Brevet FR3026970A1 — publié le 20160415

Domaine technique Le domaine de l'invention est celui du traitement d'objets postaux dans lequel on déplace avec un convoyeur les objets postaux devant une caméra et on forme une image numérique de chaque objet postal, avec dans chaque image numérique ledit objet postal qui est inscrit dans un fond d'image. A la suite de cette acquisition d'image dans une machine de tri postal, l'adresse postale du destinataire de l'objet postal peut être évaluée automatiquement, notamment à partir d'un OCR, et l'objet postal peut être alors dirigé automatiquement dans une sortie de tri de la machine de tri postal. Technique antérieure Les objets postaux peuvent être des lettres ou autres articles de courrier plats, sous enveloppe en papier ou en plastique, ou encore des colis. Généralement, pour le courrier plat, les objets postaux sont introduits en entrée de la machine de tri en pile, puis chaque objet est automatiquement dépilé pour être aiguillé vers une sortie de tri correspondant à l'adresse de destinataire qu'il porte. Durant l'opération de dépilage, il peut arriver que 25 plusieurs objets restent accrochés les uns aux autres, ce qui forme une prise multiple qui doit être détectée pour éviter les erreurs de tri dans les sorties de tri. Les prises multiples peuvent être détectées par analyse d'images numériques. Dans ce cas, les objets en 30 prises multiples doivent être reconnus individuellement dans l'image numérique, par exemple par un détourage numérique. Mais actuellement, au lieu d'un détourage 3026970 2 numérique des objets postaux dans les images, on procède à des mesures des dimensions (longueur, largeur, hauteur) des objets postaux à l'aide de cellules de détection placées sur le chemin de convoyage des objets postaux 5 dans la machine de tri et à partir de ces mesures de dimension, on analyse les images numériques pour reconnaître individuellement les objets. Or ces mesures à partir de cellules ou capteurs optiques par exemple sont rudimentaires et peu précises. 10 De plus lorsque l'objet postal est emballé dans du plastique transparent, il n'est actuellement pas possible de séparer le contenant du contenu et les objets postaux sous contenant plastique peuvent être considérés par ces capteurs de détection comme des prises multiples. 15 Par ailleurs, on rencontre dans ce spectre de courrier plastique, des situations ou l'adresse de destinataire est écrite sur une bande opaque ce qui peut rendre très difficile la reconnaissance de l'adresse de destinataire. Il est nécessaire de prévoir un traitement 20 d'image particulier pour détecter la présence de ces bandes opaques dans les images des objets et aussi d'autre traitements adaptés pour extraire les informations d'adresse écrites sur ces bandes opaques et sans les informations parasites qui apparaissent par transparence sous les bandes opaques. Par ailleurs, cette difficulté et ces imprécisions entraînent aussi des erreurs de localisation spatiale du bloc d'adresse de destinataire dans l'image. Ces erreurs contribuent à l'augmentation du taux 30 d'erreur de lecture de l'adresse de destination des objets postaux. 3026970 3 De manière générale, le fond d'image des images numériques formées par une caméra dans une machine de tri postale est constitué par la surface d'une courroie de convoyage quand il s'agit d'un convoyage sur chant. 5 L'utilisation de l'image de la courroie pour analyser le pourtour de l'objet est tributaire de la couleur de l'objet. Or comme les objets postaux peuvent avoir des couleurs très diverses, cette discrimination de couleur courroie/objet dans l'image n'est pas viable en 10 pratique. Par ailleurs, au cours de son utilisation, la courroie de convoyage a tendance à vieillir et à se dégrader et il en résulte que le fond d'image dans ces images numériques a tendance à devenir hétérogène et il 15 en résulte qu'il se confond avec les contours des objets postaux. Par ailleurs, le spectre des objets postaux distribués par les services postaux inclut aussi des paquets ou colis très hétérogènes dont les dimensions en 20 longueur, largeur et hauteur varient considérablement. Pour trier ces objets postaux dits hétérogènes, ils subissent une étape de séparation dite d'égrenage sur un convoyeur à tapis. L'égrenage des objets postaux hétérogènes disposés 25 initialement en vrac est fait par exemple en utilisant la gravité et la chute sur un plan incliné pour séparer les objets entre eux. Les objets postaux hétérogènes sont ensuite déplacés à plat sur un tapis de convoyage et une image du tas 30 d'objets postaux est formée par une caméra placée au-dessus du tapis de convoyage. 