WO1991011075A1 - Procede et dispositif de correction automatique de geometrie, de superposition de couleurs et d'uniformite d'image pour camera de television - Google Patents

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WO1991011075A1
WO1991011075A1 PCT/FR1991/000022 FR9100022W WO9111075A1 WO 1991011075 A1 WO1991011075 A1 WO 1991011075A1 FR 9100022 W FR9100022 W FR 9100022W WO 9111075 A1 WO9111075 A1 WO 9111075A1
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camera
pattern
correction
image
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PCT/FR1991/000022
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Jean-Claude Guerin
Philippe Morel
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Thomson Consumer Electronics S.A.
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Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for automatic correction of geometry, color overlay and image uniformity for a television camera.
  • the shooting optics mainly bring distortions at the edge of the image, in the cushion or barrel.
  • the analysis tube and its associated electronics do not make it possible to obtain (and measure) perfectly linear high-voltage ramps, all the more so since the reduction of the scanning noise makes it necessary to reduce the bandwidth as much as possible.
  • amplifiers and that obtaining a faithful color image requires in addition to respecting the linearity between the time variable and the position of each point of the scene analyzed that the three electron beams of the three tubes R, G, B actually analyze simultaneously the three pieces of information from each same point in the source image.
  • the optical system naturally participates in this distortion by the very fact that the magnification is dependent on the wavelength. Also the tube positioning deviations, the differential astigmatism between the tubes and the electronics by the dispersion of the characteristics of the components participate in these distortions.
  • the presentation of a uniformly white scene to a tri-tube camera generally provides video signals at the output of each tube which present variations in level as a function of the positions of the points analyzed. This is due to the phenomenon of vignetting of the objective, to the phenomenon of diffusion of the charges in the shooting tubes at the periphery of the screen areas not scanned and to the variations in the scanning speed in particular along the vertical direction. of the image . All of these phenomena contribute to the appearance of white spots in the white parts of the image.
  • One known method for solving this problem is to generate standard predistortion functions.
  • This method is based on the assumption that if distortions appearing in the image the corrections to be made must be able to be expressed in the form of polynomials.
  • the subject of the invention is a method of automatic correction of geometry, superposition of colors and uniformity of image for television camera by means of an optical test pattern placed in front of the camera composed of patterns of predetermined shape whose barycentres are located in a matrix organization at the intersection of regularly spaced rows and columns and by means of an electronic test pattern, image of the optical pattern, each homologous pattern of the optical pattern and the reference pattern being analyzed during the line scan of the camera by scanning means to supply two video signals characterized in that it consists in measuring the position error of the barycenters of the patterns restored by the camera relative to their positions respective on the electronic reference target, to calculate a first set of correction values to cancel the position errors of the ba rycentres, to be calculated for each pattern to be corrected, a second set of correction values for the position of the points of the patterns located in the middle of the line segments placed on either side of the barycentres by a cubic interpolation calculation taking into account for each pattern
  • FIGS. 5A and 5B a representation of offsets between fronts corresponding to square symbols of two superimposed optical and electronic targets
  • the method according to the invention consists in evaluating an error function at a large number of points N of the image supplied. by a television camera, to calculate the corresponding correction values from information provided by a standard test pattern comprising alternating lines of patterns in the shape of a rectangle or parallelogram, and to store these results in a coupled memory to a digital-analog converter injecting a correction signal either additive (scanning corrections or black spots) or multiplicative (correction of white spots). Perfect compensation for faults on the entire image requires: - exact compensation for faults measured at the N measurement points
  • NCI NCL x NL - Q x P (1) in which:
  • NCL designates the number of corrections per line (visible and non-visible area) NL is the number of measures per line and P is the number of measure lines for a type of pattern
  • the set of errors measured during a first measurement pass on the N points is noted ⁇ _. , rk, i ⁇ ,
  • - k is an integer such as O -f k - $ P-l corresponding to the number of the measurement line
  • CP_. , rk, i is a "primary" correction corresponding to the error £. _, rk, i measured during the 1st pass
  • THIS_. , l, c is a correction applied to the intersection of row 1 and column c and interpolated from the 4 closest primary corrections as will be described later. 1 and c verify the relations: 0 ⁇ 1 ⁇ NL-1 and 0 v ⁇ c ⁇ NCL-1
  • the function f chosen is a cubic spline function chosen for its continuity and derivative properties, it ensures the most "natural" evolution possible between the corrections obtained on the measurement points of the same column.
  • the chosen function is again a cubic function.
  • a correction device according to the invention making it possible to obtain these results is shown in FIG. 1 inside a line formed in dotted lines.
  • a processor 2 It comprises, organized around a processor 2, the following elements: a random access memory 3, a digital-to-analog converter 4, a filter 5, an analog adding circuit 6, a multiplexer 7, a counter for reading 8 and a measurement circuit 9.
  • the memory 3 is addressed, through the multiplexer 7, in writing by an address line 10 connected to the processor 2 and in reading by the reading counter 8.
  • the content of the counter of reading 8 is initialized by processor 2 by means of an initialization line 11.
  • a data line 12 common to processor 2, to memory 3 and to digital-analog converter 4 carries the correction values calculated by processor 2 between processor 2, memory 3 and analog digital converter 4.
  • a line 13 provides control of the measuring circuit 9 by the processor 2.
  • Connections 14 and 15 make it possible to apply to the measuring circuit 9 video signals supplied on the one hand, by a standard test pattern and output on the other hand, by the camera to be corrected.
  • the filter 5 filters the analog signal supplied by the digital-analog converter 4.
  • the filtered voltage obtained is added in the adder circuit 6 to the sawtooth scanning signal supplied by the scanning circuit 11 of the analysis tube d camera image to be corrected. This arrangement makes it possible to re-read the correction values recorded in the memory 3 in synchronism with the video scanning signal of the camera.
  • each intermediate correction interpolated between two adjacent primary corrections in the vertical direction of the image is calculated in deferred time by the processor 2 and then stored in the memory 3 instead of being calculated in real time by a. wired interpolator.
