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Dispositif de reconn~i~s~nce et/ou de tri de fruits ou légumes,
procédé et -tili.~tion correspondants.
Le domaine de l'invention est celui de la reconn~i.cc~n~e et de l'analyse d'une ou
plusieurs caractéristiques de fruits ou de légumes, en particulier en vu d'effectuer un tri
S qu~lit:~tif de ces fruits ou légumes. Plus précisément, la présente invention concerne un
dispositif et un procédé non destructeurs de reconn~icc~nre et de tri qll~lit~tif de fruits et
de légumes.
L'invention peut notamment s'appliquer au tri automatique de pommes de terre
entières non épluchées, de pommes de terre entières épluchées, de tomates de jardin et de
tomates de serre, d'oignons, de poivrons, de pêches, d'abricots et d'agrumes, quelle que
soit leur destination. Ces fruits et légumes peuvent par exemple être destinés à la
transformation industrielle, à la consommation ou à la semence (en particulier pour les
pommes de terre).
On connâît déjà de nombreuses machines de tri de fruits ou de légumes. De
façon générale, la plupart de ces machines as~u,t;nl l'éclairage, des fruits ou légumes puis
analysent d'une façon ou d'une autre la lumière restituée par le fruit ou légume. Ces
différentes machines présentent toutes de nombreux inconvénients, et, en particulier,
s'avèrent insnffic~mm~nt précises.
Certaines de ces machines, telles que celles décrites dans les documents de
brevets DE-2746615, US4204050, US-4203522, US4120402, analysent les caractéris-
tiques spectrales de la lumière réfléchie. Les produits sont éclairés et la lumière réfléchie
captée est mesurée et analysée pour un certain nombre de longueurs d'onde. L'inconvé-
nient majeur de ces machines est que l'analyse ne porte que sur l'aspect externe du
produit. L'état interne du produit n'est pas analysé et la qualité est donc déterminée
uniquement selon l'état de la surface (et éventuellement une couche à épaisseur insigni-
fiante au dessous de celle- ci). Bien que largement utilicées, ces machines ne fournissent
pas suffic~mment d'information par rapport à la qualité du produit et se caractérisent en
conséquence par une faible précision au triage.
D'autres machines analysent la lumière diffusée directe qui a traversé le fruit.Les photorécepteurs sont placés sur le même axe que celui de la lumière incidente,de
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façon à récupérer la plus forte intensité lumineuse possible. De telles machines sont par
exemple décrites dans les documents de bre~et UK-1370147 (pour le tri de tomates selon
leur couleur), DDR -75018 (pour le tri qualitatif de pommes de terre), BG-30805 (pour le
tri automatique qualitatif de fruits).
Dans ces machines, on détermine au moins deux signaux électriques correspon-
dant à des longueurs d'onde différentes, que l'on analyse de façon à actionner un
mécanisme de tri.
Une faiblesse commune à ces dispositifs est leur précision insuffisante au triage.
Ils présentent é~alement l'inconvénient d'être très sensibles aux réflexions parasites de
lumière, dues par exemple à la forme irrégulière du produit ou à d'autres facteurs
aléatoires. Une autre de leurs faiblesses réside dans le fait qu'ils sont spécifiques à un
produit ou une application donnée.
On connaît encore des méthodes de reconnaissance et de tri automatiques de
fruits et de légumes, décrites par e~;emple dans les documents de bre~et UK-1370147,
US-37~155-l et DE-27~3674, qui sont basées sur l'éclairage des produits dans ]e spectre
lumineux visible et/ou infrarouge (par exemple avec des lampes halogènes), utilisant un
certain nombre de longueurs d'onde. Selon cette technique, on ne récupère pas la lumière
diffusée directe (c'est-à-dire dans l'axe du faisceau de lumière incidente), mais la lumière
diffusée par ie produit sur les côtés de ce produit, puis on regroupe les deux faisceaux
~0 lumineux ainsi obtenus, a~ant d'en extraire deux canaux distincts, en ce qui conceme les
longueur d'ondes.
Cette technique permet a priori de récupérer plus d'informations sur le produit,du fait que l'on recueille la lumière diffusée par le produit sur deux côtés. Toutefois, la
recombinaison des deux faisceaux font que, dans la pratique, les éléments informatifs du
faisceau lumineux recombinés sont fortement atténués, voire perturbés. A nouveau, la
précision du tria~e est faible (le taux d'erreur constaté étant de l'ordre de 10 à 25%).
D'une façon générale, les dispositifs connus sont donc insuffisamment précis
pour permettre une utilisation industrielle efficace. En particulier, ils ne permettent pas
une détection efficace d'un défaut local du produit. De plus, ils sont généralement dédiés
3(! à un type de produit et une application donnés. f~< t_lr~c ar~ te.c~e~ ascc s-~r ~ rCc~fer~o~ ,~ ~Cr~ c~ QC
rS~ t~o~o1c d~ pP~s;cLr~ <~f7(c~S c4~ e,~c~.c de'cs~ d~ 5 W~ P~. 93 c~46~.
0~ ~n~o~; 6 ~cn~ k de f~ 2. o~,9~S3~ ~ ~re ~a5ce ~A~
l~obs~ ;c~ dc pe~5;~.~ c~ pr~ ~ s~ de~ ~c~ c~t c7pt;a~
p~ s~,
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L'invention à notamment pour objectif de pallier ces divers inconvénients de
l'état de la technique.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif de
reconn~i~s~nce et/ou de triage de fruits ou légumes de grande précision, permettant
notamment la détection et la prise en compte de défauts locaux internes ou externes,
même de petite taille, et éventuellement la dét~rmin~tion de l'emplacement de ces défauts.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel dispositif pouvant être mis
en oeuvre pour un grand nombre de fruits ou légumes et pour un grand nombre
d'applications. En d'autres termes, un objectif de l'invention est de fournir un tel
dispositif qui soit aisément adaptable en fonction des besoins.
Not~mmPnt, l'invention a pour objectif de fournir un tel dispositif qui détecte la
présence ou non de défauts internes ou externes dus à des m~ lies, insectes, rongeurs,
vers ou à des endommagements m~c~niques, la maturité, la couleur, la forme, la taille et
la teneur en matière sèche d'un fruit ou légume, ou au moins une de ces informations.
Un autre objectif particulier de l'invention est encore de fournir un tel dispositif
capable de pallier aux vieilli~sem~nt de certains composants, not~mm~nt optiques.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints selon
l'invention à l'aide d'un dispositif de reconn~i~s~nce et/ou de tri de fruits ou légumes,
comprenant des moyens d'éclairage d'un objet à reconnâître et/ou à trier, émettant au
moins un faisceau de lumière incidente, des moyens de récupération d'au moins une
partie de la lumière diffusée par ledit objet et des moyens d'analyse de ladite lumière
diffusée, générant une information de reconn~i~s~nce et/ou de tri représentative dudit
objet,
lesdits moyens de ré~;upé~dlion comprenant au moins deux récepteurs optiques indépen-
dants, placés sur des axes distincts et différents de l'axe dudit faisceau de lumière
incidente, de façon que lesdits récepteurs optiques reçoivent des flux lumineux diffusés
distincts correspondant à des portions au moins partiellement distinctes de ladite lumière
diffusée,
lesdits moyens d'analyse traitant de façon indépendante chacun desdits flux lumineux.
