FR2593295A1 - Controleur electronique matriciel des parametres d'exposition pour appareil de prise de vues - Google Patents

Abstract

L'objet de l'invention est un contrôleur électronique matriciel d'exposition pour appareil de prise de vues. Il permet d'exposer chaque point de l'image séparément, avec des paramètres, vitesse d'obturation, diaphragme et distance de mise au point, indépendants de ceux des points voisins. Le dispositif comportant l'asservissement de ces paramètres est constitué de trois composants électroniques caractéristiques : un capteur optique matriciel, tel qu'un registre photosensible à transfert de charges, qui capte l'image brute et la transmet à un microprocesseur qui l'analyse et gère, en fonction des commandes données par l'utilisateur, un écran plat, tel qu'une matrice de cristaux liquides, placé devant la surface à impressionner. Le programme permet l'augmentation ou la diminution des contrastes, le choix des éléments nets dans l'image, des effets de filtrage local des couleurs, l'écriture de messages sur la pellicule, et la visée de type vidéo. Pour augmenter le confort d'utilisation et les performances du système, celui-ci peut comporter un clavier à écran tactile, une lentille de mise au point interne, un système autofocus et un obturateur classique permettant d'atteindre de hautes vitesses d'obturation.

Description

La présente invention concerne "n contrôleur d'exposition électronique pour appareil photographique ou caméra permettant le contrôle de tous les paramètres d'exposition, mise au point, vitesse et diaphragme, de chacune des parties de la surface sensible à impressionner, indépendament des pa ramètres des parties voisines, grâce à l'association d'un écran plat, d'une matrice de composants électroniques photosensibles, d'un calculateur électronique et de l'électronique de commande de ces éléments.

Le dispositif, objet de l'invention, utilise la capacité que possèdent certains matériaux, comme les cristaux liquides nématiques placés entre deux polariseurs, à transmettre ou non la lumière en fonction du champ électromagnétique ou de l'intensité du courant qui leur est appliqué.

Le dispositif comporte les éléments nécessaires à la gestion d'une ou plusieurs matrices d'éléments formés de ces matériaux, matrices communé- ment appelées éczansrpTats, pendant et avant le déclenchement, et à l'analyse des paramètres de l'image.

Les obturateurs connus à ce jour sont constitués d'éléments mécaniques, rideaux ou lamelles fines, qui, par déplacement devant la surface photosensible, laissent passer la lumiere pendant une fraction de seconde, pendant une exposition aux paramètres uniformes sur toute cette surface.

Ce sont des obturateurs de type mécanique qui, par conséquent, sont fragiles et bruyants. Les appareils de prise de vues électroniques, à tubes cqthodiques ou à capteurs optiques matriciels à transfert de charges, qui n'ont pas d'obturateur, n'effectuent, eux aussi, que des expositions aux paramètres, durée, distance de mise au point et diaphragme, uniformes.

Au contraire, toute la souplesse du dispositif, objet de l'invention, tient en ce que chaque élément de l'image peut être exposé séparément et indépendament des autres éléments, avec des paramètres d'exposition particuliers. Il peut ainsi assurer, silencieusement, les fonctions suivantes dont le mode de fonctionnement est détaille apyres la description physique du dispositif.

L'obturation est la durée de transparence de l'écran plat qui peut atteindre des valeurs suffisamment faiblpour la prise de vues
L'aide au règlage de la durée d'exposition ou du diaphragme est obtenue en mesurant et en affichant l'éclairement moyen de toute l'image ou de chaque partie de celle-ci dans le viseur. Ces deux règlages peuvent être automatises en donnant au calculateur les moyens de contrôle de ces valeurs.

La diminution ou l'augmentation des contrastes sont obtenues par la variation des durées d'exposition des différentes parties de l'image en fonction décroissante ou croissante, respectivement, de leur éclairement.

Les problèmes de contre-jour ou de sources lumineuses dans le champ sont ainsi résolus.

