FR3018603A1 - Dispositif d'analyse et d'imagerie d'une surface par deflectometrie et procede correspondant - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'analyse et d'imagerie (1) par déflectométrie d'une surface (2) d'un objet, comportant au moins une mire (13) agencée pour générer au moins un motif lumineux agencé pour être réfléchi à la surface (2) dudit objet, au moins une caméra (14) et au moins un objectif (15), ladite caméra (14) étant reliée à une unité de traitement d'image et de calcul. Il comporte une lame semi-réfléchissante (16) agencée, d'une part, pour transmettre les rayons lumineux issus dudit motif (Ri) vers ladite surface (2) à analyser et d'autre part pour réfléchir les rayons lumineux (Rr) issus de la surface (2) à analyser. Le dit objectif (15) est agencé pour collecter les rayons lumineux réfléchis (Rr') au moins par ladite lame semi-réfléchis sante (16) et ladite caméra (14) est agencée pour enregistrer l'intensité des rayons lumineux réfléchis (Rr') au moins par ladite lame semi-réfléchissante (16).

Description

DISPOSITIF D'ANALYSE ET D'IMAGERIE D'UNE SURFACE PAR DEFLECTOMETRIE ET PROCEDE CORRESPONDANT Domaine technique : La présente invention concerne un dispositif d'analyse et d'imagerie par déflectométrie d'une surface d'un objet comportant au moins une mire agencée pour générer au moins un motif lumineux agencé pour être réfléchi à la surface dudit objet, au moins une caméra et au moins un objectif, ladite caméra étant reliée à une unité de traitement d'image et de calcul. La présente invention concerne également un procédé d'analyse et d'imagerie par déflectométrie d'une surface d'un objet.

Technique antérieure : A l'heure actuelle, l'analyse d'une surface réfléchissante ou partiellement réfléchissante est rendue nécessaire dans de nombreux domaines de pointe, tels que la vitrerie, l'optique, les revêtements, la biologie etc. Elle est utilisée notamment pour mesurer la géométrie de la surface d'un objet et détecter la présence de défauts de surface. De nombreux dispositifs et procédés ont ainsi été développés pour analyser la surface d'objets de tailles macroscopique ou microscopique. Pour les objets de taille macroscopique, un procédé, connu sous le nom de « déflectométrie », est un moyen efficace d'analyser une surface réfléchissante. Il est utilisé notamment dans le secteur de l'automobile, par exemple, pour les pare-brises. Il consiste à mesurer l'intensité des rayons lumineux issus de la réflexion sur la surface à mesurer, et provenant d'un motif lumineux affiché sur une mire, dont les coordonnées sont connues. Plus particulièrement, on cherche à mesurer la déviation des rayons lumineux issus du motif qui sont réfléchis à la surface de l'objet. La déviation est dépendante des vecteurs normaux à la surface. Un tel dispositif permet ainsi de déterminer les coordonnées de ces vecteurs par un traitement d'image et un calcul adéquat. La mesure par déflectométrie présente l'avantage d'être sans contact et est donc bien adaptée à l'analyse de surfaces réfléchissantes pour lesquelles un contact mécanique entrainerait une dégradation ou une déformation de la surface. Par ailleurs, du fait que cette technique ne dépend pas de mouvements mécaniques, contrairement au cas des machines à mesurer tridimensionnelles avec palpeur par exemples, elle permet également de réaliser rapidement des mesures.

