FR2748621A1 - Lecteur optique de caracteres a faisceau divise - Google Patents

Abstract

Un système optique pour un lecteur optique de caractères dans lequel une caméra, telle qu'une caméra de télévision, lit un champ d'image dans un document, comprend au moins une paire de miroirs qui décale la moitié de l'image à la fois latéralement et verticalement pour convertir une image relativement allongée, par exemple ayant un rapport de format de longueur à largeur de 1,5:8, en une image rectangulaire ayant un rapport de format beaucoup plus bas, par exemple de 3:4. On utilise de préférence deux paires de miroirs, de sorte que le trajet de lumière d'image pour les deux parties du champ d'image ait la même longueur. Ce système optique reforme le champ d'image à partir d'un champ d'image ayant un rapport de format qui ne correspond pas au rapport de format de 3:4 de la plupart des caméras, comme les caméscopes, les caméras de télévision, les caméras de sécurité et de surveillance et analogues, en un champ qui correspond à un tel rapport de format, ce qui simplifie grandement le lecteur optique de caractères et abaisse son coût.

Description

Lecteur oDtiaue de caractères à faisceau divisé L'invention concerne un

équipement optique de lecture de caractères utilisé pour la lecture à la machine de documents

tels que des passeports, des passes de sécurité, et analogue.

Ces documents contiennent habituellement un matériau graphi-

que, des symboles alphanumériques et du texte, dont certains sont souvent codés. La plupart de ces données sont visibles et lisibles à la fois par l'utilisateur et un lecteur optique de caractères. Il est également connu d'inclure des données dans un document qui est seulement lisible par un lecteur optique approprié de caractères. Il est également connu que tout ou partie du texte à lire à la machine n'a pas besoin d'être visible à la lumière ordinaire, nécessitant une source

de lumière spéciale pour le rendre lisible.

La majorité des équipements de lecture optique de caractères, couramment disponibles, utilisent comme dispositif de détection d'image, un réseau d'un dispositif à coupleur de charge, ou CCD; dans les équipements plus anciens, on utilise d'autres dispositifs de visualisation, comme des tubes orthicon. Le document à lire est éclairé par une source de lumière appropriée, et une image focalisée étroite est fournie au dispositif sensible à la lumière par un système de lentille approprié. Cette image est ensuite convertie en une

image électronique d'une partie du document par des disposi-

tifs électroniques appropriés d'accompagnement. Par commodi-

té, cette combinaison d'un système de lentille de focalisa-

tion et d'un dispositif sensible à la lumière est appelée un

"dispositif de visualisation" dans cette Demande.

Cette invention vise à procurer un lecteur optique de caractères perfectionné qui à la fois simplifie les lecteurs existants, et permet aussi l'utilisation de réseaux CCD standards à relativement faible coût dans le dispositif de visualisation. Cette invention procure un système optique par lequel, par exemple, l'image optique d'une ligne, ou de deux ou trois lignes, du texte, est divisée en deux sections

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contiguës d'égale longueur, et au moins l'une d'elles est ensuite déplacée à la fois latéralement et verticalement vers une position située au-dessus (ou en dessous) de l'autre. Par un choix soigneux de la longueur des deux sections, il est alors possible de lire les deux en une seule fois par un

réseau CCD standard.

Dans le passé, on a proposé un lecteur optique de caractères comprenant un diviseur de faisceau. Dans ces dispositifs, on utilise des miroirs, qui peuvent être totalement ou à moitié argentés, pour diviser un faisceau en au moins deux parties, et chaque partie est ensuite lue par un dispositif de visualisation séparé. Des exemples de cette approche sont le Brevet US 4 634 882 de Craine et al., et le Brevet canadien

2 074 127 au nom de Diehl et al. Dans chacun de ces disposi-

tifs, différentes parties des indices pouvant être lus à la machine sont lues par des dispositifs de visualisation séparés: dans une application, Craine et al. montrent une image unique divisée en quatre parties, dont chacune est lue séparément; Diehl et al. divisent une image unique en trois parties, dont chacune est lue séparément. A la fois Craine et al. et Diehl et al. utilisent des moyens électroniques pour produire une ou plusieurs images à partir des signaux du

dispositif de visualisation.

