FR2547966A1 - Circuit numeriseur adaptatif pour un systeme de traitement d'information - Google Patents

Abstract

UN CIRCUIT NUMERISEUR ADAPTATIF EST CONSTITUE PAR UN FILTRE D'ENTROPIE 40 ET PAR UN CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE 42. LE FILTRE RECOIT UN SIGNAL D'INFORMATION CONTENANT UN BRUIT VARIABLE QUI EST FONCTION DU NIVEAU DU SIGNAL, ET IL DONNE EN SORTIE UN SIGNAL TRANSFORME AYANT UN NIVEAU DE BRUIT CONSTANT SUR TOUTEL'ETENDUE DE LA DYNAMIQUE DU SIGNAL. LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE FONCTIONNE ALORS AVEC UN RAPPORT ENTRE LE NIVEAU DE BRUIT DU SIGNAL TRANSFORME ET L'INTERVALLE DE QUANTIFICATION, QUI EST CONSTANT SUR TOUTE LA DYNAMIQUE DU SIGNAL TRANSFORME.

Description

î 1 2547966

CIRCUIT NUMERISEUR ADAPTATIF POUR UN

SYSTEME DE TRAITEMENT D'INFORMATION

La présente invention concerne un circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'infor5 mation, et elle porte plus particulièrement sur un tel circuit numériseur adaptatif qui procure un rapport constant entre la valeur efficace du bruit du signal d'entrée analogique et la valeur efficace de l'erreur de quantification sur toute la dynamique du signal traité On obtient 10 ceci en adaptant l'intervalle de quantification local de

façon qu'il soit proportionnel à la valeur efficace locale du bruit du signal analogique.

La numérisation ou quantification de signaux est un problème dans des systèmes de traitement d'infor15 mation dans lesquels le niveau de bruit peut varier sur la dynamique du signal d'information Par exemple, dans des dispositifs d'imagerie à rayons X, il existe un bruit inhérent associé à l'incertitude statistique des émissions et de l'absorption de photons de rayons X, qui augmente lorsque le nombre de photons qui sont détectés finalement augmente De façon caractéristique, après avoir traversé un corps dont on désire former une image, les rayons X sont détectés par un intensificateur d'image, qui convertit la distribution de rayons X en une image visible qui est analy25 sée par une caméra vidéo dont le signal de sortie est utilisé pour un traitement supplémentaire de l'information d'image Cette caméra vidéo introduit dans le système un bruit

électronique supplémentaire qui est approximativement constant sur la dynamique du signal d'image Le bruit combiné, c'est-à-dire le bruit photonique et le bruit électronique, est donc variable sur la plage de fonctionnement du systè5 me et on peut le considérer comme le bruit inhérent associé au signal analogique à numériser On exprime de façon caractéristique les divers facteurs de bruit au moyen de l'écarttype.

Le processus de numérisation ajoute de façon intrinsèque une erreur dont la valeur efficace est proportionnelle à la largeur de l'intervalle de numérisation (quantification) On peut considérer cette erreur comme un bruit de quantification qui se combine à son tour avec le bruit inhérent du signal analogique Pour préserver l'in15 formation contenue dans le signal sur toute la dynamique de ce dernier, le bruit global du signal numérisé ne doit pas excéder de plus de quelques pour cent le bruit inhérent du signal analogique En d'autres termes, du fait de la nature variable du bruit, l'intervalle de quantification doit 20 être lié au bruit dans la mesure o de petits intervalles sont exigés pour des signaux ayant un bruit inhérent faible, et de plus grands intervalles sont utilisables avec des signaux ayant un bruit inhérent plus élevé On doit donc donner à l'intervalle de quantification une valeur suffisam25 ment faible pour coder correctement les signaux, en relation avec leur bruit inhérent minimal Ceci conduit à un codage surabondant du signal lorsqu'il contient un bruit inhérent plus élevé, si aucun moyen n'est prévu pour adapter l'intervalle de quantification Ceci est inefficace et ajoute 30 de l'entropie aux données numérisées, au-delà du contenu d'information du signal Par exemple, un intervalle de quantification suffisamment faible pour coder de façon satisfaisante un signal vidéo de rayons X sur la totalité de sa dynamique peut exiger un convertisseur analogique-numérique ayant 35 jusqu'à 12 bits En outre, l'équipement de traitement placé à la suite exigera l'enregistrement de mots d'au moins 12 bits L'entropie supplémentaire des données numérisées affecte en outre de façon défavorable la compression des

données qu'il est possible de réaliser.

