FR3105533A1 - Dispositif d’analyse d’un ensemble de particules alimentaires et procede associe - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un procédé d’analyse d’un ensemble de particules alimentaires, comprenant les étapes d’acquisition d’une image numérique en couleurs d’une pluralité de particules disposées sur un support,de détection de parties de l’image correspondant à chaque particule, de détermination de la couleur de chaque partie de l’image déterminée, et de mesure d’une distance entre la couleur déterminé(e) d’une partie de l’image et entre une couleur prédéterminée d’un type de particule prédéterminé. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

DISPOSITIF D’ANALYSE D’UN ENSEMBLE DE PARTICULES ALIMENTAIRES ET PROCEDE ASSOCIE
La présente invention concerne l’alimentation, et plus particulièrement le domaine du contrôle de la fabrication de particules pour l’alimentation. Elle concerne notamment un procédé d’analyse de particules alimentaires, ainsi qu’un système permettant de mettre en œuvre un tel procédé.
Les particules alimentaires, en particulier les granulés pour l’alimentation, comprennent des matériaux alimentaires, par exemple compactés et/ou déshydratés. Les particules alimentaires, par exemple sous forme de granulés, présentent l’avantage d’être moins poussiéreuses que la poudre ou que la farine. Lors de la production de particules alimentaires, il est souhaitable de contrôler la qualité de chacune des particules suite à la production d’un lot de particules.
A cet effet, le document FR 3049374 décrit un procédé de mesure de la taille de particules alimentaires, comprenant une étape d’acquisition d’une image numérique des particules, puis une étape de traitement de l’image acquise, permettant d’identifier les contours de chacune des particules. Ainsi, il est possible de contrôler, dans une certaine mesure, les dimensions des particules du lot.
Toutefois, cette méthode ne permet pas de contrôler la composition interne de chacune des particules.
Un but de l’invention est de proposer une solution pour analyser un ensemble de particules alimentaires, et en particulier de contrôler la composition interne de chacune des particules de l’ensemble.
Ce but est atteint dans le cadre de la présente invention grâce à un procédé d’analyse d’un ensemble de particules alimentaires, comprenant les étapes de:
a) acquisition d’une image numérique en couleurs d’une pluralité de particules disposées sur un support,
b) détection de parties de l’image correspondant à chaque particule,
c) détermination de la couleur ou du spectre de couleurs de chaque partie de l’image déterminée lors de l’étape b),
d) mesure d’une distance entre la couleur ou le spectre de couleurs déterminé(e) lors de l’étape c) d’une partie de l’image et entre une couleur prédéterminée ou un spectre prédéterminé de couleurs d’un type de particule prédéterminé.
L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises individuellement ou en l’une quelconque de leurs combinaisons techniquement possibles:
- l’ensemble de particules est une composition de plusieurs types de particules, et on détermine la composition de l’ensemble de particules , le procédé conforme à l’invention comprenant:
- une étape e), subséquente à l’étape d), d’association de chaque couleur ou de chaque spectre de couleurs déterminée(e) lors de l’étape c) à un type de particule choisi parmi un ensemble de type de particule prédéterminés en fonction d’une minimisation de la distance calculée lors de l’étape c), puis
- une étape f) de calcul de la composition de l’ensemble en fonction de chacun des types de particules associés lors de l’étape e),
-lors de l’étape a) d’acquisition d’une image, les couleurs de l’image sont enregistrées
- selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la valeur des couleurs, et/ou
- selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la luminosité des couleurs,
- le procédé conforme à l’invention comprend une étape de:
a’) acquisition d’une image numérique en couleurs d’au moins une particule témoin disposée sur le support, l’étape a’) étant préférentiellement concomitante à l’étape a), et
- lors de l’étape d), la couleur prédéterminée ou le spectre prédéterminé de couleurs du type de particules est la couleur ou le spectre de couleurs de la particule témoin déterminé(e) lors de l’étape c),
- l’étape b) de détection numérique comprend
i) une sous-étape de transformation de l’image en couleurs à une image à niveaux de gris, puis
ii) une sous-étape de seuillage de l’image à niveaux de gris obtenue lors de la sous étape précédente, puis
iii) une sous-étape de détection des contours des parties de l’image correspondant à chaque particule à partir de l’image obtenue lors de la sous-étape de seuillage précédente,
- lors de l’étape a) d’acquisition, les particules sont imagées devant un fond bleu, préférentiellement devant un fond émettant ou reflétant des ondes lumineuses présentant seulement une ou plusieurs longueurs d’onde comprises entre 466 nm et 490 nm,
- le procédé conforme à l’invention comprend:
- une étape g) de rotation de chacune des particules d’un angle compris entre 70° et 110°, puis d’immobilisation des granulés à cet angle en regard du support, et
- une répétition des étapes a) d’acquisition et b) de détection,
- une alerte est émise si la distance mesurée lors de l’étape d) est supérieure à une distance prédéterminée.
