Brevet FR3160795A1 — publié le 20251003

L’invention est relative à un procédé de compensation de dérives de pixels d'un capteur d'image matriciel, comprenant les étapes consistant à enregistrer une image d'obscurité de référence correspondant à une image acquise par le capteur en absence d'illumination ; acquérir une image courante ( P ij ) par le capteur en masquant des pixels à la périphérie de la matrice du capteur ; enregistrer un pixel ( P 12,0 ) de l'image courante situé dans la partie masquée de la matrice comme un pixel de compensation ; et compenser un groupe de plusieurs pixels de l'image courante en utilisant l'image d'obscurité et le pixel de compensation. Figure pour l’abrégé : Fig. 3A Procédé de compensation de dérives subies par les pixels d'un capteur d'image térahertz L’invention est relative au contrôle de qualité en temps réel sur une ligne de production à l'aide de capteurs d'image térahertz, et plus spécifiquement à la compensation des disparités entre les pixels des capteurs. Arrière-plan La production en série de certains produits sur tapis convoyeur implique un dosage précis et régulier d'une matière donnée, comme un polymère super-absorbant communément désigné par SAP dans la fabrication de couches. Comme le décrit la demande de brevet WO2018204724, l'imagerie térahertz s'avère particulièrement bien adaptée au contrôle de dosage de SAP sur un tapis convoyeur. Une fréquence autour de 300 GHz permet d'acquérir des images de densité d'amas de SAP déposés sur le tapis. Pour cela, typiquement, une rangée de plusieurs caméras térahertz est agencée transversalement au tapis et une rangée de sources térahertz est agencée pour éclairer les caméras à travers le tapis et les produits convoyés. L'exploitation d'une telle installation souffre de difficultés liées aux disparités entre les pixels des capteurs et au rapport signal-sur-bruit. Résumé On prévoit de façon générale un procédé de compensation de dérives de pixels d'un capteur d'image matriciel, comprenant des étapes consistant à enregistrer une image d'obscurité de référence correspondant à une image acquise par le capteur en absence d'illumination ; acquérir une image courante par le capteur en masquant des pixels à la périphérie de la matrice du capteur ; enregistrer un pixel de l'image courante situé dans la partie masquée de la matrice comme un pixel de compensation ; et compenser un groupe de plusieurs pixels de l'image courante en utilisant l'image d'obscurité et le pixel de compensation. Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à enregistrer un pixel de compensation situé dans chacune de plusieurs rangées de pixels de l'image courante ; et compenser les pixels de chacune des rangées en utilisant le pixel de compensation respectif. Le procédé peut comprendre en outre des étapes consistant à acquérir l'image courante en lisant les pixels du capteur par rangées ; enregistrer un pixel de compensation situé dans chacune de plusieurs colonnes de pixels de l'image courante ; et compenser les pixels de chacune des colonnes en utilisant le pixel de compensation respectif. L'étape de compensation peut comprendre la soustraction des pixels correspondants de l'image d'obscurité et la soustraction d'un écart fourni par le pixel de compensation. Le procédé peut comprendre des étapes consistant à observer un tapis de convoyage de produits régulièrement espacés avec le capteur d'image ; éclairer le capteur d'image à travers le tapis avec une source de rayonnement, le tapis étant transparent au rayonnement ; enregistrer avec le capteur d'image les intensités d'une bande de pixels transversale à la direction de défilement du tapis entre deux produits consécutifs ; acquérir une image d'un produit courant ; et dans l'image acquise, calculer des absorptions en utilisant les intensités enregistrées pour la bande. Le rayonnement peut être du domaine du térahertz et les produits peuvent comprendre un polymère super-absorbant. On peut aussi prévoir de façon générale un procédé de compensation de dérives d'éclairage d'une ligne de production observée par un capteur d'image matriciel, comprenant