  • the analog filter 5 performs the necessary smoothing between two successive corrections (line interpolation).
  • the correction device which has just been described can be easily adapted to each scanning circuit of each of the green, blue and red image analyzer tubes, a single processor 2 taking charge calculations necessary for the correction of the three analysis tubes from a single measurement circuit that can optionally receive the three red, green and blue video signals in addition to the signal delivered by the standard test pattern.
  • the correction values are produced by means of a high precision optical test pattern 12 shown in FIG. 2 and a measurement chain shown in FIG. 3.
  • the measurement chain is formed by a television camera 20 to be corrected coupled to an electronic test pattern generator 21 coupled through the correction device 1 of FIG. 1.
  • the optical test pattern 17 is placed in the measurement chain opposite the camera 20. In this way, each pattern analyzed during the line scan of the camera can be considered as formed by the juxtaposition of parallel straight segments of the same luminance and / or chrominance extending in the vertical direction of the crosshair. and other from its bary center.
  • the electronic test pattern generator 21 produces a synthetic video signal which would be that provided by the camera 20 if the camera signal analysis chain were perfect.
  • the evaluation of the error provided by the analysis chain is then obtained by measuring the time difference between the real video signal and the synthesized video signal applied to the links 14 and 15 of the measurement circuit 9 in FIG. 1. Examples of the appearance of these errors are given in FIGS. 4A to 4H.
  • ⁇ v a distortion
  • 6 personally 0
  • the corresponding measured time offset ⁇ tMD shown in FIG. 4D is the result of a linear combination of the spatial offsets in horizontal and vertical.
  • the alternation of rectangular and parallelogram patterns along the vertical axis makes it possible to estimate the horizontal spatial error on a parallelogram-shaped pattern as a function of the horizontal errors measured on the two surrounding rectangular patterns; and makes it possible to obtain patterns in the form of parallelograms informing only vertical distortion.
  • the processor 2 of FIG. 1 can be programmed to not retain than the average values of the errors between the front and rear edges evaluated on the lines corresponding to the barycenters of the patterns of the electronic test pattern and on a frame only.
  • This calculation also makes it possible to obtain a correct superposition of the red and blue signals with respect to the green signal.
  • the differences in rise and fall times of the three signals due to the phenomena of attraction and astigmatism also lead to differences in the duration of the signals measured at 50% of their maximum amplitude.
  • the calculation of the average value of the position of the fronts therefore distributes the colored border between two fronts and thus reduces its visibility.
  • the set of coefficients which is chosen for the interpolation is formed by the coefficients of a third order polynomial function.
  • the processor 2 locally calculates between each pair of consecutive vertical measurement points (M QJ ML), such as those represented in FIG. 6, a polynomial of the form:
  • M. represents a measurement carried out on the middle of the pattern preceding the measurement point M-, that is to say, in the example described, that which is located 64 spaces above.
  • M represents the measurement on the middle of the pattern following the measurement point M fl, ie in the case of the test pattern in FIG. 2, the one located 64 spaced below.
  • the corrections of the columns for which there are no measurements are also calculated using a cubic polynomial.
  • the corrections taken into account for the calculation of the coefficients a, b, c, d are on the columns where measurements were made the last and penultimate corrections of line n and the first and seconds of line n + 1.
  • the smoothing between two adjacent measurement points in line is carried out by the low-pass analog filter 5.
  • an additional 4 points calculated by a set of 4x4 coefficients are added to the 20 measured (or interpolated) points.
  • the 12 most significant bits are applied to the digital-analog converter 4.
  • the correction voltages obtained after filtering are added by the adder circuit 5 according to all known means not shown to the deflection voltages of the plates of the camera 20.
  • the principle remains the same, but the correction is made on the video signal.
  • the white spot corrections can be obtained in a similar way by modulating the control voltage of a variable gain amplifier to modify the amplitude of the video signal.
  • the measurement circuit 9 is replaced by a detector which measures the amplitude of the video signal at different points of the image.
  • the measurement points only those corresponding to the barycenters of the patterns of the electronic test pattern are retained and for each of them the relative amplitude difference is deduced from the central measurement points considered to have the reference level. We therefore try to ensure that all the measurement points have the same video level as the points located in the center of the image.
  • the measurement of the time differences between fronts of homologous patterns of the optical test pattern 17 reproduced by the camera 20 and the electronic test pattern provided by the electronic test pattern generator 21 is based on the determination of the point of intersection of two ramps VL (t) and Vêt(t) of different slopes representable by linear relations of the form
  • V 2 (t) & 1 (t- ⁇ t) (9) and triggered at the instants of appearance of each pattern to be compared.
  • the first ramp VL (t) of slope ⁇ 'a .. (with ⁇ ' ⁇ 1) and of initial value V is triggered at the instant of appearance of the first of the two signals S and S, representing each homologous pattern to be compared.
  • the second ramp VL (t) of slope equal to a., Begins at the instant of appearance of the second signal S or S, representing the second homologous pattern of the previous one to be compared.
  • the quantity "" T o TTTT represents a time threshold value dependent on the initial value V of the first ramp V .. (t).
  • This initial value has the advantage that it allows, when it is chosen to be large enough, to move the point of intersection of the two ramps away from their triggering instants to make the influence of the non-linearities present at the origin of the ramps negligible. , on the measurement of time t. Thanks to this arrangement, the time difference M between two consecutive edges of the signals S and S can be expanded and multiplied at will by the factor _. _ cooperate, This factor becoming very important as ⁇ 'approaches unity.
  • the signals representing the two V- ramps. (t) and V furnish(t) are produced inside the measurement circuit 9.
  • This circuit comprises, as shown in FIG. 8, an" OR “circuit 22, an” AND “circuit 23, a first circuit integrator 24, a second integrator circuit 25, a comparator circuit 26 and an analog-digital converter 27 whose input is connected to the output of the integrator V_, (t).
