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EP1470529A1 - Procede et dispositif a faible resolution d'acquisition pour le controle d'un ecran d'affichage - Google Patents

Procede et dispositif a faible resolution d'acquisition pour le controle d'un ecran d'affichage

Info

Publication number
EP1470529A1
EP1470529A1 EP02796916A EP02796916A EP1470529A1 EP 1470529 A1 EP1470529 A1 EP 1470529A1 EP 02796916 A EP02796916 A EP 02796916A EP 02796916 A EP02796916 A EP 02796916A EP 1470529 A1 EP1470529 A1 EP 1470529A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
camera
screen
pixels
spatial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02796916A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Leroux
Véronique GIBOUR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eldim
Original Assignee
Eldim
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eldim filed Critical Eldim
Publication of EP1470529A1 publication Critical patent/EP1470529A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09G—ARRANGEMENTS OR CIRCUITS FOR CONTROL OF INDICATING DEVICES USING STATIC MEANS TO PRESENT VARIABLE INFORMATION
    • G09G3/00—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes
    • G09G3/006—Electronic inspection or testing of displays and display drivers, e.g. of LED or LCD displays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/1306—Details
    • G02F1/1309—Repairing; Testing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4053—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting based on super-resolution, i.e. the output image resolution being higher than the sensor resolution
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T3/00—Geometric image transformations in the plane of the image
    • G06T3/40—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting
    • G06T3/4084—Scaling of whole images or parts thereof, e.g. expanding or contracting in the transform domain, e.g. fast Fourier transform [FFT] domain scaling

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for controlling display screens. It aims to control screens, in particular with a view to establishing the number of their defective pixels, and possibly locating these pixels.
  • the invention applies to any type of screen capable of displaying a test pattern or a set of periodic or pseudo-periodic patterns.
  • the invention finds applications in particular for quality control. Knowing the number of defective pixels on a display screen makes it possible to determine its destination or commercial value. The location of the defective pixels allows' also possible repair of the screen or a correction of the screen manufacturing process.
  • an important control parameter for display screens is that of the existence or not of defective pixels, as well as their location on the screen.
  • the presence of faults can prove to be prohibitive.
  • the detection of a systematic defect on a series of screens produced one after the other can be the sign of an imperfection affecting a tool such as a screen or photolithography mask.
  • abnormally lit faults correspond to pixels of the screen which have a display state when they are not requested by any ignition command.
  • Abnormally extinguished faults correspond to pixels on the screen which do not have a display state despite their being requested by a control signal.
  • the location of the faults of a screen can generally take place by imposing on the screen a certain display state and by comparing the display state actually obtained with the desired display state. This operation can take place by automatically analyzing one or more images of the screen, supplied by an electronic camera.
  • Electronic camera means a camera presenting a set of photosensitive pixels which deliver an electronic signal in relation to the lighting received by the pixels. The electronic signal can then be used in computing equipment.
  • the camera is, for example, a camera of the charge coupled type (CCD Charge Coupled Device).
  • Document (4) describes a control device in which the definition of the camera can be chosen to be less by a factor of 1.5 than that of the screen to be monitored, but a fixed size ratio must exist between the pixels of the screens to be monitored and the pixels of the camera. This fixed size ratio, which is very restrictive in the positioning of the screen, also requires the use of a relatively high definition camera and excellent quality optics (very low distortion).
  • Document (5) describes an interpolation control device in which a large number of test patterns are displayed to test a screen from a single acquisition. In addition to an analysis time which becomes long due to the high number of test patterns to be displayed (25 to 49), the device has the drawback of not detecting abnormally lit faults and of being disturbed by such faults.
  • Document (6) describes a control device in which a camera of higher definition than that of the screen tested is used. The cost of such equipment is very high.
  • the object of the invention is to propose a method and a device for controlling display screens which do not present the difficulties and limitations of the methods and devices mentioned above.
  • One aim is in particular to propose a method and a device making it possible to use a camera with a resolution significantly lower than that of the screen to be controlled.
  • Another aim is to authorize a continuous and automatic control of screens at the end of production, so as to assess their characteristics.
  • Yet another object is to be able to locate, quickly and precisely, abnormally extinguished faults, as well as abnormally lit faults.
  • An additional aim is to propose a process which is very stable and therefore not very sensitive to operating conditions.
  • the invention more specifically relates to a method for controlling a display screen comprising the following steps: a) controlling the screen to be checked in order to display at least one test pattern having at least one spatial period P, b) the acquisition of a succession of simple images of the target by means of an electronic camera having a definition lower than the definition of the screen to be checked, the successive simple images having respectively an offset, c) the construction of an oversampled image (S) of the target from simple images, d) the calculation of certain spectral components of the oversampled image by means of a first Fourier transform, e) the compensation spectral alterations resulting from the preceding steps by suppression and / or weighting of spectral components, f) the calculation of spatial components of a new image of the target, by means of a second Fourier transform of the spectral components resulting from step e), g) the analysis of the new image.
  • the term “electronic camera” means a camera, such as a CCD camera, delivering an electronic signal capable of being processed by a computer. It should in fact be noted that steps c) to g) of the method preferably take place in a computer, for example by a program executed in a microcomputer.
  • the method of the invention not only makes it possible to provide a final image with a resolution higher than that of the camera, usable for evaluating the display screen, but also makes it possible to sort among the information acquired that which corresponds to the displayed pattern and those which result from parasitic phenomena.
  • an oversampled image of the target can take place by interlacing single images. It makes it possible to form an oversampled image which contains more information than each of the simple images, initially captured by the camera. In both cases, the oversampled image is formed by more pixels than the single images taken individually.
  • the spatial sampling step ⁇ s of the oversampled image is in fact finer than that of the pixels of the camera.
  • the relative sampling step of the camera whose pixels are assumed to be square for simplification, is denoted ⁇ C c D in the following text.
  • the pixel size of the camera can be different from the distance between two pixels (no CCD sampling) or CCD period noted XC CD ) • This occurs when the pixel filling rate is less than 100%, that is to say when there are non-photosensitive dead zones between the pixels of the camera. This case is found in particular in CCD cameras with an anti-bloo ing device.
  • Interlacing can be summarized by the simple interleaving juxtaposition of the pixels of the different successive images acquired by means of the camera.
  • the construction of the oversampled image from the pixels of the simple images can also be more complex.
  • Each pixel of the oversampled image can be constructed from one or more pixels of the simple images, with a determined weighting.
  • it is possible to adjust by calculation, during step c) the spatial step t s of the oversampled image so that the product Nt s is a multiple of the spatial period of the target displayed on the screen (x s N kP).
  • the spatial step ⁇ s is adjusted so that a period of the spectrum is sampled by an integer number of points.
  • the value N corresponds to the number of spatial samples retained in the oversampled image to perform the first Fourier transform.
  • the spatial step ⁇ s can be defined as the ratio of the period of the pixels of the camera (XCC D ) (in a direction considered) to the number of single images of the succession of images (in the same direction).
  • the choice of the pixels of the initial images, retained for the interleaving, and the weighting of the calculation of the pixels of the oversampled image, can also be adapted to introduce an offset, a rotation and / or a modification of the sampling step. ( ⁇ s ) of the oversampled image.
  • the weighting makes it possible, for example, to correct the spatial sampling pitch ⁇ s of the oversampled image or to correct defects in centering or parallelism of the image of the screen formed on the camera.
  • a setting of the oversampled image can in this way correct any misalignments between the screen to be checked and the camera. More precisely, a correction by calculation can be carried out to substantially align the center of an image of the screen to be checked with the center of the camera and / or to align at least one edge of the image with an edge of the camera and / or to correct or compensate for an optical distortion of an optical system associated with the camera.
  • the above operations can be facilitated by a voluntary simulation on the screen of a plurality of defective pixels, of known coordinates, to form a calibration mark. As For example, abnormally extinct faults can be added to the test pattern.
  • a timing mark can also be formed from abnormally lit pixels, intentionally displayed.
  • Image registration and alignment are operations which, like other operations examined in the rest of the text, are not essential, but contribute to obtaining a better final image for localization. specifies faults.
  • the method can comprise controlling pixels of the screen simulating faults on a line and / or a column of the test pattern, and modifying the phase of the spectral components, so as to make it symmetrical around a value 1 / 2P the phase of the spectrum recorded for said row and / or column.
  • the calibration operations mentioned above are not critical for the implementation of the method.
  • the calibration makes it possible to reduce the spatial extension of a defect on the new image obtained at the end of step f) of the method.