L'invention a donc pour but de procurer un circuit numériseur adaptatif perfectionné, économique et extrêmement simple, pour un système de traitement d'information, qui procure un rapport constant entre le bruit de quantification et le bruit inhérent du signal sur toute 10 la dynamique du signal d'information. Un autre but de l'invention est de minimiser le nombre de bits nécessaire pour coder correctement le

contenu d'information du signal.

Un but supplémentaire de l'invention est de pro15 curer un tel circuit numériseur adaptatif qui égalise l'entropie des codes numérisés avec leur contenu d'information intrinsèque, permettant ainsi d'atteindre le niveau maximal

de compression des données qu'il est possible d'obtenir.

L'invention a également pour but de procurer un 20 tel circuit numériseur adaptatif qui met en oeuvre une fonction de transformation donnant un niveau de bruit approximativement constant à sa sortie, sur toute la dynamique du signal d'information L'invention résulte de la prise en considéra25 tion du fait qu'on peut réaliser un circuit numériseur adaptatif perfectionné, extrêmement efficace, qui utilise un filtre d'entropie ayant un signal d'entrée de bruit variable qui est fonction d'un signal d'information lui-même, et qui produit un signal transformé ayant un niveau de bruit 30 transformé constant sur toute sa dynamique, et un convertisseur analogique-numérique dans lequel le rapport entre le niveau de bruit du signal transformé-et l'intervalle de quantification est constant sur toute la dynamique du signal transformé.

L'invention consiste en un circuit numériseur adap-

tatif pour un système de traitement d'information Il comprend un filtre d'entropie qui réagit a un signal d'information, V, ayant un bruit variable, 9 v' qui est fonction de V, de façon à donner un signal transformé,T, ayant un 5 niveau de bruit transformé constant, -T, sur toute sa dynamique.

Un mode de réalisation préféré comporte un convertisseur analogiquenumérique dans lequel le rapport T/8 T entre le niveau de bruit a T du signal transformé et CYT T l'intervalle de quantification i T est constant sur toute la dynamique de T. On peut définir T par la relation: T(V) = d V + C J c(V) O y

dans laquelle C est une constante arbitraire.

Le système peut être un système de traitement d'image Le niveau de bruit variable, îV, peut comprendre un bruit électronique constant, oe et un bruit photonique e variable, Le filtre d'entropie fournit un signal transformé ayant un niveau de bruit transformé constant sur toute sa dynamique Le filtre d'entropie peut également comprendre un premier circuit de transformation ayant une première fonction de transformation Ti de zéro jusqu'au point d'intersection de C et C^g, et un second circuit de transformation ayant une seconde fonction de transforma25 tion T 2 au-dessus de ce point d'intersection Le premier circuit de transformation peut avoir une fonction de transformation: T (V) _IS + V Fs

VFS îS

avec une pente égale à S/VFS, de zéro au point d'inter30 section de Ce et I, et le second circuit de transformation peut avoir une fonction de transformation:

T 2 (V) =

au-dessus de ce point d'intersection Le premier circuit de transformation peut comprendre des moyens amplificateurs destinés à donner à leur sortie la première fonc5 tion transformée Le second circuit de transformation peut comprendre un circuit de commande destiné à modifier la pente de la sortie des moyens d'amplification de façon à donner la seconde fonction de transformation Les moyens amplificateurs peuvent comprendre un certain nombre d'éta10 ges amplificateurs et le circuit de commande peut comprendre un certain nombre de moyens de conduction sensibles à la tension, capables d'augmenter successivement leur conduction et de diminuer le signal de sortie de l'étage amplificateur associé sous l'effet d'augmentations du signal 15 d'information, V. L'invention sera mieux comprise à la lecture de

la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif La suite de la description se réfère aux dessins annexés, sur 20 lesquels:

La figure 1 est un schéma synoptique d'un système de traitement d'information utilisant un circuit numériseur adaptatif conforme à l'invention; La figure 2 est un schéma synoptique plus détail25 lé d'un système similaire à celui de la figure 1, prévu pour l'utilisation dans un système d'imagerie à rayons X; La figure 3 est une représentation de la variation du bruit inhérent, consistant en une combinaison du bruit photonique et du bruit électronique, en fonction du 30 niveau du signal analogique; La figure 4 r e p r é S e N t e la variation du bruit en ce qui concerne le signal de sortie de la caméra de télévision lorsque le signal est numérisé directement avec un convertisseur analogiquenumérique linéaire; La figure 5 est un schéma synoptique plus détaillé du circuit numériseur adaptatif de la figure 1; La figure 6 est une représentation de la fonction de transformation définie par le filtre d'entropie de l'invention, qui donne un niveau de bruit constant sur toute la dynamique du signal de sortie de la caméra de télévision; et La figure 7 est un schéma détaillé du circuit

de filtre d'entropie de la figure 5.