  • the first integrator circuit 24 is initialized at the value V and is controlled by the output of the "OR” circuit 22 on the appearance of the first of the rising edges of the signals S or S, which occurs at the inputs of the "OR” circuit 22.
  • the second integrator circuit 25 is controlled by the output of the "AND” circuit 23 when simultaneously the signals S,. and S., ..
  • the first and second outings integrator circuits 24 and 25 are applied respectively to a first and second input of comparator circuit 26, the output of which is connected to a sampling control input of the analog-digital converter, the value of V_ (t) sampled at time t_ such as
  • VL (fc) V pursue(t :) is a linear function of the difference ⁇ t separating these two events
  • the digital values thus obtained are applied successively to the data bus 12 to allow the calculation by processor 2 of the average values of the measurement deviations between the rising and falling edges of each of the patterns analyzed.

Landscapes

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  • Signal Processing (AREA)
  • Testing, Inspecting, Measuring Of Stereoscopic Televisions And Televisions (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

Le dispositif pour la mise en ÷uvre du procédé selon l'invention comprend d'une part, un processeur (2) couplé par une ligne de données (12) à une mémoire de correction (3), un circuit de mesure (9), et à un convertisseur numérique-analogique (4), et d'autre part, à un circuit additionneur couplé à la sortie du convertisseur numérique-analogique (4) et à la sortie du circuit de balayage de la caméra pour ajouter au signal de dent de scie fourni par la caméra les valeurs de correction fournies par la mémoire de correction en synchronisme avec le balayage de la caméra. Les valeurs de correction résultent d'une évaluation de l'erreur de position des centres des motifs d'une mire optique restituées par la caméra et de leurs homologues dans une mire électronique. Des valeurs de corrections intermédiaires sont calculées pour chaque motif par interpolation des erreurs de position des centres des motifs au moyen d'un polynômes d'interpolation du troisième ordre. Application: télévision haute définition.

Description

Procédé et dispositif de correction automatique de géométrie, de superposition de couleurs et d'uniformité d'image pour caméra de télévision
La présente invention concerne un procédé et un dispositif de correction automatique de géométrie, de superposition de couleurs et d'uniformité d'image pour caméra de télévision .
L'obtention d'une image monochrome fidèle par une caméra suppose qu'il existe une relation parfaitement linéaire entre la variable "temps" et les coordonnées d'un point quelconque de la scène analysée . Or l'optique de prise de vue, le tube d'analyse et son électronique associée apportent des distorsions dites de géométrie qui font que l'image électronique d'une mire optique parfaitement périodique ne présente plus localement cet aspect .
L'optique de prise de vues apporte surtout des distorsions en bord d'image, en coussinet ou barillet. Le tube d'analyse et son électronique associée ne permettent pas d'obtenir (et de mesu¬ rer) des rampes haute-tension parfaitement linéaires d'autant plus que, la réduction du bruit de balayage impose de réduire autant que possible la bande passante des amplificateurs et que l'obtention d'une image couleur fidèle nécessite en plus du respect de la linéarité entre la variable temps et la position de chaque point de la scène analysée que les trois faisceaux électroniques des trois tubes R, V, B analysent effectivement simultanément les trois informations issues de chaque même point de l'image source . Or aux distorsions "de mode commun" déjà citées s'ajoutent des distorsions "différentielles" entre les tubes rouge, bleu et le tube vert considéré comme référence . Le système optique participe naturellement à cette distorsion par le fait même que le grandissement est dépendant de la longueur d'onde . Egalement les écarts de positionnement des tubes, l'astigmatisme différentiels entre les tubes et l'électronique par la dispersion des caractéristiques des composants partici- pent à ces distorsions . D'autre part, la présentation d'une scène uniformément blanche à une caméra tri-tubes, fournit généralement des si¬ gnaux vidéo à la sortie de chaque tube qui présentent des varia¬ tions de niveau en fonction des positions des points analysés . Ceci est imputable au phénomène de vignettage de l'objec¬ tif, au phénomène de diffusion des charges dans les tubes de prise de vue en périphérie des zones d'écran non balayées et aux variations de la vitesse de balayage en particulier suivant la direction verticale de l'image . L'ensemble de ces phénomènes concourt à l'apparition de taches au blanc dans les parties blanches de l'image .
A l'inverse, lorsque l'objectif est complètement obturé, il se produit une non uniformité du niveau de noir qui est prin¬ cipalement due à la non uniformité de l'éclairage en pluie . Pour une caméra couleur la différence d'uniformité entre les niveaux se traduit par l'apparition de virages colorés .
Egalement la compensation des défauts de géométrie et de superposition consistant à moduler les vitesses de balayage horizontales et verticales peut également participer à l'appari- tion de taches .
Une méthode connue pour résoudre ce problème consiste à générer des fonctions de prédistorsion types.
Cette méthode repose sur l'hypothèse que si des distor¬ sions apparaissant dans l'image les corrections à apporter doi- vent pouvoir s'exprimer sous la forme de polynômes .
Cependant, cette méthode est limitée par l'ordre du poly¬ nôme le plus élevé qui est généré et par l'algorithme d'optimisa¬ tion mis en oeuvre qui devient rapidement compliqué lorsque le nombre des coefficients augmente . D'autre part, la génération des signaux représentatifs des produits élémentaires en x jr du polynôme doit conserver une stabilité suffisante en température et dans le temps, ce qui n'est pas simple à réaliser.
Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités . A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de correc¬ tion automatique de géométrie, de superposition de couleurs et d'uniformité d'image pour caméra de télévision au moyen d'une mire optique placée devant la caméra composée de motifs de forme prédéterminés dont les barycentres sont situés suivant une organisation matricielle aux croisements de lignes et de colonnes régulièrement espacées et au moyen d'une mire électroni¬ que de référence, image de la mire optique, chaque motif homolo¬ gue de la mire optique et de la mire de référence étant analysé au cours du balayage ligne de la caméra par des moyens de balayage pour fournir deux signaux vidéo caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer l'erreur de position des barycentres des motifs restitués par la caméra relativement à leurs positions respectives sur la mire électronique de référence, à calculer un premier ensemble de valeurs de correction pour annuler les er¬ reurs de positions des barycentres, à calculer pour chaque motif à corriger un deuxième ensemble de valeurs de correction de la position des points des motifs situés au milieu des segments de droite placés de part et d'autre des barycentres par un calcul d'interpolation cubique prenant en compte pour chaque motif l'erreur de position de son barycentre et les erreurs de position des barycentres des motifs l'encadrant dans la direc¬ tion verticale de la mire et à mémoriser les premier et deuxième ensemble de valeurs de correction pour pouvoir les appliquer aux moyens de balayage de la caméra en synchronisme avec les balayages horizontal et vertical de la caméra.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés qui représentent : - La figure 1 un dispositif mis en oeuvre par l'invention pour stocker des valeurs de correction à attribuer aux points de l'image .
- La figure 2 le dessin d'une mire optique mise en oeuvre par l'invention pour définir les erreurs et restituer les va- leurs de correction. - La figure 3 une chaîne de mesure pour élaborer les va¬ leurs de correction.
- Les figures 4A à 4H des exemples de décalage entre symboles obtenu par superposition d'une mire optique avec une mire électronique.
- Les figures 5A et 5B une représentation de décalages entre fronts correspondant à des symboles carrés de deux mires optique et électronique superposées ;
- La figure 6 une disposition verticale de motifs pour illustrer le mode de calcul des valeurs de correction intermé¬ diaires entre points de mesures consécutifs disposés verticale¬ ment sur une même colonne de l'image ;
- Les figures 7A, 7B et 7C des courbes illustrant le prin¬ cipe de mesure des écarts temporels entre motifs ; . - La figure 8 un mode de réalisation d'un circuit de me¬ sure des écarts temporels selon l'invention.
Plutôt que de chercher les coefficients du meilleur poly¬ nôme d'ordre limité qui compense au mieux les erreurs, le procé¬ dé selon l'invention consiste à évaluer une fonction d'erreur en un grand nombre de points N de l'image fournie par une caméra de télévision, à calculer les valeurs de correction correspondan¬ tes à partir d'informations fournies par une mire étalon compor¬ tant des lignes alternées de motifs en forme de rectangle ou de parallélogramme, et à stocker ces résultats dans une mémoire couplée à un convertisseur numérique -analogique injectant un signal de correction soit additif (corrections de balayage ou de taches au noir) soit multiplicatif (correction de taches au blanc) . Une compensation parfaite des défauts sur toute l'image suppose : - une compensation exacte des défauts mesurés sur les N points de mesure
- le calcul d'une interpolation la plus fidèle possible des NCI corrections "manquantes" . (NCI désigne un nombre de corrections calculées par interpolation) . Le nombre NCI vérifie la relation NCI = NCL x NL - Q x P (1) dans laquelle :
NCL désigne le nombre de corrections par ligne (zone visible et non visible) NL est le nombre de mesures par ligne et P est le nombre de lignes de mesure pour un type de motif
(rectangle ou parallélogramme)
Remarque : P x Q = N est égal au nombre de points de mesure pour un type de motif . Le premier point est obtenu par une démarche itérative .
L'ensemble des erreurs mesurées lors d'une première passe de mesures sur les N points est noté {ε _. ,rk, i} ,
- rk désigne le numéro dans l'image de la ligne de mesure .
- k est un nombre entier tel que O -f k -$ P-l correspon- dant au numéro de la ligne de mesure
- r désigne le nombre de lignes de l'image comprises entre deux lignes de mesures successives sur des motifs de même type (rectangle ou parallélogramme)
- i désigne le numéro de la colonne tel que 0 ^ i < Q - 1 " Pour toutes les lignes de numéro 1 dans l'image qui ne sont pas des lignes de mesures, 1 est tel que : rk < 1 < r(k+l) et 1 = rk+t avec t ^ r-1 (2) L'ensemble {£.. ,rk, i} donne lieu à deux sous -ensembles de corrections { CP1, rk, i} + { CIj c } dans lesquels
CP_. , rk, i : est une correction "primaire" correspondant à l'erreur £. _ , rk, i mesurée lors de la 1ère passe
CI_. ,l, c est une correction appliquée à l'intersection de la ligne 1 et de la colonne c et interpolée à partir des 4 corrections primaires les plus proches comme il sera décrit ultérieurement. 1 et c vérifient les relations : 0 ^ 1 < NL-1 et 0 v< c ^ NCL-1
Si l'application de la correction est insuffisante ou trop importante, l'erreur correspondante ne s'annule que partielle- ment ou même change de signe . C'est pourquoi une deuxième passe de mesures est effectuée donnant lieu à un ensemble {£„ , rk, i} de mesures puis à deux nouveaux sous ensembles de corrections : (CP1, rk, i + CP2,rk, i} + {CI2,l, c}
Le processus se poursuit jusqu'à ce que l'erreur rési¬ duelle soit quasiment nulle, la somme des corrections primaires accumulée au cours du temps compensant parfaitement l'erreur initiale . Le second point concerne le calcul optimum des NCI corrections manquantes effectué à chaque passe n. Chaque cor¬ rection manquante { CI , rk+t, i] est calculée à partir des 4 corrections primaires des 4 points les plus proches et situés sur la même colonne i que le point considéré : CIn,rk+t,i = f[ (CPn,r(k-l) ,i) ;
CPn, rk, i) ; (CPn, r(k+l) ,it) ;
(CPn, r(k+2) , i) ; t]
La fonction f choisie est une fonction cubique spline choisie pour ses propriétés de continuité et de dérivé, elle assure l'évolution la plus "naturelle" possible entre les corrections obtenues sur les points de mesures d'une même co¬ lonne .
Pour les points pour lesquels il manque des mesures (haut et bas de l'image) , on utilise une interpolation sur 3 points ou une extrapolation du type linéaire lorsque 2 points seulement de corrections primaires sont disponibles .
