Brevet FR3076681A1 — publié le 20190712

Procédé de repérage de la visée d'un spectro-colorimètre sur la surface d'un capteur photographique numérique Domaine : mesure des surfaces de reproduction d'image La présente invention concerne un système de mesure qui s'utilise principalement en salle de projection cinématographique pour la calibration et la maintenance de la qualité. Il s'agit en particulier d'une méthode permettant de repérer sur un capteur photographique numérique l'endroit précis, sur la surface à mesurer, du pointage d'un spectro-colorimètre. Ce système est également applicable aux mesures de toute surface servant à la reproduction 10 des images animées ou non, que cette surface soit réflexive ou émissive. Les spécifications pour la restitution des spectacles cinématographiques sont définies par des standards industriels. La calibration et le maintien de spécifications peuvent être réglementaires dans certains pays comme la France. Le passage à la projection numérique depuis les années 2005 a permis 15 des réglages précis, ce qui n'était pas le cas auparavant avec les supports photochimiques. Ces spécifications concernent principalement le niveau maximum de luminosité, le niveau de noir, l'uniformité d'éclairement et les caractéristiques colorimétriques du blanc et des primaires rouge, verte et bleue. Le système de 20 mesure permet d'évaluer chacune de ces caractéristiques avec la précision nécessaire. Art antérieur de mesure de l'intensité et de la couleur La solution traditionnelle de mesure de ces caractéristiques fait appel à des instruments génériques de mesure de la luminosité et de la couleur, appelés « 25 luminancemètres », « colorimètres » ou « spectro-colorimètres ». Ils ne sont pas faits pour la mesure de surfaces et ne donnent que des mesures ponctuelles. Les évaluations globales comme l'uniformité nécessitent plusieurs relevés associés à des calculs. Une intervention humaine est en outre nécessaire pour ajuster les points de mesure sur l'image projetée, relever les 30 données mesurées et les combiner. Les mesures sont longues et sujettes à des erreurs d'appréciation. Il est difficile, sinon impossible, de faire des contrôles à distance. Plus particulièrement, les appareils de mesure existants ne peuvent être installés à demeure à un poste fixe. Pour obtenir l'ensemble des données nécessaires à la calibration ou à l'évaluation d'une projection, il est nécessaire 35 d'avoir recours à un pointage manuel systématique par lequel un opérateur 2 oriente l'appareil de mesure dans la direction de la zone d'écran appropriée pour chaque relevé. Des systèmes plus modernes permettent d'analyser la surface entière d'un écran ; ils utilisent un capteur photographique numérique, ou caméra numérique (avec un capteur CCD ou CMOS), dont les résultats peuvent être soumis à des calculs et qui peut être piloté à distance. L'auteur de cette présente invention a développé un système adapté à la mesure d'écran de cinéma, commercialisé sous le nom de « Qalif », système pour lequel il a rédigé plusieurs brevets. Ce système est basé sur un capteur type CCD ou CMOS muni d'un objectif. Il est calibré à l'origine et permet de donner des mesures complètes à partir de photographies numériques de l'écran entier, sur lequel sont projetées des mires ad hoc. Cet outil et ses capacités sont décrites principalement dans le brevet européen EP3028463 ; les brevets FR 1653219 et EP3105925 décrivent des mesures complémentaires et une application particulière. On privilégie l'utilisation de capteurs couleur de préférence à des capteurs monochromes. Ceci permet de caractériser les couleurs projetées en termes de balance respective entre les trois composantes rouge verte et bleue ; néanmoins, ces capteurs ne donnent pas des mesures précises de la couleur. L'instrument le plus précis pour la mesure de la couleur est le spectro- colorimètre car il est capable d'analyser un spectre lumineux en le mesurant à de nombreux intervalles de longueur d'onde ; mais il ne mesure qu'une petite zone à la fois. Pour obtenir des mesures précises du spectre lumineux, il est nécessaire d'associer un spectro-colorimètre en complément de la caméra numérique. Problème de repérage du pointage du spectro-colorimètre L'association rigide d'une caméra numérique et d'un spectro-colorimètre permet de procéder successivement à des mesures précises de spectre et à des mesures de surface. Il serait possible de calculer des corrélations utiles entre ces mesures si le pointage du spectro-colorimètre pouvait être repéré sur le capteur ; mais ce n'est pas possible actuellement. La présente invention permet de résoudre ce problème. La solution technique proposée consiste à utiliser un jeu de mires spécifiques avec des méthodes dédiées pour repérer précisément l'endroit pointé par le 35 spectro-colorimètre. La caméra numérique et le spectro-colorimètre doivent 3 être assemblés de façon rigide sur un même support et leurs axes de visée doivent être alignés le mieux possible (cf. Figure 1). Les données du spectrocolorimètre et les images de la caméra numérique sont récupérées sur un ensemble de calcul. 