On connaît à ce titre la publication FR 2 830 079 Al de la demanderesse, qui décrit un tel procédé, dans lequel la mesure des pentes et des courbures locales de la surface de l'objet est obtenue après une phase de calibrage de l'appareil de mesure. Dans ce procédé, on utilise un écran, appelé également mire, qui crée un motif. Le motif est réfléchi à la surface de l'objet à mesurer. Puis, l'intensité des rayons lumineux issus du motif et réfléchis par la surface est alors enregistrée par une caméra. L'analyse de l'image caméra permet de déterminer les coordonnées de l'origine du rayon lumineux. Selon un procédé connu appelé décalage de phase, l'intensité lumineuse du motif est reliée au résultat d'une fonction sinusoïdale, elle même fonction d'une coordonnée de l'écran. A partir de plusieurs images de ce motif déphasé selon une phase connue, le calcul de la coordonnée est alors possible. Dans ce dispositif, la mire et la caméra sont placés de façon à ce que les rayons lumineux émis par la mire et réfléchis sur la surface inspectée soient collectés par la caméra. Dans une configuration courante, la caméra est inclinée par rapport au plan moyen de la surface. De plus idéalement la mise au point se fait sur la surface, avec la profondeur de champ étendue à la mire. Ce dispositif est très efficace pour mesurer des surfaces réfléchissantes d'objets macroscopiques. En effet, il présente une grande sensibilité pour la mesure de pente ce qui en fait, par exemple, un outil performant pour la mesure sur des wafers. Toutefois, sa résolution est limitée et mal adaptée pour des objets de tailles plus réduites. En effet, ce dispositif trouve ces limites pour l'analyse sur de petits champs de l'ordre du centimètre. En effet, lorsque la mise au point est effectuée sur l'objet, la résolution en pente de la mesure dépend de la netteté sur la mire. Étant donné que c'est l'image de la mire qui permet de déterminer l'origine des rayons lumineux, toute incertitude sur cette donnée se traduit par une incertitude plus forte sur la mesure. Or, pour observer des surfaces sur un champ de 10 mm2, pour une distance de travail de 100 mm, un capteur de caméra de taille 2/3" à 5 MPixels et une focale d'environ 50 mm, la profondeur de champ n'est plus que de l'ordre quelques mm à pleine ouverture. Un angle de quelques degrés entre le plan objet et le plan image est déjà trop grand pour permettre la netteté sur toute la surface inspectée ce qui conduirait à une trop grande perte en résolution de la mesure sur la surface analysée. Pour mesurer la géométrie et la rugosité de la surface d'objets, l'on connaît également des dispositifs ponctuels ou linéaires sans contact, tels que les capteurs point confocaux chromatique. Si ces dispositifs présentent une grande précision en mesure de hauteur, ils présentent l'inconvénient de ne pas fournir d'autres informations sur la surface, comme la réflectance de la surface, ou la couleur. De plus l'analyse d'une surface complète nécessite de scanner la surface avec des mouvements mécaniques, ce qui a pour effet d'augmenter le temps d'acquisition.

Pour analyser une surface à l'échelle microscopique, le microscope est un outil d'imagerie bien adapté. Un microscope peut être équipé, par exemple, d'un dispositif de microscopie confocal ou à variation de focale permettant d'obtenir un représentation 3D de la surface. On connaît également des dispositifs basés sur le procédé d'interférométrie en lumière blanche qui permettent également de déterminer la géométrie de la surface. Pour détecter la micro-géométrie d'une surface réfléchissante par déflectométrie, on connaît également de la publication HÂUSLER, Gerd, RICHTER, Claus, LEITZ, Karl-Heinz, et al. Microdeflectometry-a novel tool to acquire three-dimensional microtopography with nanometer height resolution. Optics letters, 2008, vol. 33, no 4, p. 396-398, un dispositif dit de « microdéflectométrie » présentant une résolution à hauteur de l'ordre du nanomètre. La microdéflectométrie permet également de mesurer des objets qui ne sont pas réfléchissants à l'échelle macroscopique.

Les techniques citées ci-dessus permettent de mesurer efficacement soit des surfaces macroscopiques, d'environ 100 mm à plusieurs mètres, soit des surfaces microscopiques, de dimension inférieure au millimètre. Leur application à des surfaces de taille intermédiaire, de l'ordre du centimètre, peut s'avérer difficile compte tenu notamment du faible champ observé par les procédés microscopiques.

En outre, elles ont l'inconvénient de présenter des temps d'acquisition importants, du fait qu'il est nécessaire de raccorder plusieurs vues pour couvrir un champ plus important ou d'effectuer un balayage en profondeur de la zone inspecté. L'analyse de surface trouve également son application dans le domaine de la microbiologie. En effet, dans ce domaine spécifique de la microbiologie, il est particulièrement intéressant d'être capable d'identifier et de quantifier le développement de germes spécifiques. Une des méthodes consiste à mettre en culture des germes, à identifier à l'oeil nu la modification du milieu de culture et à quantifier par comptage visuel ou statistique, le nombre de colonies, leur taille, etc. Cette culture se fait sur des milieux de type gélose présentant, du point de vue de la déflectométrie, l'avantage d'être homogènes et brillants. On trouvera plusieurs publications présentant des techniques optiques permettant de détecter des colonies sur des boîtes de Petri. Ainsi, on connaît à cet effet la publication FR 2 926 820 Al qui décrit un procédé permettant de détecter des micro- organismes à partir d'images obtenues par exposition de la boite à des rayonnements lumineux de spectre différents. On connait également la publication WO 201215769 qui utilise le principe de sources lumineuses multidirectionnelles. De tels dispositifs permettent d'imager efficacement la boîte de Petri pour permettre la détection de colonies, en revanches ces procédés ne fournissent pas d'informations quantitatives sur la géométrie et le relief de la surface. Exposé de l'invention : La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un dispositif et un procédé d'analyse de surface et d'imagerie permettant de mesurer la géométrie, d'imager et d'analyser la surface d'un objet à l'échelle micrométrique, avec des temps d'acquisition rapide et pouvant être appliqués à la caractérisation notamment de micro-organismes. Dans ce but, l'invention concerne un dispositif d'analyse et d'imagerie du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce qu'il comporte une lame semi-réfléchissante agencée, d'une part, pour transmettre les rayons lumineux issus dudit motif vers ladite surface à analyser et d'autre part réfléchir les rayons lumineux issus de la surface à analyser, et en ce que ledit objectif est agencé pour collecter les rayons lumineux réfléchis au moins par ladite lame semi-réfléchissante et ladite caméra est agencée pour enregistrer l'intensité des rayons lumineux réfléchis au moins par ladite lame semi-réfléchissante.

