WO2007129281A2 - Système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées, portatif, autonome et calibré - Google Patents

Système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées, portatif, autonome et calibré Download PDF

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WO2007129281A2
WO2007129281A2 PCT/IB2007/051726 IB2007051726W WO2007129281A2 WO 2007129281 A2 WO2007129281 A2 WO 2007129281A2 IB 2007051726 W IB2007051726 W IB 2007051726W WO 2007129281 A2 WO2007129281 A2 WO 2007129281A2
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visualization
instrument
measurement system
optical sensor
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Philippe Schmid
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Philippe Schmid
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/44—Detecting, measuring or recording for evaluating the integumentary system, e.g. skin, hair or nails
    • A61B5/441—Skin evaluation, e.g. for skin disorder diagnosis
    • A61B5/444—Evaluating skin marks, e.g. mole, nevi, tumour, scar

Definitions

  • the general field concerns a portable optical instrument for the observation of cutaneous surfaces and the measurement of the value and the intensity of the colors which compose them, with digitization and calibration of these values, being understood that the black, the white , and gray levels are assimilated to colors.
  • the field of application mainly concerns medical diagnosis, without excluding other areas of application. It will also be specified that it is understood by diagnosis any series of observations leading to a decision on the state of a thing.
  • a first and simplest category of instruments includes those with single-lens optics and point light sources, such as the Delta 10 Dermatoscope from Heine Optotechnik AG. More advanced instruments incorporate lighting composed of multiple sources for a more homogeneous illumination of the cutaneous surfaces (see patent application US 2004/0062056).
  • the second category includes instruments that have the ability to measure the colors that make up the cutaneous surfaces inspected with a certain resolution and to render this information in the form of an image. This process is comparable to photography. Data digitization means enable easy transmission, processing and storage. The weak point of the majority of the existing imaging instruments, all areas and all applications combined, is the lack of calibration means. The calibration is supposed to allow an almost exact spectral color measurement and thus the inter and intra instrument comparison. Inter-instrument comparisons are performed on the database obtained with different instruments, intra instrument comparisons are made on the basis of data from different subjects but obtained with the same instrument. Colorimetric calibration according to the rules of the art must be able to determine the equation linking the integer and finite values produced by the digital system to the chromatic coordinates of the measured colors.
  • Such a calibration must also include a measurement of the chromatic coordinates of the light source (reference white), using a colorimeter, for example (see [1] G. Wyszecki and WS Stiles, "Color Science", Wiley-Interscience, 2000.).
  • Calibration of the data is mentioned in US Patent 1998/5836872. There is no claim on this subject. The possibility of using a calibration target is mentioned but not that of measuring the chromatic coordinates of the light source. Without this information a calibration of the data is not possible. There is therefore no calibration in the sense of the state of the art.
  • the invention includes in addition to the inspection instrument means for analyzing and storing measurements. The authors propose a means of calibration of the data which in fact is only a means of normalization of images by subtraction. It is therefore not a means of calibration in the sense of the state of the art.
  • Transmission can be to multiple receivers, for real-time viewing and / or recording, for example.
  • the choice of one or more images for diagnostic purposes can be made once the acquisition is complete, thus significantly reducing the risk of having to repeat the measurements, the number of images thus acquired being sufficient to ensure the presence of at least one usable image.
  • the use of sequences also provides the ability to combine multiple images into a single image to increase the signal-to-noise ratio, for example, or for any other restoration or enhancement operation.
  • There are various industrial products such as the dermatoscopes of Heine Optotechnik AG, allowing a visual inspection of the surfaces, not including a digital system but offering the possibility of adapting an external acquisition means, such as a film camera or digital.
  • 3Gen LLC offers a device that harnesses the benefits of diode illumination and the use of polarized light. This unit can also accommodate a digital acquisition device.
  • the system marketed by Polartechnics Ltd includes a measuring and analysis station. Although the inspection system is portable, it is connected to the cable analysis and processing station. The system does not include calibration means according to the method of the art.
  • a calibration means must therefore be available. This is the case for the diagnosis of skin cancer, for example, for which the color or colors composing a lesion are a parameter of the diagnosis.
  • existing systems incorporate a means of normalization by subtracting the color of healthy skin. This linear method does not replace a calibration using nonlinear transformations.
  • a visualization and measurement system for cutaneous surfaces comprising a visualization and measurement instrument and a base allowing a use in multi-modes, either microscopic or macroscopic, direct or indirect, comprising at least one light source and an optical sensor, characterized in that it comprises at least one secondary sensor placed so as to receive the light of the light source and for measuring the chromatic coordinates of the light source, and comprising means for calibrating the light source; image acquired by the main optical sensor taking into account the data of the secondary sensor or sensors.
  • the present invention makes it possible to reproduce colorimetric measurements performed on cutaneous surfaces, for example, by integrating a complete solution to the problem of calibration.
  • this invention incorporates many elements of great practical relevance, in the sense that they allow the specialist to obtain measurements of incomparable accuracy by the current means while not disturbing the methods and procedures of observation commonly used by the specialist, as well as elements offering practical solutions to existing and unresolved needs.
