EP0898249A1 - Système, notamment pour le chronométrage de course; comportant un capteur photosensible et procédé de réglage de l'alignement d'un tel système sur une ligne de passage d'objets - Google Patents

Système, notamment pour le chronométrage de course; comportant un capteur photosensible et procédé de réglage de l'alignement d'un tel système sur une ligne de passage d'objets Download PDF

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EP0898249A1
EP0898249A1 EP97114547A EP97114547A EP0898249A1 EP 0898249 A1 EP0898249 A1 EP 0898249A1 EP 97114547 A EP97114547 A EP 97114547A EP 97114547 A EP97114547 A EP 97114547A EP 0898249 A1 EP0898249 A1 EP 0898249A1
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EP
European Patent Office
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image
signal
line
sensor
reticle
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EP97114547A
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German (de)
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Pascal Richard
Jean-Claude Rais
Francois Arthofer
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Omega Electronics SA
Original Assignee
Omega Electronics SA
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Publication date
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Application filed by Omega Electronics SA filed Critical Omega Electronics SA
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Priority to DE69721520T priority patent/DE69721520T2/de
Priority to AU79921/98A priority patent/AU755152B2/en
Priority to CA002245067A priority patent/CA2245067C/fr
Priority to US09/138,075 priority patent/US6411329B1/en
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04F—TIME-INTERVAL MEASURING
    • G04F13/00—Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00
    • G04F13/02—Apparatus for measuring unknown time intervals by means not provided for in groups G04F5/00 - G04F10/00 using optical means
    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C1/00—Registering, indicating or recording the time of events or elapsed time, e.g. time-recorders for work people
    • G07C1/22—Registering, indicating or recording the time of events or elapsed time, e.g. time-recorders for work people in connection with sports or games
    • G07C1/24—Race time-recorders

Definitions

  • the present invention relates to a system, in particular for race timing, and more particularly such a system comprising an optical device installed at landline and in line with a crossing line of objects to project an image of this line on a photosensitive sensor.
  • the invention also relates to a method of adjusting the alignment of such a system on an object passing line such as a finishing line of a race.
  • This system includes a camera, a device storage and image processing, a box of command and a control screen.
  • the camera includes a optical unit with which a photosensitive sensor is associated on which the image of the reference line is intended for be trained.
  • the optical unit includes an optical objective conventional and the photosensitive sensor is formed of a bar, composed of a plurality of pixels juxtaposed in a single column, generally designated CCD bar (corresponding to the Anglo-Saxon designation "Charged Coupled Device ").
  • the camera must be installed at a permanent extension of the reference line and perpendicular to it.
  • the reference line must be in perfect alignment with the CCD bar of the camera.
  • This alignment is generally carried out in two steps.
  • a bench CCD bar optic with the optical device of the camera.
  • the CCD bar is moved relative to the optical unit in order to be brought in overlay with a line of a crosshair of an eyepiece mounted on the camera's optical unit using different screw adjustment mechanisms. Once this adjustment made, the CCD bar is fixed in this position using mechanical means such as screws.
  • the optical unit further comprises a mirror switching between a first position called operation, in which the plane of the mirror is clear of the optical path connecting the CCD bar to the objective and a second position, called adjustment in which the mirror is placed on said optical path and returns the image perceived by the objective, in this case the image of the reference line, on the eyepiece.
  • operation in which the plane of the mirror is clear of the optical path connecting the CCD bar to the objective
  • second position called adjustment in which the mirror is placed on said optical path and returns the image perceived by the objective, in this case the image of the reference line, on the eyepiece.
  • the settings required by the camera when its assembly at the factory is long and delicate.
  • the mechanical parts constituting the optical adjustment device by report to the CCD can distort and misalign the reticle of the eyepiece with respect to the CCD bar.
  • the main aim of the invention is therefore to remedy the disadvantages of the aforementioned prior art in providing a system comprising a camera comprising a simple and inexpensive device for adjustment precise alignment of a photosensitive sensor of the type CCD bar on a line of passage of a race.
  • the reticle is associated with control means via a comparator circuit receiving the image signal as an input and a reference signal from the control means and outputting a control signal, and the reticle can be moved over the image in response to control signal.
  • the system further comprises means for switching the image signal either to the processing means or to the extraction means thus switching the system into one spatial and temporal operating mode respectively.
  • switching means presents in particular the advantage of making it easy to check the system positioning at any time by switching simply the system from temporal to spatial mode.
  • system alignment can be done by moving, for example using an electronic control, on a video image a reticle to superimpose it on the image of the passage line appearing on the image. So the alignment adjustment operations are simplified especially in that the implementation of mechano-optical mechanism delicate is completely eliminated.
  • the alignment method of the invention can be, once the alignment steps have been completed, in a simple way to offer other possibilities operating the process such as timing.
  • the invention is not not limited to this application and that it may be advantageously used in the context of any other application in which it is necessary to perform a alignment adjustment of a photosensitive sensor of the type CCD on an object passage line, for example in scanners or the like.
  • FIG. 1 shows the principle of system according to the invention designated by the reference general digital 1.
  • Runners 2 each evolving on a corridor 4 at a certain speed, pass a line of passage 6 which can be here the finish line of the race.
  • a camera 8 is installed which is part of system 1.
  • the camera 8 conventionally comprises an optical device 10 formed of a photo or video lens which can if if necessary be equipped with a manually operated zoom or remote control.
  • the optical device 10 projects an image of the passage line 6 on a photosensitive sensor 12 behind the lens in a plane perpendicular to that of the figure.
  • the photosensitive sensor is a CCD type sensor which is presented as illustrated in Figure 2 as a matrix of pixels 14 juxtaposed in rows L1-Ln and in columns C1-Cn.