Selon une forme de réalisation préférée, il comporte au moins un miroir de renvoi agencé pour dévier les rayons lumineux issus de la surface à analyser vers ladite caméra.

En outre, il peut comporter au moins un filtre tel qu'un filtre polarisant et/ou un filtre coloré. Selon une variante de réalisation, il peut comporter un élément séparateur de faisceau disposé après ladite lame semi-réfléchissante et agencé pour diviser le faisceau de rayons lumineux issus de la surface à analyser en au moins deux faisceaux de rayons lumineux. Dans ce cas, il comporte au moins deux caméras agencées pour mesurer les intensités respectives des deux faisceaux de rayons lumineux. Selon la surface à analyser, le motif affiché par la mire peut être choisi parmi une fonction d'une ou deux coordonnées telle qu'une fonction de type créneau, une fonction sinusoïdale, une fonction gaussienne. L'invention concerne également un procédé d'analyse et d'imagerie du genre indiqué en préambule, caractérisé en ce que l'on utilise le dispositif d'analyse et d'imagerie tel que défini ci-dessus, dans lequel l'on utilise au moins une mire agencée pour générer au moins un motif lumineux destiné à être réfléchi à la surface dudit objet, l'on utilise au moins une caméra et au moins un objectif, ladite caméra étant reliée à une unité de traitement d'image et de calcul, l'on utilise une lame semi-réfléchissante agencée, d'une part, pour transmettre les rayons lumineux issus dudit motif vers ladite surface à analyser et d'autre part pour réfléchir les rayons lumineux issus de la surface à analyser et l'on utilise ledit objectif pour collecter les rayons lumineux réfléchis au moins par ladite lame semi-réfléchissante et l'on utilise ladite caméra pour enregistrer l'intensité des rayons lumineux réfléchis au moins par ladite lame semi-réfléchis sante.

L'on utilise l'unité de traitement d'image et de calcul et la caméra pour mesurer la phase, et/ou le contraste, et/ou l'intensité moyenne de la surface à mesurer à partir des intensités lumineuses enregistrées par la caméra en fonction d'au moins un motif L'on choisit le motif affiché par la mire parmi une fonction d'une ou deux coordonnées, telle qu'une fonction de type créneau, une fonction sinusoïdale, une fonction gaussienne. L'on place un objet et l'on mesure la phase, et/ou le contraste, et/ou l'intensité afin d'évaluer des données qualitatives sur la géométrie, la couleur, la réflectance, l'absorbance ou la nature des effets de la surface sur la polarisation et par l'application d'un calibrage approprié pour déterminer des grandeurs quantitatives sur la surface telles que les pentes, et/ou les courbures locales, et/ou la réflectivité, et/ou l'absorbance, et/ou la couleur, de la surface dudit objet.

L'invention concerne également l'utilisation du dispositif d'analyse et d'imagerie de la géométrie d'une surface pour la mesure de la géométrie et l'analyse qualitative de la surface d'un objet comportant au moins un micro-organisme.

Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente une vue schématique du dispositif d'analyse et d'imagerie selon une première variante de réalisation de l'invention, - la figure 2 est une vue schématique du dispositif d'analyse et d'imagerie selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, et - la figure 3 est une vue schématique dispositif d'analyse et d'imagerie selon une troisième variante de réalisation de l'invention, les figures 4A, 4B et 4C représentent les images respectivement de référence, de contraste et de relief de la surface d'un antibiogramme, les figures 5A, 5B et 5C représentent les images respectivement de référence, de contraste sur l'intensité et du contraste de la surface d'une boîte de Pétri où a été cultivé un mélange d'au moins deux types colonies de bactéries, les figures 6A, 6B et 6C représentent les images respectivement de référence, de relief et de contraste de la surface d'une boîte de Pétri ou a été cultivée un type de colonie de bactéries, - la figure 7 représente l'image de contraste traitée de la surface d'une boîte de Pétri d'un micro-organisme de type moisissure, - les figures 8A et 8B représentent les images respectivement de référence et de relief de la surface d'un polymère, les figures 9A, 9B et 9C représentent le motif de la mire respectivement sous la forme d'une fonction sinusoïdale, créneau, et gaussienne.