Il a été également proposé de diviser une image de manière chromatique, pour procurer plusieurs images, chaque image

représentant seulement certaines des couleurs de l'original.

Des dispositifs de ce type sont décrits par Olaru, Brevet canadien 2 107 823, dans lequel on utilise des filtres colorés, et par Setani, dans le Brevet US 5 223 703, dans

lequel on utilise une grille de diffraction pour la sépara-

tion de couleurs.

Un dispositif différent est décrit par Mita, Brevet US 4 956 547, dans lequel on utilise ce que l'on peut appeler un

"combineur de faisceaux", plutôt qu'un diviseur de faisceau.

Dans le lecteur de Mita, en utilisant des sources de lumière séparées et un système de miroirs, des images provenant des deux côtés d'un seul document sont présentées au dispositif de visualisation. Toutefois, les deux côtés du document ne sont pas lus simultanément: les images provenant de chaque côté du document sont lues en série, soit en interrompant le faisceau d'image, soit en allumant ou en éteignant les deux

ensembles de lumière d'éclairement.

Tous ces dispositifs connus semblent souffrir de l'un ou l'autre de deux inconvénients. En premier, seules de faibles parties du document sont lues en une seule fois, et en second des dispositifs de visualisation spécialement configurés sont nécessaires. La conséquence en est que, soit le dispositif de visualisation est coûteux, soit il n'est pas utilisé de façon efficace, en ce sens que l'image en cours de lecture couvre seulement une partie du dispositif de visualisation. En d'autres termes, le rapport de format du réseau sensible à la lumière du dispositif de visualisation, qui est le rapport entre la longueur et la hauteur du réseau, ne correspond pas,

ou même ne s'approche pas, du rapport de format de l'informa-

tion du document en cours de lecture.

L'invention vise à surmonter ces difficultés et procure un système optique dans lequel l'équipement de réseau CCD le

plus courant -qui est aussi le moins cher de manière signifi-

cative- peut être utilisé d'une manière optimale pour lire le plus possible du champ, pouvant être lu à la machine, du

document en une seule passe.

Dans un document typique pouvant être lu à la machine, le champ de la reconnaissance optique de caractères possède typiquement un rapport de format d'environ 1:3 à 1:5; ce qui veut dire que la largeur du champ des caractères d'image est

de trois à cinq fois plus grand que la hauteur de ce champ.

Comme exemple, dans des passeports pouvant être lus à la machine, la zone lisible à la machine a typiquement une hauteur de 23,5 mm et une largeur de 125 mm, ce qui donne un

rapport de format de 1:5,32.

En théorie, on peut réaliser des dispositifs de visualisation comportant des réseaux sensibles à la lumière ayant n'importe

quel rapport de format désiré, mais en pratique les disposi-

tifs de visualisation sont réalisés seulement dans un format carré ou rectangulaire. Les dispositifs de visualisation à

format carré sont utilisés seulement dans certaines applica-

tions scientifiques -telles que l'astronomie- et, au moins en partie dus aux faibles quantités réalisées, et aux tâches

spécifiques pour lesquelles ils sont conçus, sont coûteux.

Les dispositifs de visualisation à format rectangulaire sont réalisés en plusieurs rapports de format. Pour certaines applications de vision à la machine, on utilise des rapports de format dans la gamme allant de 1:1, c'est-à-dire le format carré, à 1:1,5. Ces dispositifs sont aussi relativement coûteux, au moins en partie dus aux faibles quantités

réalisées pour des applications limitées et spécifiques.