L'aide à la mise au point, par la mesure et l'affichage du maximum de contraste en chaque point de l'image, permet à l'utilisateur d'éviter l'effet de flou résultant d'un mauvais règlage de cette distance, ou de laisser celui-ci au calculateur électronique. Celui-ci pourra, en effet, exposer chacune des parties de l'image au moment ou en decallage de sa mise au point optimale, correspondant aux contrastes maximums, et ainsi augmenter ou diminuer la profondeur de champ, pourvu que la distance de mise au point lui soit asservie.

La visée électronique, de type vidéo, et l'affichage des paramètres de prise de vue en conditions de très faibles éclairements sont offerts à l'utilisateur grâce à un écran plat placé dans le viseur et éclairé par transparence.

Les effets de filtrage sélectif de la lumière et l'inscription d'informations sur la surface photosensible seront possibles grâce à l'asservissement des écrans plats au clavier du dispositif placé à l'exté- rieur de l'appareil de prise de vues, et à un générateur de caractères,
Enfin, il est possible de créer des effets graphiques nouveaux, tels que les effets de filés, la sélection d'éléments ou de personnages nets dans un environnement flou ou la superposition de parties dtimage...

Le developpement de chacune de ces utilisations s'appuie sur la description de objet de la présente invention et se trouve donc après celle-ci.

Le dispositif est constitué de trois composants électroniques caracteristiques et de leur électronique de commande et de gestion. Un capteur optique matriciel capte la même image que celle qui va s'inscrire sur la surface à impressionner et la transmet sous forme numérique à une unité arithmétique qui l'analyse et gère en conséquence l'écran plat placé devant cette surface photosensible. Cependant, l'adjonction d'autres éléments électroniques ou optiques permet le developpemant complet des capacités de ce dispositif. LeF avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif et nullement limitatif plusieurs formes de réalisations et d'applications conformes à l'esprit de l'invention.

La figure 1 représente le schéma symbolique de l'organisation du dispositif, dans lequel le miroir amovible ou semiréflèchissant 1 de la visée reflex de l'appareil de prise de vues réfléchit les rayons lumineux issus de l'objectif 25 vers une lentille optique convergente 2 qui forme sur le capteur optique matriciel 3 une image homothétique à celle que recevra au moment du déclenchement la surface photosensible 19 à impressionner. Les éclairements ponctuels reçus par le capteur 3 sont transformés par Lui en différences de potentiel traduites ensuite en nombres binaires par le convertisseur analogique numérique 4.Le port de sortie du convertisseur 4 est reliè à un calculateur électronique 5 capable, sur ordres du microprocesseur 9, d'effectuer les opérations arithmétiques de convolution spatiale et d'inversion, et comportant une mémoire tampon 6.

Les chiffres issus du calculateur 5 sont directement positionnés dans la mémoire vive 13 par le contrôleur d'accès direct à la mémoire 7 reliè au circuit d'interface parallèle 8 qui contrôle le fonctionnement de l'en- semble des éléments électroniques précités constituant l'interface d'entrée de données. L'interface d'entrée de commandes est, pour sa part, un clavier 11 comportant l'obturateur 12, l'interrupteur général du dispositif et une mémoire vive tampon intègrée au clavier 11. Cette interface de commande est placée à l'extérieur du boitier de prise de vues.

Le microprocesseur 9 possède une mémoire vive 13, otest une mémoire de données, et une mémoire morte, ou mémoire de commandes et de programmes, 14. Les déplacements d'optiques de mise au point 24, du diaphragme 25 et du miroir de visee reflex 1 lui sont asservis grâce au circuit d'interface parallèle 23.

La transmission des données aux écrans plats 18 et 20 est effectuée, à partir du microprocesseur 9, par l'intermédiaire d'un registre à décal- lage 15 monté en parallère avec un générateur de caractères 10, et d'un démultiplexeur 16. L'écran plat négatif, c > est à dire opaque au repos, 18 se trouve devant la surface à impressionner, tandis que l'écran plat 20, éclairé par transparence par l'emetteur de lumière 21, est placé dans le viseur 22 de l'appareil de prise de vues. Enfin, des portes de type nand, notées sur la figure 1 par des étoiles, assurent la sélection de certains périfériques sur le bus adresse du microprocesseur 9.L'alimentation électrique 26, comportant un générateur de tensions alternatives 17, fournit à chaque composant électronique l'énergie nécessaire à son fonctionnement. Les horloges 27 rythment l'activitée synchronisée du microprocesseur, des interfaces et des périfériques. Cependant, pour sauvegarder la lisibilité de la figure 1, les liens relationnels unissant l'alimentation 26 et les horloges 27, d'une part, et les divers composants du système, d'autre part, n'ont pas été symbolisés ici. L'obturateur réflèchissant 28, placé entre le miroir 1 et le capteur 3, permet, quand il répléchit les rayons lumineux issus de I vers les éléments optiques du viseur, la visée reflex et la remise à zéro des éléments photosensible du capteur 3. Il est rotatif et périodique.

