Brevet FR3025389A1 — publié le 20160304

Domaine La présente invention porte sur une méthode d'imagerie dans le domaine des capteurs infrarouges embarqués qui consiste à détecter, automatiquement, en temps réel et par traitement d'images, au moins un paramètre prédéfini dans au moins une image, et à renvoyer ce ou ces paramètres à un dispositif d'affichage ou à une machine asservie ou supervisée, seuls ou associés à l'image dont ils ont été extraient. Description générale / résumé Les caméras infrarouges utilisées pour l'observation et la surveillance en environnement marin, aérien ou industriel sont généralement équipées de manière à transférer les images acquises vers un ordinateur, via une connexion de type Ethernet, CameraLink, USB ou autre. Une unité de traitement, d'analyse d'image et de stockage physiquement indépendante de la caméra est absolument nécessaire pour analyser les images acquises au moyen d'un logiciel de traitement d'images et gérer leurs stockages. Dans le cas d'une application sans fil, comme par exemple l'observation depuis une plateforme aéroportée de type drone, la nécessité de rapatrier l'ensemble des images vers une station sol requière une bande passante élevée et empêche de réaliser des observations de phénomènes rapides à hautes fréquences (passage d'un objet rapide dans le champ d'observation, défilement rapide à faible altitude...). La présente invention permet de s'affranchir de ces limites en proposant une caméra infrarouge dite intelligente et nommée dispositif dans le présent brevet. Cette caméra dispose d'au moins un capteur infrarouge matriciel ou linéaire, et d'au moins une unité de calcul embarquée. La fonction de cette unité est d'analyser les images acquises et d'extraire en temps réel, c'est-à-dire entre deux acquisitions et avant stockage définitif, les paramètres intéressants pour l'opérateur ou pour l'asservissement d'un processus. Ces paramètres, d'origine physique, géométrique ou issus d'une fusion d'informations géométriques et physiques, peuvent ensuite être visualisés en temps réel ou différé, directement sur un terminal d'affichage connecté ou intégré à la caméra, et stockés de manière sélective en interne, c'est-à-dire dans la caméra, ou en externe par au moins une unité de stockage. Dans le cadre d'une application industrielle, l'invention permet de simplifier de manière significative l'intégration du moyen de contrôle de procédé dans une machine en éliminant le recours à une unité de calcul dédiée à la réception et à l'analyse des images acquises. Cette méthode d'exploitation en temps réel des informations issues de l'analyse d'image, nommé procédé, permet également de réduire de manière significative le volume de données stockées. L'utilisation d'une méthode dit de stockage sélectif consistant à archiver seulement les informations exploitables ou les informations pertinentes pour l'opérateur ou le processus, permet en effet de limiter la quantité 3025389 2 d'information stockée qui peut être très limitant dans le cas d'un dispositif fonctionnant plusieurs jours ou plusieurs semaines sans interruption et à haute fréquence (plusieurs milliers d'images par seconde). 5 Etat de l'art Plusieurs brevets décrivent des dispositifs intégrant des caméras intelligentes avec des unités d'analyse et de stockage des images déportées et souvent indépendantes des dites caméras. Ces unités d'analyse peuvent avoir pour fonction de prédire des trajectoires d'objets, de piloter un dispositif parallèle à la caméra ou de modifier des 10 paramètres d'environnement. Un autre brevet décrit une caméra intégrant une unité d'analyse d'image intégrée mais son utilisation se restreint à la détection d'objets sans boucle de rétroaction vers un processus. Le brevet EP 2 328 131 A2 intitulé « Intelligent camera selection and object tracking », porte sur une méthode de prévision de trajectoire ou de position d'objets 15 dans le champ d'une ou plusieurs caméras à partir des informations recueillies avec une première caméra. L'architecture proposée dans ce brevet consiste en un réseau de noeuds « capteurs », intermédiaires et central, auxquels sont attribuées des fonctions comme la détection, le stockage, l'analyse et l'affichage des résultats obtenus avec les capteurs. Selon une des architectures présentées dans le brevet, les caméras intègrent 20 une double fonction afin de réduire le nombre de noeuds intermédiaires, avec d'une part la détection et d'autre part un traitement d'image qui consiste à encoder les vidéos selon des formats standards. Le traitement, l'analyse, le stockage, la gestion des entrées, et l'interface homme-machine restent attribués à d'autres noeuds du dispositif externes à la caméra (disque dur de stockage, ordinateur...). 