  • the sensor 12 is capable of supplying electrical signals 16 representative of the image projected by the device optical 10 and received by this sensor. These signals 16 will designated image signal in the following description.
  • the sensor 12 comprises 750 lines and 480 columns. These sensors can be easily obtained in commerce, for example at Thomson.
  • this sensor can be a color or black and white sensor depending on the application desired.
  • the image signal 16 from the sensor 12 is supplied as input to processing means 18 via means of switching 20 when these are in a first position shown in solid lines in the figure, this position corresponding to a first operating mode of the system called spatial mode.
  • processing means 18 output a processed image signal 21 to means display 22.
  • These are provided to display a representative image signal image and are formed by a standard video screen or monitor such as PAL, NTSC or multimedia standard.
  • multimedia standard we will include a digital output for a computer.
  • the processing means 18 include an encoder 24, which codes the image signal to make it suitable for display on the monitor, as well as 26 to generate a reticle 28 which is also displayed on the monitor overlaying the video image or overlay in a digital image. These means 28 are able to generate on the image displayed by the monitor a vertical bar of small width, typically one pixel, and crossing the image from top to bottom which forms the reticle 28. Typically, the reticle can be formed by putting the part of the image signal coming from a column of determined pixels of the sensor in a state given by example in a color.
  • the generating means 26 are associated, via a comparator circuit 30, with means of control 32 which allow in particular to control the horizontal displacement of the reticle 28 on the image.
  • the order can be carried out via a user interface in the form of a keyboard 34 on which he can manually enter parameters of selection of a column of sensor 12 which will allow formation of the reticle at a given location on the monitor 22.
  • the keyboard 34 is connected to the control means 32 by a control bus 36.
  • the control means 32 are by elsewhere connected to the switching means 20 in order to control, via a switching signal 31, the mode of functioning of the system as will be described more in detail below.
  • Comparator circuit 30 receives the signal as input image 16 which comes from the sensor as well as a signal reference 37 which comes from the control means 32, and outputs a control signal 38 which is applied on the one hand to the generating means 26 of the reticle, and on the other hand to extraction means 40 which will described in more detail below.
  • the reference signal 37 is a signal representative of the position of the column pixels which corresponds to the desired position of the reticle on monitor 22.
  • This signal 37 is supplied to means memory 42 forming part of the comparator circuit 30 and which store a representative numerical value of an ith column of pixels of the matrix 14 forming the sensor 12, this value corresponding to the parameters of the column of pixels entered by the user using of the keyboard 34.
  • the storage means 42 are classics and can typically be formed by a registry or RAM or ROM.
  • Memory or register 42 includes a default value of system activation, this value can for example be the one that corresponds to the central pixel column of the pixel matrix be the 240th columns in the special case of a matrix with 480 columns.
  • Memory 42 outputs a signal 43 to a first input 44 of a comparator 46.
  • the comparator circuit 30 further comprises counting means 48 of columns which receive as input the image signal 16 and output a signal of counting 50 to a second input 52 of comparator 46 which in turn provides the control signal 38.
  • the column counting means 48 are advantageously formed by a counter by 480 which is resets at the start of a complete image or "frame", that is to say 50 or 60 times per second depending on the standard video used (PAL respectively NTSC).
  • Comparator 46 is typically a comparator which provides the control signal when the count 50 is equal to reference signal 36
  • the extraction means 40 also receive input the image signal 16 via the switching means 20 when these are in a second position shown in dotted lines in the figure, this position corresponding to a second mode of operation of the system says time mode.
  • These means 40 are provided for extract image signal 16 in conjunction with the signal command 38 coming from the comparator circuit 30, electrical signals from a column of pixels of the matrix 12, which corresponds to the position of the reticle on the screen and to output a column signal 54.
  • the column signal is then supplied to means operating 56 which can be trained for example with the image acquisition and processing circuit from a pixel column described in the patent EP-A-0 402 749.
  • the extraction means 40 may advantageously be formed by a filtering circuit classic which only lets through part of the signal image 16 relating to the pixel column corresponding to the reticle based on control signal 38.
  • the system according to the invention further comprises timing means 58 for reading at a frequency determined the signal column 54, or in other words the electrical signals from the pixel column defined by control signal 38, the pixel column forming an image representative of the line image projected on this column at a given time, the image of the line being in perfect superposition with the reticle defined above.
  • the timing means 58 provide an extraction timing signal 60 as a programmable frequency binary signal by the control means 32.
  • the column reading frequency is chosen by the operator as a function of the running speed of objects whose image it must retain, in this case in depending on the speed of the race.
  • the operator has the keyboard on which he can manually enter the value of this frequency, the control means 30 serving as an interface between the keyboard and the timing means 58 and delivering to these last a timing control signal 62.
  • the timing means 58 comprise a time base circuit associated with a microcontroller, these commercially available circuit, for example under the name Intel 80186 which combines these two components into a single integrated component.
  • timing means 58 provide to sensor 12 of sensor timing signals 64 for manage the different read or acquisition speeds images also via the control signal timing 62 depending on the operating mode of the system. It should be noted in this connection that the speed acquisition is slow and fixed in the operate spatial and fast and variable in the mode of time operation.
  • the display speed is standard, PAL, NTSC or multimedia video and when the signal is switched to time mode, the acquisition speed can be between 100 and 5,000 Hz i.e. the content of the column selected is refreshed 100 to 5000 times per second.
  • the timing means 58 also manage the exposure time of the image saved.
  • the system of the invention may further comprise means programmable amplification (not shown) which would be disposed between the sensor 12 and the means of switching 20 to change the contrast and brightness of the image that is displayed on the monitor and this for each color in the case of a color sensor.