La figure 1 représente une forme de réalisation du dispositif conforme à l'esprit de l'invention, cependant les remarques suivantes en permettent d'autres, aptes à assurer les mêmes fonctions. L'électronique de contrôle des écrans plats a déjà été developpée par les constructeurs des systèmes les incorporant comme les écrans de visualisation à cristaux liquides des ordinateurs portables. De tels circuits de contrôle, ou encore un'contr5- leur d'écran graphique, peuvent remplacer le générateur de caractères 10, le registre à décallage 15 et le démultiplexeur 16. De même, les circuits de gestion des capteurs optiques matriciels, étudipar les constructeurs de caméra électroniques, peuvent s'inspirer de ces systèmes.

Le dispositif objet de l'invention est donc caractèrisé par la nature de ces interfaces plus que par les moyens physiques utilisés pour les mettre en relation. Nous allons donc étudier plus particulièrement ces interfaces puis quelques alternatives possibles au schéma de la figure 1, dont nous garderont la notation et le principe dans un but de compréhension aisée de l'invention.

Le capteur optique matriciel peut être constitué d'une matrice de photopile, de photodiodes, de photorésistances, etc, ou encore d'un tube de prise de vues, ou d'un photomultiplicateur, ou d'un tube intensificateur d'images, mais le composant le plus souple et solide capable d'assurer sa fonction semble être le registre photosensible à transfert de charges. En condition de faible éclairement, l'exposition nécessite la fixation sur pied de l'ensemble de l'appareil et, en réduisant leur fréquence, les horloges 27 permettent à ce registre d'augmenter sa sensibi lité, sans risquer les effets de flou provoques par les mouvements de l'appareil.

Les écrans plats 18 et 20 pourront comporter plusieurs couches de matériaux tels que les cristaux liquides pour augmenter le contraste entre les parties opaques et les parties transparentes, pour filtrer certaines couleurs ou polariser la lumière transmise. L'écran plat 18 sera préférentiellement de type négatif, c'est à dire qu'au repos, il sera opaque, ne devenant transparent que sous l'effet d'une exitation électromagnétique. Toujours pour améliorer le contraste, ces matrices pourront être doublées de matrices sur verre de composants tels que des transistors en silicium amorphe de telle manière que chaque élément de matrice garde un état, au repos ou exité, durant toute la durée du balayage et pas seulement au moment de son adressage.

Les dispositifs d'asservissement du diaphragme, de la distance de mise au point, du miroir 1 et d'un éventuel deuxième obturateur de type classique permettant d'atteindre des durées d'exposition très courtes sont laissés au choix du constructeur de l'appareil de prise de vues, de même que les composants, lentilles optiques, miroirs, fibres optiques et obturateur periodique 28 de la visée reflex.

Toutes les options exposées ci-dessus sont cumulables, compatibles avec le principe du dispositif et conformes à l'esprit de l'invention, sans être limitatives quant aux choix effectivement retenus.

La figure 2 représente deux claviers possibles Il du dispositif.

Le premier, de type classique, possède un ensemble de touches aux fonctions prédéterminées dont le nombre dépend de la complexité du système ( figure 2A ). Le second ne possède que six touches et une matrice d'éléments électroniques tactiles, c'est à dire sensiblesà la chaleur ou à la pression. Parmi les six touches, on trouve le déclencheur, la touche d'effacement, la touche d'enregistrement des instructions et trois touches qui permettent de sélectionner un des messages écrits transmis par le viseur. La matrice de capteurs tactiles sert à sélectionner du doigt la ou les zones de 1 image que l'utilisateur souhaite voir éclairées ou assombries, nettes ou floues, colorées ou polarisées, etc. Si l'écran tactile est transparent, on peut le super posera un écran plat semblable à celui qui se trouve dans le viseur.