Illustrations de l'invention et différentes manières de la réaliser : La présente invention concerne l'analyse de surface 2 d'objet présentant partiellement ou totalement une réflexion spéculaire, cette analyse se faisant d'un point de vue aussi bien quantitatif, par exemple, par des mesures de géométrie, de rugosité, d'aires, que d'un point de vue qualitatif, par exemple, par la détection et l'imagerie de défauts, de microorganismes, de rayures, etc. En référence aux figures, la présente invention concerne un dispositif d'analyse et d'imagerie 1, 1', 1" et un procédé d'analyse par déflectométrie de la surface 2 d'un objet. Ils permettent de mesurer la géométrie de la surface 2, de l'imager et de l'analyser qualitativement, notamment à l'échelle micrométrique. Avantageusement, un tel dispositif d'analyse et d'imagerie 1, 1', 1" combine des fonctions d'analyse et d'imagerie.

Le dispositif d'analyse et d'imagerie 1 par déflectométrie tel que représenté à la figure 1 est agencé pour analyser un objet déposé sur un support 12. Il comporte une mire 13 située en regard du support 12, ainsi qu'une caméra 14 reliée à une unité de traitement d'image et de calcul (non représentée). Le plan de la mire 13 et du support 12 sont, de préférence, parallèles entre eux. Une lame semi-réfléchissante 16 est disposée entre le support 12 et la mire 13 selon un angle prédéfini, par exemple, égal à 45°. Ce dispositif d'analyse et d'imagerie 1 permet, dans un premier temps, de mesurer l'intensité des rayons lumineux Rr' issus de la surface 2 à analyser et réfléchis par la lame semi-réfléchissante 16 et collectés par un objectif 15. Dans un second temps, il permet de déduire notamment la géométrie de la surface 2 au moyen de l'unité de traitement d'image et de calcul, comportant notamment un traitement mathématique de l'image. Plus particulièrement, en référence à la figure 1, la mire 13 émet des rayons lumineux Ri qui sont transmis par la lame semi-réfléchissante 16, puis réfléchis par la surface à mesurer 2. Les rayons réfléchis Rr sont à leur tour réfléchis par la lame semi-réfléchissante 16 en direction de la caméra 14. Enfin, ces rayons réfléchis Rr' par lame semi-réfléchissante 16, sont collectés par l'objectif 15 et détectés par la caméra 14 dont l'axe est sensiblement parallèle au plan de la mire 13. L'unité de traitement d'image et de calcul permet d'interpréter les intensités des rayons réfléchis Rr' et d'en déduire au moins la géométrie de la surface 2 à partir d'un codage d'intensité approprié de la mire 13. Le support 12 permet de supporter un objet pour que sa surface 2 puisse être mesurée. Ce support 12 peut également permettre le déplacement de l'objet et consister en une platine de translation. Ce support 12 peut être un tapis roulant d'une ligne de fabrication. En effet, le support 12 ne fait pas nécessairement partie du dispositif d'analyse et d'imagerie 1. La mire 13 permet de générer des motifs lumineux. Elle peut consister par exemple, en un écran pouvant être plan ou incurvé. Cet écran peut être également souple, éclairé ou rétro éclairé. Avantageusement, on pourra utiliser un écran de type LCD ou OLED. Le rayonnement de la mire 13 peut également être polarisé, polychromatique ou monochromatique. Il est également possible d'ajouter des filtres, de type filtre polarisé et/ou filtre coloré. La mire 13 peut être programmable et permettre de générer différentes sortes de motifs. Les motifs peuvent être divers et consister, par exemple, en une fonction d'une ou deux coordonnées, telle qu'une fonction sinusoïdale, une fonction gaussienne, une fonction créneau, comme le montrent les figures 9A à 9C, une ligne, être en noir et blanc ou en couleur, etc. Les motifs peuvent être fixes ou défiler automatiquement. La taille de la mire 13 est choisie en fonction du champ observé et des pentes maximales mesurables. Les pentes maximales mesurables dépendent de la géométrie du dispositif d'analyse et d'imagerie 1. Celles-ci se déterminent aisément, pour chaque élément de la surface 2, en réalisant le tracé de l'ensemble des vecteurs normaux possibles tels que les points de la mire 13 seront collectés par la caméra 14 et l'objectif 15. L'ensemble des vecteurs normaux ainsi déterminé fixe la résolution en pente du dispositif d'analyse et d'imagerie 1. La caméra 14 peut consister en une caméra électronique de type CCD ou CMOS. Elle permet d'enregistrer les valeurs des intensités lumineuses réfléchies par la surface 2 à mesurer et est disposée après la surface 2, c'est-à-dire pour enregistrer les rayons lumineux se propageant après la surface 2. Bien entendu, il est également possible de placer une pluralité de caméras 14 après la surface 2. Un objectif 15 peut être placé directement ou indirectement à l'entrée de la caméra 14. De préférence, on choisira des objectifs dont la focale est supérieure à 25 mm, de préférence égale à 50 mm et 75 mm pour des champs compris entre 5mm2 à 150mm2. De tels objectifs 15, présentent une profondeur de champ à pleine ouverture de l'ordre de quelques millimètres pour une distance de travail comprise entre 40 mm et 300 mm. Dans cette configuration, si la caméra 14 était placée en oblique, par rapport à la surface à mesurer, comme c'est le cas dans l'art antérieur et notamment pour une variante de la publication FR 2 830 079 Al, les images ne seraient pas nettes sur l'ensemble de la surface 2 de l'objet. Par conséquent, pour centrer le champ de la caméra 14 par rapport à la surface 2 de l'objet, il est nécessaire d'utiliser au moins une lame semiréfléchissante 16 disposée sur le trajet optique des rayons réfléchis Rr à la surface 2 de l'objet. Cette configuration permet avantageusement de mesurer la géométrie, d'imager et d'analyser la surface 2 d'un objet à l'échelle micrométrique en conservant une bonne résolution. La lame semi-réfléchissante 16 peut, par exemple, consister en une lame de verre traitée d'une part, par un revêtement réfléchissant entre 30% et 70 % sur une face et d'autre part, par un revêtement antireflet total sur l'autre face. Elle permet de transmettre les rayons lumineux Ri issus du motif affiché par la mire 13 et de réfléchir les rayons lumineux Rr issus de la surface 2 à analyser. Par conséquent, la mise au point de l'objectif 15 sur la surface 2 à analyser peut être optimisée. En effet, la lame semi-réfléchissante 16 permet de centrer le champ de la caméra 14 en profondeur, ce qui n'est pas possible si l'on positionne la caméra 14 en oblique et directement après la surface 2 comme c'est le cas dans l'art antérieur. L'unité de traitement d'image et de calcul associée à la caméra 14 et non représentée peut consister en un ordinateur ou un ensemble de systèmes dont un système embarqué sur la caméra 14. Elle permet d'enregistrer les intensités I lumineuses des images mesurées par la caméra 16 à savoir les rayons Rr' réfléchis par la lame semi- réfléchissante 16 ou par les miroirs de renvoi 17, 17' et collectés par l'objectif 15. L'unité de traitement d'image et de calcul inclut ou est en liaison avec un élément de contrôle du motif de la mire 13. De plus, l'unité de traitement d'image et de calcul permet de réaliser différentes séries de traitement telles que de calculer, à partir des mesures d'intensité I de la caméra 14, la phase Phi, l'intensité moyenne Io lorsque le motif est déphasé, ainsi que le contraste C du motif. En fonction des motifs affichés sur la mire 13 différents traitements sont possibles. Trois types de motifs sont détaillés ci-dessous dont les fonctions sont sinus, créneau, et gaussienne. Dans ce premier exemple, la mire 13 affiche un motif sous la forme d'une fonction sinus. Les rayons lumineux Ri issus d'une portion de la mire 13 sont réfléchis sur la surface 2 et sont focalisés par l'objectif 15 sur le capteur de la caméra 14. Chaque pixel du capteur de la caméra 14 enregistre une intensité de la forme : In = IO + C sin(PHI), avec IO l'intensité moyenne, C le contraste et PHI la phase, étant des grandeurs dépendant des caractéristiques de la surface 2 et du motif projeté. PHI dépend directement d'une des coordonnées d'un point de la mire 13.