  • means programmable amplification (not shown) which would be disposed between the sensor 12 and the means of switching 20 to change the contrast and brightness of the image that is displayed on the monitor and this for each color in the case of a color sensor.
  • the pixel matrix forming the sensor 12 is positioned to have the greatest number of pixels in columns than in rows. Similarly we prefer to scan the matrix in the direction of the columns rather than in the direction of the lines.
  • the optical axis of camera 8 must be perfectly aligned with the line of passage of objects that we want to film in order, for example, to determine speed or time of passage of objects or competitors in the context of races, with the greatest precision.
  • the matrix sensor 12 will also have been adjusted by compared to the camera housing 8 in particular so that the verticality of the pixel columns of sensor 12, i.e. confused with that of the walls of the camera housing. Note in this connection that the optical axis is defined by the direction perpendicular to the plane of the sensor
  • Camera 8 equipped with a tripod or support (not shown) adjustable according to all degrees of freedom is firstly placed in the extension of the line of passage 6 so the optical axis of the camera is appreciably directed towards this line.
  • the verticality of the pixel columns of the sensor 12 is adjusted by orienting the camera housing 8, for example using a spirit level, by acting on adjustment knobs and / or cranks provided on the tripod.
  • the camera is engaged in spatial operation mode in acting on the switching means 20 via the keyboard 34 and the control means 32.
  • the camera 8 reads, at a first frequency determined, the image signal 16 from the sensor 12 to form on the monitor or screen 22 an image by example a video image.
  • the reading frequency is generated by the timing means 58 in response to the switching of the system to spatial mode via the means of command 32.
  • the first frequency varies according to the standard video used and can be for example respectively 50 Hz and 60 Hz depending on whether the standard video is used PAL or NTSC. We can of course also use the multimedia standard.
  • the video image of the passage line 6 and the environment of this line appear on the monitor 22. Note that the development and framing of the video image can be made during this surgery.
  • the reticle 28 is therefore displayed at a position on the screen, which is determined by the value contained by fault in reference memory 42 when switching on.
  • the reference value is the one that corresponds to the 240th column of pixels in the matrix 12 so that the reticle 28 is formed in the middle of the screen.
  • the CR column is selected and corresponds to reticle 28.
  • the column of pixels CR is the column of pixels that will be used when the the invention will be switched to the operating mode temporal.
  • the image signal 16 is supplied in input to the extraction means 40 which receive by elsewhere the control signal 38.
  • camera 8 reads, at a second frequency determined, the image signal 16.
  • This reading frequency is generated by the timing means 58 in response when switching the system to time mode. This frequency is chosen, and entered by the user via the keyboard 34 and the control means 32, depending on the scrolling speed of objects on the line passage 6. Typically this second reading frequency varies between 100 and 5000 Hz.
  • the extraction means 40 do not pass the image signal 16 only when the signal 38 is active to thus output the signal column 54 representative of the intensity profile image of the passage line 6 at a given instant.
  • the column signal 54 comes from the column of CR pixels and exactly matches the position of the reticle 28 of the spatial operating mode.

Abstract

L'invention concerne un système installé dans le prolongement d'une ligne de passage d'un objet, comportant : un dispositif optique pour projeter une image de cette ligne sur un capteur photosensible pouvant fournir un signal image, des moyens de traitement dudit signal image, des moyens d'affichage pour afficher sur un écran une image représentative dudit signal image dite image vidéo, reliés audits moyens de traitement, caractérisé en ce que ledit capteur est formé d'une matrice de pixels, en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens pour engendrer un signal formant un réticule qui s'affiche sur ledit écran et qui se superpose à l'image vidéo, et en ce qu'il comprend en outre des moyens pour extraire, dudit signal image qu'ils reçoivent en entrée, des signaux électriques provenant d'une colonne de pixels de la matrice qui correspond à la position du réticule sur l'écran et pour fournir en sortie un signal colonne. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un système, notamment pour le chronométrage de course, et plus particulièrement un tel système comportant un dispositif optique installé à poste fixe et dans le prolongement d'une ligne de passage d'objets pour projeter une image de cette ligne sur un capteur photosensible. L'invention concerne également un procédé de réglage de l'alignement d'un tel système sur une ligne de passage d'objets telle qu'une ligne d'arrivée d'une course.
On connaít déjà du document EP-A-0 207 675 un système pour la détermination des temps séparant les passages de concurrents au droit d'une ligne de passage d'une course ou ligne de référence sensiblement perpendiculaire à leur trajectoire. Ce système comprend une caméra, un dispositif de stockage et de traitement d'images, un boítier de commande et un écran de contrôle. La caméra comprend un bloc optique auquel est associé un capteur photosensible sur lequel l'image de la ligne de référence est destinée à être formée. Le bloc optique comprend un objectif optique classique et le capteur photosensible est formé d'un barreau, composée d'une pluralité de pixels juxtaposés en une seule colonne, désigné généralement barreau CCD (correspondant à l'appellation anglo-saxonne "Charged Coupled Device").
Pour fonctionner de façon satisfaisante, la caméra doit être installée à un poste fixe dans le prolongement de la ligne de référence et perpendiculairement à celle-ci. Plus particulièrement, la ligne de référence doit être en alignement parfait avec le barreau CCD de la caméra.
Cet alignement est généralement réalisé en deux étapes.
Selon une première étape mise en oeuvre en usine on procède, une fois pour toute, à l'alignement sur un banc optique du barreau CCD avec le dispositif optique de la caméra. Au cours de cette opération, le barreau CCD est déplacé par rapport au bloc optique afin d'être amener en superposition avec une ligne d'une mire d'un oculaire monté sur le bloc optique de la caméra à l'aide de différents mécanismes de réglage à vis. Une fois ce réglage effectué, le barreau CCD est fixé dans cette position à l'aide de moyens mécaniques tels que des vis.