  • a minimum spreading of the information is in fact obtained by calculating the samples of the second Fourier transform, preferably the inverse Fourier transform, for points on the screen capable of coinciding with pixels, lit or not.
  • NX S exact of the spatial period "P of the target, x s being the spatial sampling step ' of the oversampled image.
  • the spatial resolution of the oversampled image is simply defined. as the ratio of the period of the pixels of the camera by the number of images of the succession of images.
  • the pixels of the camera are in the form of squares. In the case of pixels of rectangular shape, or other, it would be possible by the occurrence of taking into account the dimensions of the pixels in the offset direction (s) of the successive images.
  • Another measure, still capable of being retained to improve the sharpness of the new image obtained at the end of step f), consists in artificially creating spectral harmonics of high order before this step. This can take place by performing a replication of the spectral components obtained at the end of step e). For a pattern of period P, the spectral components are replicated a number of times equal to P, preferably.
  • the. spatial periods of the target displayed on the screen can also be determined depending on the size of the pixels of the camera.
  • a test pattern presenting- can be displayed on the screen. in two directions x and y of periods P x and P y such that:
  • RX and T Ry represent the dimensions of an integration window for a pixel of the camera and e__ and £ y small safety margins.
  • the conditions are required to adapt the calculation of the spectral samples as a function of a spatial period of the target, as indicated above, and that the calibrations are correctly compensated, the restitution of the abnormally extinguished defects in the new image obtained at the end of the process , has the best sharpness.
  • abnormally extinct faults are detected on a line or a column of the test pattern formed by lit pixels. The location of these defects therefore falls within the period for which the calculations, and in particular the Fourier transform calculations, are optimized. Abnormally extinguished faults are thus restored with the best possible clarity in the new image obtained.
  • the abnormally lit defects which are offset with respect to the pattern, undergo a less optimized treatment.
  • the abnormally lit fault thus presents a spatial spread in the new image which is greater than that of the abnormally quitted faults.
  • Spatial spreading can be reduced by recalculating an exact position of abnormally lit faults from a barycentric combination of two or more contiguous pixels of the new image whose intensity exceeds a threshold that allows them to be assimilated to resulting pixels of such a defect.
  • a barycentric calculation can also take place for abnormally extinct pixels.
  • their spatial spread is reduced by a calculation taking into account pixels whose intensity exceeds by lower values a determined threshold.
  • a reduction in the spatial spread of the defects in the new image can also be obtained by acting on the phase of the spectral components corresponding to these defects.
  • the method can thus comprise, in particular for the abnormally lit pixels, the following additional operations: i) the selection of a region of the new image surrounding a defective pixel, ii) the calculation of spectral components of this region by means of a Fourier transform, iii) the adjustment of the spectral components by adding a phase correction term tending to make the phase symmetrical for the selected region, iv) the calculation of new spatial components by means of a Fourier transform , preferably vice versa, to form a new image of the region, v) establishing the coordinates of the fault from the new image of the region.
  • the invention also relates to a control device with which the above method is likely to be implemented.
  • the device includes:
  • FIG. 1 is a simplified schematic representation of a device according to one invention.
  • FIGS. 2 to 4 are schematic representations of parts of a screen to be checked and indicate different relationships between the pixel size of an image capture camera, and a period of a test pattern displayed on the screen.
  • FIG. 5 to 9 are schematic representations of parts of a screen to be checked and illustrate shifted shots.
  • FIG. 10 illustrates the construction of an oversampled image from simple images.
  • FIG. 11 is an arbitrary scale representation of a spectrum corresponding to a periodic pattern.
  • FIG. 12 is a schematic representation of timing constraints and alignment of one image of the screen relative to the camera.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention.
  • This essentially comprises a table 10 for receiving a display screen E, a camera 12 and a microcomputer 14 connected to the camera for processing images supplied by the latter.
  • the camera 12 is, for example, a CCD type camera, cooled so as to limit the noise.
  • the camera has a resolution which can be lower than that of the screen E, which in this case results in a total number of pixels which can be lower than that of the screen.
  • the camera is mounted mobile along a vertical rail 16 so as to allow adjustment of the distance from the camera to the screen. She is too provided with a lens 18 making it possible to adjust the focus and possibly a magnification ratio of the screen image.
  • the objective 18 is used to form on the camera an image of the screen, or of a test pattern which is displayed there.
  • the device comprises one or more separate means for authorizing the taking of a succession of slightly offset views of the screen E.
  • These means can be means for translating the table in a plane perpendicular to the optical axis of the camera, so as to allow relative movement of the table and the camera between each shot.
  • the offsets and movements of the table 10 along the two axes x and y can be caused in a controlled manner by control jacks 20 controlled by the computer 14. Movements of greater amplitude can also be performed manually.
  • the offset between ... successive shots along the two, axes y and y can also be produced by means of a transparent blade 22 with parallel faces, pivotally mounted in the field of the camera.
  • the rotation of the blade effectively causes an offset of the screen image on the camera.
  • the blade 22 is rotated along at least one of the two axes x and y by a motor means, not shown, controlled by the computer 14. It is also possible to use two separate blades each movable around a different axis of rotation.
  • the screen is controlled to display a periodic pattern therein, for example, by a periodic display of lit pixels.
  • the screen can be controlled by the computer 14 or by any other device integrated or not on the screen.
  • FIGS. 2 to 4 each represent a part of a color screen with strip structure.
  • the pixels 30, corresponding to the colors red green and blue, are respectively indicated by the letters R, G and B.
  • the pixels 30 have different dimensions in two directions marked ... with the arrows x and y in the figures. It is observed, moreover, that the red green and blue pixels are arranged respectively • columns in the y direction. It should however be made clear that such an arrangement is not essential. Any other arrangement of pixels, orthogonal or not, can be checked, provided that the screen allows the display of at least one periodic or pseudo-periodic test pattern.
  • the pixels can have rectangular, square, triangular or other shapes.
  • a square 32 indicates, by way of example, a region of the screen seen by a pixel of the camera. In the rest of the text, such a region is assimilated, by abuse of language, to a camera pixel. A single pixel 32 is shown for reasons of simplification.
  • the relative size of the screen image and the pixel of the camera is such that the pixel 32 of the camera integrates the light information coming from several pixels 30 of the screen. This is because the resolution of the camera is lower than that of the screen.
  • each pixel 32 of the camera "sees" about three pixels from the screen.
  • the pixels of the camera are not necessarily contiguous. They can be separated by borders that are not sensitive to light. The loss of information due to the borders can perfectly be compensated by the multiplication of shots of the screen.
  • Each pixel 32 of the camera integrates all or part of the light coming from 12 pixels of the screen. It can be seen in FIG. 3 that the size of the pixels of the camera does not coincide necessarily with a multiple of the screen pixel size. Thus, the contribution of an individual pixel of the screen can be variable.
  • test pattern chosen is that of FIG. 3.
  • each pixel of the screen can be tested at least once in each of its two states: on and off.
  • the period of the target is greater than 2 in a given direction
  • each pixel is tested once in its on state and (P-1) times in its off state.
  • the method comprises the acquisition of a plurality of images having respectively an offset.
  • the offset may a priori be greater than the size of a pixel of the camera, it is preferable, in particular to facilitate the subsequent step of interlacing, to make small shifts, less than the size of a pixel of the camera. More generally, the offset can be chosen so as to be different from the relative distance between two pixels of the camera. The shift between successive images can take place in any direction. Here again, however, it is preferable to provide an offset in one of the x or y directions parallel to the arrangements of the screen pixels.
  • Figures 5 to 9, described below illustrate the acquisition of a plurality of images. Unlike the previous figures, several pixels 32 of the camera are represented.
  • Figures 5 and 6 show an offset, substantially along the x axis, between two successive images captured by the camera.
  • the images are taken for a screen on which a test pattern conforming to FIG. 3 is displayed.
  • Figures 7, 8, and 9 give a second example in which the pixel pitch is always equal at 5.5 and in which the oversampling rate is equal to 3.
  • the spatial step in the direction x is then
  • the simple image acquisition operation is followed by an oversampled image construction operation.
  • This can be summarized by the simple interleaving juxtaposition of the pixels of the simple images previously captured. Interleaving can also be much more complex, and each pixel of the oversampled image can be reconstructed from a single or a plurality of pixels from the single images. Rotations, offsets, aspect ratios or other corrections can thus be made to the oversampled image.
  • the index x is here eliminated because the spatial step is not necessarily in the direction x.