On utilise ici et dans la suite le terme objet ou, indifféremment, produit pour
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ciecigner tout élément susceptible d'être traité par le dispositif de l'invention, c'est-à-dire,
essentiellement, les fruits et les légumes, mais également, le cas échéant, tout corps
étrangers tels que les pierres ou les mottes de terre
Une car~c~rictique essentielle de l'invention est donc de traiter indépe~ mm~n~
deux flux lumineux distincts, correspondant à des portions au moins partiellement
différentes de l'objet. Il s'agit d'une approche totalement nouvelle pour l'homme du
métier. En effet, celui-ci a toujours cherché à analyser la lumière restituée par l'objet de
façon à obtenir le plus possible d'informations dans un f~icce~ll unique, soit en récupé-
rant la lumière directe (dans l'axe de la lumière incidente), soit en regroupant deux
faisceaux réfléchis. Il s'agissait d'une démarche spécifiquement globale, délivrant
simplement une information de qualité globale et généralement peu fiable.
Au contraire, selon l'invention, il est aisé de détecter des défauts locaux, et
éventuellement de les situer dans l'objet, tout en permettant bien sûr la détermination
d'une indication de qualité globale. Le fait que la lumière récupérée est une lumière
diffusée fait que celle-ci est porteuse d'informations précises et fiables sur la qualité
interne du produit.
De façon avantageuse, lesdits récepteurs optiques sont placés symétriquement
de part et d'autre de l'axe dudit faisceau de lumière incidente. Par exemple, l'axe de
chacun desdits récepteurs optiques forme avec l'axe dudit f~icce~ll de lumière incidente
un angle compris entre 120 et 150.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, lesdits moyens
d'analyse prennent en compte au moins deux relevés de mesure succescifs de lumière
diffusée correspondant à la projection dudit faisceau lumineux incident sur des zones au
moins partiellement distinctes dudit objet.
De cette façon, I'analyse est très précise, et permet de détecter des défauts defaible taille.
Avantageusement, lesdits récepteurs optiques comprennent au moins un des
moyens appartenant au groupe comprenant les objectifs et les diaphragmes à fente. Dans
ce cas, la largeur de fente desdits diaphragmes à fente est par exemple choisie de façon
que deux relevés de mesure consécutifs correspondent à deux tranches sensiblement
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contigues sur ledit objet.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention,le dispositif comprend
des moyens de division et/ou de filtrage d'au moins un desdits flux lumineux diffusés en
au moins deux canaux lumineux présentant des bandes de fréquence distinctes. Lesdites
bandes de fréquences sont par exemple choisies dans la fourchette de 550 à 900 nm.
Les moyens d'analyse traitent ces différents canaux pour effectuer le tri, selonun procédé plus précisément décrit par la suite.
De façon avantageuse, le dispositif de l'invention comprend également un jeu de
moyens de transformation de chacun desdits flux ou canaux lumineux en des signaux
optoélectroniques alimentant lesdits moyens d'analyse, et des moyens de tarage desdits
moyens de transformation, délivrant une même référence lumineuse à chacun desdits
moyens de transformation.
Lesdits moyens de tarage sont par exemple actifs en l'absence d'objets en regarddudit fai~ceal- de lumière incidente.
Dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif de l'invention comprend
encore un récepteur optique complémentaire placé dans l'axe dudit faisceau lumineux
incident et utilisé comrne détecteur de présence d'un objet dans le champ dudit faisceau
incident
Ce récepteur complémentaire permet d'assurer la synchronisation du dispositif,
et notamment des moyens d'analyse et des moyens de tarage.
De façon avantageuse, le dispositif de l'invention co~ rt;nd des moyens
d'addition d'au moins deux flux et/ou canaux lumineux issus de récepteurs optiques
distincts, de façon à former un canal complémentaire.
Ledit canal complémentaire peut notamment présenter une bande de fréquence
comprise entre 900 et 1500 nm. Dans ce cas, il permet de dét~rminer entre autre le taux de
matière sèche.
Dans un mode de réalisation particulier, ce dispositif comprend des moyens
réfléchi~s,.nt~ placés de façon à adapter le rapport entre la lumière diffusée par ledit objet
et la lumière réfléchie par ledit objet dans la lumière reçue par lesdits récepteurs optiques.
L'existence, le positionnement et le coefficient de réflexion de ces moyens de
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réflexion sont choisis en fonction des besoins, et notamment en fonction de la prépondé-
rance de la qualité externe ou interne du produit.
Préférentiellement, lesdits moyens d'analyse colllp.~ lent des moyens de calcul
du logarithme du rapport de deux canaux lumineux distincts extraits d'un même flux
S lumineux.
Les inventeurs ont en effet constaté que cette information était particulièrement
efficace pour l'analyse.
De façon avantageuse, lesdits moyens d'analyse comprennent également des
moyens de détection de réflexions lumineuses parasites sur ledit objet, de façon à corriger
les mesures effectuées.
Cette caractéristique découle directement de la présence de deux flux lumineux
inclépen~l~ntc, qui permettent d'effectuer cette détection.
Préférentiellement, le dispositif comprend des moyens de programmation d'au
moins une valeur de seuil de reconn~ics~nce et/ou de tri, informant lesdits moyens
d'analyse. Ainsi, il est aisé d'adapter le tri en fonction des produits et/ou des besoins.
Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le dispositif comprend
des moyens d'amenée d'objets à trier, dirigeant lesdits objets de façon qu'ils tombent en
chute libre entre lesdits moyens d'éclairage et lesdits moyens de récupération de lumière
diffusée.
Avantageusement, lesdits moyens d'amenée colllp-t;mlent au moins un élément
en forme de V dont chaque branche coll~pl~lld au moins deux bandes parallèles défilant à
des vitesses différentes.
Cet élément permet de bien séparer les objets à trier, en particulier lorsque ceux-
ci sont regroupés en petits tas à l'origine.
L'invention concerne également un procédé de reconn~i~s~nce et/ou de tri de
fruits ou légumes, comprenant les étapes suivantes:
- émission d'un faisceau de lumière incidente sur un objet à reconnâître
et/ou à trier;
- récupération d'une partie de la lumière diffusée par ledit objet par au
moins deux récepteurs optiques indépendants, placés sur des axes distincts et
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différents de l'axe dudit faisceau de lumière incidente, de façon à obtenir des
flux lumineux diffusés distincts correspondant à des portions au moins
partiellement ~ tin(.tes de ladite lumière diffusée;
- analyse desdits flux lumineux diffusés, de façon à produire une
information de reconn~ nce et/ou de tri représentative dudit objet.
Avantageusement, ladite étape d'analyse colllpl~nd les étapes suivantes:
- détermination d'au moins deux canaux lumineux présentant des bandes
de fréquence distinctes à partir d'au moins un desdits flux lumineux;
- transformation optoélectronique desdits canaux lumineux en des signaux
électriques correspondants;
- calcul du rapport de deux signaux électriques correspondant à des
canaux lumineux issus d'un même flux luminP.ux;
- coll,p~dison dudit rapport avec au moins une valeur de seuil, de façon à
produire une information de reconn~i~s~nce et/ou de tri.
Le procédé colllpielld avantageusement de plus une étape de calcul du loga-
rithme dudit rapport.
Préférentiellement, ladite étape de coll'l~a~dison coll,~,t;nd les étapes de:
- détermin~tion préalable d'un ensemble d'indices de référence prenant en
compte au moins une des informations appartenant au groupe comprenant la
longueur et/ou la surface dudit objet, le rapport de deux canaux lumineux, le
logarithme dudit rapport, les caractéristiques spécifiques des fruits ou légumes à
trier, les critères de tri fixés par un utili.~z~tt~ r;
- calcul d'un jeu d'indices représentatifs de l'objet à trier, ledit jeu
d'indices comprenant au moins un indice;
- comparaison de chaque indice représentatif de l'objet à trier avec les
indices de référence correspondants.