Un autre aspect de l’invention est un système d’analyse d’un ensemble de particules alimentaires, comprenant:
- un support propre à supporter une pluralité de particules,
- un système d’imagerie propre à imager en couleurs les particules,
- une unité de contrôle reliée au système d’imagerie,
l’unité de contrôle étant configurée pour:
- commander l’acquisition d’une image numérique en couleurs d’une pluralité de particules disposées sur le support,
- détecter des parties de l’image correspondant à chaque particule,
- déterminer la couleur ou le spectre de couleurs de chaque partie de l’image,
- mesurer une distance entre la couleur ou le spectre de couleurs déterminé(e) d’une partie de l’image et entre une couleur prédéterminée ou un spectre prédéterminé de couleurs d’un type de particule prédéterminé.
Avantageusement, le système d’imagerie est un scanner, le scanner comprenant le support et le support étant transparent à la lumière.
D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement un système conforme à l’invention,
– la figure 2 illustre schématiquement un procédé conforme à l’invention,
– la figure 3 illustre schématiquement une image acquise par un système conforme à l’invention.
Sur l’ensemble des figures, les éléments similaires portent des références identiques.
DEFINITIONS
Il est connu, pour stocker numériquement des informations portant sur les couleurs d’une image, d’utiliser le système RGB (acronyme de rouge, vert et bleu). Dans ce système, les données représentatives de la couleur d’un pixel comprennent les valeurs de chacune des couleurs rouge, vert, et bleu.
Il est également connu, pour stocker numériquement des informations portant sur les couleurs d’une image, d’utiliser le système HSL (acronyme des termes anglaishue, saturation, lightness) ou le système HSV (hue, saturation, value). Dans ce système, les données représentatives de la couleur d’un pixel comprennent des valeurs de la teinte, de la saturation, et de la luminosité (ou de la valeur).
Système 8 d’analyse de particules 1
En référence à la figure 1, un système 8 d’analyse d’un ensemble de particules 1 alimentaires conforme à l’invention comprend un support 4. Le support 4 est propre à supporter une pluralité de particules 1, qui peuvent par exemple être disposées sur le support 4 avant l’analyse. Les particules 1 peuvent être disposées sur le support 4 de manière directe, c’est-à-dire en contact avec le support 4, ou préférentiellement de manière indirecte, un dispositif comprenant les particules étant lui-même directement en contact avec le support, et les particules étant immobilisées dans le dispositif. Dans ce cas, au moins une partie du dispositif est transparente à la lumière visible, de sorte à permettre l’imagerie des particules.
Le système 8 comprend un système d’imagerie 5 propre à imager en couleur les particules 1. Le système d’imagerie 5 peut comprendre un système optique par exemple muni d’un capteur d’image CCD.
Le système 8 comprend également une unité de contrôle 6 reliée au système d’imagerie. L’unité de contrôle 6 est propre à recevoir les données représentatives des images en couleurs acquises par le système d’imagerie 5.
Préférentiellement, le système 8 comprend un scanner 7, le scanner 7 comprenant lui-même le système d’imagerie 5 et le support 4. Le support 4 est préférentiellement transparent à la lumière visible, permettant alors de disposer les particules 1 d’un côté du support 4, et d’agencer le système d’imagerie 5 de l’autre côté du support 4.
Procédé d’analyse d’un ensemble de particules 1
En référence à la figure 2, un procédé d’analyse d’un ensemble de particules 1 conforme à l’invention comprend une étape 201 d’acquisition d’une image 2 numérique en couleurs d’une pluralité de particules 1 disposées sur le support 4. Chacune des particules 1 étant agencée dans un plan sur le support 4, ou parallèle au support 4, il est possible d’imager l’ensemble des particules 1 simultanément.
Les particules 1 disposées sur le support 4 peuvent être l’ensemble de particules 1 à analyser, et/ou des particules témoins 9.
En référence à la figure 3, un procédé conforme à l’invention comprend préférentiellement une étape 202 d’acquisition d’une image 2 numérique en couleurs d’au moins une particule témoin 9 disposée sur le support 4. Les étapes 201 et 202 peuvent être successives, ou préférentiellement concomitantes. On peut par exemple disposer des particules 1 à analyser et des particules témoin 9 sur le même support 4, et imager les particules de sorte à obtenir une seule image en couleur comprenant les images des particules 1 à analyser et des particules témoins 9. L’unité de contrôle 6 peut également comprendre une mémoire, la mémoire comprenant des images en couleur de particules témoins 9.