25 Le brevet WO 2013/052383 Al intitulé « Smart surveillance camera systems and methods » décrit un système de surveillance multicapteurs intégrant une caméra sensible aux infrarouges, des sources de lumière dans l'infrarouge et le visible, une caméra sensible dans le domaine du visible et un processeur permettant l'analyse des images infrarouges. Le résultat de l'analyse des images infrarouges est utilisé pour 30 piloter les sources de lumière et la caméra sensible dans le domaine du visible. En plus des dispositifs d'observation et d'éclairage, le système présenté dans le brevet comprend également un dispositif de stockage et de communication vers un terminal utilisateur, ainsi qu'un dispositif mécanique de pointage. Comme pour le brevet précédent, l'ensemble des dispositifs d'analyse, de communication et de stockage sont 35 externes à la caméra infrarouge qui est un élément distinct du système de surveillance intelligent. Le brevet WO 2010/121354 Al intitulé « object tracking system » détaille un système, une méthode et l'algorithme permettant de surveiller le déplacement de 3025389 3 plusieurs cibles en même temps, et de modifier des paramètres d'environnement en fonction des informations relatives au déplacement des cibles. Le dispositif peut comprendre plusieurs caméras, reliées à un module d'analyse déporté et commun qui peut être une unité de calcul ou autre. La fonction de ce module est d'analyser le flux 5 d'images arrivant des caméras et de calculer ou définir des modifications à apporter au système en fonction des paramètres de mouvement issus de l'analyse d'image. Cette invention se concentre donc sur la définition de paramètres de mouvement uniquement, à partir d'informations de positionnement traitées par une unité de calcul ou autre physiquement indépendant des caméras. 10 Le brevet WO 2005/038699 Al intitulé « Method and image processing device for analyzing an object contour image, method and image processing device for detecting an object, industrial vision apparatus, smart camera, image display, security system, and computer program product » décrit une méthode d'analyse des contours dans une image permettant des comparer des objets afin de les détecter à haute 15 vitesse. Ce brevet propose d'utiliser une caméra intelligente intégrant un dispositif de traitement, en limitant ce traitement à l'analyse de contour dans une image et à la détection d'objet par comparaison de forme. Ce brevet ne décrit pas un dispositif intégrant des traitements d'images dans le but de modifier le paramétrage d'une machine ou réduire la quantité d'information transmises vers le terminal de 20 visualisation. Brève description des dessins Les dessins annexés illustrent un exemple de réalisation de la présente invention dépourvu de tout caractère limitatif. 25 La figure 1 représente une vue isométrique d'un exemple de réalisation du dispositif décrit dans la présente invention. La figure 2 représente une version de la face arrière du dispositif équipé de plusieurs types de connecteurs. La figure 3 décrit schématiquement et de manière non limitative le procédé 30 d'exploitation du dispositif décrit dans la présente invention. Description détaillée des dessins La figure 1 montre une vue isométrique du dispositif. La caméra est équipée d'une face avant (1) supportant un raccord fileté interchangeable (2) permettant de 35 s'adapter aux différents standards de montures optiques, comme la monture C. La 3025389 4 caméra est équipée d'un radiateur (3) permettant d'évacuer la chaleur du module de stabilisation en température ou de refroidissement du capteur, et d'un corps central (4) qui contient l'ensemble des composants électroniques nécessaires au pilotage et à l'acquisition du signal vidéo, ainsi qu'au traitement, à l'analyse et au transfert ou au 5 stockage interne des images ou des paramètres issus du traitement d'images. Le corps central contient également les composants électroniques nécessaires au pilotage ou à l'acquisition de signaux provenant de dispositifs externes comme des dispositifs d'acquisition d'information, des machines de fabrication ou d'usinage, des robots, des sources lumineuses, ou des capteurs divers. La face arrière (5) fait l'interface entre les 10 différentes unités électroniques de la caméra et les dispositifs externe. La figure 2 représente la face arrière de la caméra (5). Cette face arrière supporte l'ensemble des connecteurs permettant de transférer des images ou échanger des informations. Dans une version de la caméra, correspondant à la figure 2, les images sont transférées au travers d'un port Ethernet ou Gigabit Ethernet (6) et les 15 informations nécessaires à l'acquisition de données ou à l'envoi de commandes vers un dispositif externe transitent au travers de connecteurs multi-broches (7), de connecteurs coaxiaux (8) ou autres. La figure 3 décrit le processus d'initialisation du dispositif, d'acquisition et de traitement des informations, ainsi que d'exploitation des résultats issus de l'analyse de 20 l'image ou des images acquises par le dispositif. La séquence d'utilisation commence par le choix du ou des paramètres pertinents à contrôler (11) pour assurer la surveillance d'un processus de fabrication, d'un processus d'usinage ou tout autres processus industriels manuels ou automatiques. Le choix du ou des paramètres pertinents peut s'appuyer sur l'analyse préalable d'une ou plusieurs images de 25 référence avec plusieurs jeux de paramètres (9), ou sur une connaissance préalable du processus ou de l'évènement permettant de définir ces paramètres et/ou les réglages donnant les meilleurs résultats sans image de référence ou de test (10). Ce ou ces