La phase PHI peut être exploitée pour situer l'origine du rayon incident Ri et accéder à des grandeurs géométriques de la surface 2 moyennant un procédé de calibrage adéquat. Ce calibrage a notamment fait l'objet de la demande de brevet tel qu'il est décrit dans la publication FR 2 830 079 Al. La phase PHI peut également être exploitée à des fins qualitatives afin d'apprécier le relief de la surface 2.

Le contraste C est utilisé pour différencier les surfaces 2 spéculaires des surfaces 2 diffusantes, mais également pour identifier des zones à forte courbure, typiques de défauts de surface, par exemple des rayures. En effet, le contraste C est faible dans deux cas, d'une part, lorsque la surface 2 est spéculaire et présente une forte courbure et d'autre part, lorsque la surface 2 est diffusante. Le paramètre Io associé à l'intensité moyenne permet de faire la distinction entre une surface 2 spéculaire ayant un contraste C faible et une surface 2 diffusante. En effet, une surface 2 diffusante renvoie une intensité moyenne IO supérieure à celle d'une surface 2 brillante ayant un contraste C faible. De manière générale, les propriétés spéculaires et diffusives de la surface 2 se cumulent. Il résulte donc des images de multiples nuances qui permettent d'apporter une information enrichie par rapport à celle obtenue par la vision de la surface sous un éclairage traditionnellement utilisé. Le calcul des paramètres IO, C et PHI est réalisé, par exemple, par le procédé dit de décalage de phase, tel qu'il est décrit dans la publication FR 2 830 079 Al. Ce procédé consiste à acquérir plusieurs images d'intensité In avec pour chaque image un déphasage PHI bien choisi du motif sinusoïdale. A partir de ces différentes intensités In, il est possible de calculer les grandeurs PHI, C et IO. L'utilisation d'un motif créneau permet d'obtenir une information analogue au contraste C et à l'intensité IO. On enregistre plusieurs images par décalage du motif créneau, vu par réflexion sur la surface 2. Il est ensuite possible de calculer une intensité moyenne IO et un contraste C qui s'écrit : C= (Imax - Imin)/(Imax + Imin). Dans les deux cas cités ci-dessus, motif périodique créneau ou sinusoïdal, l'évolution des valeurs de contraste C et d'intensité en fonction de la période du motif, fournie une information sur les propriétés de réflectance de la surface 2.