  • FIG. 10 A particularly simple """" example of interleaving is illustrated in FIG. 10. It is considered that there are eight images of a screen having made three shifts in an x direction and one shift in a y direction. The images are marked with references indicating the rows and columns in the following form I (T S / X ; T s , y ) where T s , x and T s , y indicate the shifts along the x and l axis y axis, respectively.
  • Each of the eight images presents a low definition of 4x3 pixels.
  • the pixel (0,0) of the oversampled image is given by the pixel (0,0) of image 1 (0,0)
  • the pixel (0,1) of the image on -sampled is given by the pixel (0.01) of image 1 (0.1)
  • the pixel (1.0) of the oversampled image is given by the pixel (0.0) of the image 1 (1.0)
  • the pixel (T s , y , 0) of the oversampled image is given by the pixel (1.0) of image 1 (0.0)
  • the pixel (0 , T S / X ) of the oversampled image is given by the pixel (0.1) of image 1 (0.0). . ...
  • the construction of the oversampled image can also use a weighted interlacing.
  • the pixel (0,0) of the oversampled image S can result from a linear combination of contribution of the pixels (0,0) - from the initial images 1 (0,0), 1 (0,1 ) and 1 (1.0) ..
  • the oversampled image is used to establish the spectrum by Fourier transform.
  • the calculation is a discrete calculation on the discrete values corresponding to the pixels of the oversampled image
  • FIG. 11 shows, in a simplified manner, a continuous spectrum, with symmetry on the axis at 0.
  • FIG. 11 shows an ideal continuous spectrum F corresponding to a periodic pattern displayed, on a flawless screen.
  • the spectrum F presents a periodic succession of principal dominant lines, characteristic of the conversion of a periodic image.
  • a consistent spectrum in FIG. 11 is however not obtained by the Fourier transform of the real image of a screen.
  • the spectrum is affected by a number of parasitic phenomena.
  • a first parasitic phenomenon known in itself is the spectral aliasing due to the periodic nature of the target and of the acquisition system (camera). It results in a beat phenomenon characterized by the appearance in the spectrum of parasitic lines centered on a fundamental or harmonic frequency of l / x s .
  • the parasitic lines not shown in the figure for reasons of clarity, can be eliminated by a suitable selective filtering. As the position of the parasitic lines is dictated by the pitch of the displayed target, their occurrence is predictable and their elimination is easy.
  • the parasitic lines indeed correspond to frequencies f such that:
  • k and n denote natural numbers and P denotes the spatial frequency of the target.
  • the spatial frequency is considered only in one direction to simplify the illustration.
  • Another phenomenon affecting the spectrum is a modulation of the latter due to the necessarily non-zero width of the pixels of the display screen.
  • This phenomenon can be characterized by a transfer function, of the cardinal sinus type, indicated by the reference B in FIG. 11.
  • Another transfer function C also in the form of a cardinal sine (sinx / x) translates a low-pass filtering phenomenon induced by the camera which also has pixels of non-dimensional nothing.
  • Other transfer functions characterize the influence on the spectrum of the acquisition system as a whole, including in particular the optical equipment. The influence of the acquisition system is manifested in particular for the high frequency components of the spectrum.
  • the alterations can be compensated from the transfer functions, which are known or which can be previously established for the acquisition system. Indeed, the function F is restored, at least in part, by dividing the real spectrum, obtained by Fourier transform, by the corresponding values of the transfer functions (B and C in the example of FIG. 11).
  • the compensation is not performed for the entire spectrum but is preferably limited to the components of the spectrum corresponding to the smallest spectral period of the target centered at 0 (zero).
  • the selection of this least degraded part of the spectrum can be obtained by a windowing operation.
  • the windowing makes it possible to select a part I P of the spectrum indicated in FIG. 11, which is preferably located before the first zero of a transfer function to avoid the amplification of parasitic phenomena during the division mentioned above.
  • the selected part corresponds, for example, to a spectral period centered at zero.
  • a new image, in the spatial domain, is obtained by a second Fourier transform carried out after the compensation for the alterations mentioned above.
  • the second Fourier transform can be made on the part of the spectrum selected by the windowing or possibly, on a spectrum reconstructed by replication of the pattern corresponding to the window. Replication amounts to creating spectral harmonics.
  • the number of replications is preferably equal to the pitch P of the target.
  • the new image is then optionally used to identify defective pixels on the screen.
  • the first Fourier transform takes place on a number of samples N which depend on the previously constructed oversampled image.
  • the discrete Fourier transform gives a number N of spectral samples distributed from a frequency 0 to 1 / x s .
  • the information contained in the image is reproduced optimally, that is to say with a minimum spatial (or spectral) spreading when one of the first and second Fourier transforms is carried out with a sampling step adapted to that of the target period.
  • the analysis of the image can be optimized when at the time of the acquisition of the initial images the screen occupies a determined position relative to the camera.
  • the relative position of the screen and the camera is chosen so that the image of the center of the screen coincides substantially with the center of the pixel matrix of the camera.
  • the position is also ideally chosen to make the edges of the screen image and those of the camera matrix parallel.
  • Different screen positioning faults are shown in FIG. 12. This shows the sensitive surface 40 of a camera and the image 42 of a screen, formed on the sensitive surface.
  • the reference di indicates an offset between the centers of the image and of the sensitive surface of the camera.
  • the reference d 2 indicates an offset between the first corner pixel 30 of the screen image and a pixel 32 of the camera.
  • ⁇ indicates an interframe rotation angle marking a lack of parallelism.
  • a few pixels 30 of the screen image and a single pixel 32 of the camera are only shown. The size of these pixels is further exaggerated.
  • FIG. 12 finally shows another defect in restitution of the image which presents a barrel deformation due to the optics. This is indicated in broken lines
  • Positioning faults do not prevent control of the screen but are likely to affect the quality of the final image obtained.
  • position adjustments can be made directly by means of the jacks 20 described with reference to FIG. 1.
  • An automatic correction can then be provided during image processing.
  • the inter-frame rotation angle, the distortion of the image and possibly the offsets di and d 2 can be corrected during the construction of the oversampled image.
  • the offsets can be compensated by a corresponding offset of the pixels of the simple images taken into account for the calculation of a pixel of the oversampled image. Correction is facilitated by the voluntary display of several abnormally extinguished or abnormally lit faults on the screen. These then constitute a positioning benchmark.
  • phase correction term is adjusted until the phase of the spectrum is symmetrical around the half-period P of the target displayed on the screen.
  • the final image can then be used to detect abnormally lit pixels among the extinct pixels or to detect abnormally lit pixels among the lit pixels. This can take place by means of the computer 14 indicated in FIG. 1. Brightness thresholds are then fixed, below which or above which a pixel can be considered as defective. Optionally, a prior normalization of the brightness of the pixels can also be carried out to correct variations affecting large areas of the screen.
  • Defective pixels can be simply counted, or located by recording their coordinates in the final image.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle d'u n écran d'affichage avec : - des moyens de commande (14) de l'écran (E) d'affichage pour afficher sur l'écran une mire, - des moyens (18) de formation d'une image de la mire sur une caméra élect ronique (12) présentant une résolution inférieure à une résolution de l'écran d'affichage, - des moyens (10, 20, 22) de décalage de l'image de la mire sur la caméra et - des moyens d'analyse (14) d'une pluralité d'images décalées fournies par la caméra pour localiser des pixels défectueux de l'écran d'affichage.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF A FAIBLE RESOLUTION D ' ACQUISITION POUR LE CONTROLE D ' UN ECRAN D ' AFFICHAGE
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif et un procédé de contrôle d'écrans d'affichage. Elle vise le contrôle des écrans, notamment en vue d'établir le nombre de leurs pixels défectueux, et éventuellement de localiser ces pixels. L'invention s'applique à tout type d'écran susceptible d'afficher une mire ou un ensemble de mires périodiques ou pseudo-périodiques.
L'invention trouve des applications notamment de contrôle de qualité. La connaissance du nombre de pixels défectueux d'un écran d'affichage permet d'en fixer la destination ou la valeur commerciale. La localisation des pixels défectueux permet' également une éventuelle réparation de l'écran ou une correction du processus de fabrication des écrans.
Etat de la technique antérieure
L'état de la technique est illustré par les documents (1) à (7) dont les références complètes sont indiquées à la fin de la présente description.
Comme évoqué précédemment, un paramètre de contrôle important pour les écrans d'affichage est celui de l'existence ou non de pixels défectueux, de même que leur localisation sur l'écran. Dans des domaines particuliers d'utilisation d'écrans d'affichage, tels que ceux de la surveillance aérienne ou de l'imagerie médicale, la présence de défauts peut s'avérer rédhibitoire . Par ailleurs, la détection d'un défaut systématique sur une série d' écrans fabriqués les uns à la suite des autres, peut être le signe d'une imperfection affectant un outil tel qu'un masque de sérigraphie ou de photolithographie.