3026970 4 Le problème est que le fond d'image dans ces images numériques est également très hétérogène et se confond avec le contour des objets postaux eux-mêmes ce qui rend fragile l'utilisation des systèmes de traitement d'images 5 classiques pour détourer les objets postaux à partir des images numériques prises par la caméra afin de terminer l'égrenage mécanique. Par ailleurs, dans ce type d'installation, il n'est pas possible non plus de mesurer en amont de la prise 10 d'images les dimensions des objets postaux par capteurs optiques du fait que ces objets sont en vrac. Exposé de l'invention Le but de l'invention est de remédier à ces divers 15 inconvénients. L'idée à la base de l'invention est de disposer d'un fond de convoyage pour les objets postaux, qui ressort comme fond d'image, qui est d'aspect non homogène mais qui n'est pas non plus hétérogène, en intégrant dedans un 20 signal fréquentiel dont la période spatiale est très inférieure à la dimension de la fenêtre d'analyse du traitement d'image, laquelle est fixée par la résolution fixe de l'image. L'idée à la base de l'invention est donc d'utiliser un fond de convoyage tramé avec un motif de 25 trame périodique. Un tel signal périodique peut être facilement détecté par analyse spectrale locale avec une transformation orthogonale pour être différencié du reste de l'image qui se trouve à l'intérieur du contour de l'objet postal. A cet effet, l'invention a donc pour objet un procédé de traitement d'objets postaux dans lequel on déplace avec un convoyeur les objets postaux devant une 3026970 5 caméra et on forme une image numérique de chaque objet postal, avec dans chaque image numérique ledit objet postal qui est inscrit dans un fond d'image, caractérisé en ce que les objets postaux sont déplacés dans le 5 convoyeur de telle sorte que chaque image numérique d'un objet postal comporte un fond d'image constitué par un motif tramé périodique. Le procédé selon l'invention peut comprendre en outre une étape de détourage numérique de chaque objet 10 postal à partir de ladite image numérique de cet objet postal. Parmi l'ensemble des transformations orthogonales envisageables pour réaliser le détourage numérique, la transformée de Walsh-Hadamard possède un grand nombre de 15 caractéristiques intéressantes pour une telle analyse d'images : - c'est une transformation réelle à faible complexité algorithmique; - les matrices de Walsh sont symétriques, orthogonales, 20 séparables et inversibles; - la forme rectangulaire de ses fonctions de base la prédispose à l'étude de signaux à deux dimensions à supports finis, tronqués dans l'espace; - son calcul ne nécessite aucune multiplication (vecteurs 25 de base constitués que de +1 et -1); - elle peut être obtenue par implémentation d'algorithmes rapides; - elle présente un fort potentiel pour l'extraction de caractéristiques d'angles dans une image. 30 Le procédé selon l'invention peut encore présenter les particularités suivantes : 3026970 6 - le convoyeur peut être un convoyeur à bande et le motif tramé est constitué par une texture à la surface de la bande du convoyeur; - le motif tramé peut être constitué par des stries 5 usinées dans la bande du convoyeur. - les stries sur la bande sont de préférence obliques par rapport à la direction de déplacement des objets postaux devant la caméra; en particulier, elles forment un angle de 45° par rapport à la direction de 10 déplacement des objets postaux devant la caméra; - les stries peuvent être en forme de V avec de préférence des lignes diagonales et