Selon une deuxième étape, on procède, à chaque installation de la caméra sur le terrain à l'alignement du barreau CCD via l'oculaire avec la ligne de référence. A cet effet, le bloc optique comprend en outre un miroir basculant entre une première position dite de fonctionnement, dans laquelle le plan du miroir est dégagée du chemin optique reliant le barreau CCD à l'objectif et une deuxième position, dite de réglage dans laquelle le miroir est placé sur ledit chemin optique et renvoie l'image perçue par l'objectif, en l'occurrence l'image de la ligne de référence, sur l'oculaire. Pour effectuer l'alignement du barreau CCD avec la ligne de référence, il est donc nécessaire de placer le miroir dans la position de réglage puis de déplacer la caméra qui a été préalablement fixée à un trépied de réglage classique tout en regardant dans l'oculaire l'image de la ligne de référence jusqu'à ce que cette image se superpose à ladite ligne de la mire de l'oculaire. Une fois ce dernier réglage effectué, le pied est fixé dans cette position à l'aide de moyens mécaniques classiques et la prise de vue peut commencer.
Ce système présente différents inconvénients en particulier du fait qu'il nécessite la réalisation de mécanismes de réglage comprenant de nombreuses pièces compliquées à usiner rendant la fabrication laborieuse et augmentant de façon importante le prix de revient de la caméra. On mentionnera aussi à ce propos une fiabilité restreinte du système en raison des nombreuses pièces mécaniques dont il est composé.
En outre, les réglages qu'exigent la caméra lors de son assemblage à l'usine sont longs et délicats. De plus, lors de chocs ou de vibrations les pièces mécaniques constitutives du dispositif de réglage de l'optique par rapport au CCD peuvent se fausser et désaligner le réticule de l'oculaire par rapport au barreau CCD.
L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant un système comprenant une caméra comprenant un dispositif simple et bon marché permettant le réglage précis de l'alignement d'un capteur photosensible du type barreau CCD sur une ligne de passage d'une course.
A cet effet, l'invention a pour objet un système pouvant être installé dans le prolongement d'une ligne de passage d'au moins un objet, telle qu'une ligne d'arrivée d'une course, ledit système comportant :
  • un dispositif optique pour projeter une image de cette ligne sur un capteur photosensible capable de fournir des signaux électriques représentatifs de l'image projetée par le dispositif optique et reçue par ledit capteur, dit signal image,
  • des moyens de traitement dudit signal image,
  • des moyens d'affichage prévus pour afficher sur un écran une image représentative dudit signal image, dite image vidéo, reliés audits moyens de traitement. Ce système est caractérisé en ce que ledit capteur est formé d'une matrice de pixels,
  • en ce qu'il est prévu des moyens pour engendrer un signal formant un réticule qui s'affiche sur ledit écran et qui se superpose à l'image vidéo, et
  • en ce qu'il comprend en outre des moyens pour extraire, dudit signal image qu'ils reçoivent en entrée, des signaux électriques provenant d'une colonne de pixels de la matrice qui correspond à la position du réticule sur l'écran et pour fournir en sortie un signal colonne.
Grâce à ces caractéristiques la fonction et la structure mécanique compliquées du bloc optique des systèmes de l'art antérieur sont remplacées par un capteur unique, ce qui permet à la fois d'augmenter la précision d'alignement du système et sa fiabilité tout en diminuant le coût de fabrication du système.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le réticule est associé à des moyens de commande via un circuit comparateur recevant en entrée le signal image et un signal de référence provenant des moyens de commande et fournissant en sortie un signal de commande, et le réticule peut être déplacé sur la image en réponse au signal de commande.
Ainsi, on peut par exemple au moyen d'un curseur électronique sélectionné la colonne de CCD qui correspond à la ligne de référence que l'on peut voir sur un écran de contrôle.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le système comprend en outre des moyens pour commuter le signal image soit vers les moyens de traitement, soit vers les moyens d'extraction commutant ainsi le système en un mode de fonctionnement spatial respectivement temporel.
Ces moyens de commutation présente notamment l'avantage de permettre de vérifier aisément le positionnement du système à tout moment en commutant simplement le système du mode temporel au mode spatial. En d'autres termes on peut passer du mode dans lequel le système n'utilise qu'une seule colonne de pixels pour acquérir des données représentatives de l'image à chaque instant donnée de la ligne de passage, et par exemple traiter ces données conformément à ce qui est décrit dans le brevet EP 0 402 749 qui est inclus ici par référence, au mode dans lequel le capteur est utilisé classiquement en tant que capteur d'image vidéo avec une fréquence de balayage qui ne dépend que du standard utilisé, par exemple PAL, NTSC ou analogue.
L'invention a également pour objet un procédé de réglage de l'alignement d'un système sur une ligne de passage d'objets, le système comportant un dispositif optique ayant un axe optique, le dispositif étant capable de projeter une image de cette ligne sur un capteur photosensible formé d'une matrice de pixels capable de fournir des signaux électriques représentatifs de l'image projetée reçue par ledit capteur, dit signal image, des moyens de traitement du signal image, des moyens d'affichage prévus pour afficher sur un écran une image représentative du signal image dite image vidéo reliés aux moyens de traitement,
caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
  • (a) placer le système dans le prolongement de la ligne de passage de sorte que l'axe de son dispositif optique est sensiblement dirigé sur ladite ligne,
  • (b) lire à une première fréquence déterminée le signal électrique fourni par des pixels se trouvant dans plusieurs colonnes de la matrice formant le capteur pour former sur l'écran ladite image vidéo comprenant notamment l'image de la ligne de passage
  • (c) engendrer un signal formant un réticule qui s'affiche sur ledit écran et qui se superpose à une partie de l'image vidéo;
  • (d) superposer le réticule à l'image de la ligne de passage dans l'image vidéo;
  • (e) sélectionner la colonne de pixels du capteur qui correspond au réticule.