Dans le cas d'un motif correspondant à une fonction gaussienne sur la mire 13, le procédé consiste à acquérir n images correspondant à n décalage du motif gaussien dans une direction. Ce procédé permet donc d'obtenir pour chaque pixel une courbe d'intensité I fonction de la position du motif sur la mire 13.

La présence de pics d'intensité ainsi que la forme, l'amplitude et la position de ceux-ci fournissent des informations sur les propriétés de réflectance de la surface 2. Ainsi une surface 2 parfaitement spéculaire produira pour un pixel donné un pic d'intensité I pour une image donné de la série de n images. La position du motif gaussien sur la mire 13 pour cette image donnée étant connue, cette position peut être ensuite exploitée de même manière que la phase PHI pour la détermination de grandeur géométrique. L'avantage de ce procédé est qu'il peut permettre de supprimer les effets induits par une double réflexion (ex. verre optique à deux faces ou fond d'une boîte de Pétri) par un filtrage approprié des pics d'intensité.30 Il résulte de cette configuration une miniaturisation du dispositif d'analyse et d'imagerie 1 par déflectométrie. Ce dispositif d'analyse et d'imagerie 1 permet, par conséquent, de mesurer la géométrie des surfaces réfléchissantes, mais également d'analyser qualitativement et quantitativement des surfaces 2 partiellement réfléchissantes. La figure 2 représente une seconde variante de réalisation du dispositif d'analyse et d'imagerie l' par déflectométrie dans lequel plusieurs miroirs de renvoi 17, 17' ont été ajoutés. Un premier miroir 17 est disposé après la lame semi-réfléchissante 16 pour dévier le rayon lumineux Rr' réfléchi par la lame semi-réfléchissante 16 d'un angle de déviation sensiblement égal à 90 degrés. Un second miroir 17' est disposé après le premier miroir 17 pour dévier le rayon lumineux Rr' réfléchi par le premier miroir 17 d'un angle de déviation sensiblement égal à 90 degrés. L'objectif 15 collecte les rayons lumineux Rr' réfléchi par le premier miroir 17. Puis, la caméra 14 est disposée après le second miroir 17'. Une telle configuration permet de compacter le dispositif de mesure l', tout en permettant d'avoir des degrés de liberté supplémentaires pour déplacer la caméra 14 ou pour ajuster la mise au point ou le grossissement de l'objectif 15. Bien entendu, la présente invention n'est pas limité à ces angles de déviation, ni à ce nombre de miroirs 17, 17' et peut être adaptée en fonction de la configuration du dispositif de mesure 1'. Ce dispositif l' comporte également un filtre 18 qui peut être un filtre polarisant, un filtre coloré, etc. De tels filtres 18 permettent d'améliorer la qualité des images enregistrées par la caméra 14 et d'obtenir des informations sur la nature des effets sur la polarisation de la surface 2 ou sur la couleur de la surface 2 à analyser.

Une troisième variante du dispositif de mesure 1" par déflectométrie est également représentée à la figure 3 et comporte deux caméras 141, 142. Un élément séparateur de faisceau, tel qu'une lame semi-réfléchissante 19, est disposé après la lame semiréfléchissante 16. Il permet de diviser le faisceau des rayons réfléchis Rr' par la première lame semi-réfléchissante 16 en deux faisceaux de rayons lumineux Rrl' et Rr2' perpendiculaires entre eux. Des miroirs de renvoi 17 sont disposés respectivement après l'élément séparateur 19 pour dévier chaque faisceau de rayons lumineux Rrl' et Rr2' jusqu'à une caméra 141, 142. L'axe de la première caméra 141 est sensiblement perpendiculaire au plan de la mire 13 et l'axe de la seconde caméra 142 est sensiblement parallèle au plan de la mire 13. Les caméras 141, 142 peuvent enregistrer des intensités lumineuses différentes en fonction des caractéristiques des objectifs 15 et/ou des filtres qui sont disposés à leur entrée respective. Avantageusement, un tel dispositif de mesure 1" permet d'obtenir des images comportant plus d'informations et combinant à la fois des mesures de la géométrie de la surface 2 et des informations sur la nature des effets sur la polarisation de la surface 2, la couleur de la surface 2 à mesurer, etc. Possibilités d'application industrielle : Il ressort clairement de cette description que l'invention permet d'atteindre les buts fixés, à savoir proposer un dispositif et un procédé d'analyse et d'imagerie permettant de mesurer la géométrie, d'imager et d'analyser la surface d'un objet notamment à l'échelle micrométrique et pouvant être appliqué en particulier à la caractérisation de micro-organismes.