paramètres peuvent également servir à surveiller une zone avec le dispositif depuis une position fixe ou un véhicule terrestre, aérien ou marin piloté ou non. Le ou les 30 paramètres sont définis et initialisés par l'opérateur via une interface homme-machine depuis un terminal de pilotage qui peut être un ordinateur embarqué ou non dans la machine ou le véhicule, une tablette tactile, ou tout autre support permettant de se connecter au dispositif et de modifier son état ou ses fonctions. Après cette étape d'initialisation des paramètres, l'analyse d'images (12) est automatiquement 35 programmée et chargée dans la caméra. Le dispositif peut ensuite acquérir des images automatiquement (13) et les analyser en temps réel (14) afin d'extraire de ces images des informations sur le ou les paramètres définis (15). L'exploitation des résultats issus de l'analyse d'image peut se faire de deux manières : les résultats peuvent d'une part être intégrés à l'image ou aux images transmises à un opérateur (16), et d'autre part ils peuvent être utilisés pour contrôler un ou plusieurs dispositifs externes sans 3025389 5 transmission ni stockage des images acquises (19). La première méthode, essentiellement destinée aux applications de sécurité et de surveillance avec décision humaine, depuis des postes fixes ou des véhicules, consiste à incruster l'information obtenue par l'analyse des images acquises par le dispositif (17). Trois modes peuvent 5 être utilisés : soit les informations sont intégrées dans les images qui ont permis de les obtenir (fréquence d'affichage égale à la fréquence d'acquisition), soit elles sont regroupées sur un échantillon d'images extrait de l'acquisition (fréquence d'affichage inférieure à la fréquence d'acquisition), soit les informations sont issues d'une série d'images acquises avec des temps d'exposition différents et intégrées dans une image 10 unique (images « longue pose » intercalées dans une série d'images « pose courte »). Une fois l'image enrichie, elle est transmises vers un terminal d'affichage (18) pour être visualisée par un opérateur qui prendra les décisions sur les actions à effectuer. La seconde méthode d'exploitation des résultats issus de l'analyse d'image consiste à piloter automatiquement un dispositif externe à la caméra sans transfert ni stockage 15 des images acquises par le dispositif (19). Cette méthode consiste à définir des actions à appliquer au dispositif externe en fonction des valeurs ou plus généralement des informations associées aux paramètres surveillés. Ces actions sont déclenchées ou accomplies par des consignes de pilotage envoyées au dispositif externe parallèlement à l'envoi des valeurs ou des informations des paramètres suivis (20). Le dispositif 20 externe peut être un moyen de visualisation (21) comme un écran, une machine ou un robot (22) effectuant par exemple des opérations d'usinage ou de fabrication, ou une source lumineuse (23) qui peut être par exemple un laser ou un voyant d'alarme, ou des dispositifs de sécurité comme par exemple un arrosage automatique. Description détaillée d'un mode d'utilisation du dispositif 25 Cette description du dispositif et de son procédé d'utilisation n'est pas limitative est présente un exemple applicatif du moyen. Cet exemple décrit l'utilisation du dispositif pour le contrôle en boucle fermée d'une machine de fabrication additive dont le principe de fonctionnement repose sur la fusion sélective d'une poudre métallique au moyen d'un laser. Cette méthode de 30 fabrication par couche est longue est peut durer entre quelques heures et quelques semaines en fonction des dimensions des pièces à produire, malgré des vitesses de déplacement du faisceau laser sur le lit de poudre qui peuvent atteindre 1 à 6m/s. Le contrôle du procédé nécessite donc une fréquence d'acquisition élevée pour réduire autant que possible les zones non observées. Pour des durées d'observation 35 importantes, la quantité d'information est trop grande pour pouvoir être stockée et analysée correctement. La solution tout intégré du dispositif et le procédé d'utilisation associé apporte une solution à cet exemple d'application. Le dispositif est placé dans la machine et raccordé au boitier contenant le système optique permettant notamment de déplacer le faisceau laser sur le lit de 3025389 6 poudre. Ce système optique est conçu de manière à permettre au laser d'être dirigé vers le lit de poudre, tout en permettant de collecter le rayonnement dans des gammes de longueurs d'onde différentes de celle du laser. Ce rayonnement collecté est ensuite envoyé vers le dispositif équipé d'un capteur sensible sur cette gamme de 5 longueur d'onde. Le dispositif étant équipé d'interface d'entrée, il peut être synchronisé avec les tirs du laser pour réduire la durée d'utilisation du capteur aux seules phases de lasage et permettre un stockage sélectif des données. Avant le lancement du processus de fabrication, l'opérateur peut sélectionner des caractéristiques du bain de fusion à suivre tout au long de la construction de la pièce. 