Préférentiellement, le système 8 comprend un écran opaque agencé du côté opposé au système d’imagerie 5, propre à servir de fond à l’image acquise lors de l’étape 201 et/ou 202. L’écran opaque est préférentiellement de couleur bleue. Par bleu, on entend bleu selon la norme AFNOR X08-010, c’est-à-dire émettant ou reflétant des ondes lumineuses présentant une longueur d’onde comprise entre 466 nm et 490 nm. Ainsi, il est possible, lors de l’imagerie des particules 2, de faciliter la reconnaissance des contours 10 des particules 2 par un traitement informatique. En effet, les inventeurs ont mesuré que la couleur la plus éloignée chromatiquement des particules alimentaires, en moyenne, était le bleu.
Un procédé conforme à l’invention comprend également une étape 203 de détection des parties 3 de l’image correspondant à chaque particule 1. A cet effet, l’unité de contrôle 6 peut comprendre un programme principal permettant de contrôler la mise en œuvre du procédé conforme à l’invention. Le programme principal peut par exemple être un programme en langage python. Le programme principal peut faire appel à une bibliothèque, permettant au programme principal de reconnaître les contours 10 dans l’image acquise lors de l’étape 201 et/ou de l’étape 202. Ainsi, il est possible de détecter les parties 3 de l’image correspondant à chacune des particules 1 ou des particules témoins 9. La bibliothèque utilisée peut être une bibliothèque de type OpenCV (acronyme de Open Computer Vision en anglais).
L’étape 203 de détection des parties 3 comprend préférentiellement une sous-étape 204 de transformation de l’image en couleur à une image à niveau de gris, puis une sous-étape 205 de seuillage de l’image à niveaux de gris obtenue lors de la sous-étape 204, puis une sous-étape 206 de détection des contours 10 des parties 3 de l’image correspondant à chaque particule 1 à partir de l’image obtenue lors de la sous-étape de seuillage précédente. Ainsi, il est possible de détecter les contours 10 de l’image à partir des seules variations de l’intensité lumineuse. Différentes méthodes peuvent être utilisées pour détecter les parties 3 lors de l’étape 203, comme l’utilisation d’un filtre de Prewitt, d’un filtre de Sobel ou d’un filtre de Canny.
Un procédé conforme à l’invention comprend, suite à l’étape 203, une étape 207 de détermination de la couleur ou du spectre de couleurs de chaque partie 3 de l’image 2 déterminée lors de l’étape 203. Lors de l’étape 203, l’unité de contrôle 6 enregistre dans un fichier les données représentatives de la couleur de chaque pixel de l’image 2 compris dans une partie 3 détectée lors de l’étape 203. L’ensemble de ces données permet d’établir, pour une partie 3 déterminée, correspondant à une particule 1 déterminée ou à une particule témoin 9 déterminée, le spectre des couleurs de ladite partie 3. L’unité de contrôle 6 peut également, à partir du spectre de couleurs déterminé, calculer une couleur moyenne de la partie 3 représentative de la particule. Les données représentatives de la couleur de chaque pixel de l’image 2 peuvent être stockées dans l’unité de contrôle 6 dans les formats RGB et/ou HSV définis précédemment.
Un procédé conforme à l’invention comprend également une étape 208 de mesure d’une distance entre la couleur ou le spectre de couleurs déterminé(e) lors de l’étape 207 de la ou des parties 3 de l’image 2 et entre une couleur prédéterminée ou un spectre prédéterminé de couleurs d’un type de particule 1 prédéterminé. Préférentiellement, la couleur ou le spectre de couleurs prédéterminé du type de particule 1 est la couleur ou le spectre de couleurs de la particule témoin 9 déterminé(e) lors de l’étape 207.
On entend par le terme «distance» la distance au sens mathématique, c’est-à-dire toute application mathématique définie sur le produit de deux ensembles et à valeur dans l’ensemble des réels positifs, vérifiant les propriétés de symétrie, de séparation et d’inégalité triangulaire. Lors de la mise en œuvre de l’étape 208, la distance peut être préférentiellement une distance de Manhattan, une distance euclidienne, de Minkowski et/ou de Tchebychev. La distance peut être par exemple calculée entre un vecteur de valeurs représentatives du spectre de couleurs d’une partie 3 et entre un ensemble de valeurs représentatives d’une seule couleur prédéterminée, ou entre deux vecteurs de valeurs représentatives du spectre de couleurs de deux parties 3 différentes. Ainsi, il est possible de mesurer un écart entre la couleur d’une ou plusieurs particules 1 à analyser et entre la couleur d’une ou de plusieurs particules témoins 9, cet écart étant représentatif d’une différence de composition interne de la ou des particules à analyser à la ou aux particules témoins 9. Il est ainsi possible d’analyser l’ensemble des particules 1.