La figure 1 montre un système de traitement d'information 10 comportant une source 12 qui représente une source produisant un petit nombre de photons, comme c'est le cas pour les photons que fournissent des systèmes

à rayons X et des systèmes d'imagerie nocturne ou le ra15 yonnement cosmique Les photons sont détectés par un détecteur 15 dont le signal de sortie est appliqué à un circuit numériseur adaptatif 26 conforme à l'invention Le signal de sortie numérisé est ensuite appliqué à un dispositif de traitement d'information 28 dont le signal de sortie 20 peut être appliqué immédiatement à un dispositif de visualisation 30 On peut utiliser un dispositif d'enregistrement 32 pour reproduire ou retraiter ultérieurement les données.

Dans des applications plus générales, le circuit numériseur adaptatif 26 n'est pas limité au traitement d'image, mais

est applicable de façon générale au traitement d'information.

La figure 2 représente de façon plus détaillée une forme de traitement d'image à laquelle le circuit numériseur adaptatif de l'invention est applicable, qui correspond à une machine à rayons X ayant une source de rayons X 12 A dont 30 le rayonnement X de sortie traverse un sujet 14 et est partiellement absorbé par celui-ci, après quoi il est détecté dans un détecteur 15 par un intensificateur d'image 16, qui convertit les rayons X reçus en lumière visible sur un écran de sortie 18 Sur la figure 2 et les figures suivantes, les 35 éléments identiques sont désignés par les mêmes numéros de référence et les éléments similaires sont désignés par les mêmes numéros de référence accompagnés d'une lettre minuscule L'écran 18, qui fait également partie du détecteur , est analysé de la manière normale par une caméra vidéo 249 par l'intermédiaire d'un système optique 20 et d'un diaphragme 22 Le signal de sortie analogique de la caméra vidéo 24 est appliqué au circuit numériseur adaptatif 26 conforme à l'invention Le signal de sortie numérisé est ensuite appliqué au dispositif de traitement d'image 10 28 dont le signal de sortie peut être appliqué immédiatement au dispositif de visualisation 30 o On peut utiliser le dispositif d'enregistrement 32 pour reproduire ou retraiter ultérieurement les données La compréhension du fonctionnement de base du système 10 facilitera la compréhen15 sion de l'invention Les rayons X provenant de la source 12 sont constitués par un certain nombre de photons Le nombre moyen de photons quittant la source de rayons X et se propageant le long d'un chemin pour former finalement un élément de l'image, est réduit par l'atténuation produi20 te par le sujet 14, conformément à la formule: Ne ( 1) dans laquelle x est le facteur d'atténuation ou coefficient d'absorption lié au chemin spécifique et N est le nombre d'origine de photons par élément d'image La tension 25 de sortie de la caméra vidéo 24 s'exprime alors par la formule: V =c Ne-M ( 2) dans laquelle q est la constante de proportionnalité à l'interface entre l'entrée de l'intensificateur d'image 16 et la 30 sortie de la caméra vidéo 24, et est proportionnelle à l'ouverture du diaphragme 22 Ne n'est pas un compte réel, mais une valeur moyenne Si on prélevait des échantillons du nombre de photons Ne-i tombant sur un seul élément d'image dans l'intensificateur d'image 16 sur un intervalle de temps, 35 le nombre varierait Ce bruit, ou écart-type, est inhérent au fonctionnement de la source de rayons X et s'exprime par: 0 = V Ne- > ( 3) Les circuits électroniques associés à la caméra vidéo 24 introduisent également un bruit, qu'on peut exprimer par 5 Ce' et qui est égal en première approximation au quotient de la tension de pleine échelle, VFS, de la caméra vidéo, par le rapport signal à bruit, ou: VFS e S ( 4) óe:S Le bruit total à la sortie de la caméra vidéo 10 24 est donc a V' qu'on peut exprimer sous la forme: (v FS) + ( )2 ( 5) ou simplement:

C(\/I,< 2 -J 2 N 2/52 ( 6)

e V =VZ 2 Ne-M + îZN 2/s 2 ou: a:V 2 V v+vs 2 ( 7)

1 V V + VFS /57

La figure 3 montre la variation du bruit en fonction de la tension de sortie vidéo V Sur cette figure, le bruit électronique associé à la caméra vidéo 24, soit se' est pratiquement constant sur toute la dynamique du si20 gnal vidéo Au contraire, le bruit photonique des rayons X,

ary, augmente en même temps que le signal vidéo sur toute la dynamique Le bruit combiné ou inhérent îV est'donc pratiquement constant au-dessous du point d'intersection Vc, auquel les deux courbes de bruit, Ce et c, se coupent.