Dans un mode de réalisation avantageux, ce procédé comprend les étapes
suivantes:
- amenée en chute libre dudit objet en regard dudit faisceau de lumière
incidente;
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- réalisation d'au moins deux relevés de mesure succeccifc, correspondant
à deux zones au moins partiellement ~lictinf~c dudit objet;
- calcul d'un rapport de deux signaux électriques correspondant à des
canaux lumineux issus d'un même flux lumineux pour chacun desdits
relevés de mesure sllccescifc;
- détermination d'une courbe représentative de l'évolution dudit rapport
durant la chute libre dudit objet;
- analyse de ladite courbe de façon à déterminer une information
représentative de la qualité globale dudit objet.
Le procédé de l'invention peut encore comprendre une étape de regroupement
d'au moins deux flux lumineux sur une bande de fréquence prédéterminée et une étape
d'analyse du canal complémentaire produit lors de ladite étape de regroupement, délivrant
une information représentative de la teneur en matière sèche dudit objet.
Avantageusement, le procédé comprend également une étape de détection de la
présence d'un objet en regard dudit faisceau lumineux, produisant une information de
présence, et une étape de synchronisation, tenant compte de ladite information de
présence.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé comprend uneétape d'estimation du poids dudit objet. Cette information peut notamment permettre
d'estimer le poids global etlou par catégories de tri de produits triés.
Le dispositif et/ou le procédé de l'invention peuvent notamment être utilisés
pour au moins une des applications appartenant au groupe comprenant:
- analyse de la qualité interne d'un fruit ou légume;
- analyse de la qualité externe d'un fruit ou légume;
- analyse de la couleur interne d'un fruit ou légume;
- analyse de la couleur externe d'un fruit ou légume;
- analyse de la forme et/ou de la taille d'un fruit ou légume;
- analyse de la teneur en matière sèche d'un fruit ou légume;
- détection de défauts internes ou externes dus à une m~ lie, un insecte,
un rongeur, un ver ou un endommagement m~canique;
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- détection d'un corps étranger tel qu'une pierre ou une motte de terre.
Par ailleurs, l'invention peut par en particulier être mise en oeuvre pour au
moins l'un des fruits etlou légumes a~palLellant au groupe col~lplGIla
- pommes de terre épluchées;
- pommes de terre non épluchées;
- tomates de jardin et tomates de serre;
- oignons;
- poivrons;
- pêches;
- abricots;
- agrumes.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparâîtront à la lecture de
la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à
simple titre illustratif et non limit~tif, et des dessins annexés dans lesquels:- les figures lA et lB présentent, respectivement en perspective et en vue de
dessus, le principe général de l'invention, à savoir la scrutation du produit
éclairé par une source de lumière, de deux points de vue lors de son passage-
dans le capteur;
- la figure 2 est un schéma illustrant le principe de la réception de la lumièretransmise à travers le produit par deux canaux principaux A et B et de leur
partage en cinq f~ ce~--x contenant les différents secteurs du spectre analysés;- la figure 3 présente quelques réalisations illustratives du rapport de deux
signaux de longueurs d'onde différentes correspondant à des qualités différentesdu produit;
- les figures 4A à 4F illustrent quelques réalisations de signaux issus des canaux
A et B correspondant à différentes positions d'un défaut dans le produit;
- la figure 5 est un schéma présentant l'algorithme de fonctionnement de
l'analyseur logique;
- la figure 6 présente le principe de la réception ~imlllt~nPe de lumière tr~ncmi~e.
et de lumière réfléchie provenant d'un produit;
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- les figures 7A et 7B donnent deux exemples du reflet lumineux sur le produit
en passage dans la zone d'inspection, selon que celui-ci a une forme régulière
ou irrégulière;
- la figure 8 est un schéma de principe de la caméra photométrique du dispositif;
S - la figure 9 est un schéma-bloc des moyens d'analyse du dispositif de
l'invention;
- la figure 10 est un schéma des moyens de synchronisation de la figure 9;
- la figure 11 est un schéma des moyens de reconn~ics~nce de produits
complètement défectueux et de corps étrangers;
- la figure 12 présente les diagrammes temporels des principaux signaux générés
durant le passage du produit dans le dispositif de l'invention;
- la figure 13 illustre le "V" différentiel des moyens d'arnenée du dispositif de
l'invention.
Avant de décrire le mode de réalisation particulier, on rappelle les avantages du
dispositif de l'invention. Nol~nlllellt, grâce à l'éclairage par balayage de la longueur et à
la scrutation latérale du produit, les réalisations obtenues par balayage des trois faces
contiennent de l'information sur l'état interne et externe de celui-ci, permettant la
reconn~ics~nce de tout type de défaut à l'aide de seulement deux secteurs informatifs du
spectre ~1 et ~2.
L'utilisation d'un secteur informatif supplémentaire ~c dans la région du procheinfrarouge, permet de reconnaitre, en combinaison avec ~1 et ~2, le taux de matière sèche
(pour les pommes de terre, les tomates etc.), ou la présence de cavités, tout en reconnais-
sant le degré de maturité du produit (respectivement la couleur interne et externe de
tomates par exemple). Cette information est obtenue sans rotation du produit ni du
système optique comme c'est le cas sur certains dispositifs connus.
L'erreur de tri est minimicée à l'aide d'une procédure itérative selon laquelle,pour un nombre de combinaisons d'indices égal à celui des classes recherchées, chaque
combinaison possèdant une précision maximale de cl~csem~nt dans une classe donnée, la
prise de décision définitive de la classification du produit s'effectue à l'aide d'un
classificateur logique multi-éléments qui prend en compte les souhaits de l'~ltili.c~teur sur
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la primauté de la précision dans telle ou telle classe.
Les méthodes connues n'offrent pas ces possibilités, parce qu'elles effectuent la
classifications des objets en deux ou plusieurs classes de façon figée et à l'aide de la
reconn:3ics:~nrc d'images où les objets sont divisés en classes par une seule combinaison
informative contenant un nombre limité d'indices.
Un autre avantage est qu'il est possible de reconnâître de multiples défauts dans
divers produits, et également, la qualité globale de pommes de terre entières non
épluchées destinées à la consommation, à la transformation ou à la semence, la qualité
globale de pommes de terre entières épluchées, la qualité globale de tomates destinées à la
consommation ou à la transformation, la qualité globale de pêches et d'abricots entiers, la
qualité globale d'agrumes, de prunes, de poivrons, d'oignons etc.
Il est également possible de distinguer les taches vertes superficielles ou en
profondeur (le coeur vert), de la queue et de la zone verte autour de celle-ci pour les
tomates et pour d'autres produits.
Un autre avantage de l'invention consiste dans l'élimin~tion des réflexions
lumineuses lors de la scrutation du produit, augmentant ainsi considérablement la
précision de tri.
Le produit, orienté dans le sens de sa longueur, puis projeté à travers la zone de
mesure de la caméra photométrique suivant une trajectoire déterminée par sa vitesse
initiale et sa taille, tombe, dévié ou non latéralement par des impulsions d'air colllp,il-lé
commandées par des électrovannes et en fonction de la catégorie élue, dans des canaux
couverts d'une surface de forme spéciale destinée à lui éviter des endommagements
m( caniques.
Le dispositif donne la possibilité de prédéterminer la correspondance entre les
trois catégories et les trois canaux de sortie de produits, ainsi que de regrouper ensemble
différentes catégories (par exemple: première et deuxième ou deuxième et troisième dans
un même canal), permettant ainsi de laisser tomber sans déviation la fraction q~ ntit~tive-
ment la plus grande afin d'économiser de l'air comprimé.