En pratique, le rapport de format le plus courant utilisé dans les dispositifs de visualisation est celui de l'écran de télévision habituel, qui est aussi utilisé dans de nombreux autres dispositifs, y compris les terminaux d'ordinateurs et analogues. Toutes les caméras TV, y compris les caméscopes et analogues, les caméras de surveillance et les scanners de sécurité, utilisent une image de format rectangulaire plus ou moins standard, avec un rapport de format d'environ 3:4, ou 1:1,33. Du fait de l'utilisation toujours croissante de ces dispositifs dans une multitude d'applications, un effort considérable a été consacré pour réaliser des réseaux sensibles à la lumière de bonne qualité, et en grande quantité, et par conséquent à faible prix. En conséquence, un réseau sensible à la lumière, de bonne qualité, ayant un rapport de format correspondant à ceux utilisés en pratique dans la télévision, coûte seulement quelques dizaines de Francs, contre des milliers de Francs pour certains des autres types. On dispose également d'une large gamme de dispositifs électroniques de support pour des dispositifs de visualisation ayant ce rapport de format, y compris les systèmes numériques utilisés de manière croissante, dont la

caméra TV ordinaire ne constitue qu'un exemple.

Cette invention vise à procurer un système optique par lequel une image ayant un rapport de format qui ne correspond au rapport standard de l'industrie de 3:4 est convertie en une qui lui correspond, et qui fait aussi une utilisation efficace de la plus grande partie de la zone disponible du réseau sensible à la lumière du dispositif d'image. Ceci est

obtenu par un système optique dans lequel une image visuali-

sée est divisée en deux parties égales, l'une au moins des parties est déplacée à la fois verticalement et latéralement par rapport à l'autre vers une position adjacente à l'autre, et l'image combinée est ensuite lue par le dispositif de visualisation. Par ce procédé, une image ayant des dimensions donnant un rapport de format d'environ 1,5:8 est d'abord divisée en deux images ayant chacune un rapport de format d'environ 1, 5:4, et ensuite combinées en une seule image avec un rapport de format d'environ 3:4, c'est-à-dire ayant un rapport de format qui correspond au rapport standard des caméras TV. En d'autres termes, une image en une seule ligne qui est approximativement la moitié de la hauteur et le double de la largeur du réseau sensible à la lumière du dispositif de visualisation est convertie en une image à deux lignes qui a environ la même hauteur et la même largeur que

le réseau sensible à la lumière.

Ainsi, cette invention vise à procurer un système optique pour un lecteur de document qui convertit une image ayant un rapport de format d'environ A:2B en une image ayant un rapport de format d'environ 2A:B, dans lesquels rapports 2A<B. Dans une première forme générale de réalisation, cette invention vise à procurer un système optique pour un lecteur de document dans lequel une image de données ayant un rapport de format de hauteur à longueur d'environ A:2B est convertie par un dispositif de visualisation ayant un axe optique en un signal électronique, lequel dispositif de visualisation possède un rapport de format de champ d'image, de hauteur à longueur, d'environ 2A:B, dans lesquels rapports 2A<B, dans lequel le système optique comprend, dans le trajet de lumière

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réfléchie entre le document et le dispositif de visualisa-

tion, au moins une paire de miroirs dans laquelle au moins un miroir est incliné, et dans laquelle paire de miroirs un premier miroir réfléchit une première demi-partie de l'image de données latéralement vers un second miroir situé plus près de la lentille que l'autre miroir, et lequel second miroir réfléchit l'image de la première demi-partie de l'image de

données vers le dispositif de visualisation dans une direc-

tion parallèle à l'axe optique du dispositif de visualisa-

tion, pour procurer deux images au champ d'image du disposi-

tif de visualisation qui ont ensemble un rapport de format

d'environ 2A:B.

De préférence, le rapport de format 2A:B est d'environ 3:4.

De préférence, chaque image contient la moitié des données.

De façon préférentielle, chaque image comprend plus de la moitié des données, si bien qu'une partie au moins d'une extrémité d'une image est incluse dans l'autre extrémité de

l'autre image.