    • On remarque que selon le procédé de l'invention, l'alignement du système peut être effectué en déplaçant, par exemple à l'aide d'une commande électronique, sur une image vidéo un réticule pour le superposer à l'image de la ligne de passage apparaissant sur l'image. Ainsi, les opérations de réglage de l'alignement sont simplifiées notamment en ce que la mise en oeuvre de mécanisme mécanooptique délicat est totalement éliminée.
    Selon un mode de mise en oeuvre avantageux de l'invention, le procédé décrit ci-dessus peut être complété par les étapes de :
  • (f) lire à une deuxième fréquence déterminée, le signal électrique fourni par la colonne de pixels sélectionnée, dit signal colonne, et qui correspond au profil d'intensité d'image de la ligne à un instant donné; et
  • (g) fournir ledit signal colonne à des moyens d'exploitation.
    • Ainsi, le procédé d'alignement de l'invention peut être, une fois les étapes d'alignement effectuée, complété de façon simple pour offrir d'autres possibilités d'exploitation du procédé tel que le chronométrage.
    D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront plus clairement à lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre purement illustratif et non limitatif, cette description étant faite en liaison avec les figures annexées dans lesquelles :
    • la figure 1 montre un schéma bloc illustrant le principe du système selon l'invention, et
    • la figure 2 montre une vue de face schématique d'un capteur photosensible matriciel utilisé dans le système de la figure 1.
    La description du système selon l'invention va être faite dans le cadre d'une application au chronométrage de course et plus précisément au réglage de l'alignement d'un capteur photosensible du type CCD sur une ligne de passage de coureurs en vue d'effectuer un chronométrage avec prise de vues des coureurs qui passent au droit de la ligne.
    Toutefois il va de soi que l'invention n'est nullement limitée à cette application et qu'elle pourra être avantageusement utilisée dans le cadre de tout autre application dans laquelle il est nécessaire d'effectuer un réglage d'alignement d'un capteur photosensible du type CCD sur une ligne de passage d'objets, par exemple dans des scanners ou analogue.
    Le schéma bloc de la figure 1 montre le principe du système selon l'invention désigné par la référence numérique générale 1. Des coureurs 2, évoluant chacun sur un couloir 4 à une certaines vitesse, passent une ligne de passage 6 qui peut être ici la ligne d'arrivée de la course. Dans le prolongement de cette ligne de passage 6 est installé une caméra 8 qui fait partie du système 1. La caméra 8 comprend de façon classique un dispositif optique 10 formé d'un objectif photo ou vidéo qui peut le cas échéant être équipé d'un zoom à commande manuelle ou télécommandé. Le dispositif optique 10 projette une image de la ligne de passage 6 sur un capteur photosensible 12 qui se trouve derrière l'objectif dans un plan perpendiculaire à celui de la figure. Selon une caractéristique de l'invention, le capteur photosensible est un capteur de type CCD qui se présente comme illustré à la figure 2 sous la forme d'une matrice de pixels 14 juxtaposés en lignes L1-Ln et en colonnes C1-Cn. Le capteur 12 est capable de fournir des signaux électriques 16 représentatifs de l'image projetée par le dispositif optique 10 et reçue par ce capteur. Ces signaux 16 seront désignés signal image dans la suite de la description. A titre d'exemple le capteur 12 comprend 750 lignes et 480 colonnes. Ces capteurs peuvent être facilement obtenus dans le commerce, par exemple chez Thomson.
    On notera également que ce capteur peut être un capteur couleur ou noir et blanc selon l'application souhaitée.
    Le signal image 16 provenant du capteur 12 est fourni en entrée à des moyens de traitement 18 via des moyens de commutation 20 lorsque ces derniers sont dans une première position représentée en trait continu à la figure, cette position correspondant à un premier mode de fonctionnent du système dit mode spatial. Ces moyens de traitement 18 délivrent en sortie un signal image traité 21 à des moyens d'affichage 22. Ces derniers sont prévus pour afficher une image représentative du signal image et sont formés par un écran ou moniteur à norme vidéo standard telle que la norme PAL, NTSC ou multimédia. Par norme multimédia on comprendra une sortie numérique destiné à un ordinateur.
    Les moyens de traitement 18 comprennent un codeur 24, qui réalise le codage du signal image pour le rendre propre à l'affichage sur le moniteur, ainsi que des moyens 26 pour engendrer un réticule 28 qui s'affiche également sur le moniteur en superposition de l'image vidéo ou en incrustation dans une image numérique. Ces moyens 28 sont aptes à engendrer sur l'image affichée par le moniteur une barre verticale de faible largeur, typiquement large d'un pixel, et traversant l'image de haut en bas qui forme le réticule 28. Typiquement, le réticule peut être formé en mettant la partie du signal image provenant d'une colonne de pixels déterminée du capteur dans un état donné par exemple dans une couleur. Les moyens générateurs 26 sont associés, via un circuit comparateur 30, à des moyens de commande 32 qui permettent notamment de commander le déplacement horizontal du réticule 28 sur l'image. Pratiquement, la commande peut être réalisée via un interface utilisateur ayant la forme d'un clavier 34 sur lequel il peut introduire manuellement des paramètres de sélection d'une colonne du capteur 12 qui permettra la formation du réticule à un endroit donné sur le moniteur 22. Le clavier 34 est relié aux moyens de commande 32 par un bus de commande 36. Les moyens de commande 32 sont par ailleurs reliés aux moyens de commutation 20 afin de commander, via un signal de commutation 31, le mode de fonctionnement du système comme cela sera décrit plus en détail ci-après.