  • This instrument for visualization and measurement for cutaneous surfaces allows a use in microscopic (hereinafter called Inspection) or macroscopic (hereinafter Observation) modes, direct or indirect, where the use is microscopic when the Instrument is applied directly to the skin surface, with possible prior application of a substance promoting the penetration of light into the skin, the use is macroscopic when the system allows the visualization of the limb or the body part of which the cutaneous surface is inspected, the use is direct when the light beam reflected by the skin is divided into two parts, not necessarily of equal intensity, one being transmitted to the eye through from one optical device the other being transmitted to the surface of at least one main optical sensor, and finally the use is indirect when the entire the reflected light is transmitted to the surface of at least one main optical sensor, and then displayed in real time or deferred on a miniature screen which may but need not be integrated into the instrument.
  • the size and weight of the instrument allow for manual operation and quick commissioning.
  • this invention provides the following solutions: • Integration of a calibration unit (hereinafter referred to as the Unit) for exact colorimetric rendering, allowing inter and intra Instrument. Inter-instrument comparisons are comparisons Between measurements made with different Instruments, intra Instrument comparisons are comparisons between measurements made with the same Instrument, in places, times, and on subjects that may be different.
  • the calibration is obtained by correcting the fluctuations of the lighting and measurements due, for example, to time (age) and temperature. For this purpose the chromatic coordinates of the illuminating light are measured and reference colors, with known chromaticity coordinates, printed on a calibration target, are used.
  • a calibration support (hereinafter referred to as the Support) composed of at least one standardized calibration target (hereinafter referred to as the Target) and a storage element (hereinafter referred to as the Memory) containing chromatic and structural data corresponding to colors (including black, white and grayscale) and structures printed on the Target, as well as potentially other useful information such as expiry date or renewal date, for example.
  • This support can be removable and changed at any time, without influencing the system, and this to prevent the natural deterioration, with time, of the surface on which the colors are printed, as well as the colors themselves. It is small, typically the size of a credit card.
  • image sequences makes it possible to carry out restoration operations, for example by temporally combining several images into one in order to increase the signal-to-noise ratio or spatially combine several images when the size of the lesion exceeds the maximum observable size using the Instrument.
  • a Home Base (hereinafter referred to as the Base) for the Instrument when it is not in use shall allow the recharge of the Instrument's power source (hereinafter referred to as the Source) as well as that the management of some, see all the steps necessary for the calibration of the Instrument, see some image processing operation as those mentioned in the previous point.
  • an insertion drawer can allow the introduction of the calibration medium, as well as access to the visual and electronic data it contains.
  • Figure 1 illustrates the instrument, allowing the colorimetric measurements, their radio transmission to a receiver, and possibly all or part of their calibration.
  • Figure 2 illustrates the Base, allowing the recharge of the instrument's power source as well as the measurement of all or some of the values needed to estimate the calibration parameters.
  • FIG. 3 illustrates the calibration support composed of at least one calibration target itself composed of colors and / or gray levels and / or reference structures, as well as a memory for storing the colorimetric values and corresponding structural
  • Figure 4 illustrates the adapter ring for macroscopic observation of the surfaces to be inspected.
  • Figure 5 illustrates an embodiment of the Instrument with integrated calibration support.
  • Figure 6 illustrates the embodiment of the instrument with partial transmission of light for observation and measurement simultaneously, without screen on the instrument.
  • Figure 7 illustrates the embodiment with an external screen attached to the wrist of the user.
  • Figure 8 illustrates the illustration of Microscopic Inspection and Macroscopic Observation.
  • Figure 9 illustrates the use of the display instrument for calibrating external display means, such as screens and printers.
  • the visualization and measurement system comprises a visualization and measurement instrument as illustrated in Figure 1 and a base as shown in Figure 2.
  • the Instrument consists of one or more modules, including, for example: a. Optical with auto focus. b. main optical sensor and electronic control. vs. calibration unit including at least one normalized target and means for measuring the color coordinates of the light source. d. direct visualization element of the measurements.
  • One embodiment of the complete system is the combination of one or more modules into one or more independent elements. The example below groups the modules mentioned above into 4 elements.
  • Figure 1 shows the Visualization and Measurement Instrument.
  • it is composed of: an optical module (1) with a lighting system.
  • This part may correspond to a third-party product.
  • a light source (2a) such as for example a diode, isolated or in an array (multiple sources), integrated into the optical module 1.
  • one or more secondary optical sensors (2b) (for example a ring of sensors as in FIG. 1) connected to a colorimeter or other means of measuring the chromaticity coordinates of the light used, allowing a real-time measurement of the color coordinates of the illumination source, the variations of which with age and temperature may significantly influence the appearance of colors.
  • At least one main optical sensor (4) for point colorimetric measurements such as a CCD or CMOS type sensor.
  • one or more lenses (5) allowing a fixed or variable magnification integrated in the optical module (1).
  • the Power Source such as a rechargeable battery.
  • the Power Source such as a rechargeable battery.
  • the system can have multiple sources of lighting to increase the spectrum of measurements without changing the perception of colors in the specialist.
  • an operator used to a type source Tungsten, rather weak in blue can make its observations with such a light, the system switching to a Xenon light, for example, whose spectrum in visible light is more homogeneous at the time of acquisition. This process allows once again to significantly improve the quality (accuracy and range) of the data without disturbing the operator in his work.
  • microscope viewing and measuring instrument is portable, it is expected that it can be fixed on a fixed frame with moving part, such as a table with manipulatable arm, for example. External mechanical connectors can be provided for this purpose.
  • a wired connection may be provided in parallel with the wireless transmission system, for maintenance tasks, for example.
  • the instrument must have an ergonomic structure allowing an easy and pleasant hand grip.
  • the example in Figure 1 has a simplified structure for illustration purposes only.