10 Ces caractéristiques peuvent être diverses en fonction du type de matériau utilisé, de la forme de la pièce ou de l'expérience du fabricant. Une fois l'initialisation effectuée, le système de contrôle de procédé est fonctionnel et la fabrication de la pièce peut démarrer. Au cours de la fabrication, les images acquises sont analysées en temps réel pour déterminer si le processus se déroule normalement 15 (pas d'éjection de matière, pas de modification de la forme du bain de fusion...) et si les paramètres de la machine restent constants (pas d'anomalie sur le système optique, pas d'anomalie sur le dispositif de mise en couche...). Les résultats de l'analyse des images permettent de définir ou de calculer des corrections à appliquer en temps réel aux différents organes de la machine pour retrouver des conditions de 20 fabrications optimales via les interfaces de sortie dont le dispositif est équipé, ou pour signaler la présence d'un défaut dans la pièce une fois finie. Afin de réduire la quantité d'information à traiter et à stocker, les images ne sont pas transmises par le dispositif mais analysées en temps réel après acquisition par l'unité de traitement d'image embarquée. Seuls les paramètres et les informations issues de 25 l'analyse d'image, comme par exemple la forme du bain ou les gradients thermiques, sont effectivement envoyés aux dispositifs internes à la caméra ou externes pour les stocker de manière sélective et/ou appliquer des actions correctives. Ce procédé permet également d'améliorer très avantageusement le temps de réponse du système de contrôle de la machine en boucle fermée, en réduisant significativement les durées 30 de transfert d'informations entre les différents organes du dispositif décrit dans ce brevet. Une fois la fabrication de la pièce achevée, le fichier de données associé au contrôle de procédé reste exploitable malgré la quantité d'informations stockée, afin de permettre à l'opérateur de vérifier a posteriori la qualité des pièces produite et d'améliorer leurs 35 traçabilités. La génération de ce fichier de résultats exploitable par l'opérateur serait impossible avec un système classique de transmission, de stockage et d'analyse l'ensemble des images par des unités indépendantes de la caméra. A titre d'exemple, le stockage sélectif de paramètres issus de l'analyse d'image génère des fichiers de l'ordre du Go pour 24h d'observation et de quelques dizaines de Go en une semaine 3025389 7 de sept jours. Dans le cas d'un stockage systématique des images acquises par la caméra, le fichier produit est de l'ordre que quelques To en 24h et de l'ordre de quelques dizaines de To en une semaine. Le dispositif présenté dans ce brevet permet donc d'améliorer significativement le contrôle de procédé dans les machines de 5 fabrication additive ainsi que le stockage grâce à son architecture et au procédé de traitement de l'information proposé. REVENDICATIONS1. Dispositif de caméra intelligente temps réel contenant un capteur sensible dans une des gammes de l'infrarouge, une électronique de pilotage du capteur et une électronique d'acquisition d'images caractérisé en ce que l'électronique de traitement et d'analyse d'images et une l'électronique d'interface avec des dispositifs externes sont contenues dans le dispositif afin de réaliser les opérations d'acquisition, d'analyse et de stockage d'images et de pilotage en temps réel et in-situ. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des interfaces de sortie permettant de transmettre des informations vers un dispositif externe. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les informations transmises sont des signaux analogiques. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les informations transmises sont des signaux numériques. 5. Dispositif selon les revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les informations transmises vers le dispositif externe est une commande de pilotage. 6. Dispositif selon la revendication 2 à 4, caractérisé en ce que les informations issues de l'analyse d'images peuvent être envoyées à plusieurs dispositifs externes. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des interfaces d'entrée permettant de collecter des informations provenant d'un dispositif externe. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les informations reçues sont des signaux analogiques. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les informations reçues sont des signaux numériques. 10. Dispositif selon les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les informations peuvent être reçues depuis plusieurs dispositifs. 3025389 9 11. Dispositif selon les revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les informations reçues sont des consignes de pilotage du dispositif décrit dans le présent brevet. 5 12. Dispositif selon les revendications 7, caractérisé en ce que les informations issues de l'analyse des images acquises avec le capteur contenu dans le dispositif sont fusionnées avec les informations provenant du dispositif externe. 10 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la fusion de données embarquée peut utiliser des informations provenant des différents dispositifs externes connectés à la caméra. 14. Dispositif selon les revendications 2 à 10, caractérisé en ce qu'il asservi un 15 processus de fabrication industriel en boucle fermée.