Un autre avantage réside dans le fait que, parallèlement à la reconn~ics~nce
qualitative du produit, sont déterminées également la quantité et la masse de celui-ci dans
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chacune des catégories, en choisissant dans l'or-lin~t.ollr, pour les différents produits ou
pour les différentes espèces d'un produit donné, le modèle d'approximation correspon-
dant. La mesure simultanée de la quantité (la masse) des produits dans chacune des
catégories donne la possibilité d'arrêter au moment opportun le tri après avoir atteint une
quantité voulue dans une catégorie donnée (et ceci, automatiquement ou par intervention
de l'opérateur).
L'invention permet d'effectuer un tri selon une ou plusieurs contraintes de
qualité, à savoir: défauts internes et externes, maturité, couleur, forme et teneur en
matière sèche, sans détériorer l'intégrité du produit, et de reconnâître et discriminer les
produits non standards en taille (trop petits ou trop grands), les résidus de terre et
d'autres corps étrangers.
Cette tâche de reconn~is~nce de la qualité de fruits et de légumes est accomplieselon le principe illustré en figures lA et lB en mesurant la tr~n.smitt~nce lumineuse du
produit 101 (par exemple une pomme de terre)- exposé d'une face à une source de
lumière blanche 102 - grâce à la lumière tr~n~mi~e perçue par deux canaux optiques A et
B situés symétriquement à un angle o~ de 120 à 150 par rapport à l'axe 103 du faisceau
lllmin~nx incident et servant à la scrutation longitll-lin:~le du produit qui donne lieu à deux
réalisations mathématiques de la transmitt~nce pour deux longueurs d'onde ~1 et ~2.
L'invention se distingue notamment par le fait que la lumière transmi~e rentre
par une région de la surface du produit, à savoir le côté exposé à la lumière incidente, et
traverse toute la tranche coplanaire 104 à l'image du filament de la lampe 102, pour
ressortir notamment des deux régions donnant sur les canaux optiques A et B, sachant
que les côtés en question sont complémentaires et de même superficie et forme.
Par une séparation et un regroupement adéquats, la lumière perçue par les
canaux A et B est partagée en cinq f~i~cezlllx lA, 2A, lB, 2B et C, ainsi que cela est
illustré en figure 2. Ces f~isce~llx contiennent différents secteurs du spectre du produit,
de telle manière qu'il est possible d'utiliser .simlllt~nement jusqu'à cinq longueurs d'onde
différentes ~lA, ~2A, ~lB, ~2B et ~C pour l'identification de la qualité recherchée.
La scrutation du produit suivant sa longueur L et à travers les cinq canaux
d'information ainsi formés donne lieu respectivement à des réalisations de type U~lA(L),
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U~2A(L), U~lB(L), U~2B(L) et U~C(L) où les longueurs d'onde ~1 et ~2 de la région
visuelle et proche infrarouge sont choisies dans la fourchette de 550 à 900 nm pour la
reconn~i~s~nce de défauts, de la maturité, de la couleur et de la forme, tandis que ~C,
située dans la région proche infrarouge de 900 à 1500 nm, conjointement avec ~1 et ~2,
S permet de reconnâître la teneur en matière sèche.
Les longueurs d'onde informatives ~1 et ~2 sont choisies de façon à ce que la
forme de la réalisation mathématique U~l/U~2(L) présente une relation injective avec la
qualité du produit, ainsi que cela est illustré en figure 3.
Dans ce mode de réalisation la relation est la suivante:
- pour des produits non défectueux (13 lA, 13 lB), cette forme est convexe;
- pour les produits défectueux (132) elle est concave, et;
- pour les produits de qualité moyenne (133), elle est approximativement plate.
La présence de défauts locaux à la surface ou à l'intérieur, ou une forme
asymétrique du produit, engendre des changements locaux sur la forme de la réalisation
mathématique. Ainsi, il est possible de positionner approximativement un défaut sur le
produit.
Les figures 4A à 4F illustrent quelques situations qui peuvent se présenter. Cesfigures associent à différents exemples de produits l'allure des faisceaux A et B, à partir
desquels il est aisé de déterminer le rapport illustré en f1gure 3.
On observe les situations suivantes:
- figure 4A: le produit est bon: les deux courbes 141A et 141B sont convexes;
- figure 4B: un défaut 142 est sensiblement central: les deux courbes sont
concaves (peu de lumière reçue par les deux récepteurs);
- figure 4C: un défaut 142 superficiel du côté du récepteur A: la courbe 141B
est convexe et la courbe 141A est concave;
- figure 4D: un défaut interne 142 du côté du récepteur B: la courbe 141B est
mauvaise sur sa deuxième partie;
- figure 4E: un défaut 142 du côté de l'émetteur de lumière: les deux courbes
sont mauvaises;
- figure 4F: un défaut 142 hors des axes des récepteurs: les deux courbes sont
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moyennes. Ce dernier exemple montre que selon l'invention la lumière diffusée
est prise en compte, ce qui permet d'obtenir plus d'information que dans le cas
des systèmes à récupération de la lumière dans l'axe.
Plus généralement, la présence de défauts suivant l'axe du faisceau lumineux
S incident provoque des changements analogues sur la forme des réalisations 141A et 141B
obtenues à travers les deux canaux A et B, tandis que la présence de défauts dans une
zone décalée par rapport à cet axe affecte davantage la réalisation obtenue de celui des
deux canaux A et B qui se trouve plus près du défaut.
Les réalisations logarithmiques lgU~l(L), lgU~2(L) et lgU~C(L) renseignent,
elles aussi, sur la qualité du produit et, utilisées en combinaison avec la réalisation
U~1/U~2(L) = T~l/T~2(L), permettent la reconn~i.cs~nce et la classification dudit
produit.
A partir de trois points caractéristiques, par exemple, la réalisation U~1/U~2(L)
est approximée par une sinusoide ou un autre modèle et les deux fonctions - la réalisation
et le modèle mathématique - sont comparés à travers le calcul d'un groupe d'indices qui
permettent de mettre en évidence les défauts locaux mais également de distinguer les
zones vertes non acceptables à la surface et à l'intérieur de la tomate, du poivron etc... de
celle marquée par la queue du produit et par la région verte autour de celle-ci.Ensuite, les réalisations collectées sur les deux canaux d'information A et B etleurs modèles sinusoïdaux sont comparés entre eux à l'aide d'un deuxième groupe
d'indices qui sont utilisés pour la reconn~ n~e de défauts disposés asymétriquement à
l'interi~ur ou à la surface du produit et pour la reconn~ics~nce de la forme de celui-ci.
Pour la reconn~ s~nce de la qualité interne et externe générale des produits dont
fait partie la teneur en matière sèche, mélanges de terre et d'autres corps étrangers, il est
utilisé un troisième groupe d'indices.
En rapport avec son but désigné c'est à dire, permettre de détecter une
caractéristique qualitative (à savoir différents types de défauts, couleur, maturité, forme,
teneur en matière sèche ou la présence de corps étrangers), chaque indice en tant que
fonction est confectionné du rapport de signaux, de leur logarithme et de la longueur du
produit:
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~ 7 2 ~
Xj = fj(U~1/U~2, lgU~l, IgU~2, lgU~C, L),
j=l.. n. (n étant le nombre d'indices)
A l'aide d'une procédure itérative, il est composé une combinaison d'indices
{Xj}m pour chaque catégorie du produit (j - numéro de l'indice, m - nombre de
catégories) de façon à assurer, par la reconn~i~s~nce d'images, une précision maximale
de l'attribution du produit à une classe donnée. L'attribution définitive du produit à la
classe concernée s'effectue à l'aide d'un algorithme de prise de décision qui aboutit à un
choix parmi les classes possibles.
Un produit à diagnostiquer est donc scruté par les canaux optiques donnant lieu
à des réalisations qui sont soumises séparément pour chaque canal optique, à la classifica-
tion de la façon illustrée en figure 5.