  • Figure 2 shows an example of Base. This is composed of:
  • a secondary optical sensor (14) connected to a colorimeter or any other means for measuring the color coordinates of the light used, if it is integrated in the base.
  • the base may also include means of communication with the instrument to synchronize information, particularly for calibration. These communication means may be of the galvanic or wireless connection type. This is especially important when the instrument is in charge of the calibration, without the aid of an external computer. The data contained in the memory of the calibration target of Figure 3 are then read by the instrument and used for accurate calibration.
  • a standardized calibration target for example color or gray-level samples (for example MacBeth or IT8.7 targets), or geometric elements (USAF-1951 target, for example).
  • a memory for storing the chromatic and / or geometric data of the samples and / or structures (19) present on the target, such as for example a magnetic strip or an electronic chip.
  • This chip can be read through contacts, for example according to the ISO 7816 standard or by a wireless connection for example according to the ISO standard
  • This Memory includes a correction file produced during the final production phase to compensate for errors due to manufacturing. An accurate calibration will take into account these correction factors when measuring on the calibration target.
  • the chip may also store a date of renewal of the calibration target.
  • Figure 4 shows the fourth element of the system.
  • This optical element makes it possible to go from microscopic inspection to macroscopic observation. It is composed of : the optical part (21) composed of at least one lens.
  • One embodiment of the Instrument may quite directly include the fourth element of the system.
  • Figure 5 shows an example of implementation when the Calibration Unit is integrated into the Instrument.
  • the additional components are placed beside and under the main optical sensor (24a) and the secondary sensor (s) (24b): a rotary drum (25) supports the calibration unit composed of a calibration target (26) and, if necessary, one or more optical elements such as lenses (27).
  • a mirror (28) placed manually or automatically under the optical module (29) must allow the reflection of the light in order to measure the chromatic coordinates.
  • the elements (6) to (10) of Figure 1 are still present in this embodiment.
  • FIG. 6 shows an embodiment where the screen (10) of FIG. 1 is replaced by an optical module making it possible to split the light reflected by the inspected surface into a transmitted part, for direct visual inspection by the user, and a reflected part on the sensor (s) for colorimetric measurements.
  • the elements (1) to (9) are identical to those of Figure 1.
  • the screen is replaced by one or more optical elements (such as lens, glass, for example) (30).
  • the light reflected from the inspected surface is split into two parts, not necessarily of the same intensity by a beam splitter (31), for example.
  • an external screen may be used, such as a computer screen.
  • Figure 7 shows an embodiment or screen (32) is attached to the wrist (33) of the user by a fastening means (34), for example a Velcro adhesive textile fastener.
  • the images are transmitted to the screen by radio waves.
  • Figure 8 illustrates the use of the microscope for Microscopic Inspection (35) and Macroscopic Observation (36).
  • the usual supports used to reproduce colorimetric measurements such as a screen or a sheet of paper per impression, must also be calibrated. to ensure an exact match between direct and indirect (or delayed) observation.
  • FIG. 9 illustrates an example of use of the visualization instrument (37) for this purpose: it can be placed against the screen (38), here that of the PC, and retained with the help of a fixing ring (39), itself retained on the screen by fixing straps (40), for example.
  • An attachment by suction cups, for example, is quite conceivable.
  • Various colors (41) are displayed on the screen and the values measured by the display instrument (37) are used to correct the actual displayed values according to the expected values.
  • a specialized software or module will contain the necessary algorithms to perform such a calibration and to control the progress.
  • the same method is applied to the calibration of a printing medium, for example a PC printer (42), the display instrument (43) being applied directly to the printed surface (44). Note that in the case of a screen an external light source is not necessary, whereas in the case of a sheet of paper an external light source is necessary.
  • Calibration of the measurements may but need not take place at the microscope or base level. Calibration can take place at the end receiver, for example in software running on a PC.
  • Another alternative to the exemplary embodiments given above is the integration of all the optical elements in the instrument, including the light source, allowing microscopic inspection and macroscopic observation without the addition of optical parts.

Abstract

La présente invention décrite est un instrument maniable et autonome permettant la visualisation de surfaces cutanées, par exemple, et de mesurer de manière précise les couleurs qui les composent. Cette invention permet à la fois une inspection microscopique par application directe sur la peau et une observation macroscopique du membre ou de la partie du corps inspectés. La présente invention se base sur un système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées comprenant un instrument de visualisation et de mesure et une base permettant une utilisation en multi-modes soit microscopique ou macroscopique, directe ou indirecte, comprenant au moins une source de lumière (2a) et un capteur optique (4), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur secondaire (2b) placé de sorte à recevoir la lumière de la source de lumière (2a) et permettant de mesurer les coordonnées chromatiques de la source de lumière, et comprenant des moyens de calibration de l'image acquise par le capteur optique principal compte tenu des données du ou des capteurs secondaires (2b).

Description

Système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées, portatif, autonome et calibré
1. Description
1.1. Domaine technique Le domaine général concerne un instrument optique portatif pour l'observation de surfaces cutanées et la mesure de la valeur et de l'intensité des couleurs qui les composent, avec numérisation et calibration de ces valeurs, étant compris que le noir, le blanc, et les niveaux de gris sont assimilés à des couleurs. Le domaine d'application concerne principalement le diagnostic médical, sans pour autant exclure d'autres domaines d'application. On précisera également qu'il est entendu par diagnostic toute suite d'observations conduisant à une décision sur l'état d'une chose.