Au-delà de ce point, le bruit inhérent ou combiné îV augmenV te en même temps que V et il devient très rapidement pratiquement égal à of Lorsqu'on effectue une numérisation, l'intervalle de quantification, Y, est inversement proportionnel au nombre 30 de codes utilisés dans la numérisation Plus l'intervalle de quantification est petit, plus le nombre de codes exigé est grand Pour une tension donnée quelconque, le nombre de codes multiplié par l'intervalle de quantification est égal à la pleine tension, soit: Vpleine Echelle= Nombre de Codes (No) X Intervalle de Quantification (S) ( 8) La numérisation ajoute une certaine erreur, qu'on peut considérer comme un bruit de quantification équivalent, ayant une valeur efficace o exprimée par: cr = &/ Vi ( 9) Le bruit global, c'est-à-dire le bruit combiné ou inhérent, combiné à son tour avec le bruit de quantification équivalent, qui est associé au signal vidéo après numérisation, o*V, peut s'exprimer par:

C' V =V 2 2 ( 10)

*v=% + 1-2 ou: a*v/Ov = 1 + 2 (l) C v 12 Si maintenant on désigne par X le rapport entre le bruit crv et l'intervalle de quantification 6, soit: îv/& = N ( 12) ce qu'on peut également écrire îV = a $ ( 13) On peut en outre exprimer l'équation ( 11) sous la forme:

*V = 1 12 ( 14)

Par exemple, avec l égal à 1, O *V/o V est égal à 1,04, ce qui V v représente une augmentation de bruit de 4 % Lorsque l est

égal à 2, o*V/cr V est égal à 1,01, ce qui représente une au-

gmentation de bruit de 1 % On peut maintenant voir qu'il y a un équilibre entre l'intervalle de quantification, S, et le bruit, U- Lorsque) est inférieur à 1, l'intervalle de quantification, S, est supérieur à V Lorsque X est supérieur à 1, l'intervalle de quantification, S, est inférieur à GV Selon la structure de l'image, la numérisation est satisfaisante lorsque f( est supérieur à une valeur comprise entre 0,5 et 0,8 La numérisation est excellente pour 'Y supérieur à 1 En d'autres termes, lorsque 10 est supérieur ou égal à 1, le bruit de quantification est négligeable par rapport au bruit inhérent du signal analogique. Comme le montre la figure 4, si l'intervalle de quantification pour le bruit le plus faible, pratique15 ment égal à Ce' est fixé avec égal à 1,s pour un bruit plus élevé, pratiquement égal à cr, le rapport " sera beaucoup plus élevé Ceci conduira à une quantification surabondante du signal pour une valeur de bruit plus élevée, augmentant ainsi le nombre global de codes nécessaires et 20 le coût de l'équipement de traitement placé à la suite dans le système Si au contraire on fixe m à une valeur ne produisant pas une quantification excessive du signal pour une valeur de bruit élevée, 'V sera égal à une valeur trop faible pour être acceptable dans la partie du signal ayant 25 un bruit plus faible, ce qui fait que de l'information sera

perdue dans cette région.

Un exemple illustrera le problème On supposera que dans l'expression ce = V Fs/S, la valeur de S, c'est-àdire le rapport signal à bruit, est de 4000 On supposera en 30 outre qu'on désire que m soit supérieur ou égal à 1 On sait que: V = c Ne-i ( 15) On sait également que:

VFS = N ( 16)

On sait aussi que: V= Ncode x ( 17) que o N Ncode x' ( 18) et que

V( 19)

ou C'v/g = ( 20) Par conséquent: "N = Ncode e/ ( 21) Il résulte de ceci que: N= Ncode = Ncode îv(min)/< = Ncodeue/m ( 22 Du fait que N est supérieur ou égal à 1, on a: N = Ncode N/S ( 23) et IS = Ncode ( 24) d'o il résulte que: Ncode = 1 x 4 000 ( 25) Du fait que Nombre de Bits = log 2 Ncode ( 26) et que log 24 000 = 12, il apparaît clairement qu'un convertisseur analogique-numérique à douze bits serait nécessaire pour convertir le signal vidéo analogique en un signal numérique, dans l'ordre normal des choses Ainsi, selon la manière classique, un convertisseur analogique-numérique à 25 douze bits serait nécessaire, bien que sur la majeure partie de la dynamique du signal, un tel nombre de bits soit inutile et augmente l'entropie des données bien au-delà de leur contenu d'information, entraînant ainsi une réduction

de l'aptitude à effectuer une compression de données effica30 ce.