De préférence, le système optique comprend deux paires de miroirs dans le trajet de lumière entre le document et le dispositif de visualisation, dont la première réfléchit l'image de la première demi-partie de l'image de données, et la seconde réfléchit l'image de la seconde demi- partie de l'image de données, pour fournir deux images au dispositif de visualisation. De préférence, dans la ou chaque paire de miroirs, le second miroir est incliné. En variante, dans la ou chaque paire de miroirs à la fois le premier et le second miroirs sont inclinés. L'invention sera maintenant décrite en référence aux figures annexées, dans lesquelles: la figure 1 montre schématiquement un réarrangement d'image;

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- la figure 2 montre schématiquement, en vue en plan, un système optique de focalisation utilisant une paire de miroirs; - la figure 3 montre de façon schématique, en vue en plan, un système optique de focalisation utilisant deux paires de miroirs; - la figure 4 montre une élévation latérale schématique du système optique de la figure 3; et - la figure 5 montre une vue isométrique du système optique

des figures 3 et 4.

Dans chacune des figures 2, 3, 4 et 5, la ligne indiquée comme I - I se réfère à l'axe optique du dispositif de visualisation. Les dispositifs électroniques utilisés pour convertir le signal d'image optique fourni par le dispositif

de visualisation en une image visible ne sont pas représen-

tés.

En référence à la figure 1, on a représenté en 1 une courte longueur typique d'un texte alphanumérique lisible à la machine, comportant une hauteur X et une largeur Y. Comme représenté, le rapport de format X:Y pour cette courte

longueur de texte est de 1,5:8. Avec un équipement conven-

tionnel utilisant un rapport de format de 3:4, il y a essentiellement deux voies par lesquelles ce texte pourrait être lu: en diminuant sa taille, en sorte que les huit caractères complets puissent être lus simultanément, ou en le lisant comme étant deux jeux de quatre caractères. S'il est lu en diminuant sa taille, alors les caractères ont besoin d'être réduits de 50%, pour avoir un rapport de format efficace de 0,75:4, ce qui implique que seulement un quart de la région disponible du champ d'image du dispositif de visualisation est utilisé. S'il est simplement divisé en deux parties égales, alors chacune de celles-ci aura un rapport de format de 1,5:4, ce qui, outre le fait d'exiger deux étapes pour lire le texte, implique également que seule la moitié du

champ d'image du dispositif de visualisation est utilisée.

Aucune de ces approches n'est utilisée dans cette invention.

Au lieu de cela, comme montré en 2, le faisceau d'image réfléchi est divisé en deux parties en utilisant au moins un miroir, comme en 3, 4. L'image est ensuite réorganisée par au moins un autre miroir, comme en 5, 6, pour placer une moitié

de l'image originale sur l'autre moitié, comme en 7 et 8.

L'image combinée résultante a alors un rapport de format X:Y

de 3:4, correspondant exactement à un dispositif de visuali-

sation de configuration standard.

Comme montré à la figure 1, la moitié gauche de l'image est placée en dessous de la moitié droite: il est également possible d'orienter les miroirs pour placer la moitié gauche

au-dessus de la moitié droite.

Deux configurations possibles des miroirs sont montrées schématiquement en plan aux figures 2 et 3. A la figure 2, les données lisibles à la machine sont portées par le

document 10, sur une surface support 11. La lumière réflé-

chie 12 (la source de lumière est omise pour des raisons de clarté) provenant d'une moitié des données à lire, 13, est focalisée par la lentille 14 du dispositif de visualisation pour procurer une première image 15. En d'autres termes, une moitié des données dans le champ d'image du document 13 est lue directement. La lumière réfléchie 16 provenant de l'autre moitié, 17, des données, est réfléchie latéralement par le

miroir 18 et ensuite vers la lentille 14, par le miroir 19.