Enfin, certains écrans sont pourvus de circuits de commande redondants et autorisent, dans une certaine mesure, la correction d'un défaut. La correction requiert toutefois la localisation exacte du défaut.
Parmi les défauts qui peuvent affecter un écran d'affichage, on distingue généralement les défauts dits anormalement allumés et les défauts anormalement éteints. Les défauts anormalement allumés correspondent à des pixels de l'écran qui présentent un état d'affichage alors qu'ils ne sont sollicités par aucune commande d'allumage. Les défauts anormalement éteints, en revanche, correspondent à des pixels de l'écran qui ne présentent pas d'état d'affichage en dépit de leur sollicitation par un signal de commande.
Pour certains écrans il est possible, de façon accessoire, de transformer des défauts anormalement allumés en défauts anormalement éteints, dans la mesure où des défauts anormalement éteints sont considérés comme étant moins gênants.
La localisation des défauts d'un écran peut avoir lieu de façon générale en imposant à l'écran un certain état d'affichage et en comparant l'état d'affichage réellement obtenu à l'état d'affichage souhaité. Cette opération peut avoir lieu en analysant de façon automatique une ou plusieurs images de l'écran, fournies par une caméra électronique. On entend par caméra électronique, une caméra présentant un ensemble de pixels photosensibles qui délivrent un signal électronique en rapport avec l'éclairage reçu par les pixels. Le signal électronique est alors exploitable dans un équipement de calcul . La caméra est, par exemple, une caméra du type à couplage de charges (CCD Charge Coupled Device) .
On comprend aisément que, pour contrôler un écran de résolution donnée, il convient de disposer d'une caméra de résolution au moins égale, voire supérieure. Cette condition est en effet nécessaire, a priori, pour localiser exactement les défauts dans l'image de l'écran.
Il s'avère cependant qu'en raison d'une résolution toujours croissante des écrans, et donc des caméras de contrôle, le coût des équipements de test devient très élevé.
Un certain nombre de travaux ont cherché à obtenir des images de plus haute définition à partir de clichés à basse résolution. On peut se référer à ce sujet aux documents (1) à (3) mentionnés ci-dessus. Ces techniques dites de "super-résolution multicanal" ont surtout cherché à résoudre les problèmes de sensibilité au bruit et/ou aux conditions opératoires au détriment de la précision du résultat. De plus, l'amélioration de la robustesse des traitements en a accru la complexité et la lourdeur. Ces techniques s'avèrent ainsi peu appropriées pour le contrôle et notamment le contrôle en série d'écrans d'affichage.
Le document (4) décrit un dispositif de contrôle dans lequel la définition de la caméra peut être choisie inférieure d'un facteur 1,5 à celle de l'écran à contrôler, mais un rapport de taille fixe doit exister entre les pixels des écrans à contrôler et les pixels de la caméra. Ce rapport de taille fixe, très contraignant dans le positionnement de l'écran, impose de plus l'utilisation d'une caméra à relativement haute définition et une optique d'une excellente qualité (très faible distorsion) .
Le document (5) décrit un dispositif de contrôle à interpolation dans lequel un grand nombre de mires sont affichées pour tester un écran à partir d'une acquisition unique. Outre un temps d'analyse qui devient long en raison du nombre élevé de mires à afficher (25 à 49) , le dispositif présente l'inconvénient de ne pas détecter les défauts anormalement allumés et d'être perturbé par de tels défauts.
Le document (6) décrit un dispositif de contrôle dans lequel on utilise une caméra de définition supérieure à celle de l'écran testé. Le coût de revient d'un tel matériel est très élevé.
Exposé de l'invention
L' invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de contrôle d'écrans d'affichage ne présentant pas les difficultés et limitations des procédés et dispositifs évoqués ci-dessus.
Un but est notamment de proposer un procédé et un dispositif permettant d'utiliser une caméra de résolution significativement inférieure à celle de l'écran à contrôler. Un autre but est d'autoriser un contrôle continu et automatique d'écrans en sortie de production, de façon à évaluer leurs caractéristiques.
Encore un autre but est de pouvoir localiser, de façon rapide et précise, des défauts anormalement éteints, de même que des défauts anormalement allumés.
Un but supplémentaire est de proposer un procédé qui soit très stable et donc peu sensible aux conditions opératoires.
Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un procédé de contrôle d'un écran d'affichage comprenant les étapes suivantes : a) la commande de l'écran à contrôler pour y afficher au moins une mire présentant au moins une période spatiale P, b) l'acquisition d'une succession d'images simples de la mire au moyen d'une caméra électronique présentant une définition inférieure à la définition de l'écran à contrôler, les images simples successives présentant respectivement un décalage, c) la construction d'une image suréchantillonnée (S) de la mire à partir des images simples, d) le calcul de certaines composantes spectrales de l'image sur-échantillonnée au moyen d'une première transformée de Fourier, e) la compensation d'altérations spectrales résultant des étapes précédentes par suppression et/ou pondération de composantes spectrales, f) le calcul de composantes spatiales d'une nouvelle image de la mire, au moyen d'une deuxième transformée de Fourier des composantes spectrales résultant de l'étape e) , g) l'analyse de la nouvelle image.
La nouvelle image, utilisée pour l'analyse, présente alors une résolution supérieure à la résolution des images simples .
Comme indiqué précédemment, on entend par caméra électronique une caméra, telle qu'une caméra CCD, délivrant un signal électronique susceptible d'être traité par un calculateur. Il convient en effet de noter que les étapes c) à g) du procédé ont lieu preferentiellement dans un calculateur, par exemple par un programme exécuté dans un micro-ordinateur.
Le procédé de l'invention permet non seulement de fournir une image finale de résolution supérieure à celle de la caméra, exploitable pour évaluer l'écran d'affichage, mais permet aussi de trier parmi les informations acquises celles qui correspondent à la mire affichée et celles qui résultent de phénomènes parasites .
La construction d'une image sur-échantillonnée de la mire peut avoir lieu par entrelacement des images simples. Elle permet de former une image sur- échantillonnée qui contient plus d' information que chacune des images simples, initialement saisies par la caméra. Dans les deux cas, l'image sur-échantillonnée est formée de plus de pixels que les images simples prises individuellement.
Le pas spatial d'échantillonnage τs de l'image sur-échantillonnée, est en effet plus fin que celui des pixels de la caméra. Le pas d'échantillonnage relatif de la caméra, dont les pixels sont supposés carrés par simplification, est notée τCcD dans la suite du texte.
Il convient de préciser que la taille de pixel de la caméra (TR) peut être différente de la distance entre deux pixels (pas d'échantillonnage CCD) ou période CCD noté XCCD) • Cela a lieu lorsque le taux de remplissage des pixels est inférieur à 100%, c'est-à- dire lorsqu'il existe des zones mortes, non photosensibles, entre les pixels de la caméra. On trouve notamment ce cas dans des caméras CCD avec un dispositif anti-bloo ing.
L'entrelacement peut se résumer à la simple juxtaposition intercalaire des pixels des différentes images successives acquises au moyen de la caméra. La construction de l'image sur-échantillonnée à partir des pixels des images simples peut aussi être plus complexe. Chaque pixel de l'image sur-échantillonnée peut être construit à partir d'un ou de plusieurs pixels des images simples, avec une pondération déterminée. A titre d'exemple, pour améliorer la précision de l'image finale obtenue au terme du procédé, on peut ajuster par calcul, lors de l'étape c) le pas spatial ts de l'image sur-échantillonnée de telle sorte que le produit Nts soit un multiple de la période spatiale de la mire affichée à l'écran (xsN=kP) . En d'autres termes, le pas spatial τs est ajusté de telle sorte qu'une période du spectre soit échantillonnée par un nombre entier de points. La valeur N correspond au nombre d'échantillons spatiaux retenus dans l'image sur-échantillonnée pour effectuer la première transformée de Fourier. Bien qu'un seul pas spatial soit considéré ici, des pas différents peuvent exister pour différentes directions de l'espace.
Dans un cas particulier d'entrelacement, le pas spatial τs peut être défini comme le rapport de la période des pixels de la caméra (XCCD) (dans une direction considérée) sur le nombre d' images simples de la succession d'images (dans la même direction).