1.2. Etat de la technique Une première catégorie d'instruments, les plus simples, regroupe ceux dotés d'une optique à lentille unique et d'une source de lumière ponctuelle, comme par exemple le Dermatoscope Delta 10 de Heine Optotechnik AG. Des instruments plus évolués intègrent un éclairage composé de multiples sources pour une illumination plus homogène des surfaces cutanées (voir demande de brevet US 2004/0062056).
La seconde catégorie regroupe les instruments ayant la capacité de mesurer les couleurs composant les surfaces cutanées inspectées avec une certaine résolution et de rendre cette information sous la forme d'une image. Ce procédé est assimilable à la photographie. Des moyens de numérisation des données permettent une transmission, un traitement et un stockage facilités. Le point faible de la majorité des instruments d'imagerie existants, tous domaines et toutes applications confondues, est l'absence de moyen de calibration. La calibration est supposée permettre une mesure spectrale des couleurs quasi exacte et donc la comparaison inter et intra instrument. Les comparaisons inter instruments sont effectuées sur la base de données obtenues avec des instruments différents, les comparaisons intra instrument sont effectuées sur la base de données de sujets différents mais obtenus avec le même instrument. Une calibration colorimétrique répondant aux règles de l'art doit être à même de déterminer l'équation liant les valeurs entières et finies produites par le système numérique aux coordonnées chromatiques des couleurs mesurées. Une telle calibration doit également inclure une mesure des coordonnées chromatiques de la source de lumière (blanc de référence), à l'aide d'un colorimètre, par exemple (voir [1] G. Wyszecki et W. S. Stiles, " Color Science ", Wiley-lnterscience, 2000.). La calibration des données est mentionnée dans le brevet US 1998/5836872. Il n'y a par contre pas de revendication à ce sujet. La possibilité d'utiliser une cible de calibration est mentionnée mais pas celle de la mesure des coordonnées chromatiques de la source de lumière. Sans cette information une calibration des données n'est pas possible. Il n'y a donc pas de calibration au sens de l'état de l'art. Dans le brevet US 2006/6993167, l'invention inclut en plus de l'instrument d'inspection des moyens d'analyse et de stockage des mesures. Les auteurs proposent un moyen de calibration des données qui en fait n'est qu'un moyen de normalisation des images par soustraction. Il ne s'agit donc pas d'un moyen de calibration au sens de l'état de l'art.
Dans les brevets US 2006/7006223 et US 2006/7027153, les inventeurs proposent un moyen d'améliorer l'illumination des surfaces à l'aide d'une double illumination par diodes disposées en anneau. L'utilisation d'une méthode de polarisation de la lumière permet la réduction des artefacts ainsi que l'observation des surfaces sans additif entre la surface et l'élément optique frontal. En dermoscopie, par exemple, l'adjonction d'huile permet l'observation de structures sous-cutanées invisibles à l'œil nu. A noter que l'utilisation de lumière polarisée est déjà citée dans le brevet US 1998/5719399. La transmission des données par ondes hertziennes est utilisée dans le brevet US 2003/6587711. Ce type de transmission est utilisé pour des images fixes uniquement. Dans la présente invention les données sont des séquences d'images acquises à intervalles réguliers. La transmission peut se faire vers de multiples récepteurs, pour une visualisation en temps réel et/ou pour un enregistrement, par exemple. Le choix d'une ou plusieurs images à des fins diagnostiques peut se faire une fois l'acquisition terminée, diminuant ainsi de manière significative le risque de devoir renouveler les mesures, le nombre d'images ainsi acquises devant suffire à assurer la présence d'au moins une image utilisable. L'utilisation de séquences donne également la possibilité de combiner plusieurs images en une seule image afin d'augmenter le rapport signal sur bruit, par exemple, ou pour toute autre opération de restauration ou de rehaussement. II existe différents produits industriels tels que les Dermatoscopes de Heine Optotechnik AG, permettant une inspection visuelle des surfaces, n'incluant pas de système numérique mais offrant la possibilité d'adapter un moyen d'acquisition externe, tel qu'un appareil photographique argentique ou numérique. 3Gen LLC propose un appareil exploitant les avantages d'une illumination par diodes et de l'utilisation de lumière polarisée. Cet appareil peut également accueillir un dispositif d'acquisition numérique. Le système commercialisé par Polartechnics Ltd inclut une station d'analyse et de traitement des mesures. Bien que le système d'inspection soit portatif, il est relié à la station d'analyse et de traitement par câble. Le système n'inclut pas de moyen de calibration selon la méthode de l'art.
Les systèmes brevetés et/ou commercialisés souffrent tous de l'absence de moyens de calibration. Une calibration au sens strict de l'état de l'art doit permettre (1 ) un rendu des couleurs invariable d'une utilisation à une autre et d'un système à un autre, et (2) permettre un rendu des couleurs correspondant à la perception des couleurs par le système visuel humain. L'aspect d'une image dépendra toujours du système, même lorsque le capteur optique et la source de lumière proviennent de fabricants et de technologies uniques. Il est impossible de garantir une correspondance parfaite entre systèmes et entre mesures successives avec le même système sans moyen de calibration. Une source de lumière verra sa distribution spectrale de puissances varier avec le temps et la température, par exemple. Les mesures effectuées avec un capteur optique seront également sujettes à variation selon l'âge du système et selon la température d'utilisation, par exemple. Pour des applications nécessitant des mesures colorimétriques précises un moyen de calibration doit donc être disponible. C'est le cas pour le diagnostic du cancer de la peau, par exemple, pour lequel la ou les couleurs composant une lésion sont un paramètre du diagnostic. Dans le meilleur des cas les systèmes existants intègrent un moyen de normalisation par soustraction de la couleur de la peau saine. Cette méthode linéaire ne se substitue en rien à une calibration faisant appel à des transformations non linéaires.