L'un ou l'autre, ou les deux, des miroirs 18 et 19 sont inclinés, de sorte que la seconde image des données 17 n'est pas superposée sur la première image des données 13, mais est au contraire, soit au-dessus, soit en dessous, de celle-ci, comme montré à la figure 1. Il s'ensuit donc que le miroir 19

est hors du trajet du faisceau 12.

Cette configuration a pour inconvénient que les trajets optiques provenant des deux parties des données 13 et 17 au travers de la lentille vers une paire d'images focalisées

n'ont pas la même longueur. Il est donc difficile de focali-

ser les deux parties de l'image d'origine au même niveau de netteté et de clarté. Pour certaines applications, un tel niveau inférieur de netteté d'image peut être acceptable. Aux figures 3, 4 et 5, la lumière réfléchie provenant des deux parties 13 et 17 des données du document 10 est décalée à la fois latéralement et verticalement; pour des raisons de clarté, seulement l'un des trajets de lumière est indiqué à la figure 5. La lumière réfléchie provenant de la première partie, 13, des données, est déplacée à la fois latéralement et verticalement par les deux miroirs 20 et 21, et ensuite focalisée en une première image 27. De manière similaire, la lumière réfléchie provenant de la seconde moitié, 17, des

données, est déplacée à la fois latéralement et verticale-

ment, par les deux miroirs 22 et 23, et ensuite focalisée pour procurer une seconde image 25 déplacée latéralement par rapport à la première. Ces images sont toutes deux focalisées en un plan d'image commun 15A. Chaque paire de miroirs 20, 21 et 22, 23 est hors du trajet de lumière de l'image de l'autre, comme on peut le voir plus clairement à la figure 4,

et sur la vue isométrique de la figure 5. La lumière réflé-

chie 24 de la moitié des données 13 procure une première image focalisée, et la lumière réfléchie 26 provenant de la moitié des données 17 procure une seconde image focalisée 27 en dessous de la première image. Comme noté ci-dessus, ces

positions peuvent être inversées.

Cette configuration a pour avantage que la longueur du trajet optique est la même à partir des deux moitiés de l'image, si bien qu'une clarté et une netteté adéquates de l'image

complète peuvent être obtenues.

Dans chacun de ces systèmes, on utilise des paires de miroirs pour déplacer une image essentiellement de façon verticale et latérale. Des paires de miroirs plans sont généralement satisfaisantes dans ce but. De manière à obtenir le décalage combiné latéral et vertical dans chaque trajet de lumière d'image, au moins un miroir de la paire de miroirs doit être incliné. Bien qu'il soit possible d'incliner les deux

miroirs, il apparaît qu'il est seulement nécessaire d'incli-

ner l'un d'eux, l'autre étant situé dans un plan présentant un axe sensiblement perpendiculaire à l'axe optique du système. Il apparaît que les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le miroir incliné est celui qui est le plus près du

système de lentille, comme montré à la figure 4.

On préfère que chacun des miroirs soit à face frontale argentée, évitant ainsi les problèmes jumelés de perte de lumière et d'images fantômes rencontrés avec les miroirs conventionnels à face dorsale argentée. Si une certaine perte de qualité d'image est acceptable, on peut utiliser des miroirs à face dorsale argentée. En outre, il est possible d'utiliser des miroirs métalliques polis, mais ceux-ci à la fois sont difficiles à réaliser et affaiblissent souvent la clarté d'image. Il est également possible d'utiliser des paires de prismes à réflexion interne, mais là aussi ceux-ci

sont relativement coûteux.

A la figure 3, une petite partie centrale 29 de l'image de données (voir également figure 1) est incluse aux extrémités opposées dans chacune des deux moitiés 13 et 17 de l'image, alors qu'à la figure 1, comme décrit plus haut, ceci ne se produit pas, et qu'on obtient deux images séparées 7 et 8 des deux parties de l'image de données. Cela signifie qu'il n'y

a pas de zone de recouvrement entre les deux images.