Le procédé conforme à l’invention comprend préférentiellement une étape 209 subséquente à l’étape 208 d’association de chaque couleur ou de chaque spectre de couleurs déterminée(s) lors de l’étape 207 à un type de particule 1 choisi parmi un ensemble de types de particule 1 prédéterminé de l’étape 208. Il est ainsi possible de reconnaître si la particule 1 à analyser est une particule 1 d’un type connu.
L’association de l’étape 209 peut être mise en œuvre par un seuillage de la distance calculée lors de l’étape 208: si la distance calculée lors de l’étape 208 est inférieure à une valeur prédéterminée, alors on associe la particule 1 à analyser, dont on a déterminé la couleur ou le spectre de couleur lors de l’étape 207, au type de particule 1 prédéterminé de l’étape 208. Si la distance calculée est strictement supérieure à la valeur prédéterminée, alors cette association n’est pas mise en œuvre. Dans ce cas, il n’est pas possible d’associer la particule 1 à analyser à une particule connue. Alors, préférentiellement, une alerte peut être émise à destination de l’utilisateur, par n’importe quel moyen d’interface machine-homme connu.
Quand le format RGB est utilisé pour stocker les données représentatives de la couleur de chaque pixel, le calcul de la distance entre deux pixels peut comprendre un calcul de l’écart entre chacune des composantes rouge, vert et bleu de chacun des pixels. Si l’un des écarts calculés est supérieur à la valeur de seuil prédéterminée, par exemple d’une valeur égale à 10 lors d’un codage sur 256 niveaux, l’association n’est pas mise en œuvre.
Toutefois, le seuillage réalisé sur chacune des composantes R, G et B ne permet pas d’obtenir des résultats permettant de distinguer parfaitement, dans l’ensemble des tests, deux particules de couleurs voisines mais différentes.
Le système HSV peut être préférentiellement utilisé pour résoudre ce problème. En effet, l’une des composantes du système HSV est la teinte (H de HSV). Lors de l’étape 201, et notamment lors des étapes 201 et 202, les couleurs de l’image sont préférentiellement enregistrées selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la valeur des couleurs, et/ou selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la luminosité des couleurs. Ainsi, il est possible de mettre en œuvre un seuillage sur une seule composante de la couleur d’un pixel, préférentiellement sur la teinte, ce qui permet d’associer une particule 1 à analyser à un type de particule prédéterminé de manière plus précise qu’en utilisant un autre système de représentation des couleurs. En effet, comme l’une des composantes est la teinte, il est possible de ne pas prendre en compte, dans le seuillage des caractéristiques de la partie 3, les composantes qui n’ont pas de lien avec le type de particule 1 considérée, comme la lumière, l’exposition, qui sont des composantes statistiquement liées d’une manière plus importante à la méthode d’imagerie qu’à la composition interne d’une particule.
Le procédé conforme à l’invention peut préférentiellement permettre de calculer la composition de l’ensemble de particules 1, en proportion de type de particules prédéterminés. L’étape 209 d’association est alors appliquée à chacune des parties 3 correspondant à une particule 1 à analyser. Préférentiellement, en combinaison avec un seuillage ou pas, l’étape 209 peut comprendre une minimisation de la distance calculée lors de l’étape 207, la minimisation étant réalisée sur l’ensemble des distances calculées pour un ensemble de couleurs prédéterminées ou de spectre prédéterminés de couleurs d’un type de particule 1 prédéterminé. Ainsi, il est possible de calculer de quel type de particule prédéterminé la particule 1 à analyser se rapproche le plus. Le procédé comprend une étape 210 de calcul de la composition de l’ensemble en fonction de chacun des types de particules 1 associés lors de l’étape 209.
Un procédé conforme à l’invention peut également comprendre, en variante de l’étape 208 ou en combinaison, une étape de mesure de distances entre les couleurs ou les spectres de couleurs des particules 1 à analyser entre elles/eux. Il est alors nécessaire de renseigner le nombre de types de particules prédéterminés. Il est ainsi possible de calculer la répartition des particules 1 sans utiliser de couleur ou de spectre de couleur prédéterminé(e).