anti-diagonales formant un angle de 45° et -45° par rapport à la direction de convoyage des objets; 15 - le motif tramé peut être imprimé sur la bande du convoyeur; - le convoyeur peut être une roue ayant une jante, le motif tramé étant constitué par une texture à la surface de la jante de la roue du convoyeur; 20 - la fréquence du motif est telle qu'elle est détectable à l'intérieur d'une fenêtre d'analyse carrée dyadique déplacée sur l'image numérique. Si la caméra est une caméra en multi niveaux de gris avec une résolution de 200 dpi, soit environ 8 pixels/mm, la période spatiale 25 du motif de la courroie pourra donc être induite par la dimension dyadique minimale de la fenêtre carrée d'analyse: période de 0,5 mm si la fenêtre d'analyse minimale est de 8x8 pixels (1=2). L'invention s'étend à une machine de tri postal qui 30 comprend un convoyeur spécialement agencé pour mettre en oeuvre le procédé de traitement d'objets postaux tel que présenté ci-dessus. 3026970 7 Description sommaire des dessins La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui 5 suit et des dessins annexés dans lesquels : - La figure 1 montre une image numérique avec des lettres en superposition dans un fond d'image à motif tramé périodique selon l'invention. - La figure 2 illustre un convoyeur à bande avec une 10 bande texturisée suivant le motif tramé de la figure 1. - La figure 3 illustre un motif tramé en forme de V. - La figure 4 illustre un traitement d'image pour des objets convoyés sur chant avec une détection de prise multiple. 15 - La figure 5 illustre un traitement d'image d'objets sous enveloppe en plastique. - La figure 6 illustre un traitement d'image d'objets sous enveloppe en plastique qui présente une bande opaque. 20 - La figure 7 illustre un traitement d'image d'objets convoyés à plat sur un tapis tramé. Description des modes de réalisation Sur la figure 1, on a donc illustré un exemple 25 d'image numérique 1 obtenue dans une machine de tri postal à l'aide du procédé selon l'invention. Comme indiqué plus haut, cette image est destinée ensuite à être exploitée par un système de traitement d'image, notamment pour une évaluation automatique par 30 OCR d'adresse de distribution d'article de courrier. Comme visible sur la figure 1, ici trois articles de courrier 2 sont inscrits en superposition dans le fond 3 3026970 8 de l'image 1 qui est un fond à motif tramé périodique montré en agrandi dans le carré supérieur à droite sur la figure 1. Le motif tramé est constitué de lignes parallèles 5 espacées deux à deux de manière équidistante et qui s'étendent ici en diagonal à 45°. La figure 2 illustre un convoyeur à bande motorisée 4 faisant partie d'une machine de tri postal et qui déplace sur chant un article de courrier plat 5, comme 10 une lettre ou un magazine, devant une caméra 6 en multiniveaux de gris, avec ici par exemple 256 niveaux de gris. La caméra 6 a une certaine résolution d'image, par exemple 200 dpi ce qui est classique dans le domaine du tri postal. 15 La période du motif avec les lignes en diagonale peut être comprise entre 0,25mm ou 2mm environ dans la direction D de déplacement de l'article de courrier devant la caméra. Plus particulièrement, la résolution native des 20 images numériques produites par la caméra 6 est de l'ordre de 8 pixels/mm. Avec une fenêtre de 8x8 pixels par exemple on analyse donc localement des blocs de lmm2. Pour être détectable par une analyse de fourrier spatiofréquentielle de type Walsh-Hadamard, la période spatiale 25 physique du motif tramé doit donc être inférieure à la largeur de la fenêtre d'analyse, soit de l'ordre de : 0,25mm si on exploite une analyse par blocs de 4x4 pixels sur l'image numérique, 0,5mm si on exploite une analyse par blocs de 8x8 30 pixels sur l'image numérique, 1mm si on exploite une analyse par blocs de 16x16 pixels sur l'image numérique, 3026970 9 2mm si on exploite une analyse par blocs de 32x32 pixels sur l'image numérique. Le principe général d'analyse spectrale multiéchelle consiste à isoler le contour de l'objet à 5 plusieurs niveaux d'échelle en comparant, à