De plus, il est nécessaire de calculer des corrections sur des colonnes pour lesquelles il n'y a pas de mesures . Ces colon¬ nes correspondant aux zones de suppression ligne sont situées hors de la zone visible, à droite et à gauche de l'image ; les corrections qui y sont calculées ont pour but d'assurer la transition la plus harmonieuse possible entre la fin d'une ligne et le début de la suivante . En effet, pour connaître la valeur de la tension de correction à chaque instant appliquée en final et issue du filtre de lissage, il est nécessaire de prendre en compte la convolution de ce filtre . Ainsi pour obtenir les valeurs de tensions de corrections désirées à la fin et au début de chaque ligne, il faut présenter à l'entrée du filtre des valeurs évoluant le plus naturellement possible entre les 2 lignes consécutives . Pour les points situés en fin de ligne u sur la colonne v (v > Q-l) , on a :
Cn, u, v = f [ Cn, u, Q-2) ; (Cn, u, Q-l) ; (Cn, u+1, 0) ; (Cn, u+l, l) ; v]
Par ceux situés en début de ligne u sur la colonne v (v < O) , on a :
Cn, u, v = f [ Cn, u-l, Q-2) (Cn, u-1, Q-1) ; (Cn, u, 0) ; (Cn, u, l) ; v]
La fonction choisie est là aussi une fonction cubique . Un dispositif de correction selon l'invention permettant d'obtenir ces résultats est représenté sur la figure 1 à l'inté¬ rieur d'une ligne formée en pointillés .
Il comprend, organisés autour d'un processeur 2, les élé¬ ments suivants : une mémoire vive 3, un convertisseur numéri¬ que-analogique 4, un filtre 5, un circuit analogique addition- neur 6, un multiplexeur 7, un compteur de lecture 8 et un cir¬ cuit de mesure 9. La mémoire 3 est adressée, au travers du multiplexeur 7, en écriture par une ligne d'adresse 10 reliée au processeur 2 et en lecture par le compteur de lecture 8. Le contenu du compteur de lecture 8 est initialisé par le procès - seur 2 au moyen d'une ligne d'initialisation 11.
Une ligne de données 12 commune au processeur 2, à la mémoire 3 et au convertisseur numérique -analogique 4 transporte les valeurs de correction calculées par le processeur 2 entre le processeur 2, la mémoire 3 et le convertisseur numérique ana- logique 4. Une ligne de commande 13 assure la commande du cir¬ cuit de mesure 9 par le processeur 2. Des liaisons 14 et 15 permettent d'appliquer au circuit de mesure 9 des signaux vidéos fournis d'une part, par une mire étalon et restitués d'autre part, par la caméra à corriger. Le filtre 5 assure le filtrage du signal analogique fourni par le convertisseur numérique -analogique 4. La tension filtrée obtenue est additionnée dans le circuit additionneur 6 au signal de balayage en dent de scie fourni par le circuit de balayage 11 du tube d'analyse d'image de la caméra à corriger. Cette disposi¬ tion permet la relecture des valeurs de corrections enregistrées dans la mémoire 3 en synchronisme avec le signal de balayage vidéo de la caméra.
Pour bénéficier du maximum de souplesse (au détriment d'une place mémoire plus importante) chaque correction intermé¬ diaire interpolée entre deux corrections primaires adjacentes dans la direction verticale de l'image est calculée en temps différé par le processeur 2 puis stockée dans la mémoire 3 au lieu d'être calculée en temps réel par un. interpolateur câblé. Le filtre analogique 5 effectue le lissage nécessaire entre deux corrections successives (interpolation en ligne) .
Naturellement, pour la correction d'une caméra couleur, le dispositif de correction qui vient d'être décrit pourra être aisément adapté à chaque circuit de balayage de chacun des tubes analyseur d'image vert, bleu et rouge, un processeur unique 2 se chargeant des calculs nécessaires à la correction des trois tubes d'analyse à partir d'un seul circuit de mesure pouvant recevoir au choix les trois signaux vidéo rouge, vert et bleu en plus du signal délivré par la mire étalon. L'élaboration des valeurs de correction est effectuée au moyen d'une mire optique 12 de grande précision représentée à la figure 2 et d'une chaîne de mesure représentée à la figure 3.
La mire optique 17 comporte p = 37 rangées horizontales utiles alternées de motifs de même dimension en forme de rectan- gles 18 ou de parallélogrammes 19, de même hauteur dans la direction verticale de l'image . Ces motifs sont également ali¬ gnés par leur barycentre dans la direction verticale de l'image suivant q = 20 rangées verticales régulièrement espacées et composées chacune par une suite alternée de motifs jointifs en forme de rectangles ou parallélogrammes . D'autre part, l'in- clinaison des parallélogrammes sur la direction horizontale de l'image reste la même pour tous les motifs d'une même rangée en alternant toutefois d'une rangée de parallélogramme à la sui¬ vante ou à la précédente entre une première valeur et sa valeur complémentaire à 180° .
L'ensemble des motifs forme ainsi une matrice de NT = 740 motifs utiles dont les barycentres sont situés aux croisements de PT = 37 lignes et 20 colonnes . La chaîne de mesure est formée par une caméra de télévision 20 à corriger couplée à un générateur de mire électronique 21 couplés au travers du dispositif de correction 1 de la figure 1. La mire optique 17 est placée dans la chaîne de mesure en face de la caméra 20. De la sorte, chaque motif analysé au cours du balayage ligne de la caméra peut être considéré comme formé par la juxtaposition de segments de droites parallèles de même luminance et/ou chrominance s 'étendant dans la direction verticale de la mire de part et d'autre de son bary centre .
Le générateur de mire électronique 21 élabore un signal vidéo synthétique qui serait celui fourni par la caméra 20 si la chaîne d'analyse des signaux de la caméra était parfaite . L'éva¬ luation de l'erreur apportée par la chaîne d'analyse est alors obtenue en mesurant l'écart temporel entre le signal vidéo réel et le signal vidéo synthétisé appliqués sur les liaisons 14 et 15 du circuit de mesure 9 de la figure 1. Des exemples d'appari- tion de ces erreurs sont donnés aux figures 4A à 4H.