L'invention met en évidence le fait qu'il serait possible de réduire notablement le nombre de bits en appliquant une transformation monotone appropriée au signal analogique, de façon à pouvoir rendre constant le bruit inhérent modifié du signal transformé, sur toute sa dynamique On désignera par T le signal transformé de V et par îT la

valeur efficace du bruit associé Comme le montre la figure 5, l'invention réalise ceci en utilisant un circuit ana5 logique qu'on peut considérer comme un filtre d'entropie.

Le circuit numériseur adaptatif 26 conforme à lrinvention comprend donc un circuit de filtre d'entropie 40 qui met en oeuvre une telle fonction de transformation et qui permet d'utiliser un simple convertisseur analogique-numérique 10 à neuf bits, 42, dans lequel le rapport UT/ST entre le niveau de bruit O T du signal transformé et l'intervalle de quantification, S Te est constant sur toute la dynamique de T. Cette fonction de transformation 44 est repré15 sentée sur la figure 6 sous une forme comprenant deux parties La première partie T 1 est de façon générale linéaire jusqu'au point d'intersection VC, et elle est définie par:

T (V) = SV + X FS ( 27)

FS S et elle a une pente égale à IS/V Fs La seconde partie T 2 de la fonction de transfert 44 est égale à:

T 2 (V) 2 4 V ( 28)

La fonction est telle que le bruit inhérent de V est transformé en un bruit constant T Dans un cas plus général, si on considère un signal V et son bruit intrinsèque, ayant une valeur efficace (r, qui est fonction de V, une fonction de transformation de V, soit T(V), ayant un bruit constant sur toute sa dynamique, est donnéepar: * V T(V) = d V + C ( 29)

en désignant par C une constante arbitraire.

en désignant par C une constante arbitraire.

Le bruit intrinsèque du signal V d'un système à rayons X numérique présente approximativement le comportement suivant: Dans la région T 1 dans laquelle le bruit élec5 tronique est prédominant: VF

V FS ( 30)

CV 1 -S

Dans la région T 2 dans laquelle le bruit photonique est prédominant: îV 2 = 1 V Ne'" = ( 31) v En combinant les relations ( 29) et ( 30), on peut établir la fonction de transformation T 1 (V):

T 1 ( = S V + C 1 V + C 1 ( 32)

TI(V) = d VFSC = V FS En combinant les relations ( 29) et ( 31), on peut établir la fonction de transformation T 2 (V): V 1 T (V) | I d V + C 2 = 2 %V V + C 2 ( 33)

2 (V 2 2

Le bruit électronique et le bruit photonique sont égaux à VC, ce qu'on peut exprimer en fonction de S, VFS et par la condition d'égalité: V 2

FS V = VFS ( 34)

T = 6 lC V 34 A VC, les dérivées de T 1 (V) et T 2 (V) doivent être égales En fait: d T (Vc) S d V VFS ( 35) d T 2 (Vc) S( 36) 2 C _ t _ t = $ ( 36) d V VFS V 4 F Sc 2 FS V Pour avoir une fonction de transformation globale T(V) de V, qui ne présente aucune discontinuité à VC, on doit établir une relation appropriée entre les deux constantes arbitraires C 1 et C 2. Ceci signifie qu'on doit avoir à V: S Vc R '4 VC

VCR_ + C 2 ( 37)

VFS i 2 Ainsi, en utilisant la relation ( 34), on obtient:

IFS + C 1 = S + C 2 ( 38)

On peut maintenant fixer arbitrairement C 2 = O et la fonction de transformation globale pour le cas particulier considéré devient: POUR V<VC 9 T 1 (v) V' + ( 39)

T(V)=FS

POUR V>VC, T 2 (V) 2 =f 4 V ( 40) ce qui est la fonction de transformation qui est réalisée

dans le mode de réalisation de convertisseur analogiquenumérique adaptatif qui est décrit.