des étapes consistant à observer un tapis de convoyage de produits régulièrement espacés avec le capteur d'image ; éclairer le capteur d'image à travers le tapis avec une source de rayonnement, le tapis étant transparent au rayonnement ; enregistrer avec le capteur d'image les intensités d'une bande de pixels transversale à la direction de défilement du tapis entre deux produits consécutifs ; acquérir une image d'un produit courant ; et dans l'image acquise, calculer des absorptions en utilisant les intensités enregistrées pour la bande. Le rayonnement peut être du domaine du térahertz et les objets peuvent comprendre un polymère super-absorbant. Description sommaire des dessins Des modes de réalisation seront exposés dans la description suivante, faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : La FIG. 1 représente des exemples d'images brutes capturées par trois caméras alignées observant des sources respectives de rayonnement térahertz ; La FIG. 1 représente des exemples d'images obtenues par les mêmes caméras en absence de source ; La FIG. 1 représente des images obtenues en soustrayant les images de la FIG. 1 aux images de la FIG. 1 ; La FIG. 2 illustre un exemple de matrice de pixels d'un capteur d'image térahertz, exposée seulement en partie centrale, selon un mode de réalisation ; La FIG. 3 , la FIG. 3 et la FIG. 3 illustrent différents modes d'utilisation de pixels de la matrice de la FIG. 2 pour compenser une dérive ; La FIG. 4 , la FIG. 4 , la FIG. 4 et la FIG. 4 représentent des variations dans le temps des mesures de grammage obtenues par un même imageur sur un même échantillon pour différents modes de compensation ; et La FIG. 5 et la FIG. 5 représentent une image obtenue d'un tronçon de tapis convoyeur transportant des couches et le détail d'une couche. Description détaillée Les capteurs d'image térahertz, compte tenu du faible niveau des signaux traités, sont sensibles aux dérives subies à la fois lors de la fabrication et en cours d'utilisation, notamment thermiques. A cela s'ajoute la faible puissance des sources térahertz et l'inhomogénéité qui en résulte de l'éclairage des matrices de pixels des capteurs. La FIG. 1 représente des exemples d'images brutes capturées par trois caméras alignées observant directement des sources respectives de rayonnement térahertz. Chaque caméra a une matrice de 13x13 pixels, par exemple, et les intensités mesurées par les pixels sont représentées dans une échelle de gris allant du blanc pour 0 au noir pour l'intensité maximale mesurée. Idéalement, les images devraient être noires, chaque pixel recevant la même intensité maximale. Or les images sont entachées de bruit et du manque d'uniformité des sources térahertz. La FIG. 1 représente des exemples d'images obtenues par les mêmes caméras lorsque les sources sont éteintes, à savoir des images d'obscurité. Idéalement, ces images devraient être blanches. Or les pixels fournissent des valeurs non-nulles aléatoires dans une certaine gamme d'intensités. De telles images dépendent en général des disparités rencontrées lors de la fabrication des capteurs et elles restent sensiblement constantes dans le temps, du moins en ce qui concerne les niveaux relatifs entre les pixels. Les niveaux absolus tendent à varier en fonction de la température. Une telle image d'obscurité de référence peut être enregistrée pour chaque caméra au début d'une phase de production. L'image d'obscurité est ensuite soustraite à chaque image courante acquise pour produire une image compensée en bruit. La FIG. 1 représente des images compensées obtenues en soustrayant les images d'obscurité de la FIG. 1 aux images brutes de la FIG. 1 . Ces images révèlent que les sources de rayonnement térahertz n'éclairent qu'une zone centrale de la matrice de pixels, et cela avec une intensité qui décroît du centre vers les bords, selon un profil qui varie d'une caméra à l'autre. Les profils d'intensité ainsi obtenus servent de référence pour cartographier l'absorption de rayonnement d'un objet placé entre les sources et les caméras. L'absorption pour chaque pixel correspond au rapport entre le