipements électroniques disposant d'un écran émissif 11 et d'un capteur d'image 12 situé à côté, entre autres les téléphones, les tablettes, les PDA (assistants personnels), les ordinateurs et les moniteurs/TV équipés d'une caméra de visioconférence. Il s'adresse aussi par exemple aux appareils photos et les caméscopes disposant d'un écran orientable/amovible. Le dispositif 10 selon la présente invention permet d'ouvrir de nouveaux usages nomades de mesure fidèle de couleur absolue au quotidien, sans nécessiter un appareil dédié. La liste suivante n'est pas limitative : - la mesure des couleurs sur des objets en tout genre : peintures, tapisseries, graphismes, textiles, plastiques, bois, métaux, sols, végétaux, aliments... ; - l'utilisation de codes-barres ou QR-codes en couleur à la place du noir et blanc ; - la mesure des couleurs à but médical ou cosmétique sur l'homme et le vivant : peau, boutons, grains de beauté, chevelure, pelage, maquillage, dents... ; et - la mesure des couleurs dans un but d'assistance aux personnes daltoniennes et aveugles. L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet. REVENDICATIONS1. Procédé de mesure d'au moins une couleur d'un objet (30) à l'aide d'un dispositif (10) comportant un écran émissif (11) et un capteur électronique d'image (12), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - placement dudit objet (30) dans une zone se trouvant en face de et sensiblement perpendiculairement à l'écran émissif (11) et se trouvant dans le champ de vision dudit capteur électronique d'image (12) ; - émission par ledit écran émissif (11) d'une série de k illuminants lécran(X)k (avec k entier naturel strictement supérieur à deux) ; - capture par ledit capteur électronique d'image (12) de la lumière réfléchie par ledit objet (30) ; et - détermination par ledit dispositif (10) de la valeur R(À) de la couleur de l'objet (30) à l'aide de la résolution d'une série d'équations du type fcaPteur (RcaPteurk, VcaPteurk, BcaPteurk) (À) = R(À) X [fecran (Recrank, Vecrank, Becrank) (À) + le)4(À) ], OÙ fcaPteur et fecran sont des fonctions de transfert. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de détermination de la valeur de l'illuminant extérieur 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de transcription de R(À) en valeurs CIE XYZ pour un illuminant donné. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de transcription de R(À) en valeurs CIE L*a*b pour un illuminant donné. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est situé sensiblement à la verticale dudit objet (30). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est situé au-dessus dudit objet (30). 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est situé en dessous dudit objet (30). 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est situé sur le côté dudit objet (30). 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une méthode de résolution de Gauss-Newton. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est un téléphone portable. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est une tablette numérique. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est un ordinateur avec capteur d'image pointé dans le même sens que l'écran. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit dispositif (10) est un appareil photo avec écran rotatif. 14.Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour mesurer la couleur d'un élément compris dans le groupe suivant : peintures, tapisseries, graphismes, textiles, textiles, plastiques, bois, métaux, sols, végétaux, et aliments. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour la mesure des couleurs à but médical ou cosmétique sur l'homme et le vivant d'au moins un élément compris dans le groupe suivant : peau, boutons, grains de beauté, chevelure, pelage, maquillage, et dents. 16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour l'utilisation de codes-barres ou de QR-codes en couleur. 17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans un but d'assistance aux personnes daltoniennes et/ou aveugles. 18. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre pour l'étalonnage des couleurs d'un écran. 19. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans le domaine du visible. 20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre dans des gammes de fréquence hors du visible (infrarouge ou rayons X). 21. Dispositif (10) comportant un écran émissif (11) et un capteur électronique d'image (12), de mesure d'au moins une couleur d'un objet (30) placé dans une zone se trouvant en face de et sensiblement perpendiculairement à l'écran émissif (11) et se trouvant dans le champ de vision dudit capteur électronique d'image (12), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour - émettre au niveau dudit écran émissif (11) une série de k illuminants lécran(X)k (avec k entier naturel strictement supérieur à deux) ; - capturer au niveau dudit capteur électronique d'image (12) la lumière réfléchie par ledit objet (30) ; et - déterminer la valeur R(À) de la couleur de l'objet (30) à l'aide de la résolution d'une série d'équations du type f"Pteur (RcaPteetk, VcaPteutk, BcaPteetk) (À) = R(À) x [fectan (Rectank, Vectank, Bectank) (À) + lext(À) ], OÙ f"Pte" et fectail sont des fonctions de transfert.25