Dans un mode de réalisation préféré pour un sys20 tème fonctionnant avec de petits nombres de photons, le circuit de filtre d'entropie 40, sur la figure 7, peut comprendre un circuit de transformation 46 destiné à fournir la partie T 1 de la fonction de transfert 44, et un circuit 48 destiné à fournir la partie T 2 de la fonction de transfert 44 Le circuit 46 comprend cinq amplificateurs opérationnels

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, 52, 54, 56 et 58, qui peuvent être du type HA 2540 de Harris Semiconductor, Melbourne, Floride Les sorties des amplificateurs opérationnels 50 et 58 sont directement connectées à leurs propres entrées négatives par des lignes 60 et 62 Les sorties des amplificateurs 52, 54 et 56 sont ramenées vers leurs propres entrées négatives par des réseaux diviseurs de tension identiques 64, chacun d'eux comprenant une paire de résistances, l'une de 649 ohms et l'autre de 499 ohms Les sorties des amplifi10 cateurs opérationnels 50, 52 et 54 sont interconnectées à l'entrée positive de l'amplificateur immédiatement suivant par une résistance de 249 ohms Le signal de sortie de l'amplificateur 58 est transmis par une résistance de

ohms, 68 Le circuit 48 comprend quatre circuits de 15 commande à diodes 70, 72, 74 et 76.

Le circuit de commande à diodes 70 comprend une diode 78, une résistance de 1000 ohms, 80, une alimentation de polarisation 82 ayant une tension V 1 de -75 millivolts en parallèle sur une seconde diode 84 et sa résis20 tance de 1020 ohms associée, 86, et une alimentation de polarisation 88 qui donne une tension de polarisation V 2 de -86 millivolts Le circuit de commande à diodes 72 comprend une diode 90 en série avec une résistance de 845 ohms, 92, et une alimentation de polarisation 94, ayant 25 une tension V 3 de + 255 millivolts, en parallèle sur une diode 96, une résistance de 887 ohms 98 et une alimentation de polarisation 100, qui fournit une tension de polarisation V 4 de + 50 millivolts Le circuit de commande à diodes 74 comprend une diode 102 en série avec une résistance de 649 ohms, 104, et une alimentation de polarisation 106, qui fournit une tension de polarisation V 5 de 157 millivolts, en parallèle sur une diode 108, une résistance de 649 ohms , et une alimentation de polarisation 112 qui fournit une tension V 6 de + 124 millivolts La résistance 104 est de 649 ohms, comme la résistance 110 Le circuit de commande à diodes 76 comprend une diode 114 en série avec une résistance de 499 ohms 116 et une alimentation de polarisation 118, qui fournit une tension de polarisation V 7 de 390

millivolts, en parallèle avec une diode 120, une résistan5 ce de 499 ohms 122 et une alimentation de polarisation 124 qui fournit une tension de polarisation V 8 de 275 millivolts.

En fonctionnement, dans la plage de tension inférieure, la série des amplificateurs 50-58 procure la par10 tie T 1 de la fonction de transfert, dans laquelle:

T (V) = S VF+ ( 27)

VFS S

avec la pente maintenue à t S/V Fs Lorsque la tension augmente, les diverses diodes dans les circuits de commande à diodes 70-76 deviennent conductrices et réduisent le 15 gain de façon à réduire la pente et à donner la seconde partie T 2 de la fonction de transfert 44, qui est définie par:

T 2 (V) = 2 V ( 28)

A titre d'exemple, lorsque la tension augmente suffisamment, 20 la sortie de l'amplificateur 56 applique à la diode 120 la tension nécessaire de 0, 975 volt, qui est égale à la tension de polarisation en sens direct d'environ 0,7 volt de la diode, plus la tension de polarisation de V 8, égale à 275 millivolts Lorsque ceci se produit, la diode 120 con25 duit et le gain de sortie est réduit, ce qui fait que la pente de la courbe commence à diminuer Ensuite, lorsque la tension augmente encore davantage, de façon que la tension appliquée à la diode 114 atteigne 1,09 volt, c'est-à-dire la combinaison de 0,7 volt et de la polarisation de V 7, éga30 le à 390 millivolts, cette diode conduit également Lorsque les deux diodes conduisent, la résistance d'atténuation est divisée approximativement par deux et passe de 499 ohms à 249 ohms Cette résistance, en association avec la résistance de 249 ohms, 266, à la sortie de l'amplificateur 56, établit un diviseur de tension qui réduit le gain par un facteur de deux Du fait que le gain de l'amplificateur 5 56 était à l'origine de 2,3, il est maintenant réduit à 1,15, et la seconde étape de la réduction de la pente est accomplie La même séquence se déroule pour les circuits de commande à diodes 74, 72 et 70 Dans le circuit 74, le facteur de réduction est de 1,77 et le gain est réduit seulement à 1,3 Dans le circuit de commande à diodes 72, le facteur de réduction est de 1,58 et le gain est réduit seulement à 1,45, et dans le circuit de commande à diodes , le facteur de réduction est de 1,49 et le gain est réduit seulement à 1,54 La caractéristique de transfert 44 15 est ainsi construite par segments, de façon progressive, pour correspondre à la courbe définie