5 Il est procédé auparavant aux mesures colorimétriques des trois primaires ; ces mesures exprimées par exemple dans l'espace couleur Yxy de la CIE1 sont obtenues par l'intermédiaire de relevés avec le spectro-colorimètre. Selon la méthode traditionnelle, on fait ces mesures en affichant successivement une image uniforme de la couleur de chacune des primaires. Les données de 10 chromaticité sont les seules données utiles, ce qui permet d'être indépendant des variations de luminosités. Dans l'espace couleur proposé, on retient alors trois couples de valeurs (x,y). Procédé de repérage de la visée L'invention consiste à repérer la position de visée successivement dans une 15 dimension puis dans l'autre ; il est possible de repérer d'abord en horizontal puis en vertical ou dans l'ordre inverse. La méthode est applicable même s'il existe une déformation de l'image de l'écran sur la caméra ; les instruments peuvent ne pas être dans l'axe de l'écran et/ou être en rotation par rapport à celui-ci. Cette méthode suppose la connaissance des coordonnées 20 colorimétriques des couleurs primaires du système de reproduction d'image. Ces coordonnées sont obtenues simplement en projetant successivement une image uniforme de chacune des chacune des primaires et en effectuant la mesure avec le spectro-colorimètre. Repérage de la position horizontale de la visée 25 La description qui suit concerne le repérage de la position horizontale de visée. On affiche une mire contenant une bande verticale colorée, occupant toute la hauteur de l'image, constituée d'un ensemble de trois (3) dégradés horizontaux de couleur qui se suivent sans intervalles entre eux (cf. Figure 2), sur un fond blanc uniforme ; cette première mire présente, sur fond uniforme, une bande 30 verticale colorée occupant toute la hauteur de la mire constituée de trois dégradés horizontaux de couleur accolés, un premier dégradé allant d'une primaire à une deuxième primaire, un deuxième dégradé de cette deuxième primaire à la troisième primaire, et enfin un troisième dégradé de cette ISO/CIE 10527-1991, Colorimetric Observers 4 troisième primaire à la première primaire, la teinte du fond uniforme de la mire étant suffisamment différente de la teinte de la première primaire. Cette bande peut commencer préférentiellement par un dégradé de la primaire rouge à la primaire verte, puis un dégradé de la primaire verte à la primaire bleue, et, enfin un dégradé de la primaire bleue à la primaire rouge. Toute autre ordre des dégradés est possible. Ces dégradés sont constitués de bandes verticales uniformes. Pour un repérage suffisamment discriminant il suffit que ces trois dégradés couvrent par exemple le quart central de l'image. Si la précision d'alignement mécanique du capteur la et du spectro-colorimètre est suffisante, on peut réduire cette dimension ; par exemple les dégradés peuvent ne couvrir qu'un huitième central de l'image. Le fond de cette mire doit être uniforme pour éviter toute détection parasite de contours ; la teinte de ce fond peut ne pas être un blanc maximum mais elle doit être suffisamment différente de la première couleur primaire qui se trouve 15 aux extrémités droite et gauche de la bande colorée. Pendant l'affichage de cette mire, la mesure du spectro-colorimètre est enregistrée. Les données colorimétriques de chromaticité recueillies, exprimées par exemple dans l'espace CIE Yxy, permettent de déterminer la position horizontale de l'endroit pointé. On réalise le calcul de la position 20 relative horizontale de visée du spectro-colorimètre par le relevé de la couleur mesurée par cet instrument. En effet, chaque bande verticale a un couple (x,y) de coordonnée chromatique unique qui dépend des coordonnées colorimétriques des primaires et des pondérations des primaires deux à deux. La connaissance du couple (XhSh) 25 mesuré permet de savoir quelle bande est visée. A partir de la position de la bande qui est connue par construction de la mire, un ratio est calculé qui indique cette position relative entre les bords gauche et droit de la bande colorée de la mire. On fait en outre le calcul, sur l'image donnée par la caméra, des paramètres de la droite passant par cette position horizontale à l'aide des 30 paramètres des droites encadrant à droite et à gauche l'image de la bande colorée et du ratio de position obtenu à l'étape précédente. Sur cette même mire, le repérage géométrique sur le capteur des bords gauche et droit de la bande colorée est calculé. On peut détecter ces bords par application de différentes techniques de traitement d'image. Par exemple, on 35 peut rechercher les maximas