l'intérieur de fenêtres de taille fixe ou décroissante, la réponse angulo-fréquentielle locale de l'image avec la signature spectrale de la texture du fond d'image recherché. Le procédé de détourage numérique de l'objet postal 10 dans l'image numérique peut être lancé à une échelle adaptée (blocs carrés de dimensions dyadiques), ou s'effectuer progressivement d'une échelle d'analyse maximale (blocs de dimensions dyadiques Nmax x Nmax) à une échelle d'analyse minimale (blocs de dimensions 15 dyadiques Nmin x Nmin). Par principe, l'analyse spectrale présente une dualité entre résolution spatiale et fréquentielle. Une large fenêtre d'analyse permettra une bonne précision angulo-fréquentielle au détriment d'une mauvaise 20 localisation spatiale des contours détectés. Une détection sur une petite fenêtre d'analyse fournira à l'inverse une bonne précision spatiale mais au détriment d'une approximation angulo-fréquentielle. Outre les considérations calculatoires liées au 25 recouvrement ou non des fenêtres, les valeurs du couple d'échelles d'analyse extrémales (Nmin,Nmax) peuvent donc être fixées par la finesse de détourage souhaitée des contours de l'objet compte tenu de l'applicatif : détourage simple, détection plastique, égrenage d'objets, 30 détection de prises multiples, etc. Les signatures spectrales du fond d'image aux échelles nécessaires sont calculées empiriquement par 3026970 10 analyse locale et moyennage sur un échantillon image de fond de dimensions N x N (N>Nmax), ce qui permet une adaptation de la détection au fond courant, ainsi qu'une éventuelle réactualisation régulière de la signature 5 spectrale recherchée à partir d'un mécanisme d'apprentissage dynamique. Les signatures spectrales de fond sont comparées à celles extraites localement sur les blocs de pixels image analysés dans l'image numérique avec plusieurs échelles, 10 avec ou sans recouvrement des blocs de pixels entre eux. Elles contiennent un ensemble de caractéristiques spatio-fréquentielles directement dérivées du spectre énergétique de Walsh-Hadamard du bloc de pixels, telles que : 15 - composante continue (CC) et puissance du bloc (moyenne des intensités et des carrés des intensités des pixels du bloc) - hétérogénéité statistique (écart-type des intensités des pixels du bloc) 20 - hétérogénéité spectrale (rapport entre énergie principale et totale du bloc hors CC) - indice de fréquence spectrale principale (hors CC) - angle d'orientation spectrale principale (hors CC) Suivant la problématique de détourage traitée (objet 25 simple, détection plastique, détection PM, ...), l'extraction de l'objet du fond texturé dans l'image se fonde alors sur l'une des deux procédures de décision suivantes : - la décorrélation des images obtenues par la mesure 30 des variations d'attributs spectraux entre blocs de pixels analysés et bloc de pixels théorique de fond d'image à l'échelle N, permet d'obtenir une carte des 3026970 11 distances de dissemblance objet/fond avec possibilité de seuillage fixe ou automatique. - la corrélation entre les taux énergétiques obtenus dans le plan spectral angulo-fréquentiel, des blocs de 5 pixels analysés et du bloc de pixels théorique de fond à l'échelle N fournit une carte des mesures de dissemblance objet/fond avec possibilité de seuillage fixe ou automatique. Quelle que soit la mesure de dissemblance utilisée, 10 le détourage objet/fond peut s'effectuer, soit directement à une échelle N d'analyse présupposée adaptée, soit sous une stratégie d'analyse multi-échelle consistant à intégrer les différences à plusieurs échelles ou à diriger le détourage en excluant 15 progressivement les blocs de pixels détectés comme étant du fond d'image à l'échelle d'analyse supérieure (stratégie d'analyse-division des blocs de pixels type « quad tree »). Ces paramètres de traitement sont ajustables à la 20 problématique traitée, en fonction notamment des connaissances a priori sur l'échelle des caractéristiques recherchées (bords transparents plastiques, niveau de détection prise multiple, ...) : - taille des dimensions dyadiques d'analyse (N>=4) 25 - résolution