T 2 (V) = 2 'V ( 28)

Le nombre d'amplificateurs et de diodes n'est pas limité au nombre représenté sur la figure 7, mais peut être choi20 si commodément pour donner le nombre total de segments désiré pour la construction de la caractéristique de transfert De plus, il n'est pas obligatoire de construire la caractéristique de transfert en utilisant le type particulier de circuit d'amplificateurs et de diodes qui est re25 présenté On pourrait également utiliser un certain nombre d'autres circuits On pourrait par exemple utiliser un circuit de détection de niveau pour contrôler la tension et

pour commuter sélectivement les atténuateurs appropriés ou pour changer le gain d'amplificateurs afin d'obtenir la ca30 ractéristique de transfert appropriée.

Lorsqu'on utilise l'invention, le nombre de bits qui est exigé dans le convertisseur analogique-numérique 42 est réduit à une valeur ne dépassant pas neuf On démontre ceci de la façon suivante On sait que: code T = T N ( 41) en désignant par ST le nouvel intervalle de quantification utilisé pour numériser la fonction T, d T _î 2 T d V = 2 ( 42) et ( 43) Il résulte de ceci que: T code code

Dbnc:-

241 = ( 44)

Node = 2-%\N-

( 45) A nouveau, on sait que: Nombre de Bits = log 22 NPar conséquent, lorsque N = 40 000 photons, on le nombre de bits, B, par: 15 B = log 22 '1 40 000 soit, lorsque t = 1: B = log 22 xlx 200 ( 46) peut exprimer ( 47) ( 48) ou B = log 2400 ( 49) et donc

B = 8,7 ( 50) Le nombre de bits exigé a donc été réduit de douze à neuf, et ceci

réduit considérablement la taille et le coût correspondant de tout le matériel de traitement d'information

qui est nécessaire à la suite En outre, cette technique évite un codage surabondant de l'information, qui augmente l'en-

tropie des données au-delà de leur contenu d'information.

Dans ces conditions, la compression des données qui est effectuée en utilisant des données codées conformément à l'invention peut être beaucoup plus efficace Par exemple, dans certaines circonstances caractéristiques, on peut comprimer les données à neuf bits en données à trois ou quatre bits, tandis que les données à douze bits caractéristiques ne pourraient être réduites qu'à environ six bits. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté,

sans sortir du cadre de l'invention.

REVE E ICATIONS

1 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'information, caractérisé en ce qu'il comprend un filtre d'entropie ( 40) , réagissant à un signal d'informa5 tion, V, ayant un bruit variable,,V' qui est fonction de V, en fournissant un signal transformé, T, qui a un niveau de

bruit transformé constant, CT, sur toute l'étendue de sa dynamique.

2 Circuit numériseur adaptatif selon la revendi10 cation 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un convertisseur analogique-numérique ( 42), dans lequel le rapport.T/&T, entre le niveau de bruit, 7 T, du signal transformé et l'intervalle de quantification, 6 TI est constant sur toute l'étendue de la dynamique de T.

3 Circuit numériseur adaptatif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le

filtre d'entropie ( 40) réalise la transformation 2 (V)= ', d V + a v r V oe(v)

4 Circuit numériseur adaptatif selon l'une quel20 conque des revendications 1 à 3, dans lequel le niveau de

bruit variable, UV, comprend un bruit électronique constant, è' et un bruit photonique variable, e Y, caractérisé en ce que le filtre d'entropie ( 40) fournit un signal transformé

ayant un niveau de bruit transformé constant sur toute 25 l'étendue de sa dynamique.

Circuit numériseur adaptatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre d'entropie ( 40) comprend un premier circuit de transformation ( 46) ayant une

première fonction de transformation T 1 de zéro jusqu'au point 30 d'intersection de ae et c Y et un second circuit de transformation ( 46, 48) ayant une seconde fonction de transformation T 2 au-dessus de ce point d'intersection.

6 Circuit numériseur adaptatif selon la revendication 5, dans lequel le premier circuit de transformation ( 46) comprend des moyens amplificateurs ( 50-58) destinés à donner

sur leur sortie la première fonction de transformation.