obtenus en appliquant la transformée de Hough 5 sur la carte de contours de l'image ; il suffit de ne retenir que les transitions rouge blanc pour ne tenir compte que des bords de la bande colorée. Les coefficients des équations des deux droites alignées respectivement sur les bords gauche et droit de la bande colorée sont aisément obtenus. Les 5 coefficients de la droite superposée à la bande verticale visée par le spectro- colorimètre sont alors obtenus par interpolation (cf. Figure 3). L'équation de cette droite est enregistrée. Repérage de la position verticale de la visée Le système de mesure ayant été maintenu à la même position, on passe io ensuite au repérage de la position verticale de visée. L'opération est répétée avec une autre mire contenant une bande horizontale, occupant toute la largeur de l'image, constituée de trois dégradés verticaux de couleur sur fond blanc (cf. Figure 4). La mire est constituée de trois dégradés verticaux de couleur accolés, un premier dégradé allant d'une primaire à une deuxième 15 primaire, un deuxième dégradé de cette deuxième primaire à la troisième primaire, et enfin un troisième dégradé de cette troisième primaire à la première primaire, la teinte du fond uniforme de la mire étant suffisamment différente de la teinte de la première primaire. Cette bande commence préférentiellement par un dégradé de la primaire 20 rouge à la primaire verte, puis un dégradé de la primaire verte à la primaire bleue, et, enfin un dégradé de la primaire bleue à la primaire rouge. Toute autre ordre des dégradés est possible. Ces dégradés sont constitués de bandes horizontales uniformes. L'ensemble des dégradés couvrira par exemple la moitié centrale de l'image ; de la même façon, si la précision de montage 25 mécanique est grande il suffira de ne couvrir que le quart central. Le fond de cette mire doit être uniforme pour éviter toute détection parasite de contours ; la teinte de ce fond peut ne pas être un blanc maximum mais elle doit être suffisamment différente de la première couleur primaire qui se trouve aux extrémités haut et bas de la bande colorée. 30 Pendant l'affichage de cette deuxième mire, la mesure du spectro-colorimètre est enregistrée. On fait le calcul de la position relative verticale de visée du spectro-colorimètre par le relevé de la couleur mesurée par cet instrument. Les données colorimétriques de chromaticité recueillies, exprimées également dans l'espace CIE Yxy, permettent de déterminer la position verticale de l'endroit pointé. Chaque bande horizontale a un couple (x,y) de coordonnée chromatique unique qui dépend des coordonnées colorimétriques des 6 primaires et des pondérations des primaires deux à deux. La connaissance du couple (x,,y,) mesuré permet de savoir quelle bande est visée. A partir de la position de la bande qui est connue par construction de la mire, un ratio est calculé qui indique cette position relative entre les bords haut et bas de la 5 bande colorée de la mire. Cette position permet d'effectuer le calcul, sur l'image donnée par la caméra, des paramètres de la droite passant par cette position verticale à l'aide des paramètres des droites encadrant en haut et en bas l'image de la bande colorée et du ratio de position obtenu à l'étape précédente 10 Le repérage géométrique sur le capteur des bords haut et bas de la bande colorée est calculé. On peut détecter également ces bords par application de différentes techniques de traitement d'image. Par exemple, on peut rechercher les maximas obtenus en appliquant la transformée de Hough sur la carte de contours rouge blanc de l'image. Les coefficients des équations des deux 15 droites alignées respectivement sur les bords haut et bas de la bande colorée sont aisément obtenus. Les coefficients de la droite superposée à la bande horizontale visée par le spectro-colorimètre sont alors obtenus par interpolation (cf. Figure 5). L'équation de cette droite est enregistrée. Calcul de la position de la visée 20 La position de visée du spectro-colorimètre peut alors être calculée en coordonnées cartésiennes sur le capteur. Cette position correspond à l'intersection des deux droites dont les coefficients ont été enregistrés. Un calcul mathématique simple permet d'obtenir les coordonnées du point de visée. Ce point est en effet obtenu par le calcul de l'intersection des deux 25 droites passant respectivement par les positions horizontale et verticale de visée du capteur. Comme indiqué ci-avant, il est possible de d'intervertir l'ordre des mires et donc, des calculs. On peut mener les mêmes opérations à partir de la mire avec une bande colorée horizontale (figure 4) pour obtenir la droite déterminant la 30 position verticale de visée (figure 5), puis à partir de la bande colorée verticale (figure 2) pour obtenir la droite déterminant la position horizontale de visée (figure 3). Il est possible de choisir des dégradés identiques pour les deux mires. 