Le choix des pixels des images initiales, retenus pour l'entrelacement, et la pondération du calcul des pixels de l'image sur-échantillonnée, peuvent aussi être adaptés pour introduire un décalage, une rotation et/ou une modification du pas d'échantillonnage (τs) de l'image sur-échantillonnée. Ainsi, la pondération permet, par exemple, de corriger le pas d'échantillonnage spatial τs de l'image suréchantillonnée ou de corriger des défauts de centrage ou de parallélisme de l'image de l'écran formée sur la caméra.
Un calage de l'image sur-échantillonnée peut de cette façon corriger d'éventuels défauts d'alignement entre l'écran à contrôler et la caméra. De façon plus précise, on peut effectuer une correction par calcul pour aligner sensiblement le centre d'une image de l'écran à contrôler avec le centre de la caméra et/ou pour aligner au moins un bord de l'image avec un bord de la caméra et/ou pour corriger ou compenser une distorsion optique d'un système optique associé à la caméra. Les opérations ci-dessus peuvent être facilitées par une simulation volontaire sur l'écran d'une pluralité de pixels défectueux, de coordonnées connues, pour former un repère de calage. A titre d'exemple, des défauts anormalement éteints peuvent être ajoutés dans la mire. Un repère de calage peut aussi être formé à partir de pixels anormalement allumés, volontairement affichés.
Le calage et l'alignement de l'image sont des opérations qui, comme d'autres opérations examinées dans la suite du texte, ne sont pas indispensables, mais contribuent à l'obtention d'une image finale de meilleure qualité, pour une localisation précise des défauts.
On peut noter qu'un calage par translation peut avoir lieu non seulement lors du calcul de l'image suréchantillonnée mais aussi à partir des composantes spectrales de l'image. Dans ce cas, le procédé peut comprendre la commande de pixels de l'écran simulant des défauts sur une ligne et/ou une colonne de la mire, et la modification de la phase des composantes spectrales, de façon à rendre symétrique autour d'une valeur 1/2P la phase du spectre relevé pour ladite ligne et/ou colonne.
On précise que les opérations de calage évoquées ci-dessus ne sont pas critiques pour la mise en œuvre du procédé . Cependant le calage permet de réduire l'extension spatiale d'un défaut sur la nouvelle image obtenue au terme de l'étape f) du procédé.
D'autres mesures peuvent être prises pour améliorer la précision de la localisation de défauts sur la nouvelle image. Il est par exemple possible d'effectuer l'une des première ou deuxième transformée de Fourier de façon adaptée en ajustant le pas d'échantillonnage spectral en fonction de la période spatiale P de la mire. Le pas d'échantillonnage spectral est ajusté de sorte qu'une période spectrale soit un multiple du pas d'échantillonnage spectral. Cette amélioration est inutile si l'adaptation du pas spectral est préalablement effectuée par un ajustement de τs lors de la construction de l'image suréchantillonnée .
Un étalement minimum de l'information est obtenu en effet en calculant les échantillons de la seconde transformée de Fourier, preferentiellement transformée inverse de Fourier, pour des points de l'écran susceptibles de coïncider avec des pixels, allumés ou non.
De préférence, on ajuste le pas spectral
(Xf = ) de sorte que le produit Nxs soit un multiple
NXS exact de la période spatiale "P de la mire, xs étant le pas d'échantillonnage spatial' de l'image sur- échantillonnée.
On rappelle que, dans le cas particulier où l'image sur-échantillonnée résulte d'un entrelacement prenant en compte de façon intercalaire tous les pixels des images simples acquises par la caméra, la résolution spatiale de l'image sur-échantillonnée est simplement définie comme le rapport de la période des pixels de la caméra par le nombre d'images de la succession d'images.
On considère ici que les pixels de la caméra sont sous la forme de carrés. Dans le cas de pixels de forme rectangulaire, ou autre, il serait possible en l'occurrence de prendre en compte les dimensions des pixels dans la ou les directions de décalage des images successives.
Une autre mesure, encore susceptible d'être retenue pour améliorer la netteté de l'image nouvelle obtenue au terme de l'étape f) , consiste à créer artificiellement des harmoniques spectrales d'ordre élevé avant cette étape. Ceci peut avoir lieu en effectuant une réplication des composantes spectrales obtenues au terme de l'étape e) . Pour une mire de période P, les composantes spectrales sont répliquées un nombre de fois égal à P, de préférence.
Pour un traitement optimal de l'information, la ou les . périodes spatiales de la mire affichée sur l'écran peuvent être déterminées en fonction également de la taille des pixels de la caméra. A titre d'exemple, on peut afficher sur l'écran une mire présentant-. selon deux directions x et y des périodes Px et Py telles que :
ε* > τRx 2PX
1 1
- 8y > τRy Y 2Py
Dans ces expressions les termes RX et TRy représentent les dimensions d'une fenêtre d'intégration pour un pixel de la caméra et e__ et £y de petites marges de sécurité.
Lorsque la mire est affichée par l'allumage périodique de pixels, que les conditions sont requises pour adapter le calcul des échantillons spectraux en fonction d'une période spatiale de la mire, de la façon indiquée ci-dessus, et que les calages sont correctement compensés, la restitution des défauts anormalement éteints dans l'image nouvelle obtenue au terme du procédé, présente la meilleure netteté. En effet les défauts anormalement éteints sont détectés sur une ligne ou une colonne de la mire formée par des pixels allumés. Le lieu de ces défauts s'inscrit donc dans la période pour laquelle les calculs, et notamment les calculs de transformée de Fourier, sont optimisés. Les défauts anormalement éteints sont ainsi restitués avec la meilleure netteté possible dans la nouvelle image obtenue .
Toujours dans l'hypothèse d'une adaptation du calcul des échantillons spectraux à la période de la mire, les défauts anormalement allumés, qui sont décalés par rapport à la mire, subissent un traitement moins optimisé. Le défaut anormalement allumé présente ainsi un étalement spatial dans la nouvelle image qui est supérieur à celui des défauts anormalement éteints.
L'étalement spatial peut être réduit en recalculant une position exacte des défauts anormalement allumés à partir d'une combinaison barycentrique de deux ou de plusieurs pixels jointifs de la nouvelle image dont l'intensité dépasse un seuil qui permette de les assimiler à des pixels résultant d'un tel défaut.
Dans le cas où l'adaptation du calcul des échantillons à la période de la mire et/ou d'autres opérations de calage ne sont pas effectuées ou optimisées, un calcul barycentrique peut aussi avoir lieu pour les pixels anormalement éteints. Dans ce cas on réduit leur étalement spatial par un calcul prenant en compte des pixels dont l'intensité dépasse par valeurs inférieures un seuil déterminé.
Une réduction de l'étalement spatial des défauts dans la nouvelle image peut aussi être obtenue en agissant sur la phase des composantes spectrales correspondant à ces défauts. Le procédé peut ainsi comporter, notamment pour les pixels anormalement allumés, les opérations supplémentaires suivantes : i) la sélection d'une région de la nouvelle image entourant un pixel défectueux, ii) le calcul de composantes spectrales de cette région au moyen d'une transformée de Fourier, iii) l'ajustage des composantes spectrales par ajout d'un terme de correction de phase tendant à rendre la phase symétrique pour, la région sélectionnée, iv) le calcul de nouvelles composantes spatiales au moyen d'une transformée de Fourier, de préférence inverse, pour former une nouvelle image de la région, v) l'établissement des coordonnées du défaut à partir de la nouvelle image de la région.
L'étape iii) indiquée ci-dessus peut comporter notamment l'ajustage de la phase d'une valeur u=kπ/P, k étant un entier naturel) et l'itération des étapes i) à iv) jusqu'à obtenir une extension spatiale minimum du défaut dans la nouvelle image de la région.
L'invention concerne également un dispositif de contrôle avec lequel le procédé expose ci-dessus est susceptible d'être mis en œuvre. Le dispositif comporte :
- des moyens de commande de l'écran d'affichage pour afficher sur l'écran une mire,
- des moyens de formation d'une image de la mire sur une caméra électronique présentant une résolution inférieure à une résolution de l'écran d' affichage,
- des moyens de décalage de l'image de la mire sur la caméra, et
- des moyens d'analyse d'une pluralité d'images décalées fournies par la caméra pour localiser des pixels défectueux de l'écran d'affichage.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux figures des dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif.
Brève description des figures.
- La figure 1 est une représentation schématique simplifiée d'un dispositif conforme à 1' invention.
- Les figures 2 à 4 sont des représentations schématiques de parties d'un écran à contrôler et indiquent différents rapports entre la dimension des pixels d'une caméra de saisie d'images, et une période d'une mire affichée sur l'écran.