    Le circuit comparateur 30 reçoit en entrée le signal image 16 qui provient du capteur ainsi qu'un signal de référence 37 qui provient des moyens de commande 32, et fournit en sortie un signal de commande 38 qui est appliqué d'une part aux moyens générateurs 26 du réticule, et d'autre part à des moyens d'extraction 40 qui seront décrits plus en détail ci-après.
    Plus précisément, le signal de référence 37 est un signal représentatif de la position de la colonne de pixels qui correspond à la position désirée du réticule sur le moniteur 22. Ce signal 37 est fourni à des moyens de mémorisation 42 faisant partie du circuit comparateur 30 et qui stockent une valeur numérique représentative d'une ième colonne de pixels de la matrice 14 formant le capteur 12, cette valeur correspondant aux paramètres de la colonne de pixels introduits par l'utilisateur à l'aide du clavier 34. Les moyens de mémorisation 42 sont classiques et peuvent être formés typiquement par un registre ou une mémoire vive ou morte. La mémoire ou registre 42 comprend une valeur par défaut à l'enclenchement du système, cette valeur peut par exemple être celle qui correspond à la colonne de pixels centrale de la matrice de pixels soit la 240ième colonnes dans le cas particulier d'une matrice à 480 colonnes. La mémoire 42 fournit en sortie un signal 43 à une première entrée 44 d'un comparateur 46.
    Le circuit comparateur 30 comprend en outre des moyens de comptage 48 de colonnes qui reçoivent en entrée le signal image 16 et fournissent en sortie un signal de comptage 50 à une deuxième entrée 52 du comparateur 46 qui fournit à son tour le signal de commande 38.
    Les moyens de comptages 48 de colonnes sont avantageusement formés par un compteur par 480 qui se réinitialise à chaque début d'image complète ou "frame", c'est-à-dire 50 ou 60 fois par seconde selon le standard vidéo utilisé (PAL respectivement NTSC).
    Le comparateur 46 est typiquement un comparateur qui fournit le signal de commande lorsque le signal de comptage 50 est égal au signal de référence 36
    Les moyens d'extraction 40 reçoivent également en entrée le signal image 16 via les moyens de commutation 20 lorsque ces derniers sont dans une deuxième position représentée en pointillé à la figure, cette position correspondant à un deuxième mode de fonctionnent du système dit mode temporel. Ces moyens 40 sont prévus pour extraire du signal image 16 en liaison avec le signal de commande 38 provenant du circuit comparateur 30, des signaux électriques provenant d'une colonne de pixels de la matrice 12, qui correspond à la position du réticule sur l'écran et pour fournir en sortie un signal colonne 54. Le signal colonne est ensuite fourni à des moyens d'exploitation 56 qui peuvent être formé par exemple avec le circuit d'acquisition et de traitement des images provenant d'une colonne de pixel décrit dans le brevet EP-A-0 402 749. Les moyens d'extractions 40 pourront avantageusement être formés par un circuit de filtrage classique qui ne laisse passer que la partie du signal image 16 relative à la colonne de pixel correspondant au réticule sur la base du signal de commande 38.
    Le système selon l'invention comprend en outre des moyens de cadencement 58 pour lire à une fréquence déterminée le signal colonne 54, ou en d'autres termes les signaux électriques provenant de la colonne de pixels définie par le signal de commande 38, la colonne de pixels formant une image représentative de l'image de la ligne projetée sur cette colonne à un instant donné, l'image de la ligne étant en superposition parfaite avec le réticule défini plus haut. A cet effet, les moyens de cadencement 58 fournissent un signal de cadencement d'extraction 60 sous la forme d'un signal binaire à fréquence programmable par les moyens de commande 32.
    La fréquence de lecture de la colonne est choisie par l'opérateur en fonction de la vitesse de défilement des objets dont il doit retenir l'image, en l'occurrence en fonction de la vitesse de la course. Pour cela, l'opérateur dispose du clavier sur lequel il peut manuellement introduire la valeur de cette fréquence, les moyens de commande 30 servant d'interface entre le clavier et les moyens de cadencement 58 et délivrant à ces derniers un signal de commande de cadencement 62. Typiquement, les moyens de cadencement 58 comprennent un circuit base de temps associé à un micro-contrôleur, ces circuit pouvant être obtenus dans le commerce, par exemple sous la dénomination Intel 80186 qui réunit ces deux composants en un seul composant intégré.
    En outre, les moyens de cadencement 58 fournissent au capteur 12 des signaux de cadencement capteur 64 pour gérer les différentes vitesses de lecture ou d'acquisition d'images également via le signal de commande de cadencement 62 en fonction du mode de fonctionnement du système. On notera à ce propos que la vitesse d'acquisition est lente et fixe dans le mode de fonctionnent spatial et rapide et variable dans le mode de fonctionnement temporel.
    A titre d'exemple, lorsque le système est commuté en mode de fonctionnement spatial, la vitesse d'affichage est standard, vidéo PAL, NTSC ou multimédia et lorsque le signal est commuté en mode de fonctionnement temporel, la vitesse d'acquisition peut être comprise entre 100 et 5'000 Hz c'est-à-dire que le contenu de la colonne sélectionnée est rafraíchi 100 à 5000 fois par seconde.
    De façon avantageuse, les moyens de cadencement 58 gèrent également le temps d'exposition de l'image enregistrée.