Dans l'exemple représentée à la figure 4A la chaîne d'ana¬ lyse de la caméra n'introduit qu'une distorsion (ε v) selon l'axe vertical de l'image, aucun décalage temporel selon l'axe horizontal (6 „ = 0) existant entre les motifs rectangulaires 18 de la mire optique 17 et ceux correspondants de la mire élec¬ tronique fournie par le générateur de mire électronique 21. Par contre, comme le montre les figures 4E, 4F lorsqu'une distor¬ sion selon l'axe horizontal apparaît celle-ci se traduit par un décalage temporel ΔtMD des signaux correspondants représentés aux figures 4G et 4H dans cette direction . Une mesure signée de cette erreur peut dès lors permettre de calculer une correction adéquate signée pour réduire l'erreur mesurée précédente .
Pour les motifs en forme de parallélogrammes qui sont décalés de la façon représentée à la figure 4B , le décalage temporel ΔtMD mesuré correspondant représenté à la figure 4D, est le résultat d'une combinaison linéaire des décalages spatiaux en horizontal et en vertical. L'alternance des motifs rectangles et parallélogrammes selon l'axe vertical, rend possi¬ ble l'estimation de l'erreur spatiale horizontale sur un motif en forme de parallélogramme en fonction des erreurs horizontales mesurées sur les deux motifs rectangles l'entourant ; et permet d'obtenir des motifs en forme de parallélogrammes une informa¬ tion de distorsion verticale uniquement.
Bien qu'il soit en principe possible d'effectuer sur l'image totale environ 48000 mesures, sur 1200 lignes de 20 motifs par ligne sur chaque front avant et arrière des motifs, le processeur 2 de la figure 1 peut être programmé pour ne retenir que les valeurs moyennes des erreurs entre les fronts avant et arrière évaluées sur les lignes correspondant aux barycentres des motifs de la mire électronique et sur une trame uniquement .
Ce calcul permet d'une part, d'améliorer le rapport signal à bruit de la mesure résultante, d'autre part, de recaler au mieux deux motifs qui n'ont pas la même durée temporelle. En effet, dans les cas où les balayages ne sont pas très linéaires, la durée d'un motif analysé par la caméra en début de ligne peut être plus grande ou plus petite que la durée du motif correspon¬ dant de la mire électronique fournie par le générateur de mire 21. En conséquence, si les mesures étaient effectuées unique - ment sur un front, l'erreur sur le front avant serait comme représentée aux figures 5A et 5B très importante . Par contre, en effectuant le calcul de la valeur moyenne des erreurs de position sur les deux fronts, les erreurs de géométrie non corn- pensables (dues aux non linéarités) sont réparties également comme le montre la figure 5B entre les deux fronts . Ce calcul permet également d'obtenir une superposition correcte des si¬ gnaux rouge et bleu par rapport au signal vert. Dans ce cas en effet, les différences de temps de montée et de descente des trois signaux dus aux phénomènes d'attraction, d'astigmatisme entraînent également des différences de durée des signaux mesu¬ rés à 50% de leur amplitude maximum. Le calcul de la valeur moyenne de la position des fronts répartit de ce fait le liseret coloré entre deux fronts et atténue ainsi sa visibilité .
Naturellement, une compensation parfaite des phénomènes cités peut être obtenue en augmentant le nombre des points de mesure sur chaque ligne, et donc la fréquence de travail des convertisseurs numériques-analogiques . Dans ce cas, la gamme de rattrapage qui est directement inversement proportionnelle au nombre de motifs en ligne est diminuée et la capacité mémoire augmentée .
Dans le cadre d'une utilisation de la mire représentée à la figure 2, le processeur 2 ne pourra effectuer que N = PxQ = 18x20 = 360 points de mesure d'erreurs horizontales et N = PxQ = 19x20 = 380 points de mesure d'erreurs verticales correspondant aux points situés aux barycentres des motifs et les corrections à appliquer pour les lignes manquantes seront calculés par interpolation par le processeur 2. Cela conduit par exemple pour une définition d'image à 1200 lignes de balayage à calculer pour 63 interlignes un jeu de 63x4 coefficients . Pour supprimer les discontinuités génératrices de taches aux blancs qui pourraient apparaître entre les signaux de correc¬ tion associées à des lignes adjacentes situés sur une même co¬ lonne, le jeu de coefficients qui est choisi pour l'interpola¬ tion est formé par les coefficients d'une fonction polynomiale du troisième ordre. Le processeur 2 calcule localement entre chaque paire de points de mesures (MQ J ML ) consécutifs en vertical, tels ceux représentés à la figure 6, un polynôme de la forme :
P(x) = ax3+bx2+cx+d (3) dont les courbes représentatives passent par les points M„ (x=0) et M_j (x=l) de coordonnées x=0 et x=l de chaque paire . Pour déterminer les quatre paramètres (a, b, c, d) du polynôme le calcul prend également en considération le fait que la dérivée du polynôme peut être imposée aux points de coordonnées x=0 et x=l. Cette dérivée est calculée par une relation de la forme 1(M.. -M__. ) pour x=0 et i(M„-Mβ) pour x=l .
Dans ce qui précède M., représente une mesure effectuée sur le milieu du motif précédent le point de mesure M-, soit, dans l'exemple décrit, celui qui est situé 64 interlignes au-des¬ sus .