La réalisation du canal A (respectivement du canal B) est classifiée (151) par la
combinaison d'indices {Xj }3 qui est spécialisée dans la reconn~ .c~nce de produits de
troisième classe. Un diagnostic 152, à ce stade, d'appartenance à la troisième classe, est
définitif - branche 153A (respectivement 153B).
Dans le cas contraire, la réalisation concernée subit l'épreuve (154, 155) de ladeuxième combinaison d'indices {Xj }2 qui détermine si le produit appartient ou non à la
deuxième classe. Dans l'affirmative, le diagnostic du canal optique concerné est définitif
(branche 156A (respectivement 156B)).
Si l'objet n'a pas été attribué à la deuxième classe, la réalisation du canal A
(respectivement du canal B) est soumise à la combinaison d'indices {Xj}l (157) qui
constitue le diagnostic définitif (158) du canal concerné, en attribuant l'objet à l'une des
classes possibles: branches 159A, 1510A ou 1511A (respectivement 159B, 1510B ou
151 lB) sur la figure 5.
Les diagnostics définitifs des deux canaux A et B, éventuellement contradictoi-
res, parviennent à un bloc de prise de décision 1512 qui favorisera l'un ou l'autre en
fonction de la préférence de l'utili.c~eur. Il faut noter que l'algorithme de prise de
décision peut être modifié si l'utilisateur ne donne pas la priorité à la précision de la classe
la plus qualitative.
Pour le tri de certains produits comme par exemple la pomme de terre destinée à
WO 95/09698 PCT/~Rg4/01139
2~4~
16
la transformation ou la tomate, cueillies précocement pour mûrir définitivement pendant le
temps de transport, ou la pêche destinée à la consommation, ou les agrumes etc..., il est
nrces.S~ire que la classification soit basée aussi bien sur la qualité interne que sur la qualité
externe.
Ceci est réalisé selon le principe illustré en figure 6 en reconn~ics~nt séparément
la qualité externe par les coefficients de réflexion r(~i) et la qualité interne par les
coefficients de tr~n~mitt~nre T(~i) à l'aide d'une surface réfléchics~nte neutre (grise) E
placée en face de l'un ou des deux canaux A et B. En faisant varier le coefficient de
réflexion de la surface E dans la fourchette de 0 à 1, on obtient une augmentation de la
précision sur la qualité externe du produit (par exemple, la couleur de la peau).
Les informations issues des deux canaux A et B sont traitées séparément de
façon à permettre à l'opérateur de faire classifier le produit selon son degré de qualité
externe, interne ou globale (interne et externe).
Lors du passage par la zone d'inspection, un produit à forme irrégulière (ainsi
que cela est illustré en figure 7A) ou dévié de sa trajectoire normale pour une raison
quelconque (figure 7B), peut provoquer une réflexion lumineuse vers l'un des canaux
optiques A et B dont l'intensité peut dépasser de plusieurs fois l'intensité de la lumière
tr~n~mice à travers le produit et entraîner ainsi une erreur de diagnostic. Ceci peut être
évité selon l'invention en détectant la présence de la réflexion sur le canal concerné et en
effectuant la reconn~ o7~nre sur la base de la scrutation saine de l'autre canal.
En cas de détection cimult~nre de réflexions sur les deux canaux, signe de la
forme irrégulière du produit, la reconn~i~s~nce qualitative est effectuée sur la base des
informations provenant à la fois des deux canaux A et B.
L'invention permet également de déterminer, parallèlement à la reconn~i.c~nre
qualitative des produits, leurs quantités dans chacune des catégories en choisissant dans
l'ordinateur les modèles d'approximation correspondant aux différents produits ou aux
différentes espèces d'un même produit.
Le dispositif de l'invention complelld not~mm~nt les éléments suivants: système
de convoyage de produit à l'entrée, source de lumière et caméra photométrique pour
l'éclairage du produit et l'acquisition de la lumière tr~n~mi~e selon deux directions et deux
wo 95/0969~ PCTtFRg4/01139
~7~g44
longueurs d'onde, séparateur fréquentiel - à effet permanent - du signal utile et du celui de
la "compensation", amplificateurs munis de correcteur d'erreurs, convertisseur analogique-
-numérique, orllin~te~-r, intellu~l~ul~ de sortie de plliss~nce et organes de tri.
La figure 13 illustre un des éléments du système de convoyage, destiné à bien
séparer les produits à analyser, de façon à garantir un espace minimnm entre deux
produits consécutifs. Il s'agit d'un "V "de convoyage, dont chaque branche 1301A et
1301B est constituée d'au moins deux bandes sans fin parallèles 1302A, 1302B et
1303A, 1303B.
Selon l'invention, les deux bandes 1302i et 1303i se déplacent à des vitesses
différentes et deux tremplins (non représentés) placés au fond du V déstabilisent les
produits. Ainsi, les produits qui se trouvent entassés (1304) sont progressivement
séparés (1305), ceux du dessus étant entrâînés plus lentement que ceux du dessous. A
l'extrémité du V de convoyage, les produits sont en file indienne, et avec une vitesse
constante car ils sont entrâînés par les bandes du bas 1302A, 1302B.
La figure 8 illustre les éléments çssçntiels de ce dispositif, sur le plan optique.
Il colllpl~nd une caméra photométrique composée des élçments suivants: source
lllmine~l~se à inr~n(lP~scence à fil~ment linéaire et système optique de projection 1, corps de
la caméra 2 comportant les éléments réfléehis~s~nt 4, objectifs 5, lentilles convergentes 6,
14, 17 et 24, diaphragmes à fente 7, objectifs (également appelés collimateurs) 8,
photorécepteurs de synchronisation 9, miroirs dichroiques 10 et 11, miroirs réfléchis-
sants 12, filtres optiques 13, 14, 15, 16 et 23 pour les longueurs d'onde 12A, llA, llB,
12B et lC respectivement, photorécepteurs 18, 19, 20, 21 et 27, fibres optiques 22,
modules de focalisation et de réglage de la lumière 25, diode électroluminescente 26 et
préamplificateurs de courant photonique 28, caméra qui possède 7 sorties: cinq sorties
d'information 29,30,31,32 et 33, une sortie de synchronisation 34 et une sortie 35 pour
le système de stabilisation du rapport de deux signaux.
Les moyens de traitement électronique sont illustrés, sous la forme d'un
schéma-bloc de fonctionnement en figure 9.
En ce qui concerne le canal A, les sorties d'information 29 et 30 de la caméra
photométrique 2 (figure 8) sont connectées respectivement aux entrées de deux filtres
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~ 7~4
18
identiques passe-haut 36 et 39 et de deux filtres identiques passe-bas 37 et 38. La sortie
des filtres 36 et 39 est connectée respectivement à l'entrée de deux détecteurs 40 et 43,
dont la sortie est connectée, à leur tour, à l'entrée de deux filtres passe-bas 44 et 47, dont
la sortie est connectée à la première entrée des commnt~te.urs électroniques 51 et 54,
S comml-t~teurs dont la sortie est connectée, pour leur part, à l'entrée des amplificateurs
logarithmiques 56 et 57.
La sortie des filtres passe-bas 37 et 38 est connectée respectivement à l'entrée de
deux ampli~lcateurs identiques 41 et 42, dont la sortie est connectée à la fois à l'entrée des
deux co~ eurs identiques 45 et 46 et à celle des deux circuits identiques d'éch~ntillon-
nage-blocage 48 et S0. La deuxième entrée des comparateurs 45 et 46 est liée à une
source de tension de référence Uref, alors que leur sortie est connectée aux entrées d'un
circuit logique de type "OU" 49, dont la sortie est connectée, pour sa part, à la fois à
l'entrée de comm~n(le des circuits 48 et S0, à une des entrées du circuit logique de type
"OU" 64 - faisant partie du canal C (figure 8) - et à une des entrées logiques de l'ordina-
lS teur 80.