Cette option jouit des mêmes remarques que les précédentes ( figure 2B
La figure 3 représente le schéma de connexion des composants électroniques entre eux dans lequel sont représentés les bus de données et d'adresses, les périfériques, les interfaces et les portes logiques. Le clavier 11, le registre à décallage 15, le générateur de caractères 10, et les circuits d'interface parallèles 8 et 23 sont sélectionnés par les broches de plus grand poids du bus adresse du microprocesseur 9. Le contrôleur d'accès direct à la mémoire 7:et-les mémoires de données 13 et d'instructions 14 sont reliès aux autres broches du bus adresse pour l'accès à ces mémoires. Le port d'entrée de chaque composant des périfériques est reliè au port de sortie du composant qui le précède dans le cheminement des données indiqué sur la figure 1.Tous les circuits d'un même périférique fonctionnent à la même fréquence d'horloge générée par les horloges 27.

Le bus de contrôle, dont nous n'avons, dans un souci de clarté, représenté que quelques lignes, assure d'une manière générale la synchronisation des échanges et le contrôle des différents circuits qui constituent notre système. La ligne de lecture/écriture R/W qui sort du microprocesseur indique aux boîtiers auxquels elle est connectée si le microprocesseur procède à une lecture ou à une écriture. La ligne de demande d'interruption I indique au microprocesseur qu'un des boîtiers connectés requiert une interruption de programme. La ligne E correspond à la phase d'horloge. Elle indique à tous les boîtiers l'instant où les données doivent être prise en compte. Enfin, la ligne de validation d'adresse VM indique si l'adresse présentée sur le bus adresse est valide et peut être prise en compte. Elle sert donc, entre autres, à l'adressage des boîtiers.

Chacune de ces quatres lignes doit donc être reliée à la broche correspondante des composants interessés. De meule, les signaux de fin d'opération,F conversion, calcul ou écriture doivent être reçus par les broches DR ( données pretes), de lecture ou de debout d'opération du boitier suivent dans les chaines de transfert de données. Deux lignes notées OPE plus celle d'acquitement ACQ seront nécessaires au circuit d'interface parallèle 8 pour fixer le mode de fonctionnement du calculateur 5. Le circuit d'tinter face parallèle 23 effectue de la même manière la sélection du mécanisme asservi qu'il active. La broche CS indique à chaque composant s'il est selec tionné, S du démultiplexeur 16 sert à sélectionner l'écran plat activé.

Les autres broches, non standardisées, seront reliées selon leur fonction.

Le dispositif objet de l'invention ayant été décrit physiquement dans un mode de réalisation particulier,-nous allons maintenant developper ses diverses utilisations possibles et leur mode de fonctionnement en nous appuyant sur la description précédente.

En retirant la sécurité placée sur le déclencheur, le photographe met l'ensemble des composants électroniques sous tension, initialise le programme mais laisse l'obturateur périodique en position permettant la visee reflex. En effet, le microprocesseur 9 attend une instruction, même de déclenchement immédiat, avant d'entamer la mémorisation continuelle de l'image numérisée et la rotation de l'obturateur périodique 28.

L'utilisateur compose alors son image et choisît le mode d'exposition.

Il peut biensur imposer une vitesse et un diaphragme uniforme sur toute la surface sensible, le dispositif ayant alors les fonctions d'un obturateur classique. il effectue des mesures d'intensité lumineuse sur toute ou partie de la scène grâce au capteur 3 et à l'affichage des diaphragmes et vitesses recommandés, dans le viseur 22. Cependant, l'utilisateur peut souhaiter, dans les cas de contre-jour ou de ciel nuageux, diminuer les contrastes d intensité lumineuse, ou les augmenter. Dans le premier cas, une partie fortement éclairée de l'image devra subir une exposition de durée plus courte qu'une partie faiblement éclairée. Le microprocesseur 9 commandera alors au calculateur 5 de calculer les inverses des luminosi- tés ponctuelles et enregistrera la matrice résultante dans la mémoire vive 13.Au déclenchement, la durée d'exposition de chaque point de l'image, proportionnelle au chiffre correspondant stocké en mémoire, sera une fonction décroissante de la luminosité locale reçue. Dans le cas d'une augmentation désirée des contrastes, ce sera la matrice des luminosités qui sera mémorisée et utilisée, sans intervention du calculateur 5. L'utilisateur peut aussi vouloir eclaircir ou assombrir une zone de l'image. il sélectionne alors la partie a modifier avec le clavier et donne un coefficient d'éclaircissement positif ou négatif, en diaphragmes.