    Selon une variante de réalisation préférée, le système de l'invention peut comprendre en outre des moyens d'amplification programmables (non représentés) qui seraient disposés entre le capteur 12 et les moyens de commutation 20 pour modifier le contraste et la luminosité de l'image qui est affichée sur le moniteur et cela pour chaque couleur dans le cas d'un capteur couleur.
    Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, et pour augmenter la résolution lors de l'extraction de l'image, la matrice de pixels formant le capteur 12 est positionnée de manière à avoir le plus grand nombre de pixels dans les colonnes que dans les lignes. De même on préférera balayer la matrice dans le sens des colonnes plutôt que dans le sens des lignes.
    Le procédé de réglage associé au système selon l'invention va maintenant être décrit ci-après.
    Dans de nombreuses applications du système qui vient d'être décrit, l'axe optique de la caméra 8 doit être aligné parfaitement sur la ligne de passage des objets que l'on souhaite filmer afin, par exemple, de déterminer des vitesses ou temps de passages d'objets ou de concurrents dans le cadre de courses, avec la plus grande précision.
    Le capteur matriciel 12 aura également été ajusté par rapport au boítier de la caméra 8 notamment pour que la verticalité des colonnes de pixels du capteur 12 soit confondue avec celle des parois du boítier de la caméra. On notera à ce propos que l'axe optique est défini par la direction perpendiculaire au plan du capteur
    La caméra 8 équipée d'un trépied ou support (non représenté) réglable selon tous les degrés de liberté est tout d'abord placée dans le prolongement de la ligne de passage 6 de sorte que l'axe optique de la caméra est sensiblement dirigé vers cette ligne. Au cours de cette première étape, la verticalité des colonnes de pixels du capteur 12 est réglée en orientant le boítier de la caméra 8, par exemple à l'aide d'un niveau à bulle, en agissant sur des boutons et/ou manivelles de réglage prévue sur le trépied.
    Un fois cette opération de réglage effectuée, la caméra est enclenchée en mode de fonctionnement spatial en agissant sur les moyens de commutation 20 via le clavier 34 et les moyens de commande 32. Dans ce mode de fonctionnement, la caméra 8 lit, à une première fréquence déterminée, le signal image 16 provenant du capteur 12 pour former sur le moniteur ou écran 22 une image par exemple une image vidéo. La fréquence de lecture est engendrée par les moyens de cadencement 58 en réponse à la commutation du système en mode spatial via les moyens de commande 32. La première fréquence varie selon le standard vidéo utilisé et peut être par exemple respectivement 50 Hz et 60 Hz selon que l'on utilise le vidéo standard PAL ou NTSC. On pourra bien entendu utiliser également le standard multimédia.
    A ce moment, l'image vidéo de la ligne de passage 6 et de l'environnement de cette ligne apparaissent sur le moniteur 22. On notera que la mise au point et la cadrage de l'image vidéo peuvent être effectués au cours de cette opération.
    On engendre alors un signal qui permet la formation du réticule 28 qui vient s'incruster ou se superposer à l'image vidéo affichée par le moniteur. Pour former ce réticule 28 on compte, dans chaque trame du signal image 16, les colonnes de pixels de la matrice 14 à l'aide du compteur 48. Le signal de comptage 50 représentatif d'une ième colonne de pixels dans la trame considérée est comparé au signal de référence 37 représentatif de la position désirée du réticule sur l'écran 22. Lorsqu'une égalité est constatée dans le comparateur 46, le signal de commande 38 est actif. Ce signal 38 est alors fourni pour toute la durée du balayage de cette colonne de pixels, dite colonne de référence CR, au générateur de réticule 26. Lorsque ce signal est actif en entrée du générateur 26, le signal image provenant de la colonne CR est forcé dans un état donné par exemple dans une couleur déterminée. Le réticule 28 est donc affiché à une position sur l'écran, qui est déterminée par la valeur contenue par défaut dans la mémoire de référence 42 à l'enclenchement. Selon un mode de réalisation la valeur de référence est celle qui correspond à la 240ième colonne de pixels de la matrice 12 de sorte que le réticule 28 est formé au milieu de l'écran.
    On commande ensuite le déplacement horizontal du réticule 28 sur l'écran afin d'amener le réticule en superposition exacte avec l'image vidéo de la ligne de passage 6. A cet effet, on modifie le contenu de la mémoire 42 via le clavier 34 et les moyens de commande 30.
    Une fois cette opération effectuée, la colonne CR est sélectionnée et correspond au réticule 28.
    En particulier, la colonne de pixels CR est la colonne de pixels qui sera utilisée lorsque le système de l'invention sera commuté dans le mode de fonctionnement temporel. Lorsque le système est commuté en mode de fonctionnement temporel, le signal image 16 est fourni en entrée aux moyens d'extraction 40 qui reçoivent par ailleurs le signal de commande 38. Dans ce mode de fonctionnement, la caméra 8 lit, à une deuxième fréquence déterminée, le signal image 16. Cette fréquence de lecture est engendrée par les moyens de cadencement 58 en réponse à la commutation du système en mode temporel. Cette fréquence est choisie, et introduite par l'utilisateur via le clavier 34 et les moyens de commande 32, en fonction de la vitesse de défilement des objets sur la ligne de passage 6. Typiquement cette deuxième fréquence de lecture varie entre 100 et 5000 Hz. Les moyens d'extraction 40 ne laissent passer le signal image 16 que lorsque le signal de commande 38 est actif pour fournir ainsi en sortie le signal colonne 54 représentatif du profil d'intensité d'image de la ligne de passage 6 à un instant donné. En conséquence, le signal de colonne 54 provient de la colonne de pixels CR et correspond exactement à la position du réticule 28 du mode de fonctionnement spatial.