Bien qu'il soit en théorie possible d'utiliser ce système optique sans aucun recouvrement d'image, et que les miroirs peuvent être réglés de sorte que cela ne se produit pas, il a été trouvé en pratique que cela est extrêmement difficile à obtenir, étant donné qu'un très haut niveau de précision de l'alignement du miroir est alors nécessaire. Ceci devient pratiquement impossible à obtenir lorsqu'un caractère ou autre symbole de l'image des données est en partie sur chacune des deux images optiques. Par exemple, à la figure 1, deux images complètes sont possibles, étant donné qu'il y a un total de huit caractères alphanumériques: deux images complètes ne seraient pas possibles avec neuf caractères dans le même espace. Bien qu'il soit souhaitable d'aligner les paires de miroirs avec une précision raisonnable, la préci-5 sion requise est diminuée lorsqu'on utilise un certain chevauchement d'images, de préférence lorsqu'il y a un

recouvrement d'une largeur de caractère entre les deux images. En visualisant les données, cette zone de recouvre- ment est facilement éliminée de manière électronique.

Claims (12)

Revendications

1. Système optique pour un lecteur de document dans lequel une image de données présentant un rapport de format de hauteur à largeur d'environ A:2B est convertie par un dispositif de visualisation ayant un axe optique en un signal électronique, lequel dispositif de visualisation possède un rapport de format de champ d'image, de hauteur à largeur, d'environ 2A:B, dans lesquels rapports 2A<B, dans lequel le système optique comprend, dans le trajet de lumière réfléchie entre le document et le dispositif de visualisation, au moins une paire de miroirs dans laquelle au moins un miroir est incliné, et dans laquelle paire de miroirs un premier miroir réfléchit une première demi-partie de l'image de données latéralement vers un second miroir situé plus près de l'axe optique du dispositif de visualisation que le premier miroir, et lequel second miroir réfléchit l'image de la première demi-partie de l'image de données vers le dispositif de visualisation dans une direction parallèle à l'axe optique du dispositif de visualisation, pour procurer deux images au champ d'image du dispositif de visualisation, qui ont

ensemble un rapport de format d'environ 2A:B.

2. Système optique selon la revendication 1, dans lequel chaque image au champ d'image du dispositif de visualisation

inclut la moitié des images de données.

3. Système optique selon la revendication 1, dans lequel chaque image au champ d'image du dispositif de visualisation comprend plus de la moitié de l'image de données, si bien qu'au moins une partie d'une extrémité d'une image est

incluse dans l'autre extrémité de l'autre image.

4. Système optique selon la revendication 1, dans lequel le

rapport 2A:B est d'environ 3:4.

5. Système optique selon la revendication 1, dans lequel deux paires de miroirs sont incluses dans le trajet optique, dont la première réfléchit l'image de la première demi-partie de l'image des données, et la seconde réfléchit l'image de la seconde demi-partie de l'image de données, pour procurer deux images.

6. Système optique selon la revendication 5, dans lequel dans chaque paire de miroirs, le second miroir est incliné, le premier miroir étant situé dans un plan présentant un axe

sensiblement perpendiculaire à l'axe optique du système.

7. Système optique selon la revendication 5, dans lequel dans chaque paire de miroirs, à la fois le premier et le

second miroir sont inclinés.

8. Système optique selon la revendication 1, dans lequel

une paire de miroirs est incluse dans le trajet de lumière.

9. Système optique selon la revendication 8, dans lequel, dans la paire de miroirs, le second miroir est incliné,

l'autre étant situé dans un plan présentant un axe sensible-

ment perpendiculaire à l'axe optique du système.

10. Système optique selon la revendication 8, dans lequel dans la paire de miroirs, à la fois le premier et le second

miroirs sont inclinés.

11. Système optique selon la revendication 1, dans lequel chacun des miroirs est choisi dans le groupe formé par des miroirs à face frontale argentée, des miroirs à face dorsale

argentée, et des prismes à réflexion interne.

12. Système optique selon la revendication 11, dans lequel

chacun des miroirs est un miroir à face frontale argentée.