1.3. Brève description de l'invention La présente invention résout de nombreuses limitations et imperfections rencontrées dans les instruments d'inspections de surfaces, telles que la peau humaine par exemple, brevetés et/ou commercialisés. En particulier:
• La faible précision des mesures;
• La gamme spectrale limitée des mesures; « La forte intrusion dans les habitudes de travail des spécialistes concernés;
• La nécessité d'utiliser de multiples appareils, souvent de fournisseurs différents, afin de mener à bien inspection visuelle, acquisition, et affichage; • La faible qualité (précision et gamme spectrale) des données lors de l'affichage ou de l'impression.
Ceci est possible grâce à un système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées comprenant un instrument de visualisation et de mesure et une base permettant une utilisation en multi-modes soit microscopique ou macroscopique, directe ou indirecte, comprenant au moins une source de lumière et un capteur optique, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur secondaire placé de sorte à recevoir la lumière de la source de lumière et permettant de mesurer les coordonnées chromatiques de la source de lumière, et comprenant des moyens de calibration de l'image acquise par le capteur optique principal compte tenu des données du ou des capteurs secondaires. Concrètement, la présente invention permet de reproduire des mesures colorimétriques effectuées sur des surfaces cutanées, par exemple, en intégrant une solution complète au problème de la calibration. En addition, cette invention intègre de nombreux éléments de grande relevance pratique, dans le sens où ceux-ci permettent au spécialiste d'obtenir des mesures d'une précision inégalable par les moyens actuels tout en ne perturbant pas les méthodes et procédures d'observation couramment utilisées par le spécialiste, ainsi que des éléments offrant des solutions pratiques à des besoins existants et non-résolus.
Cet instrument de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées (appelé ci-après l'Instrument) permet une utilisation en modes microscopique (appelé ci après l'Inspection) ou macroscopique (appelé ci-après l'Observation), directe ou indirecte, où l'utilisation est microscopique lorsque l'Instrument est appliqué directement sur la surface cutanée, avec application préalable possible d'une substance favorisant la pénétration de la lumière dans la peau, l'utilisation est macroscopique lorsque le système permet la visualisation du membre ou de la partie du corps dont fait partie la surface cutanée inspectée, l'utilisation est directe lorsque le faisceau lumineux réfléchi par la peau est scindé en deux parties, pas nécessairement d'intensité égale, l'une étant transmise à l'œil par le biais d'un dispositif optique l'autre étant transmise à la surface d'au moins un capteur optique principal, et finalement l'utilisation est indirecte lorsque l'intégralité de la lumière réfléchie est transmise à la surface d'au moins un capteur optique principal, puis affichée en temps réel ou en différé sur un écran miniature pouvant, mais ne devant pas nécessairement être intégré à l'Instrument. La taille et le poids de l'Instrument permettent une utilisation manuelle ainsi qu'une mise en service rapide.
Par rapport aux instruments commercialisés ou brevetés dans le même domaine d'application, cette invention fournit les solutions suivantes : • Intégration d'une unité de calibration (appelée ci-après l'Unité) pour un rendu colorimétrique exact, permettant une comparaison inter et intra Instrument. Les comparaisons inter Instruments sont les comparaisons entre mesures effectuées avec des Instruments différents, les comparaisons intra Instrument sont des comparaisons entre mesures effectuées avec le même Instrument, en des lieux, instants, et sur des sujets pouvant être différents. La calibration est obtenue en corrigeant les fluctuations de l'éclairage et des mesures dues, par exemple, au temps (âge) et à la température. A cette fin les coordonnées chromatiques de la lumière éclairante sont mesurées et des couleurs de référence, aux coordonnées chromatiques connues, imprimées sur une cible de calibration, sont utilisés. • Utilisation d'un support de calibration (appelé ci-après le Support) composé au moins d'une cible de calibration normalisée (appelée ci- après la Cible) et d'un élément de mémorisation (appelé ci-après la Mémoire) contenant les données chromatiques et structurelles correspondant aux couleurs (noir, blanc et niveaux de gris inclus) et structures imprimées sur la Cible, ainsi que potentiellement d'autres information utiles telles que la date de péremption ou de renouvellement, par exemple. Ce support peut-être amovible et changé à tout moment, sans influence sur le système, et ceci afin de prévenir la détérioration naturelle, avec les temps, de la surface sur laquelle sont imprimés les couleurs, ainsi que les couleurs elles-mêmes. Il est de petite taille, typiquement de la grandeur d'une carte de crédit.
• Utilisation du système de mesure pour la calibration de supports d'affichage des mesures, tels que par exemple écrans et imprimantes, sans recours à des moyens matériels supplémentaires. • Possibilité d'effectuer des mesures microscopiques et macroscopiques avec les mêmes instruments.