M« représente la mesure sur le milieu de motif suivant le point de mesure Mfl soit dans le cas de la mire de la figure 2 celui qui est situé 64 interlignes en-dessous . La résolution du système de quatre équations à quatre inconnues qui résulte des conditions précédentes donne aux coefficients a, b, c, d les valeurs : a = - 1/2 M_± +3/2 MQ - 3/2 M± + 1/2 M2 (4)
b = M_1 - 5/2 MQ + 2 M1 - 1/2 M2 (5)
c = - 1/2 M^ + 1/2 M1 (6)
d = MQ (7)
Autour des points de coordonnées x=0 la dérivée du polynôme vaut c = 1/2 M.. - 1/2 M__. et x=l la dérivée du polynôme vaut 3a+2b+C = - MQ/2 + ML/2 Dans ces conditions la dérivée à gauche du point M_, (x-1) est identique à la dérivée de droite du point M., qui est calculée dans l'intervalle (M , M„) et il n'existe aucune rupture brutale de la dérivée première de la correction selon l'axe vertical. Ce résultat est d'une première importance car il évite l'apparition de taches sur le fond blanc de l'image qui sont la conséquence, essentiellement, dans les dispositifs de correction de l'art antérieur des variations de vitesse du balayage vertical de l'image.
En horizontal, les corrections des colonnes pour lesquel¬ les il n'y a pas de mesures (zone suppressee) sont également calculées à l'aide d'un polynôme cubique . Les corrections prises en compte pour le calcul des coefficients a, b, c, d sont sur les colonnes où des mesures ont été effectuées les dernières et avant dernières corrections de la ligne n et les premières et secondes de la ligne n+1. Le lissage entre deux points de mesure adjacents en ligne est réalisé par le filtre analogique passe-bas 5.
Pour assurer une transition harmonieuse entre la fin d'une ligne et le début de la ligne suivante, il est ajouté aux 20 points mesurés (ou interpolés) 4 points supplémentaires calculés par un jeu de 4x4 coefficients .
En final, à partir des 360 points de mesure d'erreur hori¬ zontale (respectivement 380 points de mesure verticale) 30000 corrections horizontales (verticales) sont calculées pour toute l'image (1250x24) . Dans ces conditions tous les calculs peuvent être effec¬ tués à partir de mots de 16 bits en entrée (corrections sur les milieux de motif et coefficients) mais les résultats intermédiai¬ res peuvent aussi être codés sur 32 bits par le processeur 2, de façon à ne pas propager les erreurs d'arrondi. En final, chaque correction (milieu de motif ou interpo¬ lée) est stockée dans un format de 16 bits signés dans la mé¬ moire de correction 3 concernée .
Les 12 bits de poids fort sont appliqués au convertisseur numérique - analogique 4. Les tensions de correction obtenues après filtrage sont ajoutées par le circuit additionneur 5 selon tous les moyens connus non représentés aux tensions de déflexion des plaques de la caméra 20.
Pour les taches au noir, le principe reste identique, mais la correction est effectuée sur le signal vidéo. Les corrections de taches au blanc peuvent être obtenues de façon similaire en modulant la tension de commande d'un ampli¬ ficateur à gain variable pour modifier l'amplitude du signal vidéo. Dans les deux cas précédents (corrections de taches) , le circuit de mesure 9 est remplacé par un détecteur qui mesure l'amplitude du signal vidéo en différents points de l'image. On ne conserve là aussi comme points de mesure que ceux correspon¬ dants aux barycentres des motifs de la mire électronique et on en déduit pour chacun d'entre eux l'écart relatif d'amplitude par rapport aux points de mesure centraux considérés comme ayant le niveau de référence. On cherche donc ainsi à ce que tous les points de mesure aient le même niveau vidéo que les points situés au centre de l'image. Il suffit ensuite de refaire le même calcul d'interpolation que précédemment pour étendre à toute l'image les corrections correspondant aux écarts relatifs sur les points de mesure. En présentant un blanc uniforme de¬ vant la caméra et en appliquant les corrections sur un amplifica¬ teur à gain variable on corrige alors les défauts de taches aux blancs tandis que si l'on ferme l'objectif et si on somme les corrections au signal vidéo, on corrige les défauts de taches au noir.
La mesure des écarts temporels entre fronts de motifs homologues de la mire optique 17 restitués par la caméra 20 et la mire électronique fournie par le générateur de mire électroni- que 21 repose sur la détermination du point d'intersection de deux rampes VL (t) et V„ (t) de pentes différentes représentables par des relations linéaires de la forme
Figure imgf000016_0001
V2(t) = &1(t- Δt) (9) et déclenchées aux instants d'apparition de chaque motif à compa¬ rer. Comme cela est représenté aux figures 7A, 7B et 7C la première rampe VL (t) de pente β'a.. (avec β' ^ 1) et de valeur initiale V est déclenchée à l'instant d'apparition du premier des deux signaux S et S, représentant chaque motif homologue à comparer. La deuxième rampe VL (t) de pente égale à a., débute à l'instant d'apparition du deuxième signal S ou S, représentant le deuxième motif homologue du précédent à comparer .
Les deux rampes V_. (t) et V„(t) se coupent à un instant défini par la relation :
Figure imgf000017_0001
Vo Dans la relation (10) la quantité "" ToTTTT représente une valeur de seuil temporel dépendante de la valeur initiale V de la première rampe V.. (t) . Cette valeur initiale a pour avantage qu'elle permet lorsqu'elle est choisie suffisamment grande, d'éloigner le point d'intersection des deux rampes de leurs instants de déclenchement pour rendre négligeable l'influence des non linéarités présentes à l'origine des rampes, sur la mesure du temps t . Grâce à cette disposition, l'écart de temps M entre deux fronts consécutifs des signaux S et S, peut être dilaté et multiplié à volonté par le facteur _. _„, , ce facteur devenant très important au fur et à mesure que β' s'approche de l'unité .