Le microprocesseur exposera cette zone plus ou moins longtemps, respectivement,que le reste de l'image.

Ainsi, toute la souplesse du système, que nous retrouverons pour le choix des autres paramètres, tient en ce que chaque élément matriciel de l'image peut être exposé individuellement. Ses performances sont donc étroitement liées aux dimensions des matrices utilisées.

Dans la mémoire vive 14, l'entrée des images issues du périférique d'entrée de données se fait point par point pendant que defilelles adresses. Par contre leur sortie vers le registre à décallage doit s'effectuer dans l'ordre décroissant du poids des informations binaires, ou bits, puisque ce poids correspond à une durée d'exposition particulière.

Le microprocesseur sort donc les bits de poids le plus fort de tous les points de l'image en premier, puis, au cours des balayages suivants, les bits de poids moindre, dans l'ordre décroissant de celui-ci. En effet, chacun de ces plan-mémoires correspond à une durée d'exposition uniforme et c'est l'addition des expositions successives qui sépare les points de luminosités différentes. Si, par exemple, le bit de poids le plus fort correspond à une durée d'exposition d'un trentième de seconde, les suivants correspondront au soixantième de seconde, puis au cent-vingtième de seconde, etc. Les éléments matriciels ayant un bit de poids fort au niveau haut, c'est à dire à l'état logique 1, subiront une première exposition d'un trentième de seconde, puis, si le suivant est au niveau bas, état logique 0, ils ne subiront pas l'exposition d'un soixantième de seconde, etc.

Un temporisateur, ou une boucle à décrémentation du programme, permet de générer ces durées. On peut obtenir le même effet de variation de la luminosité incidente au cours de l'exposition en refermant, après chaque balayage d'un plan mémoire, le diaphragme d'une demi unité ( c'est à dire en divisant la luminosité de l'objectif par 2 ) , à vitesse fixe.

Après le mode d'exposition, l'utilisateur choisit le mode de mise au point de l'image parmi les suivants:
soit il l'effectue lui-même et ne donne pas d'instruction la concernant avant le déclenchement;
soit il demande au dispositif une aide mais tourne la bague de l'ob- jectif, auquel cas le microprocesseur 9 commande au calculateur 5 de calculer par convolution les contrastes autour de chaque point, les compare aux contrastes précédament mémorisés, detecte les maximums, enregistre la distance qui leur correspond puis stocke la nouvelle matrice de contrastes; dans le viseur, l'utilisateur voit s'éclaircir les points de l'écran plat 20 qui atteignent leur maximum de contraste, c'est à dire leur distance de mise au point optimale;
soit il demande la mise au point sur l'ensemble de l'image, le micro processeur 9 effectue les mêmes opérations que dans le cas précédant en contrôlant lui-même la variation de la distance de mise au point, au déclenchement il rend chaque-point de l'écran plat 18 transparent au moment da sa meilleure mise au point, et parcouru toute la plage de variation de cette distance;
soit, enfin, il sélectionne des zones nettes de son cadrage, ou les plans de netteté désirés au cours d'une des opérations précédantes; au déclenchement, les zones choisies de l'écran plat 18 seront trnnspa- rentes au maximum de contraste local, tandis que les autres s'éclairciront à contraste réduit.

Pour que le balayage des distances de mise au point soit plus rapide, et compatible avec tous les objectifs existants sur le marché, il peut être nécessaire d'ajouter une lentille optique dans l'appareil de prise de vues, lentille dont le déplacement sera asservi au microprocesseur 9 par l'intermédiaire du circuit d'interface parallèle 23.