signal mesuré et l'intensité de référence correspondante du profil de référence. Malgré le fait que ces mesures compensent le manque d'uniformité des sources et les images d'obscurité, il reste des dérives dans le temps des images d'obscurité, des sources et d'autres éléments. Les circuits de lecture des pixels tendent également à dériver en fonction de la température, comme le gain et le décalage des amplificateurs servant à extraire les mesures des pixels. Il est difficile en pratique d'enregistrer suffisamment régulièrement des images d'obscurité et des profils d'intensité des sources pour tenir compte d'une dérive dans le temps. En effet, cela implique, pour les images d'obscurité, de régulièrement éteindre les sources ou masquer la caméra pour capturer plusieurs images d'obscurité qui sont moyennées pour réduire le bruit. Chacune de ces phases occupe un intervalle de temps pendant lequel la ligne de production est arrêtée. Même si le temps requis pour produire une image d'obscurité de référence est relativement court, l'arrêt et le redémarrage de la production prend un temps non-négligeable. Si la production n'est pas arrêtée, un certain nombre de produits passeraient sans être contrôlés, ce qui n'est pas acceptable dans certaines installations. On propose ci-après un procédé permettant de tenir compte de dérives d'une image d'obscurité et d'autres éléments d'un capteur d'image térahertz ne nécessitant pas l'arrêt de la ligne de production ou le renoncement au contrôle de produits. La FIG. 2 illustre une configuration d'acquisition d'image pour mettre en œuvre le procédé. Le matrice de pixels du capteur d'image est exposée seulement en partie centrale, laissant les pixels à la périphérie dans l'obscurité. Le système optique du capteur est ainsi configuré pour focaliser la scène à observer, par exemple une partie du tapis de convoyage, dans un cercle inscrit dans la matrice de pixels. Idéalement, on peut faire correspondre le cercle avec la zone de concentration de l'éclairage de la source térahertz correspondante ( FIG. 1 ). Les pixels à l'extérieur du cercle peuvent ainsi être masqués par le système optique ou par des métallisations déposées sur les pixels lors de la fabrication du capteur, ou tout autre moyen de masquage. La FIG. 3 illustre un premier mode d'utilisation des pixels d'une image acquise dans les conditions de la FIG. 2 . La matrice complète a, par exemple, une dimension de 13x13 pixels. Les rangées et colonnes de la matrice sont identifiées par des numéros de 0 à 12 en partant du coin supérieur gauche. Dans cette matrice, on exploite une zone carrée de 7x7 pixels, circonscrite dans le cercle, représentée par des pixels en trait gras. Les pixels de la partie masquée représentent partiellement mais en temps réel l'image d'obscurité à retrancher à l'image brute. Selon l'hypothèse simplifiée qu'une dérive thermique affecte de façon homogène l'ensemble des pixels, on peut reconstituer l'image d'obscurité complète en utilisant la dérive mesurable en temps réel de l'un quelconque des pixels de la partie masquée de la matrice, par exemple le pixel au coin gauche inférieur P 12 ,0 , où P ij désigne le pixel de rangée i et colonne j de l'image courante acquise Plus spécifiquement, si D 0 ij sont les pixels de l'image d'obscurité enregistrée à un instant t 0 en début d'une phase de production, chaque pixel de l'image d'obscurité courante devient : D ij = f( P 12,0 , D 0 ij ) . Où f est une fonction dépendant du modèle utilisé pour caractériser la dérive. Selon une hypothèse où la dérive se traduit par un décalage constant applicable à tous les pixels de la matrice, on a : D ij = ( P 12,0 - D0 12,0 ) + D 0 ij . Selon l'hypothèse où la dérive est une dérive d'échelle proportionnelle, on a : D ij = (P 12,0 / D0 12,0 ) • D0 ij . Les deux hypothèses fournissent des résultats proches lorsque la dérive est faible est que les disparités dans l'image d'obscurité sont faibles. La réalité peut être une combinaison des deux types de dérive. Chaque pixel de l'image compensée s'exprime par : C ij = P ij - D ij . Dans un flot impliquant moins de calculs, on peut