- Les figures 5 à 9 sont des représentations schématiques de parties d'un écran à contrôler et illustrent des décalages de prises de vue. - La figure 10 illustre la construction d'une image sur-échantillonnée à partir d'images simples.
- La figure 11 est une représentation en échelle arbitraire d'un spectre correspondant à une mire périodique .
- La figure 12 est une représentation schématique de contraintes de calage et d'alignement de 1' image de l' écran par rapport à la caméra.
Description détaillée de modes de mise en œuyre de 1' invention.
. . Dans la description qui suit des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées par les mêmes signes de référence pour faciliter le report entre les figures. Par ailleurs, et dans un souci de clarté des figures, tous les éléments ne sont pas représentés selon une échelle uniforme.
La figure 1 montre un dispositif conforme à l'invention. Celui-ci comporte pour l'essentiel une table 10 de réception d'un écran d'affichage E, une caméra 12 et un micro-ordinateur 14 relié à la caméra pour l'exploitation d'images fournies par celle-ci. La caméra 12 est, par exemple, une caméra de type CCD, refroidie de façon à en limiter le bruit. La caméra présente une résolution qui peut être inférieure à celle de l'écran E, ce qui se traduit en l'occurrence par un nombre total de pixels qui peut être inférieur à celui de l'écran. La caméra est montée mobile le long d'un rail vertical 16 de façon à autoriser un réglage de la distance de la caméra à l'écran. Elle est aussi pourvue d'un objectif 18 permettant de régler la mise au point et éventuellement un rapport de grandissement de l'image de l'écran. L'objectif 18 est utilisé pour former sur la caméra une image de l'écran, ou d'une mire qui y est affichée.
Le dispositif comporte un ou plusieurs moyens distincts pour autoriser la prise d'une succession de vues légèrement décalées de l'écran E. Ces moyens peuvent être des moyens de translation de la table dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de la caméra, de façon à autoriser un mouvement relatif de la table et de la caméra entre chaque prise de vue. Les décalages et mouvements de la table 10 selon les deux axes x et y peuvent être provoqués de façon contrôlée par des vérins de commande 20 pilotés par l'ordinateur 14. Des mouvements de plus grande amplitude peuvent également être effectués manuellement.
Le décalage entre... les prises de vues successives selon les deux, axes y et y peuvent aussi être produits au moyen d'une lame transparente 22 à faces parallèles, montée pivotante dans le champ de la caméra. La rotation de la lame provoque effectivement un décalage de l'image de l'écran sur la caméra. La lame 22 est entraînée en rotation selon au moins l'un des deux axes x et y par un moyen moteur, non représenté, piloté par l'ordinateur 14. Il est également possible d'utiliser deux lames distinctes mobiles chacune autour d'un axe de rotation différent.
Comme déjà évoqué précédemment, l' écran est commandé pour y afficher une mire périodique, par exemple, par un affichage périodique de pixels allumés. La commande de l'écran peut être réalisée par l'ordinateur 14 ou par tout autre dispositif intégré ou non à l'écran. Bien que l'invention puisse parfaitement s'appliquer à des écrans noir et blanc, ou monochromes, ou couleurs avec des architectures autres que celles du type "en bande", les figures 2 à 4 représentent chacune une partie d'un écran couleur à structure en bande. Les pixels 30, correspondant aux couleurs rouge vert et bleu, sont respectivement indiqués par les lettres R, G et B.
Les pixels 30 présentent des dimensions différentes selon deux directions repérées... avec les flèches x et y sur les figures. On observe, par ailleurs, que les pixels rouges verts et bleus sont agencés respectivement • en colonnes selon la direction y. Il convient cependant de préciser qu'un tel agencement- n'est pas indispensable. Tout autre agencement de pixels, orthogonal ou non, est susceptible d'être contrôlé, à condition que l'écran permette l'affichage d'au moins une mire périodique ou pseudo-périodique .
On peut noter également que les pixels peuvent avoir des formes rectangulaires, carrées, triangulaires ou autres .
Un ombrage des pixels des figures permet d'identifier des pixels sollicités pour un affichage dans un état allumé. Dans la suite du texte ils sont simplement désignés par « pixels allumés » par opposition aux « pixels éteints ». Ceci ne préjuge pas de l'existence éventuelle parmi les pixels allumés de pixels « anormalement éteints ». De la même façon, parmi les pixels éteints, c'est-à-dire non sollicités, peuvent se trouver accidentellement des pixels « anormalement allumés ».
Par ailleurs, sur les figures 2 à 4, un carré 32 indique, à titre d'exemple, une région de l'écran vue par un pixel de la caméra. Dans la suite du texte une telle région est assimilée, par abus de langage à un pixel de caméra. Un seul pixel 32 est représenté pour des raisons de simplification.
La figure 2 montre une situation où la mire affichée à l'écran présente selon l'axe x une période Px=2, et, selon l'axe y, une période Py≈l. La taille relative de l'image de l'écran et du pixel de la caméra est telle que le pixel 32 de la caméra intègre l'information lumineuse ' provenant de plusieurs pixels 30 de l'écran. Ceci provient du fait que la résolution de la caméra est inférieure à celle de l'écran. Dans l'exemple de la figure 2, chaque pixel 32 de la caméra « voit » environ trois pixels de l'écran. Il convient de préciser que les pixels de la caméra ne .sont pas nécessairement jointifs. Ils peuvent être séparés par des bordures non sensibles à la lumière. La perte d' information due aux bordures peut parfaitement être compensée par la multiplication des prises de vues de l'écran.
La figure 3 montre une autre situation dans laquelle les périodes de la mire affichée sur l'écran sont Px=3 et Py≈l. Chaque pixel 32 de la caméra intègre tout ou partie de la lumière en provenance de 12 pixels de l'écran. On peut observer sur la figure 3 que la dimension des pixels de la caméra ne coïncide pas nécessairement avec un multiple de la dimension des pixels de l'écran. Ainsi, la contribution d'un pixel individuel de l'écran peut être variable.
Un dernier exemple est donné par la figure 4 où les périodes de la mire sont respectivement Px=4 et Py=2 et où chaque pixel 32 de la caméra « voit » 24 pixels de l'écran.
Une construction optimale de l'image finale, utilisée pour l'analyse de l'écran, a lieu lorsque le nombre de pixels 30 allumés vus par un pixel 32 de la caméra n'excède pas 4. Ceci est le cas dans chacun des exemples illustrés. La mise en œuvre du. procédé reste cependant possible avec un nombre supérieur de pixels allumés.
Dans une mise en œuvre préférée de l'invention, particulièrement adaptée aux écrans couleur à structure en bande, la mire retenue est celle de la figure 3. Une période Px=3 et Py=l est -en.effet obtenue simplement en commandant successivement _1' ensemble des pixels rouges, puis les pixels verts et les pixels bleus.
Pour le repérage de pixels anormalement allumés et anormalement éteints, on peut être amené à répéter plusieurs fois le procédé avec des mires différentes de sorte que chaque pixel de l'écran puisse être testé au moins une fois dans chacun de ses deux états : allumé et éteint. Ainsi, lorsque la période de la mire est supérieure à 2 dans une direction donnée, chaque pixel est testé une fois dans son état allumé et (P-l) fois dans son état éteint .
Comme évoqué précédemment, le procédé comprend l'acquisition d'une pluralité d'images présentant respectivement un décalage. Bien que le décalage puisse a priori être supérieur à la taille d'un pixel de la caméra, il est préférable, notamment pour faciliter l'étape subséquente d'entrelacement, de réaliser de petits décalages, inférieurs à la taille d'un pixel de la caméra. De façon plus générale, le décalage peut être choisi de façon à être différent de la distance relative entre deux pixels de la caméra. Le décalage entre les images successives peut avoir lieu selon une direction quelconque. Il est cependant, là encore, préférable de prévoir un décalage selon l'une des directions x ou y parallèles aux agencements des pixels de l'écran. Les figures 5 à 9, décrites ci-après illustrent l'acquisition d'une pluralité d'images. Contrairement aux figures précédentes, on représente plusieurs pixels 32 de la caméra.
Les figures 5 et 6 montrent un décalage, sensiblement selon l'axe x, entre deux images successives saisies par la caméra. Les images sont prises pour un écran sur lequel est affichée une mire conforme à la figure 3. Le pas des pixels 32 de la caméra, exprimé en fonction des pixels de l'écran, ou plus exactement de l'image de l'écran, est XCCD=5,5. Le décalage entre les deux images successives est choisi égal à la moitié de la taille du pas des pixels de la caméra, ce qui permet d'obtenir, dans la direction x, un pas spatial XS;X maximum de Xs,x=5, 5/2=2, 75.