    Claims (21)

    1. Système pouvant être installé dans le prolongement d'une ligne de passage d'au moins un objet, telle qu'une ligne d'arrivée d'une course, ledit système comportant:
      un dispositif optique pour projeter une image de cette ligne sur un capteur photosensible capable de fournir des signaux électriques représentatifs de l'image projetée par le dispositif optique et reçue par ledit capteur, dit signal image,
      des moyens de traitement dudit signal image,
      des moyens d'affichage prévus pour afficher sur un écran une image représentative dudit signal image dite image vidéo, reliés audits moyens de traitement, ce système étant caractérisé en ce que ledit capteur est formé d'une matrice de pixels,
      en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens pour engendrer un signal formant un réticule qui s'affiche sur ledit écran et qui se superpose à l'image vidéo, et
      en ce qu'il comprend en outre des moyens pour extraire, dudit signal image qu'ils reçoivent en entrée, des signaux électriques, provenant d'une colonne de pixels de la matrice qui correspond à la position du réticule sur l'écran, et pour fournir en sortie un signal colonne.
    2. Système selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit réticule est associé à des moyens de commande via un circuit comparateur recevant en entrée ledit signal image et un signal de référence, provenant desdits moyens de commande, et fournissant en sortie un signal de commande et en ce que le réticule peut être déplacé sur ladite image en réponse audit signal de commande.
    3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit signal de référence est un signal représentatif de la position de la colonne de pixels qui correspond à la position du réticule sur l'écran.
    4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit comparateur comprend des moyens de comptage de colonnes recevant en entrée ledit signal image, des moyens de mémorisation recevant en entrée respectivement fournissant en sortie ledit signal de référence et des moyens pour comparer le signal de sortie des moyens de comptage audit signal de référence et fournir en sortie ledit signal de commande.
    5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de cadencement pour lire à une fréquence déterminée, choisie en fonction de la vitesse de passage de l'objet sur la ligne, des signaux électriques provenant de ladite colonne de pixels défini par ledit signal de commande, ladite colonne de pixels formant une image représentative d'une ligne du champ du dispositif optique en superposition parfaite avec le réticule.
    6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de cadencement sont reliés audit capteur pour gérer les différentes vitesses de lecture ou acquisition d'images et en ce qu'ils sont commandés par lesdits moyens de commande.
    7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour commuter le signal image soit vers lesdits moyens de traitement soit vers lesdits moyens d'extraction, commutant ainsi le système en un mode de fonctionnement spatial, respectivement temporel.
    8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matrice du capteur comprend 480 colonnes et 750 lignes.
    9. Système selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que lorsque le signal image est commuté en mode de fonctionnement spatial, la vitesse d'affichage est standard, vidéo PAL, NTSC ou multimédia et lorsque le signal est commuté en mode de fonctionnement temporel, la vitesse d'acquisition peut être comprise entre 100 et 5'000 Hz.
    10. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens d'amplification programmables disposés entre ledit capteur et lesdits moyens de commutation pour modifier le contraste et la luminosité de l'image affichée.
    11. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur est un capteur couleur.
    12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur est positionné de manière à avoir plus de pixels dans les colonnes que dans les lignes.
    13. Application d'un système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 au chronométrage de courses.
    14. Procédé de réglage de l'alignement d'un système sur une ligne de passage d'objet, ledit système comportant un dispositif optique ayant un axe optique, ledit dispositif étant capable de projeter une image de cette ligne de passage sur un capteur photosensible formée d'une matrice de pixels capable de fournir des signaux électriques représentatifs de l'image projetée et reçue par ledit capteur, dit signal image, des moyens de traitement dudit signal image, des moyens d'affichage prévus pour afficher sur un écran une image représentative dudit signal image dite image vidéo reliés audits moyens de traitement,
      caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à:
      (a) placer le système dans le prolongement de la ligne de passage de sorte que l'axe de son dispositif optique est sensiblement dirigé sur ladite ligne,
      (b) lire à une première fréquence déterminée le signal électrique fourni par des pixels se trouvant dans plusieurs colonnes de la matrice formant le capteur pour former sur ledit écran ladite image vidéo comprenant notamment l'image de la ligne de passage
      (c) engendrer un signal formant un réticule qui s'affiche sur ledit écran et qui se superpose à une partie de l'image vidéo;
      (d) superposer ledit réticule à l'image de la ligne de passage dans l'image vidéo;
      (e) sélectionner la colonne de pixels du capteur qui correspond au réticule.
    15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'étape (a) consiste à lire le signal image à une fréquence vidéo standard du type PAL, NTSC ou multimédia.
    16. Procédé selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que l'étape (d) consiste à déplacer le réticule par rapport à la ligne de passage.
    17. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'à l'étape (c), le réticule est formé sensiblement au centre de l'image affichée par les moyens d'affichage.
    18. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que le réticule est déplacé sur ladite image en réponse à un signal de commande.
    19. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes de :
      (f) lire à une deuxième fréquence déterminée, le signal électrique fourni par la colonne de pixels, dit signal colonne, et qui correspond à chaque instant donné au profil d'intensité d'image de la ligne; et
      (g) fournir ledit signal colonne à des moyens d'exploitation.
    20. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que à l'étape (f), préalablement à la lecture du signal colonne, on synchronise la deuxième fréquence déterminée avec la vitesse de défilement des objets sur la ligne de passage.
    21. Procédé selon la revendication 19, caractérisé en ce que la deuxième fréquence de lecture déterminée peut être comprise entre 100 et 5000 Hz.
    EP97114547A 1997-08-22 1997-08-22 Système, notamment pour le chronométrage de courses; comportant un capteur photosensible et procédé de réglage de l'alignement d'un tel système sur une ligne de passage d'objets Expired - Lifetime EP0898249B1 (fr)

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