Les signaux représentatifs des deux rampes V-. (t) et V„ (t) sont produits à l'intérieur du circuit de mesure 9. Ce circuit comporte de la manière représentée à la figure 8, un circuit "OU" 22, un circuit "ET" 23, un premier circuit intégrateur 24, un deuxième circuit intégrateur 25, un circuit comparateur 26 et un convertisseur analogique -numérique 27 dont l'entrée est reliée à la sortie de l'intégrateur V_, (t) . Le premier circuit intégrateur 24 est initialisé à la valeur V et est commandé par la sortie du circuit "OU" 22 à l'apparition du premier des fronts montant des signaux S ou S, qui se présente aux entrées du circuit "OU" 22. Le deuxième circuit intégrateur 25 est commandé par la sortie du circuit "ET" 23 lorsque simultanément les signaux S , . et S ., .. sont présents, c'est-à-dire ont le même niveau haut de tension à l'instant Δ t sur les figures 7A et 7C. Les sorties des premier et deuxième circuits intégrateurs 24 et 25 sont appliquées respectivement sur une première et deuxième entrée du circuit comparateur 26 dont la sortie est reliée à une entrée de commande d'échantillonnage du convertisseur analogique -numérique, la valeur de V_ (t) échantillonnée à l'instant t_ tel que
VL (fc) = V„ (t:) est une fonction linéaire de l'écart Δ t séparant ces deux événements
ût " alβ*
vι(t) = ût oι/ι-β'
II est facile d'étalonner le système de mesure en appli¬ quant à l'entrée deux signaux identiques et donc de connaître et' de retrancher la quantité V /1-β1.
Naturellement la mesure des écarts temporels entre les fronts de descente des signaux S et S, peut être obtenue de façon similaire en appliquant sur les entrées des circuits 22 et
23 les valeurs complémentaires (inversées) des signaux S et S, au moyen de circuits inverseurs appropriés non représentés .
Les valeurs numériques obtenues ainsi sont appliquées successivement sur le bus de données 12 pour permettre le cal- cul par le processeur 2 des valeurs moyennes des écarts de mesure entre les fronts de montée et de descente de chacun des motifs analysés .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de correction automatique de géométrie, de superposition de couleurs et d'uniformité d'image pour caméra (20) de télévision au moyen d'une mire optique (17) placée de¬ vant la caméra (20) composée de motifs de forme prédéterminés dont les barycentres sont situés suivant une organisation matricielle aux croisements de lignes et de colonnes régulière¬ ment espacées et au moyen d'une mire électronique de référence, image de la mire optique, chaque motif homologue de la mire optique et de la mire de référence étant analysé au cours du balayage ligne de la caméra (20) par des moyens de balayage pour fournir deux signaux vidéo caractérisé en ce qu'il consiste à mesurer (9) l'erreur de position des barycentres des motifs restitués par la caméra relativement à leurs positions respecti¬ ves sur la mire électronique de référence, à calculer (2) un premier ensemble de valeurs de correction pour annuler les er¬ reurs de positions des barycentres, à calculer (2) pour chaque motif à corriger un deuxième ensemble de valeurs de correction de la position des points des motifs situés au milieu des seg¬ ments de droite placés de part et d'autre des barycentres par un calcul d'interpolation cubique prenant en compte pour chaque motif l'erreur de position de son barycentre et les erreurs de position des barycentres des motifs l'encadrant dans la direc¬ tion verticale de la mire et à mémoriser (3) les premier et deuxième ensemble de valeurs de correction pour pouvoir les appliquer (6) aux moyens de balayage (16) de la caméra en syn¬ chronisme avec les balayages horizontal et vertical de la caméra (20) .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les mires optiques et électroniques comportent PT rangées horizontales alternées de motifs de même dimension en formes de rectangles (18) et de parallélogrammes (19) et Q rangées vertica¬ les de motifs en formes de rectangles et de parallélogrammes alternés sur chaque rangée verticale .
3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'inclinaison des parallélogrammes (19) sur la direction horizon¬ tale de la mire reste la même pour l'ensemble des motifs d'une même rangée et alterne d'une rangée de parallélogrammes et à la suivante entre une première valeur et sa valeur complémentaire à
180° .
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3 caractérisé en ce que les motifs disposés suivant les rangées verticales de la mire sont jointifs .
5 , Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la mesure (9) de la position des bary¬ centres est obtenue en mesurant l'écart de position des fronts avant et arrière des motifs fournis par la caméra (20) par rap¬ port aux positions respectives des fronts avant et arrière des motifs fournis par la mire électronique et en calculant pour chaque motif la valeur moyenne des écarts de position de chacun des deux fronts.
6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'écart de position d'un front est déterminé en calculant les coordonnées du point d'intersection de deux rampes V1 (t) et
VL (t) représentables en fonction du temps t par des relations de la forme :
V. (t) = β'a.t + V avec β* < 1 l ' 1 o et V2 (t) = a^t Δ t) dans lesquelles a_. , β'a.. et V sont des coefficients, ces rampes étant déclenchées respectivement aux instants d'apparition des fronts des motifs à comparer.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le calcul d'interpolation cubique a lieu au moyen d'un polynôme P(x) de la forme :
P(x) = ax3 + bx2 + ex + d dans lequel a = -1/2M_1 + 3/2MQ - 3/2M1 + 1/2M2 b = M_1 - 5/2MQ + 2M1 - 1/2M2 c = - 1/2M_1 + 1/2MJ d = MQ où M , , M_j et M„ représentent les erreurs de position des barycentres des motifs précédant et suivant sur une colonne de mesures le point ]V . (figure 6) 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comprend d'une part, un processeur (2) couplé par une ligne de données (12) à une mémoire de correction (3) , un cir¬ cuit de mesure (9) , et à un convertisseur numérique -analogique (4) , et d'autre part, à un circuit additionneur analogique (6) couplé à la sortie du convertisseur numérique -analogique (4) et à la sortie du circuit de balayage de la caméra pour ajouter au signal de dent de scie fourni par la caméra les valeurs de cor¬ rection fournies par la mémoire de correction en synchronisme avec le balayage de la caméra.
9. Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que le circuit additionneur (6) est couplé à la sortie du conver¬ tisseur numérique-analogique au travers d'un filtre passe-bas (5) .
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le circuit de mesure (9) comprend un premier (24) et un deuxième (25) circuit intégrateur couplés à un circuit comparateur (26) ainsi qu'un convertisseur analogi¬ que-numérique pour fournir les rampes (r.. (t) et r„ (t) ) et calculer les coordonnées de leur point d'intersection.
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