Un procédé conforme à l’invention peut également comprendre une étape 210, au moins subséquente à l’étape 201 d’acquisition de l’image 2 numérique, de rotation de chacune des particules 1 d’un angle compris entre 70° et 110°, puis d’immobilisation des granulés à cet angle en regard du support. Ainsi, il est possible de mesurer trois dimensions de chaque particule 1 à analyser, ce qui permet une association plus précise du type de particule à analyser avec un type de particule prédéterminé. De plus, le contrôle qualité d’une particule 1 à analyser peut ainsi être plus précis. Une répétition des étapes 201 et 202 est alors mise en œuvre, pour acquérir une image en couleur des particules sous un autre angle que lors de la première étape 201, et déterminer les différentes parties 3 correspondantes.

Claims (10)

  1. Procédé d’analyse d’un ensemble de particules (1) alimentaires, comprenant les étapes de:
    a) acquisition d’une image (2) numérique en couleurs d’une pluralité de particules (1) disposées sur un support (4),
    b) détection de parties (3) de l’image correspondant à chaque particule (1),
    c) détermination de la couleur ou du spectre de couleurs de chaque partie (3) de l’image déterminée lors de l’étape b),
    d) mesure d’une distance entre la couleur ou le spectre de couleurs déterminé(e) lors de l’étape c) d’une partie (3) de l’image (2) et entre une couleur prédéterminée ou un spectre prédéterminé de couleurs d’un type de particule (1) prédéterminé.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble de particules (1) est une composition de plusieurs types de particules (1), et dans lequel on détermine la composition de l’ensemble de particules (1), le procédé comprenant
    - une étape e) subséquente à l’étape d) d’association de chaque couleur ou de chaque spectre de couleurs déterminée(e) lors de l’étape c) à un type de particule (1) choisi parmi un ensemble de type de particule (1) prédéterminés en fonction d’une minimisation de la distance calculée lors de l’étape c), puis
    - une étape f) de calcul de la composition de l’ensemble en fonction de chacun des types de particules (1) associés lors de l’étape e).
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l’étape a) d’acquisition d’une image, les couleurs de l’image sont enregistrées
    - selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la valeur des couleurs, et/ou
    - selon des paramètres représentatifs de la teinte, de la saturation, et de la luminosité des couleurs.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape de:
    a’) acquisition d’une image numérique en couleurs d’au moins une particule témoin disposée sur le support (4), l’étape a’) étant préférentiellement concomitante à l’étape a),
    - lors de l’étape d), la couleur prédéterminée ou le spectre prédéterminé de couleurs du type de particules (1) est la couleur ou le spectre de couleurs de la particule témoin (9) déterminé(e) lors de l’étape c).
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape b) de détection numérique comprend
    i) une sous-étape de transformation de l’image (2) en couleurs à une image à niveaux de gris, puis
    ii) une sous-étape de seuillage de l’image (2) à niveaux de gris obtenue lors de la sous étape précédente, puis
    iii) une sous-étape de détection des contours (10) des parties (3) de l’image (2) correspondant à chaque particule (1) à partir de l’image (2) obtenue lors de la sous-étape de seuillage précédente.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel, lors de l’étape a) d’acquisition, les particules (1) sont imagées devant un fond bleu, préférentiellement devant un fond émettant ou reflétant des ondes lumineuses présentant seulement une ou plusieurs longueurs d’onde comprises entre 466 nm et 490 nm.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre:
    - une étape g) de rotation de chacune des particules (1) d’un angle compris entre 70° et 110°, puis d’immobilisation des granulés à cet angle en regard du support, et
    - une répétition des étapes a) d’acquisition et b) de détection.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel une alerte est émise si la distance mesurée lors de l’étape d) est supérieure à une distance prédéterminée.
  9. Système d’analyse d’un ensemble de particules (1) alimentaires, comprenant:
    - un support (4) propre à supporter une pluralité de particules (1),
    - un système d’imagerie (5) propre à imager en couleurs les particules (1),
    - une unité de contrôle (6) reliée au système d’imagerie (5),
    caractérisé en ce que l’unité de contrôle (6) est configurée pour:
    - commander l’acquisition d’une image (2) numérique en couleurs d’une pluralité de particules (1) disposées sur le support,
    - détecter des parties (3) de l’image correspondant à chaque particule (1),
    - déterminer la couleur ou le spectre de couleurs de chaque partie (3) de l’image,
    - mesurer une distance entre la couleur ou le spectre de couleurs déterminé(e) d’une partie (3) de l’image et entre une couleur prédéterminée ou un spectre prédéterminé de couleurs d’un type de particule (1) prédéterminé.
  10. Système selon la revendication 9, dans lequel le système d’imagerie (5) est un scanner (7), le scanner (7) comprenant le support (4) et le support (4) étant transparent à la lumière.
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