La sortie des circuits 48 et 50 est connectée respectivement à l'autre entrée des
commllt:lte.urs électroniques 51 et 54 et aux deux entrées du diviseur analogique 52 dont
la sortie est connectée à l'une des e~L.~;lllilés de la résistance 56.
Enfin, pour ce qui concerne le canal A, la sorties des filtres 44 et 47 est
connectée aux deux entrées du diviseur analogique 53. Quant au canal B, les sorties
d'information 32 et 31 de la caméra photométrique 2 (figure 8) sont connectées aux
entrées correspondantes de ce canal qui comprend des modules absolument identiques à
ceux de 36 à 57 reliés entre eux de façon identique aux modules du canal A.
En ce qui concerne le canal C, la sortie d'information 33 de la caméra photomé-
trique 2 est connectée à la fois aux entrées d'un filtre passe-haut 58 et d'un filtre
passe-bas S9, la sortie des filtres 58 est 59 est connectée respectivement à l'entrée des
circuits 60 et 61 - respectivement amplificateur et détecteur - dont la sortie est connectée à
l'entrée des circuits 62 et 63 - respectivement échantillonneur-bloqueur et filtre passe-bas.
La sortie de ces deux derniers est, à son tour, connectée à deux des entrées du commuta-
teur électronique 65.
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~7~84~
19
La sortie du circuit 49 du canal B, de même que celui du canal A, est à la fois
reliée à une entrée logique de l'or-lin:~tçur 80 et à la denxième entrée du circuit logique de
type "OU" 64 dont la sortie est connectée à l'entrée de comm~nde du circuit 62. Le circuit
65, pour sa part, est connecté par sa sortie à l'entrée de l'amplific~tel-r logarithmique 66.
La sortie logique de l'ordinateur 80 est connectée à la fois à l'entrée de
comm~ncle des comml-t~teurs électroniques 51 et 54 des deux canaux A et B, ainsi qu'à
celle-ci du commut~teur électronique 65 du canal C et à l'entrée de comm~nde du
générateur d'impulsions 67 dont la sortie est connectée à l'entrée 35 de la caméra
photométrique 2.
La sortie des amplificateurs logarithmiques 55 et 57 du canal A et leurs
homologues du canal B est connectée aux quatre entrées de l'additionneur 71 dont la
sortie est connectée à la première entrée du multiplexeur 78. La sortie de l'~mplificateur
log~rithmique 55 du canal A et de celui du canal B sont respectivement connectées à la
fois aux deux premières entrées de l'additionneur 72 et à la deuxième et la neuvième
entrée du multiplexeur 78, tandis que la sortie de l'amplificateur logarithmique 57 du
canal A et de son homologue du canal B sont respectivement connectées à la fois aux
deux premières entrées de l'additionneur 73 et à la cinquième et la huitième entrée du
multiplexeur 78.
La sortie de l'ampli~ teur logarithmique 66 du canal C est connectée ~imult:~ne-ment à la troisième entrée des additionneurs 72 et 73, ceux-ci étant connectés par leur
sortie respective à la quatrième et à la septième entrée du multiplexeur 78. L'autre
extrémité de la résistance 56 du canal A et de son homologue du canal B est connectée
respectivement à la quatrième entrée du bloc de comparateurs 70, à la troisième et à la
dixième entrée du multiplexeur 78, ainsi qu'aux deux contacts de l'interrupteur 69.
La sortie du diviseur analogique 53 du canal A et de son pendant du canal B est
connectée respectivement à la sixième et à la dixième entrée du multiplexeur 78. La sortie
du circuit d'échantillonnage-blocage 48 du canal A et du circuit correspondant du canal B
est connectée respectivement à la première et à la deuxième entrée du bloc de compara-
teurs 70 dont les sorties sont connectées à deux entrées logiques de l'or lin~teur 80.
La première extrémité des potentiomètres 74, 75, 76 et 77 est connectée à la
WO 9S/09698 PCT/1~94/01139
tension de référence Uref, tandis que leur deuxième extrémité est connectée à la masse,
leur point-milieu est connecté respectivement à la douzième, à la treizième, à la quator-
zième et à la quinzième entrée du multiplexeur 78 dont la sortie est connectée à l'entrée du
convertisseur analogique-numérique 79. Les entrées/sorties numériques de celui-ci sont
connectées à l'ordinateur 80 qui, pour sa part, est connecté au module de comm~n(le du
dispositif 81 et aux interrupteurs électroniques de puissance 82 ceux-ci étant connectés
par leur sortie aux organes de tri 83.
La figure 10 présente les détails des moyens de synchronisation 68, dont
l'entrée, reliée à la sortie 34 de la caméra photométrique 2, est connectée à la fois à l'une
des entrées du comparateur 86 et à l'entrée du détecteur de pic 85 dont la sortie est
connectée à l'une des entrées du comparateur 88. La sortie de ce dernier est connectée à
l'entrée de comm~n-lç du compteur réversible 87, alors que la sortie du comparateur 86,
pour sa part, est connectée ~imlllt~nçment à une entrée logique de l'ordinateur 80 et à
l'entrée de mise en marche du générateur d'impulsions 84 dont la sortie est connectée à
l'entrée de comptage du co~ ul réversible 87.
La sortie numérique de celui-ci, pour sa part, est connectée à l'entrée nllm~rique
du convertisseur numérique-analogique 90 dont la sortie analogique est connectée à
l'entrée de l'ampli fiç~tçllr 91. La sortie de ce dernier amplificateur est connectée à la fois à
l'autre entrée du comparateur 88 et à l'entrée du filtre passe-bas 92 dont la sortie est
connectée à l'une des extrémités du potentiomètre 89. L'autre extrémité de ce dernier est
connectée à la masse, alors que son point-milieu est connecté à l'autre entrée du
comparateur 86.
La figure 11 présente un schéma plus détaillé des moyens 70 de reconn~i~s:~nce
de produits complètement défectueux et de corps étrangers, qui possèdent 4 entrées (deux
groupes de deux correspondant aux canaux optiques) et deux sorties. L'une des entrées
corresponde au canal A (respectivement canal B) est connectée au bloc 48 et l'autre est
reliée à la résistance 56.
En interne, ces entrées sont connectées aux premières entrées (respectivement
deuxièmes entrées) des comparateurs 95 et 96. La première extrémité des potentiomètres
93 et 94 est connectée à la source de tension de référence Uref, leur deuxième extrérnité
wo 95/09698 ~ 1 ~ 2 ~ 4 k PCTIFR94/01139
est connectée à la masse, tandis que leur point-milieu est connecté respectivement à la
deuxième entrée des colllpaldL~urs 95 et 96 des deux canaux A et B.
La sortie des comparateurs 95 et 96 est connectée respectivement à la première
entrée des deux circuits logiques de type "OU" 97 et 98, et de la même manière la sortie
des deux colllpaldteurs cullc;spondants du canal B est connectée à la deuxième entrée des
mêmes circuits 97 et 98, dont les sorties sont connectées, pour leur part, à des entrées
logiques de l'or lin~tçnr 80.
Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante: lors de son passage
à travers la zone d'inspection de la caméra photométrique 2 (figure 8), le produit 3,
éclairé par la source lumineuse 1, est traversé par la lumière qui sera perçue par les deux
canaux optiques identiques A et B, qui à leur tour donneront lieu également à un troisième
canal C.
Le système optique de la source lnminçu~e 1 projette l'image du filament linéaire
de la source sur la surface éclairée du produit 3 sous la forme d'une tache lumineuse
rectangulaire. Les tranches observées de la surface du produit possèdent la même forme
et la même largeur, à savoir la largeur de l'image du filament, et à l'aide des objectifs 5
elles sont projetées sur les plans des diaphragmes à fente 7 et en conséquence le produit
est scruté de deux faces suivant toute sa longueur pendant son passage dans la zone
d'inspection.