en pixels/mm de l'image analysée - niveau de recouvrement des blocs analysés (aucun, semi, quart ou complet). Sur la figure 3, on a illustré vue de face une courroie de convoyeur avec en surface un motif tramé 30 périodique, ici en forme de V tourné à 90° suivant la direction D. 3026970 12 Ce motif tramé peut être réalisé en usinant des stries ou rainures dans l'épaisseur de la courroie du côté de sa face en caoutchouc en contact avec l'objet postal 5. Avec ce type de motif, on a des stries qui sont 5 obliques à 45° ce qui permet de détecter les coins angulaires des objets postaux de façon optimum pour de faibles échelles d'analyse Par ailleurs, la forme en V avec les extrémités des branches du V qui viennent sur les bords longitudinaux de 10 la courroie, contribue à préserver une bonne durée de vie pour la courroie. Pour les objets convoyés sur champ un seuillage automatique de la carte des mesures de dissemblance objet/fond permet d'obtenir une image binaire qui est 15 utilisée pour réaliser plusieurs fonctions : - détection des prises multiples (Figure 4) par analyse du pourtour d'objets rectangulaires mettant en évidence la superposition de coins rectangulaires d'objets superposés. Sur la figure 4 on a illustré une 20 image numérique 7 avec des lettres en prise multiple, l'image numérique 8 résultant de la transformée de Walsh-Hadamard et le résultat de seuillage 9 qui permet de détecter la prise multiple par analyse des contours 10, 11. 25 - détection d'objet sous plastique et estimation de la taille du contenu dans un contenant plastique grâce à la présence de zone de fond sur l'image de dissemblance objet/fond sur les bords de plastique qui déborde de l'objet contenu. Dans ces zones, grâce à la transparence 30 du plastique il apparaît sur l'image binaire obtenue par seuillage des points à l'intérieur de la taille hors tout de l'objet postal qui contient un objet forcement plus 3026970 13 petit. Sur la figure 5, on a illustré une image numérique 12 d'un objet postal sous emballage en plastique, l'image 13 résultant d'une transformée de Walsh-Hadamard et le résultat de seuillage qui permet de détecter la présence 5 d'un contenu plastique par analyse des petits cotés de l'objet rectangulaire 14,15,16 et calculer la taille du contenant et du contenu qui est différente. - détection de bandes opaques sur objet en plastique par analyse de l'image de dissemblance objet/fond sur les 10 petits côtés de l'objet rectangulaire. La recherche d'un ou plusieurs créneaux sur les deux bords de l'image binaire obtenus par seuillage permet de détecter la présence de banque opaque et déterminer sa position. Dans ce cas, la surface de cette bande opaque donne une pré- 15 localisation de l'adresse destinataire qui fera l'objet d'un prétraitement d'images spécialisé qui gère la superposition des informations adresse destinataire imprimée sur la bande opaque du plastique avec les informations qui apparaissent par transparence. Sur la 20 figure 6, on a illustré une image numérique d'un objet postal sous enveloppe en plastique avec une bande opaque 17, l'image 18 résultant de la transformée de Walsh-Hadamard et le résultat de seuillage qui permet, par analyse des petits cotés de l'objet rectangulaire, de 25 déterminer la présence de la bande opaque. Sur un convoyeur à plat, la courroie ou bande de convoyage ne subit pas les contraintes de frottement présentes dans un convoyeur sur chant et peut avoir une surface peinte qui reproduit le motif tramé périodique. 