35 7 De même il est possible de choisr les même fond uniforme pour les deux mires. Ce fond sera préférentiellement un blanc d'intensité maximum. La correspondance entre les données colorimétriques relevées et le triplet de 5 valeurs Rouge Vert Bleu (Rm,Vm,Bm) données par le capteur à cet endroit est également enregistrée. Les données utiles du spectro-colorimètre sont alors les valeurs Xm, Ym et Zni de l'espace CIE XYZ2. Sur le capteur, il faut éviter des déviations possibles dues aux sensitivités variables des sites et prendre pour cela la moyenne des valeurs sur une petite zone autour de la position calculée. 10 Par exemple, une zone de 11 lignes sur 11 colonnes donne une bonne statistique. La conversion entre les données Xm, Ym, Zm et Rm, V'' Bm est obtenue par la résolution d'un système de trois équations à trois inconnues ; le résultat est une matrice de 9 coefficients permettant de calculer les coordonnées 15 colorimétriques XYZ pour chaque valeur de pixel du capteur. Cette correspondance calculée permet d'établir une calibration momentanée, spécifique à la projection mesurée et meilleure que la calibration originale de chaque système. Elle permet également une mesure plus précise de l'uniformité. 20 2 ISO/CIE 10527-1991, REVENDICATIONS1. Procédé pour déterminer le point de visée sur une surface d'un spectrocolorimètre associé de façon rigide à une caméra numérique, mis en oeuvre par des procédés informatiques (Figure 1), aux fins de mesurer les caractéristiques du système de reproduction d'images sur cette surface, à partir de la connaissance des coordonnées colorimétriques des couleurs primaires du système de reproduction d'images, comprenant : l'affichage d'une première mire (Figure 2) possédant, sur fond uniforme, une bande verticale colorée occupant toute la hauteur de la mire constituée de trois dégradés horizontaux de couleur accolés, un premier dégradé allant d'une primaire à une deuxième primaire, un deuxième dégradé de cette deuxième primaire à la troisième primaire, et enfin un troisième dégradé de cette troisième primaire à la première primaire, la teinte du fond uniforme de la mire étant suffisamment différente de la teinte de la première primaire, le calcul de la position relative horizontale de visée du spectrocolorimètre par le relevé de la couleur mesurée par cet instrument, le calcul, sur l'image donnée par la caméra, des paramètres de la droite passant par cette position horizontale à l'aide des paramètres des droites encadrant à droite et à gauche l'image de la bande colorée et du ratio de position obtenu à l'étape précédente (Figure 3), le système de mesure étant maintenu à la même position, l'affichage d'une deuxième mire (Figure 4) possédant, sur fond uniforme, une bande horizontale colorée occupant tout la largeur de la mire constituée de trois dégradés verticaux de couleur accolés, un premier dégradé allant d'une primaire à une deuxième primaire, un deuxième dégradé de cette deuxième primaire à la troisième primaire, et enfin un troisième dégradé de cette troisième primaire à la première primaire, la teinte du fond uniforme de la mire étant suffisamment différente de la teinte de la première primaire, le calcul de la position relative verticale de visée du spectro-colorimètre par le relevé de la couleur mesurée par cet instrument, le calcul, sur l'image donnée par la caméra, des paramètres de la droite passant par cette position verticale à l'aide des paramètres des droites encadrant en haut et en bas l'image de la bande colorée et du ratio de position obtenu à l'étape précédente (Figure 5), 9 le calcul de la position de visée du spectro-colorimètre, exprimé en coordonnées sur la matrice du capteur de la caméra numérique, par le calcul de l'intersection des deux droites passant respectivement par les positions horizontale et verticale de visée du capteur. 5 2. Procédé selon la revendication 1, en intervertissant l'ordre des mires. Les calculs sont obtenus en premier lieu à partir de la mire avec une bande colorée horizontale pour obtenir la droite déterminant la position verticale de visée, puis à partir de la bande colorée verticale pour obtenir 10 la droite déterminant la position horizontale de visée. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel on choisit préférentiellement des dégradés identiques pour les deux mires. 15 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel le fond uniforme des mires est préférentiellement un blanc d'intensité maximum. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, pour lequel on 20 choisit préférentiellement l'ordre suivant pour les trois dégradés, un dégradé de la primaire rouge à la primaire verte suivi par un deuxième dégradé de la primaire verte à la primaire bleue, suivi enfin par un troisième dégradé de la primaire bleue à la primaire rouge. 25