Dans ce cas, on considère que le taux de suréchantillonnage est égal à 2.
Les figures 7, 8, et 9 donnent un second exemple dans lequel le pas des pixels est toujours égal à 5,5 et dans lequel le taux de sur-échantillonnage est égal à 3. Le pas spatial selon la direction x est alors
Xs,x=l , 83.
L'opération d'acquisition des images simples est suivie par une opération de construction de l'image sur-échantillonnée. Celle-ci peut se résumer à la simple juxtaposition intercalaire des pixels des images simples préalablement saisies. L'entrelacement peut aussi être beaucoup plus complexe, et chaque pixel de l'image sur-échantillonnée peut être reconstruit à partir d'une seule ou d'une pluralité de pixels en provenance des images- simples. Des rotations, des décalages, des rapports de dimension ou d'autres corrections peuvent ainsi être apportés à l'image suréchantillonnée. En particulier "il est possible de modifier le pas spatial Xs de l'image suréchantillonnée. L'indice x est ici éliminé car le pas spatial n'est pas nécessairement selon la direction x.
Un exemple particulièrement'" "" ' simple d'entrelacement est illustré par la figure 10. On considère que l'on dispose de huit images d'un écran en ayant effectué trois décalages selon une direction x et un décalage selon une direction y. Les images sont repérées avec des références indiquant les lignes et les colonnes sous la forme suivante I (TS/X ; Ts,y) où Ts,x et Ts,y indiquent les décalages selon l'axe x et l'axe y, respectivement. Les nombres TS/X et TS/Y indiquent le nombre de décalage effectués selon chaque direction. Dans un cas particulier, TS/X=4 et Ts,y≈2. Chacune des huit images présente une définition faible de 4x3 pixels. On construit une image sur-échantillonnée de résolution plus élevée avec 16x6 pixels. Dans le présent exemple, le pixel (0,0) de l'image suréchantillonnée est donné par le pixel (0,0) de l'image 1(0,0), le pixel (0,1) de l'image sur-échantillonnée est donné par le pixel (0,01) de l'image 1(0,1), le pixel (1,0) de l'image sur-échantillonnée est donné par le pixel (0,0) de l'image 1(1,0), le pixel (Ts,y,0) de l'image sur-échantillonnée est donné par le pixel (1,0) de l'image 1(0,0), le pixel (0,TS/X) de l'image suréchantillonnée est donné par le pixel (0,1) de l'image 1(0,0). . .. .
La construction de l'image sur-échantillonnée peut aussi faire appel à un entrelacement pondéré. Par exemple, le pixel (0,0) de l'image sur-échantillonnée S peut résulter d'une combinaison linéaire de contribution des pixels (0,0)- des images initiales 1(0,0) , 1(0,1) et 1(1,0)..
L'image sur-échantillonnée est utilisée pour en établir, le spectre par transformée de Fourier. Bien que le calcul soit un calcul discret sur les valeurs discrètes correspondant aux pixels de l'image suréchantillonnée, la figure 11 montre, de façon simplifiée, un spectre continu, avec une symétrie sur 1 ' axe en 0.
Plus précisément, la figure 11 montre un spectre continu idéal F correspondant à une mire périodique affichée, sur un écran sans défaut. Le spectre F présente une succession périodique de raies dominantes principales, caractéristiques de la conversion d'une image périodique. Un spectre conforme à la figure 11 n'est toutefois pas obtenu par la transformée de Fourier de l'image réelle d'un écran. Le spectre est affecté par un certain nombre de phénomènes parasites .
Un premier phénomène parasite, connu en soi est le repliement spectral dû au caractère périodique de la mire et du système d'acquisition (caméra) . Il se traduit par un phénomène de battement caractérisé par l'apparition dans le spectre de raies parasites centrées sur une fréquence fondamentale ou harmonique de l/xs. Les raies parasites, non représentées sur la figure pour des raisons de clarté, peuvent être éliminées par un filtrage sélectif adapté. Comme la position des raies parasites est dictée par le pas de la mire affichée, leur occurrence est prévisible et leur élimination est aisée. Les raies parasites correspondent en effet à des fréquences f telles que :
f -J -Ξ- xs p
Dans cette expression, k et n désignent des entiers naturels et P désigne la fréquence spatiale de la mire. La fréquence spatiale n'est considérée que selon une seule direction pour simplifier l' illustration.
Un autre phénomène affectant le spectre est une modulation de ce dernier en raison de la largeur nécessairement non nulle des pixels de l'écran d'affichage. Ce phénomène peut être caractérisé par une fonction de transfert, de type sinus cardinal, indiquée par la référence B sur la figure 11. Une autre fonction de transfert C, sous la forme également d'un sinus cardinal (sinx/x) traduit un phénomène de filtrage passe-bas induit par la caméra qui présente également des pixels de dimension non nulle. D'autres fonctions de transfert, non représentées, caractérisent l'influence sur le spectre du système d'acquisition dans son ensemble, incluant notamment l'équipement optique. L'influence du système d'acquisition se manifeste notamment pour les composantes de fréquence élevée du spectre.
Le spectre réellement obtenu résulte de la multiplication du spectre parfait F et des différentes fonctions de transfert (C et B notamment) .
Les altérations peuvent être compensées à partir des fonctions de transfert, qui sont connues ou qui peuvent être préalablement établies pour le -système d'acquisition. En effet, la fonction F est restituée, au moins en partie, en divisant le spectre réel, obtenu par transformée de Fourier, par les valeurs correspondantes des fonctions de transfert (B et C dans l'exemple de la figure 11) .
La compensation n'est pas effectuée pour l'ensemble du spectre mais est preferentiellement limitée aux composantes du spectre correspondant à la plus petite période spectrale de la mire centrée en 0 (zéro) . La sélection de cette partie du spectre, la moins dégradée, peut être obtenue par une opération de fenêtrage. Le fenêtrage permet de sélectionner une partie IP du spectre indiquée sur la figure 11, qui est située de préférence avant le premier zéro d'une fonction de transfert pour éviter l'amplification de phénomènes parasites lors de la division mentionnée ci- dessus. La partie sélectionnée correspond, par exemple, à une période spectrale centrée en zéro.
Une nouvelle image, dans le domaine spatial, est obtenue par une deuxième transformée de Fourier effectuée après la compensation des altérations mentionnée ci-dessus. La deuxième transformée de Fourier peut être faite sur la partie du spectre sélectionnée par le fenêtrage ou éventuellement, sur un spectre reconstruit par réplication du motif correspondant à la fenêtre. La réplication revient à créer des harmoniques spectrales . Le nombre de réplications est de préférence égal au pas P de la mire.
La nouvelle image est ensuite utilisée éventuellement pour identifier des pixels défectueux de l'écran.
La première transformée de Fourier a lieu sur un nombre d'échantillons N qui dépendent de l'image sur-échantillonnée précédemment construite. Le pas de sur-êchantillonage xs de l'image sur-échantillonnée dépend essentiellement du pas XCCD des pixels de la caméra et du nombre n d' images prises dans au moins une direction de décalage. On a ainsi s=xCcD/n.
La transformée de Fourier discrète donne un nombre N d'échantillons spectraux répartis d'une fréquence 0 à 1/ xs . Le pas spectral est ainsi : Xf=l/ (NXS) . L'information contenue dans l'image est restituée de façon optimale, c'est-à-dire avec un étalement spatial (ou spectral) minimum lorsque l'une des première et deuxième transformées de Fourier est réalisée avec un pas d'échantillonnage adapté à celui de la période de la mire.
Ceci revient, par exemple, à réaliser une deuxième transformée de Fourier avec un pas spectral adapté, de telle façon que xf= 1/ (kP) , où k est un entier naturel. L'adaptation du pas spectral revient à choisir N et xs de sorte que (1/ (NXS) ) =1/ (kP) .
Si cette condition n'est pas remplie, il est possible de modifier les coefficients de la transformation de Fourier en y remplaçant la valeur de N par une valeur modifiée respectant la condition. Il est aussi possible de modifier, dans le domaine spatial, la valeur xs du « pas » des images. Cette modification peut avoir lieu très simplement en modifiant le calcul de l'image sur-échantillonnée.