commencer par soustraire l'image d'obscurité D0 à l'image courante P pour former une image intermédiaire I qui serait l'image compensée dans un processus sans dérives : I ij = P ij - D0 ij . Dans la compensation finale, on utilise le pixel I 12,0 de l'image intermédiaires que l'on vient de calculer au lieu du pixel P 12,0 . Dans l'hypothèse d'une dérive par décalage, on obtient : C ij = I ij - I 12,0 . Une matrice de pixels a généralement des circuits en commun par rangées et d'autres circuits en commun par colonnes, comme un circuit de sélection par rangée, et un circuit de lecture par colonne, incluant typiquement un amplificateur. Ces circuits sont également susceptibles de provoquer des dérives. La FIG. 3 illustre un deuxième mode d'utilisation des pixels d'une image acquise dans les conditions de la FIG. 2 , prévu pour prendre en compte des dérives différentes par rangées de pixels. Pour chaque rangée 3 à 9 de la zone utile de la matrice de pixels, on utilise pour la compensation un pixel masqué de la même rangée, par exemple les pixels P 3 ,0 à P 9 ,0 dans la première colonne. Chacun de ces pixels de compensation est utilisé pour compenser seulement les pixels de la même rangée. On obtient ainsi, dans l'hypothèse d'une dérive par décalage : C ij = I ij - I j ,0 , avec j variant de 3 à 9. La FIG. 3 illustre un deuxième mode d'utilisation des pixels d'une image acquise dans les conditions de la FIG. 2 , prévu pour prendre en compte des dérives différentes par colonnes de pixels. Comme cela est représenté, chaque colonne est généralement reliée à un amplificateur servant à adapter l'impédance des sorties des pixels et à amplifier le signal des pixels, le cas échéant. Un amplificateur est susceptible de dérives en gain et en décalage en fonction de la température. Ici, pour chaque colonne 3 à 9 de la zone utile de la matrice de pixels, on utilise pour la compensation un pixel masqué de la même colonne, par exemple les pixels P 12 ,3 à P 12 ,9 dans la dernière rangée. Chacun de ces pixels de compensation est utilisé pour compenser seulement les pixels de la même colonne. On obtient ainsi, dans l'hypothèse d'une dérive par décalage : C ij = I ij - I 12 ,j , avec j variant de 3 à 9. Les images compensées obtenues fournissent une cartographie des taux d'absorption du matériau observé, par exemple du SAP. Le taux d'absorption fourni par chaque pixel est converti en une masse spécifique selon un abaque de Beer-Lambert pour la fréquence et le matériau. La somme (ou intégration) des masses spécifiques sur la surface de l'image du produit observé fournit la masse du matériau dans le produit, ou grammage. La FIG. 4 à 4D représentent des variations dans le temps des mesures de grammage obtenues par un même imageur sur un même échantillon pour les différents modes de compensation exposés ci-dessus, dans l'hypothèse d'une dérive par décalage. Un trait clair horizontal représente le grammage réel, ici 23,28 g. Les points noirs représentent les différentes mesures de grammage et les points gris représentent la moyenne des mesures par tranche de temps. Les divisions de l'axe du temps correspondent à 2 h. Les mesures ont été faites sur une période de 16 h. La FIG. 4 représente les mesures effectuées avec une simple compensation par une image d'obscurité. On observe des variations entre 21,5 et 24,3 g. L'écart-type est de 0,35. Il s'agit du résultat le plus mauvais. La FIG. 4 représente les mesures effectuées avec la compensation par colonnes ( FIG. 3 ). On observe des variations entre 23,2 et 23,6 g. L'écart-type est de 0,05. Il s'agit du meilleur résultat. La FIG. 4 représente les mesures effectuées avec la compensation par rangées ( FIG. 3 ). On observe des variations entre 22,8 et 23,6 g. L'écart-type est de 0,08. La FIG. 4 représente les mesures effectuées avec la compensation par un pixel masqué unique ( FIG. 3 ). On observe des variations entre 22,8 et 23,8 g. L'écart-type est de 0,11. La compensation par colonnes de la FIG. 4 est clairement la plus efficace, ce qui laisse présager que les circuits associés aux colonnes, notamment les amplificateurs, exercent une