L'évaluation des contrastes sera plus efficaee s'il est effectué en couleur, ce qui dépend du capteur optique matriciel 3, cependant certains points, trop sombres ou captant l'image d'une surface uniforme, garderont un contraste nul. Le programme doit donc comporter un sous-programme de remplissage de telles zones, par interpolation linéaire, par exemple.

La mémoire vive 13 devra contenir au moins trois images, de lumino sité, de contraste et de distance.

L'emploi du générateur de caractère 10 sera le même que celui des dos dateurs de certains appareils photos, pourvu que le clavier possède les touches nécessaires à sa commande.

Enfin, le microprocesseur 9 peut, grâce à l'écran plat 20 éclairé par transparence, fournir une visée de type vidéo plus lumineuse mais moins précise que la visée reflex, s'il contrôle les fonction d'un contrôleur d'écran graphique.

La description précédente, faite dans un but purement explicatif donne une forme de réalisation montrant clairement les différents éléments d'un appareil réalisable, bien que pouvant être composé de tout élément équivalent dans le but d'obtenir un fonctionnement conforme à l'esprit de l'invention tel qu'il ressort des revendications annexées.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1 ) Dispositif de contrôle des périodes et des durées de transfert ou de l'intensité lumineuse de chaque point d'une image au cours de sa transmission ou de sa prise, caractèrisé par une matrice d'éléments dont l'opacité dépend du champs magnétique ou du courant qui leur est appliqué, communément nommée écran plat, et par son éléctronique de commande qui contrôle l'obturation et la transparence, ou déclenchement, de chacun des éléments de écran plat placé sur le trajet optique de transmission d'image, indépendament de l'état des autres éléments. 2 ) Dispositif selon la revendication précédente contrôlant la durée d'exposition ou l'intensité lumineuse d'une image chimique, magnétique ou électronique, au cours de sa prise de vue caractèrisé par un capteur optique matriciel qui capte l'image brute, par un processeur éléctronique qui analyse cette image et commande en conséquence l'écran plat.
1. 30) Dispositif selon lc revendication précédente caractèrisé par un clavier a touches et un écran plat placé a l'extérieur de l'appareil de prise de vue ou dans le viseur donnant a l'utilisateur le contrôle du fonctionnement du dispositif et des caractèristiques de l'image et un affichage des modes de fonctionnement ou de l'image telle qu'elle sera enregistrée.
2. 40) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un clavier à écran tactile, surface matricielle adreasable sensible à la chaleur ou à la pression, transparente superposée à un écran plat donnant à l'utilisateur les informations sur le mode de fonctionnement du dispositif et sur l'image, éventuellement affichée, et recevant de lui les ordres de fonctionnement et les caractristiques de l'image, 50) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par l'asservissement d'un diaphragme placé dans ou derrière l'objectif dont l'ouverture, simultanée avec celle d'éléments de l'écran plat de la revendication 1 limite l'intensité lumineuse incidente sur les points correspondant de la surface photosensible à impressionner, différentes ouvertures successives étant ainsi provoquées de manière à exposer complètement la surface photosensible.

   6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un calculateur électronique effectuant, sous le contrôle du processeur le calcul des inverses des luminosités ponctuelles, le processeur utilisant cette nouvelle matrice pour faire varier les durées d'expositions ou les valeurs d'ouverture du diaphragme en fonction décroissante des luminosités incidentes pour diminuer le contraste de l'image.
3. 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un calculateur électronique effectuant, par convolution spatiale, la mesure du contraste local autour de chaque point de l'image, et par l'asservissement de la distance de mise au point de l'objectif, ou d'une lentille optique additionnelle, donnant conjointement au calculateur les informations nécessaires au processeur pour détecter le maximum de contraste local correspondant à la distance de mise au point du point considérer, le processeur gèrant ainsi la netteté de toutes les parties de l'image formée.
4. 80) dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par un générateur caractères commandé par le processeur et commandant les écrans plats pour imprimer des informations sur l'image ou transmettre des messages ecrits ou chiffrés sur les écrans plats de contrôle.
5. 90) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractèrisé par des mémoires conservant l'image et les images calculées et les programmes de fonctionnement.