L'analyse de l'image peut être optimisée lorsqu'au moment de l'acquisition des images initiales l'écran occupe une position déterminée par rapport à la caméra. Idéalement, la position relative de l'écran et de la caméra est choisie de telle sorte que l'image du centre de l'écran coïncide sensiblement avec le centre de la matrice de pixels de la caméra. Par ailleurs, la position est aussi choisie idéalement pour rendre parallèles les bords de l'image de l'écran et ceux de la matrice de la caméra. Différents défauts de positionnement de l'écran sont représentés sur la figure 12. Celle-ci montre la surface sensible 40 d'une caméra et l'image 42 d'un écran, formée sur la surface sensible. La référence di indique un décalage entre les centres de l'image et de la surface sensible de la caméra. La référence d2 indique un décalage entre le premier pixel d'angle 30 de l'image de l'écran et un pixel 32 de la caméra. Le terme α indique un angle de rotation inter trame marquant un défaut de parallélisme. Pour alléger la figure, quelques pixels 30 de l'image de l'écran et un seul pixel 32 de la caméra sont seulement représentés. La taille de ces pixels est de plus exagérée. La figure 12 montre enfin un autre défaut de restitution de l'image qui présente une déformation en tonneau due à l'optique. Celle-ci est indiquée en trait discontinu
Les défauts de positionnement n'empêchent pas le contrôle de l'écran mais sont susceptibles d'affecter la qualité de l'image finale obtenue. Lorsque l'écran est disposé sur une table de réception mobile sous la caméra, des ajustements de position peuvent être directement effectués au moyen des vérins 20 décrits en référence à la figure 1.
Toutefois dans des applications de contrôle en sortie de chaîne de production, où un nombre important d'écrans sont à examiner, les opérations de positionnement des écrans sous la caméra constituent une opération coûteuse en temps.
Une correction automatique peut alors être prévue lors du traitement des images. L'angle de rotation inter trame, la distorsion de l'image et éventuellement les décalages di et d2 peuvent être corrigés lors de la construction de l'image suréchantillonnée. En effet, les décalages peuvent être compensés par un décalage correspondant des pixels des images simples pris en compte pour le calcul d'un pixel de l'image sur-échantillonnée. La correction est facilitée par l'affichage volontaire de plusieurs défauts anormalement éteints ou anormalement allumés sur l'écran. Ceux-ci constituent alors un repère de positionnement .
Pour une correction du calage dans le domaine spectral, on peut aussi répartir les défauts volontairement allumés sur une ligne et une colonne de l'écran et introduire une correction de phase sur le spectre correspondant à cette ligne et cette colonne. Le terme de correction de phase est ajusté jusqu'à rendre symétrique la phase du spectre autour de la demi-période P de la mire affichée à l'écran.
Comme indiqué précédemment, l'image finale peut ensuite être exploitée pour détecter des pixels anormalement allumés parmi les pixels éteints ou pour détecter des pixels anormalement éteints parmi les pixels allumés. Ceci peut avoir lieu au moyen de l'ordinateur 14 indiqué sur la figure 1. Des seuils de luminosité sont alors fixés, en-dessous desquels ou au- dessus desquels un pixel peut être considéré comme défectueux. Eventuellement, une normalisation préalable de la luminosité des pixels peut aussi être effectuée pour corriger des variations affectant des zones étendues de l'écran.
Les pixels défectueux peuvent être simplement comptés, ou localisés en relevant leurs coordonnées dans l'image finale. DOCUMENTS CITES
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Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de contrôle d'un écran d'affichage comprenant les étapes suivantes : a) la commande de l'écran (E) à contrôler pour y afficher au moins une mire présentant au moins une période spatiale P, b) l'acquisition d'une succession d'images simples (I) de la mire au moyen d'une caméra électronique (12) présentant une définition inférieure à la définition de l'écran à contrôler, les images simples successives présentant respectivement un décalage, c) la construction d'une image sur-échantillonnée (S) de la mire à partir des images simples, d) le calcul de composantes spectrales de l'image suréchantillonnée au moyen d'une première transformée de Fourier, e) la compensation d'altérations spectrales résultant des étapes précédentes par suppression et/ou pondération de composantes spectrales, f) le calcul de composantes spatiales d'une nouvelle image de la mire au moyen d'une deuxième transformée de Fourier des composantes spectrales résultant de l' étape e) , g) l'analyse de la nouvelle image.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'une des première et deuxième transformées de Fourier est effectuée de manière adaptée en ajustant le pas d'échantillonnage spectral en fonction de la période spatiale P de la mire.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel un nombre d'échantillons spectraux N est ajusté de sorte que le produit Nxs soit un multiple de la période spatiale P de la mire, xs étant la résolution spatiale de l'image sur-échantillonnée.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on ajuste par calcul, lors de l'étape c) le pas d'échantillonnage xs de l'image sur-échantillonnée de telle sorte que le produit NXS soit un multiple de la période spatiale de la mire, N étant le nombre d'échantillons de l'image sur-échantillonnée participant au calcul de la première transformée de Fourier.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on effectue un calage pour aligner sensiblement le centre d'une image de l'écran à contrôler avec le centre de la caméra et/ou pour rendre parallèle au moins un bord de l'image avec un bord de la caméra et/ou pour compenser une distorsion optique d'un système optique (18) associé à la caméra (12) .
6. Procédé selon la revendication 5, comprenant l'affichage volontaire dans la mire d'une pluralité de pixels de coordonnées connues simulant des défauts pour former un repère de calage .
7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le calage a lieu par calcul, lors de l'étape c) lors de la construction de l'image sur-échantillonnée.
8. Procédé selon la revendication 5, dans lequel on effectue une commande de pixels de l'écran simulant des défauts sur une ligne et/ou une colonne de la mire de période P, et on modifie la phase des composantes spectrales de façon à rendre symétrique autour d'une valeur 1/2P la phase du spectre relevé pour ladite ligne et/ou colonne.
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le décalage respectif entre les images simples successives acquises à l'étape b) du procédé n'est pas un multiple de la distance relative entre deux pixels de la caméra.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on affiche sur l'écran une mire présentant selon deux directions x et y des périodes Px et Py telles que :
1 1
£X > TRX 2PnX
1 1 TRy y 2Py
où TRX et TRy sont les dimensions d'une fenêtre d'intégration pour un pixel de la caméra et εx et εy des marges de sécurité.
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape g) comprend la localisation de pixels défectueux dans la nouvelle image .
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel l'étape g) comprend la comparaison d'une intensité des pixels de. la nouvelle image à des valeurs de seuil pour localiser des pixels anormalement allumés et/ou anormalement éteints.
13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel 1 ' étape g) comprend : i) la sélection d'une région de la nouvelle image entourant un pixel défectueux, ii) le calcul de composantes spectrales de cette région au moyen d'une transformée de Fourier, iii) l'ajustage des composantes spectrales par ajout d'une correction de phase tendant à rendre la phase symétrique pour la région sélectionnée, iv) le calcul de nouvelles composantes spatiales au moyen d'une transformée de Fourier, pour former une nouvelle image de la région, v) l'établissement des coordonnées du pixel défectueux à partir de la nouvelle image de la région.
14. Procédé selon la revendication 12, dans lequel l'étape g) comprend l'ajustage de la phase d'une valeur u=knπ/P, k étant un entier naturel et l'itération des étapes i) à iv) jusqu'à obtenir une extension spatiale minimum du pixel défectueux dans la nouvelle image de la région.
15. Procédé selon la revendication 11, dans lequel on établit les coordonnées des pixels défectueux à partir d'un calcul barycentrique sur des pixels jointifs dépassant par valeur supérieure ou inférieure des seuils de luminosité prédéterminés.
16. Procédé selon la revendication 1, comprenant, avant l'étape f) , une création d'harmoniques spectrales par réplication des composantes spectrales .
17. Dispositif de contrôle d'un écran d'affichage comprenant :
- des moyens de commande (14) de l'écran (E) d'affichage pour afficher sur l'écran une mire,
- des moyens -(18) de formation d'une image de la mire sur une.-.caméra électronique (12) présentant une résolution inférieure à une résolution de l'écran d'affichage,
- des moyens (10, 20, 22) de décalage de l'image de la mire sur la caméra et
- des moyens d'analyse (14) d'une pluralité d'images décalées fournies par la caméra pour localiser des pixels défectueux de l'écran d'affichage.
18. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel les moyens de décalage comportent une table (10) de positionnement pour recevoir des écrans (E) à contrôler, et des moyens (20) pour effectuer un mouvement relatif entre la table et la caméra.
19. Dispositif selon la revendication 17, dans lequel les moyens de décalage comportent au moins une lame transparente (22) à faces parallèles montée pivotante et associée aux moyens de formation d'une image .
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