• Possibilité d'effectuer des mesures en parallèle aux observations directes (observation directe par l'œil du faisceau lumineux réfléchi par la surface inspectée). • Possibilité de fixer l'Instrument directement sur des loupes du domaine commercial sans modifier ou interférer dans les méthodes et procédures utilisées par les spécialistes. • Possibilité de communiquer sans fils, par ondes hertziennes, des données vidéo complètes, soit des séquences d'images acquises à intervalles réguliers, avec des résolutions spatiales et temporelles élevées. La sélection d'une ou plusieurs images à des fins diagnostiques peut ainsi se faire à un instant ultérieur à l'acquisition proprement dite. La transmission par ondes hertziennes peut se faire vers de multiples récepteurs, un écran et une station de traitement, par exemple. Finalement, l'utilisation de séquences d'images permet d'effectuer des opérations de restauration, par exemple en combinant temporellement plusieurs images en une seule afin d'augmenter le rapport signal sur bruit ou en combinent spatialement plusieurs images lorsque la taille de la lésion dépasse la taille maximale observable à l'aide de l'Instrument.
• Une base d'accueil (appelée ci-après la Base) pour l'Instrument lorsqu'il n'est pas en fonction doit permettre la recharge de la source d'alimentation de l'Instrument (appelée ci-après la Source) ainsi que la gestion de certaines, voir de toutes les étapes nécessaires à la calibration de l'Instrument, voir certaines opération de traitement d'images comme celles citées au point précédent. En particulier, un tiroir à insertion peut permettre l'introduction du support de calibration, ainsi que l'accès aux données visuelles et électroniques qu'il contient.
• La possibilité d'utiliser un écran miniature ou un écran de PC, par exemple, afin de permettre le positionnement rapide de l'Instrument en vue d'une acquisition numérique. Cette invention, contrairement aux inventions existantes et brevetées, fournit une solution complète au problème fondamental de la précision de mesures colorimétriques sur grande surface, telles qu'effectuées en photographie numérique, en permettant une calibration systématique, rigoureuse et indépendante de l'opérateur, évitant ainsi d'interférer avec l'application de base, soit l'inspection visuelle de surfaces.
A cela s'ajoutent de nombreux aspects innovants que sont, entre autres, (a) l'intégration dans un dispositif unique de multiples modes d'inspection (microscopique, macroscopique, directe, indirecte), (b) la génération de mesures colorimétriques calibrées les rendant indépendantes du système de mesure, (c) le stockage des données de calibration directement sur l'Unité de calibration, (d) l'autonomie de l'Instrument de par sa faible taille et son faible poids, et surtout de capacité de transmission des données par ondes hertziennes, (e) l'utilisation d'une Base d'accueil pour des tâches de traitement des données, de calibration et de recharge de la Source d'alimentation de l'Instrument, par exemple, et (f) l'utilisation du même dispositif optique pour l'inspection visuelle, les mesures, ainsi que la calibration d'appareils externes utilisés pour la reproduction des mesures, par exemple des écrans ou des imprimantes. Combiné avec un logiciel de contrôle, d'analyse et de traitement des mesures performant, ainsi qu'une mise en réseau des ressources et des données, cet Instrument sera unique en son genre.
1.4. Brève description des dessins
L'invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée qui va suivre en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 illustre l'Instrument, permettant les mesures colorimétriques, leur transmission hertzienne vers un récepteur, et éventuellement toute ou partie de leur calibration.
La figure 2 illustre la Base, permettant la recharge de la source d'alimentation de l'Instrument ainsi que la mesure de toutes ou partie des valeurs nécessaires à l'estimation des paramètres de calibration.
La figure 3 illustre le Support de calibration composé au moins d'une Cible de calibration elle-même composée de couleurs et/ou de niveaux de gris et/ou de structures de référence, ainsi qu'une Mémoire pour le stockage des valeurs colorimétriques et structurelles correspondantes.
La figure 4 illustre la bague d'adaptation pour l'observation macroscopique des surfaces à inspecter. La figure 5 illustre une réalisation de l'Instrument avec Support de calibration intégré. La figure 6 illustre la réalisation de l'Instrument avec transmission partielle de la lumière permettant l'observation et la mesure de manière simultanées, sans écran sur l'Instrument.
La figure 7 illustre la réalisation avec écran externe fixé au poignet de l'utilisateur.
La figure 8 illustre l'illustration de l'Inspection microscopique et de l'Observation macroscopique.
La figure 9 illustre l'utilisation de l'instrument de visualisation afin de calibrer des moyens d'affichage externes, tels qu'écrans et imprimantes.
1.5. Description détaillée de l'invention
Dans les différentes figures, les composants électroniques ainsi que leur emplacement, le modèle de Cible de calibration, etc., ne constituent que des exemples. Ces choix sont destinés à illustrer l'invention et ne limitent en rien la réalisation effective de l'invention. Le système de visualisation et de mesure comprend un Instrument de visualisation et de mesure tel qu'illustré à la figure 1 et une Base telle qu'illustrée à la figure 2.
L'Instrument est composé d'un ou plusieurs modules, dont par exemple : a. optique avec mise au point automatique. b. capteur optique principal et électronique de contrôle. c. unité de calibration incluant au moins une Cible normalisée et un moyen de mesure des coordonnées chromatiques de la source de lumière. d. élément de visualisation directe des mesures. Une réalisation du système complet est la combinaison d'un ou de plusieurs modules en un ou plusieurs éléments indépendants. L'exemple ci-dessous regroupe les modules cités ci-dessus en 4 éléments.
La Figure 1 montre l'Instrument de visualisation et de mesure. Dans cet exemple, il est composé de : - un module optique (1 ) avec système d'éclairage. Cette partie peut correspondre à un produit tiers.