30 On peut aussi avoir un convoyeur à base de roues, par exemple des roues dites à basse pression avec une jante souple deformable radialement. Dans ce cas, le 3026970 14 motif tramé peut être encore réalisé sous forme d'une texture par usinage de stries à la surface de la jante de la roue en contact avec les objets postaux. Pour les objets convoyés à plat sur un tapis tramé 5 un seuillage automatique de la carte des mesures de dissemblance objet/fond permet d'obtenir une image binaire qui est utilisée pour réaliser, en plus des fonctions précédentes, une fonction de dénombrement et d'égrenage d'objets rectangulaires convoyés en vrac et 10 dont il faut établir une cartographie des objets ainsi que l'ordre de superposition sur le tapis. Sur l'image obtenue par seuillage de la carte des mesures de dissemblance on fait une analyse du ou des pourtours des composantes connexes afin de détecter les 15 sommets convexes et les sommets non convexes afin de déterminer le nombre d'objets rectangulaires. Sur la figure 7, on a illustré une image numérique 21 d'un tas d'objets en vrac sur un convoyeur à plat à tapis tramé, l'image 24 résultant de la transformée de Walsh-Hadamard 20 et le résultat du seuillage 25,34 qui permet de détecter des sommets convexes 26,27,28,29,30,31,32,33 et non convexes 35,36,37,39,40 pour établir le dénombrement des objets et déterminer l'ordre des objets de la pile. Une analyse de l'image originale 21 sur les intersections des 25 arêtes détectées 22,23 permet d'établir l'ordre de superposition de ces objets pour déterminer progressivement l'objet au sommet du tas. Il va de soi que la présente invention ne saurait être limitée à la description qui précède des modes de 30 réalisation, susceptibles de subir quelques modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement d'objets postaux (5) dans lequel on déplace avec un convoyeur les objets postaux devant une caméra et on forme une image numérique de chaque objet postal, avec dans chaque image numérique ledit objet postal qui est inscrit dans un fond d'image, caractérisé en ce que les objets postaux sont déplacés dans le convoyeur de telle sorte que chaque image numérique (1) d'un objet postal comporte un fond d'image (3) constitué par un motif tramé périodique. 2. Procédé de traitement d'objets postaux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de détourage numérique de chaque objet postal à partir de ladite image numérique de cet objet postal. 3. Procédé de traitement d'objets postaux selon la 20 revendication 2, caractérisé en ce qu'il exploite une analyse spectrale locale pour réaliser le détourage numérique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 25 caractérisé en ce que le convoyeur est un convoyeur à bande et le motif tramé est constitué par une texture à la surface de la bande du convoyeur. 5. Procédé de traitement d'objets postaux selon la 30 revendication 4, caractérisé en ce que le motif tramé est constitué par des stries usinées dans la bande du convoyeur. 3026970 16 6. Procédé de traitement d'objets postaux selon la revendication 5, caractérisé en ce que les stries sur la bande sont obliques par rapport à la direction de 5 déplacement (D) des objets postaux devant la caméra. 7. Procédé de traitement d'objets postaux selon la revendication 6, caractérisé en ce que les stries sur la bande sont orientées à 45° par rapport à la direction de 10 déplacement (D) des objets postaux devant la caméra. 8. Procédé de traitement d'objets postaux selon la revendication 5, caractérisé en ce que les stries sur la bande sont en forme de V, formant de préférence un angle 15 respectif de +45° et -45° par rapport à la direction de de déplacement (D) des objets postaux devant la caméra. 9. Procédé de traitement d'objets postaux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en le motif tramé est 20 imprimé sur la bande du convoyeur. 10. Procédé de traitement d'objets postaux selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le convoyeur est une roue ayant une jante, le motif tramé 25 étant constitué par une texture à la surface de la jante de la roue du convoyeur. 11. Procédé de traitement d'objets postaux selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la 30 caméra (6) qui forme les images numériques est en multi niveaux de gris avec une résolution de 200 dpi, et en ce que le motif tramé périodique se répète tous les 0,25 mm 3026970 17 à 2mm environ suivant la direction de déplacement (D) des objets postaux devant la caméra. 12. Machine de tri postal, caractérisé en ce qu'elle 5 comprend un convoyeur spécialement agencé pour mettre en oeuvre le procédé de traitement d'objets postaux selon l'une des revendications 1 à 11.