Par l'intermédiaire des collimateurs 8, des miroirs dichroiques et réfléchi~s~nt~
10, 11 et 12, les flux h]mineux A et B sont, chacun, partagés en 3 parties, filtrés par les
filtres 13, 14, 15, 16 et 23 et sont focalisés, par les objectifs convelgellt~ 17 et 24, sur les
photorécepteurs 18, 19, 20, 21 et 27. Il en résulte ainsi 5 canaux optoélectroniques
possibles correspondant à des différents secteurs du spectre de 550 à 1500 nm qui sont
formés par les cinq filtres lumineux à longueurs d'onde ~lA, ~2A, ~lB, ~2B et ~Cdont le choix dépend du type du produit à trier et de la qualité à diagnostiquer.
Les mêmes photorécepteurs reçoivent également le signal lllmin~ux de référence
de la diode électroluminescente 26, acheminé par fibre optique, focalisé et réglé par les
modules 25.
Les photorécepteurs 18, 19, 20, 21 et 27 ont pour rôle de transformer les
WO 95/09698 PCT/FRg4/01139 1
.cign~llx lumineux, en l'occurrence les lumières tr:~n~mi.ce et de référence, en signaux
électriques qui sont amplifiés par les amplificateurs 28 et acheminés à travers les sorties
29, 30, 31, 32 et 33, vers les entrées des deux canaux électriques identiques A et B et du
canal C (figure 9).
En l'absence de produit, le f~i~ce~ll lumineux de la source 1 atteint et excite le
photorécepteur 9, en passant par le système optique convergent 6. Lors de chaquepassage du produit à travers la zone de mesure, le faisceau lumineux en question est
coupé, ce qui provoque à la sortie du photorécepteur 9 une série d'impulsions électriques
dont la durée et l'intervalle de succession sont en relation directe avec la longueur de
chaque produit et leur intervalle de succession, ainsi que cela est illustré en figure 12, a
(arrivée des produits) et signal b (signal délivré par le photorécepteur 9).
Le signal électrique de synchronisation 34 ainsi obtenu aux sorties de la caméraphotométrique 2 est commllniqué au module de synchronisation 68 (figure 9) dont le
fonctionnement est mis en évidence sur la figure 10.
L'absence de produit fait exciter Iedit photorécepteur 9, qui de son coté active la
sortie 34 de la caméra photométrique 2, connectée au i~.tect~ur de pic 85 (figure 10). Le
signal à l'entrée du détecteur 85 étant maximal, celui à sa sortie l'est également, ce qui
provoque, en passant par un système de suivi de signal constitué du comparateur 88, du
générateur d'impulsions 84, du compteur réversible 87, du convertisseur analogique-num-
érique 90, de l'amplificateur 91 et du comparateur 86, à l'entrée du filtre passe-bas 92 un
signal dont la valeur est égale à la valeur maximale de la sortie du det~ct~l-r de pic.
Ce signal de référence est filtré par le filtre passe-bas 92 et transmis ensuite au
potentiomètre 89 délivrant un signal proportionnel à cette valeur maximale qui permettra
au comparateur 86 de la comparer continuellement avec la valeur courante du signal du
photorécepteur. La pénétration du produit dans la zone de mesure et donc dans le f~isce~
lurnineux fait ~limin~lcr de plus en plus le signal du photorécepteur.
Lorsque le signal en question devient plus faible ou égal au signal qu'on reçoitdu point-milieu du potentiomètre 89, le comparateur 86 commute, fait arrêter le généra-
teur d'impulsions 84 et envoie en même temps une impulsion à niveau actif vers
l'ordinateur 80. A l'inverse, la sortie du produit de la zone de mesure fait augmenter le
wo gs/09698 PCT/FR94/01139
~172~
23
signal du photorécepteur 9 et entrâîne à terme la commllt~tion du comparateur 86,
provoquant ainsi la mise en marche du générateur d'impulsions 84 du système de suivi
du niveau maximal, et transmet .~imult~nément un signal à niveau non actif "0" vers
l'ordinateur 80.
Ni les changements lents de l'intensité du flux lumineux dus au vieillissement de
la source lumineuse et à l'encrassement du système optique, ni la coupure prolongée du
faisceau lumineux n'influent sur le seuil de commut~tion du comparateur 86, car, d'une
part, la valeur de référence issue du potentiomètre 89, est, en l'absence du produit,
proportionnelle au m~ximum du signal courant, et d'autre part, la constante du temps de
décharge du détecteur de pic est choisie s--ffi.~mment grande.
A la chute du signal de synchronisation, l'ordinateur 80 transmet un signal de
mise en marche à l'entrée correspondante du générateur d'impulsions 67 qui, en
conséquence, met en marche la diode électroluminescente 26 en activant l'entrée 35 de la
caméra photométrique 2. Les impulsions luminçuses émises par 26, à travers les élément~
lS de focalisation et de réglage 25 et par l'interme~i~ire des fibres optiques 22, parviennent
aux entrées des photorécepteurs 18, 19, 20, 21 et 27.
La durée Tc du paquet d'impulsions est choisie de façon à être toujours plus
courte que la pause Tp (l'intervalle de temps entre deux produits se suivant), ainsi que
cela est illustré en figure 12, signal c.
A partir des sorties 29 et 30 de la caméra photométrique 2 provenant du canal A
(figure 8 et 9), on obtient deux signaux utiles U~lA et U~2A et deux signaux de
compensation U~lEA et U~2EA. Les signaux utiles sont d'abord filtrés par les filtres
passe-bas 37 et 38, amplifiés ensuite par les amplificateurs 41 et 42, puis transmis aux
circuits d'échantillonnage-blocage 48 et 50 et acheminés enfin vers les premières entrées
des comparateurs 45 et 46. Sur la deuxième entrée des comparateurs en question est
connectée la même tension de référence Uref.
Si le niveau des ~i~n~llx utiles est plus bas que cette tension de référence, les
circuits 48 et 50 sont en mode de fonctionnement "échantillonnage" et les signaux
apparaissent à leurs sorties. Si le produit éclairé dévie considérablement de sa trajectoire
normale ou s'il a une forme irrégulière, il donne lieu à la réflexion (figure 7) et provoque
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24
le dépassement de Uref par U~lA ou U~2A ce qui fait changer d'état à la sortie des
comparateurs 45 et/ou 46, et donc également la sortie des circuits logiques 49 et 64, et
met en état de "blocage" les circuits 48, 50 ainsi que le circuit d'échantillonnage-blocage
62 du canal C, et émet ~imlllt~nkment un signal à niveau actif vers l'or(lin~t~.ur 80.
Ainsi, les signaux U~lA et U~2A sont mémorisés et restent inchangés pendant
le temps de la réflexion et l'or~lin~t~ur reconnâît lequel des deux canaux A et B a perçu la
lumière réfléchie et avorte sur le canal perturbé le diagnostic qui aurait donné un résultat
erroné.
Après le départ du produit de la zone d'inspection, l'or(lin~t~ur reçoit un signal
du circuit de synchronisation 68 et met en marche le générateur d'impulsions 67,provoquant la diode électroluminescente 26 qui émet à son tour des impulsions lumineu-
ses acheminées par les modules 25 et les fibres optiques 22 vers tous les photorécepteurs
18, 19, 20, 21 et 27 (figure 8).