- une source de lumière (2a), comme par exemples une diode, ponctuelle ou en réseau (multiples sources), intégré au module optique 1. - un ou plusieurs capteurs optiques secondaires (2b) (par exemple anneau de capteurs comme dans la Figure 1 ) relié(s) à un colorimètre ou tout autre moyen de mesure des coordonnées chromatiques de la lumière utilisée, permettant une mesure en temps réel des coordonnées chromatiques de la source d'illumination, dont les variations avec l'âge et la température peuvent influencer de manière significative l'aspect des couleurs.
- une surface d'application (3) intégrée au module optique (1 ).
- au moins un capteur optique principal (4) permettant des mesures colorimétrique ponctuelles, comme par exemple un capteur de type CCD ou CMOS.
- une ou plusieurs lentilles (5) permettant un grossissement fixe ou variable, intégré au module optique (1 ).
- un compartiment (6) contenant la Source d'alimentation, comme par exemple une pile rechargeable. - un ou plusieurs éléments de déclenchement manuel (7), comme par exemple des boutons poussoirs.
- un compartiment réservé à l'électronique de contrôle et de transmission par ondes hertziennes (8).
- un élément de mémorisation des données (9), de type EPROM par exemple.
- un écran miniature (10) de type LCD, par exemple, détachable de l'Instrument afin d'être calibré lorsque la calibration est effectuée à l'aide du même Instrument.
Le système peut disposer de multiples sources d'éclairage afin d'augmenter le spectre des mesures sans pour autant modifier la perception des couleurs chez le spécialiste. Par exemple, un opérateur habitué à une source de type Tungstène, plutôt faible dans les bleus, pourra faire ses observations avec une telle lumière, le système se commutant sur une lumière de type Xénon, par exemple, dont le spectre dans la lumière visible est plus homogène, au moment de l'acquisition. Ce procédé permet une fois de plus d'améliorer de manière notoire la qualité (précision et gamme) des données sans perturber l'opérateur dans son travail.
Bien que l'instrument de visualisation et de mesure microscope soit portatif, il est prévu qu'il puisse être fixé sur une armature fixe avec partie mobile, telle qu'une table avec bras manipulable, par exemple. Des connecteurs mécaniques externes peuvent être prévus à cet effet.
Une connexion câblée peut être prévue en parallèle au système de transmission sans fil, pour des tâches de maintenance, par exemple.
L'Instrument doit avoir une structure ergonomique permettant une prise ne main facile et agréable. L'exemple de la Figure 1 est doté d'une structure simplifiée à titre d'illustration uniquement.
La Figure 2 montre un exemple de Base. Celle-ci est composée de :
- un compartiment pouvant contenir des composants électroniques (11 ).
- un emplacement pour l'Unité de calibration (12) si celle-ci est intégrée à la base, comme un tiroir d'insertion par exemple. - un élément de lecture des informations stockées dans la Mémoire de l'Unité de calibration (13), si celle-ci est intégrée à la Base.
- un capteur optique secondaire (14) relié à un colorimètre ou tout autre moyen de mesure des coordonnées chromatiques de la lumière utilisée, si celui-ci est intégré à la base. - un connecteur câblé (15) pour relier la base au récepteur final, un PC par exemple.
- des connecteurs métalliques (16) permettant de recharger l'Instrument lorsque celui-ci est stationné dans la Base.
- différent profiles de guidage (17) pour le maintien de l'Instrument dans la Base. La base peut également comprendre des moyens de communication avec l'instrument afin de synchroniser les informations, en particulier pour la calibration. Ces moyens de communication peuvent être de type par liaison galvanique ou sans fil. Ceci est particulièrement important lorsque l'instrument est en charge de la calibration, sans l'aide d'un ordinateur externe. Les données contenues dans la Mémoire de la cible de calibration de la figure 3 sont alors lues par l'instrument et utilisés pour une calibration précise.
Ces moyens de communications peuvent être également utilisés pour la communication entre l'instrument et un ordinateur, via la base. La figure 3 montre une réalisation possible de l'Unité de calibration. Elle est composée de :
- une Cible de calibration normalisée (18), comme par exemple des échantillons de couleur ou de niveau de gris (cibles MacBeth ou IT8.7, par exemple), ou encore des éléments géométriques (cible USAF-1951 , par exemple).
- une Mémoire pour le stockage des données chromatiques et/ou géométriques des échantillons et/ou structures (19) présents sur la Cible, comme par exemple une bande magnétique ou une puce électronique. Cette puce peut être lue grâce à des contacts, par exemple selon la norme ISO 7816 ou par une connexion sans fil par exemple selon la norme ISO
14443. Cette Mémoire comprend un fichier de correction produit lors de la phase finale de production afin de compenser les erreurs dues à la fabrication. Une calibration précise va tenir compte de ces facteurs de correction lors de la mesure sur la cible de calibration. La puce électronique pourra également stocker une date de renouvellement de la cible de calibration.
- une ouverture (20) sur un capteur secondaire permettant la mesure des coordonnées chromatiques de la lumière utilisée, si celui-ci est situé en dessous de la cible de calibration. La figure 4 montre le quatrième élément du système. Cet élément optique permet de passer de l'Inspection microscopique à l'Observation macroscopique. Il est composé de : - la partie optique (21 ) composée d'au moins une lentille.
- d'un système de mise au point automatique (22).
- d'une bague d'adaptation (23) avec connecteurs intégrés pour le contrôle de la mise au point. Une réalisation de l'Instrument peut tout à fait inclure directement le quatrième élément du système.