7 Circuit numériseur adaptatif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le second circuit de transformation ( 46, 48) comprend un circuit de commande ( 70-76) destiné à modifier la pente de la sortie des moyens amplificateurs ( 50-58) pour donner la seconde fonction de transforma10 tion. 8 Circuit numériseur adaptatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les moyens amplificateurs comprennent un certain nombre d'étages amplificateurs ( 50-58) et le circuit de commande ( 70-76) comprend un certain nombre d'éléments dont la conduction est fonction de la tension ( 78, 84, 90, 96, 102, 108, 114, 120), qui sont conçus de façon à augmenter successivement leur conduction et à diminuer le signal de sortie de l'étage amplificateur associé sous l'effet d'augmentations du signal d'information, V. 9 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'information, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre d'entropie ( 40), réagissant à un signal d'information, V, ayant un bruit variable, îV, qui est fonction de V, de façon à donner un signal transformé, T, ayant un niveau 25 de bruit transformé constant, dc T, sur toute l'étendue de sa dynamique; et un convertisseur analogique-numérique ( 42) dans lequel le rapport, a T/AFT, entre le niveau de bruit, 6 T' du signaltransformé et l'intervalle de quantification, 6 T, est constant sur toute l'étendue de la dynamique de T. 10 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'information, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre d'entropie ( 40), réagissant à un signal d'information, V, ayant un niveau de bruit variable, Ge, comprenant un bruit électronique constant, se, et un bruit photonique 35 variable, T , en produisant un signal transformé ayant un niveau de bruit transformé constant sur toute l'étendue de sa dynamique; ce filtre d'entropie ( 40) comprenant un premier circuit de transformation ( 46) ayant une première fonction de transformation T 1 de zéro jusqu'au point d'intersec5 tion de Ce et Cr, et un second circuit de transformation ( 46, 48) ayant une seconde fonction de transformation T 2 audessus de ce point d'intersection; et un convertisseur analogique-numérique ( 42) dans lequel le rapport O T/s T entre le niveau de bruit, 6 T, du signal transformé et l'intervalle de 10 quantification 5 T est constante 11 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'image caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre d'entropie ( 40), réagissant à un signal d'image, V, ayant un niveau de bruit variables, V comprenant un bruit 15 électronique constant, le, et un bruit inhérent variable, - , en produisant un signal de sortie ayant un niveau de bruit constant sur toute l'étendue de la dynamique du signal d'image; ce filtre d'entropie ( 40) comprenant un premier circuit de transformation ( 46) ayant une première fonction 20 de transformation T 1 de zéro jusqu'au point d'intersection de C et oy, et un second circuit de transformation ( 46, 48) ayant une seconde fonction de transformation T 2 au-dessus

de ce point d'intersection; et un convertisseur analogiquenumérique ( 42) dans lequel le rapport YT/&T entre le niveau 25 de bruit, CT, du signal transformé et l'intervalle de quantification, ET' est constant.

12 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'information, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre d'entropie ( 40)e réagissant à un signal d'information, V, ayant un niveau de bruit variable, -V, comprenant un bruit électronique constant, Oce, et mun bruit inhérent variable, oî, en produisant un signal de sortie ayant un niveau de bruit constant sur toute l'étendue de la dynamique du signal d'information; ce filtre d'entropie ( 40) com35 prenant un premier circuit de transformation ( 46) ayant une première fonction de transformation:

T 1 (V) = V + FS

-VFS + 'S

de ce et e él àSVFS de zéro au point d'intersection de e et r, et-un second circuit de transformation ( 46, 48) ayant une seconde fonction de transformation: T 2 (V) = Il au-dessus de ce point d'intersection; et un convertisseur

analogique-numérique ( 42) dans lequel le rapport 'T/&T entre le niveau de bruit, UT, du signal transformé et l'intervalle 10 de quantification, &,T est constant.

13 Circuit numériseur adaptatif pour un système de traitement d'image, caractérisé en ce qu'il comprend: un filtre d'entropie ( 40), réagissant à un signal d'image, V, ayant un niveau de bruit variable, a V, comprenant un bruit électronique constant, Ce, et un bruit inhérent variable, O, en produisant un signal de sortie ayant un niveau de bruit constant sur toute l'étendue de la dynamique du signal d'image; ce-filtre d'entropie comprenant un premier circuit de transformation ( 46) ayant une première fonction de transfor20 mation: J VF

T (V) = SV + S

F 3 et une pente égale à S/VFS de zéro jusqu'à l'intersection de Ce et o 2 et un second circuit de transformation ( 46, 48) ayant une seconde fonction de transformation: T 2 (v) = au-dessus de cette intersection; et un convertisseur analogique-numérique ( 42) dans lequel le rapport YT/ST entre le niveau de bruit, a T, du signal transformé et l'intervalle de

quantification, s T' est constant.