Avantageusement, un tel dispositif d'analyse et d'imagerie 1, 1', 1" trouve des applications pour étudier la géométrie de surface 2 d'un objet avec une résolution de l'ordre de la dizaine de microns en X et Y et une sensibilité en pente du 1/10 de degrés, mais également dans le domaine de la microbiologie et dans la caractérisation de micro-organismes. En effet, ce dispositif 1, 1', 1" permet d'imager et de caractériser des micro-organismes. L'objet analysé pourra, par exemple, consister en une boite de pétri dans laquelle sont déposés de la gélose et des micro-organismes. Un tel objet présente une réflexion spéculaire partielle. Il est possible de déterminer les courbures et les pentes locales et donc d'en déduire le relief et donc la taille des micro-organismes. Il est également possible de déterminer l'intensité réfléchie par la surface 2 des micro-organismes et donc de déterminer l'absorbance du milieu. Les mesures de réflectivité permettent également de distinguer des micro-organismes ayant une surface 2 plutôt spéculaire de ceux ayant une surface 2 plutôt diffusante. A l'aide de filtre(s) coloré(s), ou d'une longueur d'onde d'éclairage spécifique de la mire il est également possible de déterminer la couleur et la pigmentation des micro- organismes. De telles caractéristiques permettent donc de classifier et d'identifier des micro-organismes, tels que des champignons, des bactéries, etc. de façon plus fiable et peu couteuse, et avec un seul dispositif d'analyse et d'imagerie 1, 1', 1", simple d'utilisation.