Transformées en signaux électriques, ces impulsions sont tr~n~mi~cs par les
mêmes sorties 29 et 30 du canal A de la caméra photométrique vers l'électronique du
canal A (figure 9) et sont séparées respectivement par les filtres passe-haut 36 et 39,
rectifiées par les détecteurs 40 et 43 et filtrées par les filtres passe-bas 44 et 47. C'est
ainsi que, durant le passage du produit, le canal A délivre deux signaux utiles correspon-
dant aux longueurs d'onde en observation, U~lA et U~2A, tandis que dans l'intervalle
qui sépare deux passages du produit, les signaux délivrés sont ceux de compensation,
U~lEA et U~2EA, de durée Tc (figure 12).
La sortie des blocs 48 et 50 étant connectée à l'entrée du diviseur analogique 52,
la sortie numérique de celui-ci représente la valeur U~lA/U~2A. Les mêmes signaux
issus des blocs 48 et 50 sont également transmis respectivement vers la première entrée
des commut~teurs électroniques 51 et 54. Les .cign~llx de compensation disponibles à la
sortie des blocs 44 et 47, sont transmis au deuxième diviseur analogique 53 qui délivre
(pendant les pauses), à son tour, le rapport U~lEA/U~2EA.
Les mêmes signaux provenant des blocs 44 et 47 sont transmis aussi vers la
deuxième entrée des co~ r~ 51 et 54 respectivement. Sur présence du produit dansla zone d'inspection, ces collll"~ t~urs vont présenter les signaux utiles sur leurs sorties,
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signaux qui sont pris en logarithme respectivement par les amplificateurs lo,~a, ;Ih,.~iques
55 et 57, avant d'attaquer la première sortie des additionneurs analogiques 71, 72 et 73,
et respectivement, deux entrées du mnltiplexeur 78.
Lors des pauses entre les produits, le circuit de synchronisation 68 passe en état
passif, faisant mettre en marche le générateur d'impulsions par l'ordinateur et faisant
commuter les commllt~teurs 51 et 54 - par leurs entrées de comm~n~le - de façon à faire
apparâître sur leur sortie les signaux de compensation U~lEA et U~2EA, pris ensuite en
log~rithmP respectivement par les mêmes amplifie~tellrs log~rithmiques 55 et 57.Le canal B est conçu et fonctionne comme le canal A, à ceci près que les signauxd'entrée du canal B correspondent aux longueurs d'onde ~lB et ~2B. Tout comme pour
le canal A, ses ~ign~llx de sortie (voir figure 9) sont envoyés vers additionneurs 71, 72 et
73.
Le canal C se distingue des canaux A et B par le fait qu'il traite une seule
longueur d'onde ~C et, à partir du signal 33 de la caméra photométrique 2 (figure 8)
passé dans les filtres passe-bas 58 et passe-haut 59, génère seulement deux signaux U~C
et U~EC qui subissent, à travers les blocs 60, 61, 62, 63, 64, 65 et 66, un traitement
analogue à celui de leur homologue des canaux A et B.
La présence du produit dans la zone d'inspection fait apparaître les signaux
suivants à la sortie respective des additionneurs 71, 72 et 73:
1/2(1gU~lA - lgU~2A + lgU~lB - lgU~2B),
1/2(1gU~lA + lgU~lB) - lgU~C et
1/2(1gU~2A + lgU~2B) - lgU~C .
Pendant les pauses Tc, où fonctionne le système de compensation, ces mêmes
sorties des additionneurs délivrent des signaux en rapport avec les signaux de compensa-
tion U~lEA, U~2EA, U~lEB, U~2EB, U~EC.
Les trois derniers signaux utiles et leur homologue de compensation, les deux
signaux utiles U~ 1 A/U~2A, U~ 1 B/U~2B et leur homologue U~lEA/U~2EA,
U~lEB/U~2EB, ainsi que les signaux lgU~lA, lgU~2A, lgU~lB et lgU~2B sont
envoyés, à travers le multiplexeur 78, vers le convertisseur analogique-numérique 79 où
ils sont convertis avant d'atteindre l'ordinateur 80.
WO 95/09698 PCT/FRg4/01139
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Ce dernier procède à l'addition des signaux logarithmiques et à la division des
autres signaux utiles par leur homologue pour éliminer l'effet des variations du gain du
circuit optoélectronique des canaux A, B et C dues au vieillissement, aux changements de
température, aux fluctuations d'~lim~nt~tion etc. n calcule ensuite la valeur des indices Xj
et de leurs combinaisons {Xj }m
Dans cet espace à m dimensions constitué par les combinaisons d'indices, lui
même une projection de l'espace d'indices à n dimensions, et par les méthodes dereconn~ nce de formes, on analyse les données calculées et, à travers un algorithme de
prise de décision (figure 5), on classe le produit dans une catégories en fonction de sa
qualité recherchée, à savoir, la couleur, le degré d'importance de ses défauts, la maturité,
la forme, la teneur en matière sèche, etc.
L'algorithme permet également de discriminer les corps étrangers. En fonction
de la décision définitive du cl~c~ifir~te.ur logique, I'ordinateur 80 émet un signal vers le
bloc des interrupteurs de p~ n~e 82 qui met, à son tour, en fonctionnement l'organe de
tri correspondant 83.
Les potentiomètres 74, 75 et 76 permettent de déplacer la frontière entre les
catégories de produits lorsque ceux-ci sont triés par couleur ou par maturité, tandis
qu'avec le potentiomètre 77 on détermine la valeur limite de la teneur en matière sèche,
lorsque celle-ci représente un critère supplémentaire de tri.
Le bloc 81 émet deux signaux numériques à destination de l'or-lin~te.ur 80 dont
l'un permet de déter niner la frontière entre les différentes catégories lorsque le tri est basé
sur la gravité des défauts, et ceci en (l~te.rmin~nt les probabilités à priori de la présence de
produits de chaque catégorie de qualité dans le flux d'entrée du dispositif. L'autre signal
numérique du bloc 81 permet l'ajustement d'un paramètre dans l'algorithme de reconnais-
sance en fonction de l'état qualitatif général du produit dépendant des conditions
climatiques et du sol, des conditions et de la durée de stockage etc
En fonction du degré d'opacité optique de la couche superficielle du produit et
selon la primauté ou non de la qualité interne sur la qualité externe, on choisit le
coefficient de réflexion adéquate des éléments réfléchissants 4 (figure 8).
En fermant l'interrupteur 69, les sorties des résistances 56 (figure 8) sont
WO 9S/09698 PCT/FR94/01139
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réunies, con~lni~nt au mélange des signaux issus des canaux A et B, pour aboutir à deux
ensembles de signaux identiques suivant: 1/2(U~lA/U~2A + U~lB/U~2B). Cela permet
de trier le produit selon sa qualité globale (couleur, m~tnritP, teneur en matière sèche).
Le mode de réalisation décrit ci-dessus n'est bien sûr nullement limit~tif de
S l'invention. L'homrrie du métier pourra im~giner de lui-même de nombreuses v~ri~ntPs
sans sortir du champ de la présente demande de brevet.
Les adaptations suivantes sont not~mmPnt possibles:
- utilisation de plusieurs sources d'éclairage (en faisant en sorte, de
préférence, que la lumière récupérée soit au moins en partie une lumière
diffusée, et non une lumière directe, en choisissant de façon adéquate, le
positionnemP.nt des capteurs par rapport aux sources);
- utilisation de plus de deux récepteurs optiques indépendants et/ou de
plus de deux canaux par flux lumineux récupérés, de façon à augmenter
les signaux analysés;
- analyse effectuée directement sur un élément de convoyage, et non plus
durant une chute libre;
- modification des moyens de traitement, par exemple en numérisant
directement les signaux optoélectroniques et en effectuant un traitement
entièrement (ou essentiellement) numérique;
- adaptation de l'algorithme de tri, en fonction des besoins et des produits;
. . .