influence sensible sur les dérives, et qu'ils dérivent de façon non homogène selon l'hypothèse du décalage constant. Selon une variante, on peut supposer que la dérive subie par un pixel est corrélée à l'amplitude de son signal d'obscurité. On peut alors envisager d'appliquer une compensation proportionnelle à l'amplitude du signal d'obscurité au lieu d'un décalage constant, ou bien une combinaison des deux compensations, avec une composante constante et une composante proportionnelle. Les compensations par rangées et par pixel masqué unique des figures 4C et 4D, bien que sensiblement moins efficaces que la méthode de la FIG. 4 , restent notablement plus efficaces qu'une simple compensation par image d'obscurité. De nombreuses variantes des méthodes de compensation décrites sont possibles. Par exemple, on peut combiner les compensations par rangées et par colonnes. Au lieu d'utiliser un seul pixel masqué pour déterminer une compensation à appliquer, la compensation peut être calculée comme la moyenne de plusieurs pixels masqués, par exemple plusieurs pixels répartis autour de la matrice ou deux pixels de part et d'autre de chaque colonne ou rangée. Sur plusieurs pixels masqués candidats, on peut utiliser celui qui fournit la valeur la plus élevée... Dans ce qui précède, on a décrit une méthode de compensation de dérives dans le temps subies par les signaux d'obscurité des pixels. Dans le contexte d'un contrôle effectué sur un tapis de convoyage éclairé sur de longues périodes par les mêmes sources de rayonnement térahertz, ces sources peuvent également subir des dérives d'intensité dans le temps, modifiant leurs profils d'intensité. On décrit ci-après une méthode pour compenser de telles dérives. La FIG. 5 représentent un exemple d'image obtenue d'un tronçon de tapis convoyeur transportant des couches. L'image est réalisée par une rangée comprenant, par exemple, 9 caméras de 13x13 pixels dont on utilise les 7x7 pixels centraux, conformément aux exemples des figures précédentes. L'image de la FIG. 5 comprend quatre rangées de couches qui correspondent à des tronçons consécutifs du tapis. Les échelles des axes sont en millimètres. Les niveaux de gris correspondent à l'intensité transmise aux caméras, le blanc étant l'intensité maximale et le noir l'intensité minimale. Par ailleurs, une compensation de dérive des images d'obscurité a été faite selon la compensation par colonnes décrite ci-dessus. La FIG. 5 est une vue agrandie de l'une des couches. On observe que l'image comporte un striage horizontal provoqué notamment par le manque d'homogénéité de l'éclairage reçu par chaque caméra. Ce striage est normalement compensé par le calcul des absorptions sur la base des profils d'intensité de référence de la FIG. 1 et ne présente pas de difficultés particulières. Les profils d'intensité de référence des sources térahertz sont en revanche susceptibles de dériver dans le temps, par exemple en fonction de la température ou du taux d'humidité de l'air ambiant. A titre illustratif, les première et troisième rangées de la FIG. 5 ont des parties plus sombre, représentant une dérive à la baisse des intensités des sources. Un tapis de convoyage utilisé dans la fabrication de couches est généralement parfaitement transparent au rayonnement térahertz autour de 300 GHz, sans quoi le contrôle par rayonnement térahertz serait moins efficace. Ainsi, dans les zones autour des couches, l'intensité effective des sources peut être acquise avec une précision satisfaisante. Selon un mode de réalisation pour compenser les dérives, on prévoit dans une première étape d'enregistrer une bande de pixels de référence transversale à la direction de défilement du tapis entre chaque paire de couches consécutives. Ces bandes de référence sont tracées en noir à la FIG. 5 et une ligne correspondante est désignée par 50 dans la FIG. 5 . En pratique, on utilise les zones utiles des caméras en mode obturateur global pour capturer des rectangles successifs du tapis en cours de défilement. Ces rectangles sont des carrés de 7x7 pixels selon les exemples précédents. Les caméras peuvent être alignées pour