Les images représentées aux figures 4A à 8B sont obtenues par le procédé d'analyse et d'imagerie par déflectométrie utilisant le dispositif d'analyse et d'imagerie 1, 1', 1" avec une mire 13 affichant un motif sinusoïdal. Les images de référence représentées aux figures 4A, 5A, 6A et 8A correspondent à l'intensité I enregistrée par la caméra 16 avec un éclairage homogène coaxial, il s'agit d'images représentatives de la vision à l'oeil nu. Les figures 4A à 4C illustrent les images obtenues de la surface 2 d'un antibiogramme pour un objectif 15 de focale 25mm, une caméra 14 avec un capteur de SMPixels et un champ de 100 mm2. La figure 4B correspond à une image obtenue par calcul du contraste C. La figure 4C correspond à un traitement d'imagerie sur une image de la phase PHI. Les figures 5A à 5C illustrent les images obtenues de la surface 2 d'un mélange de deux colonies de bactéries pour un objectif 15 de focale 25mm, une caméra 14 avec un capteur de SMPixels et un champ de 100 mm2. La figure 5B correspond à l'image obtenue par calcul du contraste divisé par l'intensité I et la figure 5C correspond à l'image du contraste C seul. On observe que pour l'image de contraste C seul correspondant à la figure 5C, la gélose et les colonies apparaissent sur les mêmes tons. A l'inverse l'absorbance de la surface, quantifiée par l'intensité I, permet de bien différencier la gélose des colonies, telle que l'illustre la figure 5B. Les figures 6A à 6C illustrent les images obtenues de la surface 2 d'un mélange de deux colonies de bactéries pour un objectif 15 de focale 25mm, une caméra 14 avec un capteur de 5MPixels et un de champ 100 mm2. La figure 6B correspond à l'image de relief obtenue à partir de la phase PHI et la figure 6C correspond à une image du contraste C. L'intérêt de ces deux images 6B et 6C est qu'elles permettent d'obtenir des images sans fond de boîte. Ceci est particulièrement avantageux pour le traitement automatique des images ou le confort visuel pour analyse. L'image du contraste C permet d'améliorer nettement la visibilité des halos qui se créent autour de chaque colonie, comme l'illustre la figure 6C. La figure 7 illustre l'image obtenue de la surface 2 d'une moisissure pour un objectif 15 de focale 50 mm, une caméra 14 avec un capteur de 1,4 MPixels et un champ de 10 mm2. L'image de la figure 7 est obtenue à partir du contraste C et de l'intensité I, puis un traitement de lissage de l'image et une adaptation de l'échelle de niveau de gris. A l'oeil nu, les moisissures et la gélose présente une teinte voisine. A l'inverse, les images de contraste C permettent une bonne distinction entre la gélose des moisissures. En effet, la gélose présente une réflexion spéculaire élevée, tandis que les moisissures présentent une réflexion diffuse. Les figures 8A à 8B illustrent les images obtenues de la surface 2 d'un polymère pour un objectif 15 de focale 50 mm, une caméra 14 avec un capteur de 1, 4 MPixels et un champ de 10 mm2. L'image de la pente P, représentée à la figure 8B, est obtenue à partir de la phase PHI et à partir du calibrage. Il est possible de quantifier la pente P et d'obtenir des grandeurs permettant de reconstruire la topographie de la surface 2. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'analyse et d'imagerie (1, 1', 1") par déflectométrie d'une surface (2) d'un objet, comportant au moins une mire (13) agencée pour générer au moins un motif lumineux agencé pour être réfléchi à la surface (2) dudit objet, au moins une caméra (14, 141, 142) et au moins un objectif (15), ladite caméra (14, 141, 142) étant reliée à une unité de traitement d'image et de calcul, caractérisé en ce qu'il comporte une lame semi-réfléchissante (16) agencée, d'une part, pour transmettre les rayons lumineux issus dudit motif (Ri) vers ladite surface (2) à analyser et d'autre part pour réfléchir les rayons lumineux (Rr) issus de la surface (2) à analyser, et en ce que ledit objectif (15) est agencé pour collecter les rayons lumineux réfléchis (Rr', Rrl', Rr2') au moins par ladite lame semi-réfléchissante (16) et ladite caméra (14, 141, 142) est agencée pour enregistrer l'intensité des rayons lumineux réfléchis (Rr', Rrl', Rr2') au moins par ladite lame semi-réfléchissante (16).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un miroir de renvoi (17) agencé pour dévier les rayons lumineux (Rr', Rrl', Rr2') issus de la surface à analyser vers ladite caméra (14, 141, 142).
3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un filtre (18) tel qu'un filtre polarisant et/ou un filtre coloré.
4. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un élément séparateur de faisceau (19) disposé après la lame semi-réfléchissante (16) et agencé pour diviser le faisceau de rayons lumineux (Rr') provenant de la surface (2) à analyser en au moins deux faisceaux de rayons lumineux (Rrl', Rr2') et en ce qu'il comporte au moins deux caméras agencées (141, 142) pour mesurer les intensités respectives des deux faisceaux de rayons lumineux (Rrl', Rr2').
5. 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le motif affiché par la mire (13) est choisi parmi une fonction d'une ou deux coordonnées telle qu'une fonction de type créneau, une fonction sinusoïdale, une fonction gaussienne.
6. 6. Procédé d'analyse et d'imagerie par déflectométrie d'une surface (2) d'un objet, caractérisé en ce que l'on utilise le dispositif d'analyse et d'imagerie (1, l', 1") selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'on utilise au moins une mire (13) agencée pour générer au moins un motif lumineux destiné à être réfléchi à la surface (2) dudit objet, l'on utilise au moins une caméra (14, 141, 142) et au moins un objectif (15), ladite caméra (14, 141, 142) étant reliée à une unité de traitement d'image et de calcul, l'on utilise une lame semi-réfléchissante (16) agencée, d'une part, pour transmettre les rayons lumineux issus du dit motif (Ri) à ladite surface (2) à analyser et d'autre part pour réfléchir les rayons lumineux (Rr) issus de la surface (2) à analyser, et l'on utilise ledit objectif pour collecter les rayons lumineux réfléchis (Rr', Rrl', Rr2') au moins par ladite lame semi-réfléchissante (16) et l'on utilise ladite caméra (14, 141, 142) pour enregistrer l'intensité de l'intensité des rayons lumineux (Rr') réfléchis au moins par ladite lame semi-réfléchissante (16).
7. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on utilise l'unité de traitement d'image et de calcul et la caméra (14, 141, 142) pour mesurer la phase (Phi), et/ou le contraste(C), et/ou l'intensité moyenne (IO) de la surface (2) à mesurer à partir des intensités (I, In) lumineuses enregistrées par la caméra (14, 141, 142) en fonction d'au moins un motif.
8. 8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on choisit le motif affiché par la mire (13) parmi une fonction d'une ou deux coordonnées telle qu'une fonction de type créneau, une fonction sinusoïdale, une fonction gaussienne
9. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on place un objet et l'on mesure la phase (Phi), et/ou le contraste (C), et/ou l'intensité (I) afin d'évaluer desdonnées qualitatives sur la géométrie, la couleur, la réflectance, l'absorbance ou la nature des effets de la surface sur la polarisation et par l'application d'un calibrage approprié pour déterminer des grandeurs quantitatives sur la surface telles que les pentes, et/ou les courbures locales, et/ou la réflectivité, et/ou l'absorbance, et/ou la couleur, de la surface dudit objet.
10. 10. Utilisation du dispositif de mesure (1, 1', 1") de la géométrie d'une surface (2) selon les revendications 1 à 5 pour la mesure de la géométrie et l'analyse qualitative de la surface (2) d'un objet comportant au moins un micro-organisme.10