La Figure 5 montre un exemple de réalisation lorsque l'Unité de calibration est intégrée à l'Instrument. Les composants supplémentaires sont placés à côté et sous le capteur optique principal (24a) et le ou les capteurs secondaires (24b): un barillet rotatif (25) supporte l'Unité de calibration composée d'une cible de calibration (26) et, si nécessaire, un ou plusieurs éléments optiques tels que des lentilles (27). Un miroir (28) placé manuellement ou automatiquement sous le module optique (29) doit permettre la réflexion de la lumière afin d'en mesurer les coordonnées chromatiques. Les éléments (6) à (10) de la Figure 1 sont toujours présents dans cette réalisation.
La figure 6 montre un exemple de réalisation où l'écran (10) de la Figure 1 est remplacé par un module optique permettant de scinder la lumière réfléchie par la surface inspectée en une partie transmise, pour inspection visuelle directe par l'utilisateur, et une partie réfléchie sur le(s) capteur(s) pour les mesures colorimétriques. Les éléments (1 ) à (9) sont identiques à ceux de la Figure 1. L'écran est remplacé par un ou plusieurs éléments optiques (tels que lentille, vitre, par exemple) (30). La lumière réfléchie par la surface inspectée est scindée en deux parties pas nécessairement de même intensité par un séparateur de faisceau (31 ), par exemple. Lorsque l'écran n'est pas intégré à l'Instrument un écran externe peut-être utilisé, comme par exemple un écran d'ordinateur. La Figure 7 montre une possibilité de réalisation ou un écran (32) est fixé au poignet (33) de l'utilisateur par un moyen de fixation (34), par exemple une fixation textile adhésive Velcro. Les images sont transmises à l'écran par ondes hertziennes. La Figure 8 illustre l'utilisation du microscope pour l'Inspection microscopique (35) et l'Observation macroscopique (36). Afin de garantir l'exactitude des mesures tant au niveau de leur valeur qu'au niveau de leur représentation, les supports usuels utilisés afin de reproduire les mesures colorimétriques, comme par exemple un écran ou une feuille de papier par impression, doivent également être calibrés afin de garantir une correspondance exacte entre l'observation directe et indirecte (ou différée).
La Figure 9 illustre un exemple d'utilisation de l'instrument de visualisation (37) à cette fin: celui-ci peut-être placé contre l'écran (38), ici celui du PC, et retenu à l'aide d'une bague de fixation (39), elle-même retenue à l'écran par des courroies de fixation (40), par exemple. Une fixation par ventouses, par exemple, est tout à fait envisageable. Diverses couleurs (41 ) sont affichées sur l'écran et les valeurs mesurées par l'instrument de visualisation (37) sont utilisées afin de corriger les valeurs effectivement affichées en fonction des valeurs attendues. Il est entendu qu'un logiciel ou un module spécialisé contiendra les algorithmes nécessaires afin d'effectuer une telle calibration et d'en contrôler le déroulement. Le même procédé est appliqué à la calibration d'un moyen d'impression, par exemple une imprimante pour PC (42), l'instrument de visualisation (43) étant appliqué directement sur la surface imprimée (44). A noter que dans le cas d'un écran une source lumineuse externe n'est pas nécessaire, alors que dans le cas d'une feuille de papier une source lumineuse externe est nécessaire.
La calibration des mesures peut mais ne doit pas nécessairement avoir lieu au niveau du microscope ou de la base. La calibration peut avoir lieu au niveau du récepteur final, par exemple dans un logiciel fonctionnant sur un PC. Une autre alternative aux exemples de réalisation donnés ci-dessus est l'intégration de tous les éléments optiques dans l'Instrument, y compris la source de lumière, permettant l'Inspection microscopique et l'Observation macroscopique sans adjonction de pièce optique.

Claims

Revendications
1. Système de visualisation et de mesure pour surfaces cutanées comprenant un instrument de visualisation et de mesure et une base permettant une utilisation en multi-modes soit microscopique ou macroscopique, directe ou indirecte, comprenant au moins une source de lumière (2a) et un capteur optique (4), caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur secondaire (2b) placé de sorte à recevoir la lumière de la source de lumière (2a) et permettant de mesurer les coordonnées chromatiques de la source de lumière, et comprenant des moyens de calibration de l'image acquise par le capteur optique principal compte tenu des données du ou des capteurs secondaires (2b).
2. Système de visualisation et de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le ou les capteurs secondaires sont placés dans l'instrument de visualisation et de mesure.
3. Système de visualisation et de mesure selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le ou les capteurs secondaires sont placés dans la base, ladite base comprenant des moyens de communication avec l'instrument de visualisation et de mesure pour la coordination de la calibration.
4. Système de visualisation et de mesure selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend une cible de calibration (12, 26) placé temporairement dans l'axe du capteur optique principal (4).
5. Système de visualisation et de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cible de calibration est placée dans la base.
6. Système de visualisation et de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la cible de calibration est placée dans l'instrument, un dispositif rotatif permettant de le placer temporairement dans l'axe du capteur optique principal (4).
7. Système de visualisation et de mesure selon les revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la cible de calibration comprend une image de calibration et une Mémoire, par exemple une puce électronique, contenant les coordonnées chromatiques des couleurs composant la cible de calibration, ces données étant utilisées pour corriger les couleurs mesurées par le capteur optique principal lors de l'acquisition de l'image de calibration.
8. Système de visualisation et de mesure selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la Mémoire comprend de plus au moins une date de renouvellement de ladite cible de calibration.
9. Système de visualisation et de mesure selon les revendications 4 à 8, caractérisé en ce que la cible de calibration est montée de manière amovible sur ledit système.
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