que les rectangles capturés soient jointifs transversalement et synchronisées sur le défilement du tapis pour que les rectangles capturés par chaque caméra soient jointifs longitudinalement. On crée ainsi une image intégrale du tapis. Dans un exemple, chaque pixel couvre un carré de 4x4 mm du tapis, donc la zone utile de chaque caméra couvre un carré de 28x28 mm du tapis. Les multiples caméras capturent alors des tranches transversales de 28 mm de large et sont synchronisées pour capturer une nouvelle tranche à chaque déplacement de 28 mm du tapis. Lorsqu'un espace entre deux couches est identifié, par exemple lorsque l'intensité dépasse un seuil pour tous les pixels des caméras, les intensités des pixels correspondant à la bande de référence parmi les pixels qui viennent d'être acquis sont enregistrées comme nouveau profil d'intensités à utiliser pour le calcul des absorptions jusqu'à la prochaine bande. Les bandes de référence peuvent typiquement correspondre à des tranches telles que capturées par les caméras. Une bande peut aussi être à cheval sur des tranches, ou être plus étroite qu'une tranche. Procédé de compensation de dérives de pixels d'un capteur d'image matriciel, comprenant les étapes suivantes : enregistrer une image d'obscurité de référence correspondant à une image acquise par le capteur en absence d'illumination ; acquérir une image courante ( P ij ) par le capteur en masquant des pixels à la périphérie de la matrice du capteur ; enregistrer un pixel ( P 12,0 ) de l'image courante situé dans la partie masquée de la matrice comme un pixel de compensation ; et compenser un groupe de plusieurs pixels de l'image courante en utilisant l'image d'obscurité et le pixel de compensation. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : enregistrer un pixel de compensation ( P 3,0 ... P 9,0 ) situé dans chacune de plusieurs rangées de pixels de l'image courante ; et compenser les pixels de chacune des rangées en utilisant le pixel de compensation respectif. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : acquérir l'image courante en lisant les pixels du capteur par rangées ; enregistrer un pixel de compensation ( P 12,3 ... P 12,9 ) situé dans chacune de plusieurs colonnes de pixels de l'image courante ; et compenser les pixels de chacune des colonnes en utilisant le pixel de compensation respectif. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de compensation comprend la soustraction des pixels correspondants de l'image d'obscurité et la soustraction d'un écart fourni par le pixel de compensation. Procédé selon la revendication 1, comprenant les étapes suivantes : observer un tapis de convoyage de produits régulièrement espacés avec le capteur d'image ; éclairer le capteur d'image à travers le tapis avec une source de rayonnement, le tapis étant transparent au rayonnement ; enregistrer avec le capteur d'image les intensités d'une bande de pixels (50) transversale à la direction de défilement du tapis entre deux produits consécutifs ; acquérir une image d'un produit courant ; et dans l'image acquise, calculer des absorptions en utilisant les intensités enregistrées pour la bande. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le rayonnement est du domaine du térahertz et les produits comprennent un polymère super-absorbant. Procédé de compensation de dérives d'éclairage d'une ligne de production observée par un capteur d'image matriciel, comprenant les étapes suivantes : observer un tapis de convoyage de produits régulièrement espacés avec le capteur d'image ; éclairer le capteur d'image à travers le tapis avec une source de rayonnement, le tapis étant transparent au rayonnement ; enregistrer avec le capteur d'image les intensités d'une bande de pixels (50) transversale à la direction de défilement du tapis entre deux produits consécutifs ; acquérir une image d'un produit courant ; et dans l'image acquise, calculer des absorptions en utilisant les intensités enregistrées pour la bande. Procédé selon la revendication 7, dans lequel le rayonnement est du domaine du térahertz et les objets comprennent un polymère super-absorbant.