| Revendications 1. Dispositif de contrôle d'identification et d'édition des paramètres critiques de qualité nutritionnelle des produits agroalimentaires et pharmaceutiques, ledit dispositif comportant une unité d'analyse spectrométrique en fluorescence et rayonnement proche infrarouge, dotée d'une unité de traitement temps réel de vision et d'analyse d'image chimiométrique, caractérisé en ce qu'il comporte en outre : - un moyen de monétique sécurisé pour ajuster le prix du produit ou de la prestation d'analyse selon son état qualitatif de consommation ainsi que sa date limite de consommation, - un moyen pour indiquer au produit une date de fraicheur initiale et la durée de vie estimée du produit, la fixation et la variation du prix des produits se faisant entre cette durée estimée et la valeur lue en temps réel par le dispositif, - un moyen de délivrance d'un certificat de qualité sur emballage ou puce d'identification automatique par radio fréquence (RFID). 2. Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce qu'il comporte un module d'analyse spectrométrique utilisant une ou deux matrices CCD travaillant en colorimétrie et un module de vision stéréo pour la gamme UV et visible, et utilisant un filtre AOTF ou un réseau de miro miroir MOEMS pour la partie infra rouge, la combinaison de ces deux modules permettant d'identifier et de caractériser toute substance ou produit agroalimentaire par le biais d'un module de chimiométrie embarqué dans son unité d'analyse composé d'une unité centrale embarquée et autonome de type RSIC et DSP. 3. Dispositif selon les revendication 1) et 2) caractérisé en ce qu'il comporte un module de monétique intégré et sécurisé par logiciel ou carte à puce qui permet d'ajuster en temps réel le prix du produit ou de la substance considérée en fonction de la qualité nutritionnelle du produit ou de la substance analysée, ledit module assurant la facturation sécurisé de la prestation d'analyse en temps réel et la consolidation des résultats d'analyse sur un serveur distant. 4. Dispositif selon la revendication 3) caractérisé en ce que les résultats des analyses permettent de délivrer en temps réel un certificat de qualité HACCP sous la forme papier ou dans une puce RFID associée à un récipient contenant la substance prélevée pour une analyse en laboratoire, une caractéristique de qualité étant la délivrance en temps réel d'une date limite de consommation d'un produit frais à analyser. 5. Dispositif selon la revendication 3) caractérisé en ce qu'il comporte un module de reconnaissance d'objets ou de substance en mode colorimétrie grâce à un logiciel embarqué de vision et de qualification qualitative de la substance ou objet en mode proche infrarouge par analyse chimiométrique. 6. Dispositif selon la revendication 2) caractérisé en ce que ses organes de mesures, filtre AOTF, capteur CCD et diode InGaAs et module de pilotage à radio numérique du filtre AOTF sont simultanément régulés en température par le biais d'un module de régulation de température à effet Pelletier contrôlé par un générateur de courant numérique. 7. Dispositif selon la revendication 2) caractérisé en ce que la partie éclairage du module d'analyse spectrométrique comporte un système de transport et de calibrage des sources de lumière utilisant une pièce optique étalon amovible, interchangeable, insérée dans un compartiment sécurisé en accès par un scellé et protégé contre toute pollution de lumière, ladite pièce optique comportant une signature spectrale précise pour assurer une calibration précise de la référence de mesure de la substance à analyser. 8. Dispositif selon la revendication 2), caractérisé en ce qu'il comporte un module d'éclairage construit à l'aide d'un module DLP dont le séquenceur de commande est piloté par un EPLD spécifique pour activer individuellement chaque micro miroir. 9. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédences, caractérisé en ce qu'il comporte un module infra rouge à base de photorécepteurs agencés en matrice (i, j) avec 1 <i< n et 0<j<m ou m et n sont des entiers réels, chaque canal de mesure (i, j) étant traité par une chaîne d'acquisition rapide et limité en vitesse par le temps d'activation du photorécepteur, ladite chaîne d'acquisition assurant le traitement des pixels en parallèle. 10. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédences, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs fichiers chimiométriques dans les domaines spectraux des UV au visible et de l'infrarouge, la délivrance du résultat d'analyse se faisant par itération des deux fichiers chimiométriques combinés au fichier de monétique paramétrable en fonction des paramètres de qualité souhaité par l'analyse : Fraîcheur et goût, Nutrition, Santé , Innocuité à l'aide d'une interface homme machine ou par téléchargement à distance sur un serveur. 11. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré de mesure et de calibration automatique de sa chaîne de mesure optique. 12. Dispositif selon la revendication 2), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré de détection automatique d'opérateur et de mise en veille automatique de la partie éclairage du module d'analyse spectrométrique. 13. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte différents organes de télécommunication vers un serveur central distant : Internet, Wifi, GSM, CPL, Ethernet, ZIGBEE. 14. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de commande d'un module indépendant de prélèvement de substance solide ou liquide, qui prélèvera mécaniquement une portion de matière et la stockera dans un récipient hermétique, doté d'une puce RFID, dans laquelle le lecteur RFID inscrira tous les paramètres de défaillance de la substance ainsi que les informations nécessaires à la traçabilité de l'opération, le dispositif étant ainsi capable de générer automatiquement une demande d'expédition du récipient vers un serveur central distant. 15. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il se connecte par simulation de frappe au clavier de tout type de balance poids prix fonctionnant avec un clavier de choix de produits vendus en libre service. 16. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce que les produits agroalimentaires sont des fruits et légumes vendus en libre service en lieu et place des claviers de choix produits existants. 17. Dispositif selon la revendication 16), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré d'apprentissage automatique sur site des différents fruits et légumes en magasin. 18. Dispositif selon l'une des revendications 16) ou 17), caractérisé en ce qu'il utilise des sachets plastiques ajourés pour faciliter l'analyse optique des fruits et légumes. 19. Dispositif selon l'une des revendications 16) à 18), caractérisé en ce qu'il utilise la colorimétrie et l'analyse infra rouge pour caractériser le taux de maturité des fruits et légumes et comporte un dispositif intégré de variation du prix des produits en fonction de leur état qualitatif. 20. Dispositif selon l'une des revendications 16) à 19), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré de génération de date limite de consommation des fruits et légumes, soit par délivrance sur ticket thermique autocollant soit par inscription du résultat sur une puce RFID. 21. Dispositif selon l'une des revendications 16) à 20), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré de mise à jour des bases des nouveaux produits et de calibrage automatique de la chaîne de mesure chimiométrique. 22. Dispositif selon l'une des revendications 16) à 21), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif intégré de reconnaissance automatique de l'existence en temps réel de l'adhésif de scellement d'un sachet plastique contenant les fruits et légumes, ainsi que les marques d'intégrité dudit scellé. 23. Dispositif selon l'une des revendications 16) à 22), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de pilotage automatique d'un module de délivrance de scellés adhésifs contenant une puce RFID sous forme de STRAP, ledit module de délivrance de scellés étant autonome et piloté par le biais d'un liaison filaire ou sans fil. 24. Dispositif selon la revendication 20) prise en combinaison avec la revendication 23), caractérisé en ce qu'il ne puisse délivrer l'étiquette poids prix, date limite de consommation à la condition expresse d'avoir vérifié la fermeture effective du sac à l'aide du scellé soit par vision ou par lecture RFID. 25. Dispositif selon l'une des quelconques revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif global lui permettant de consolider sur un serveur tous les résultats d'analyse effectués par tous les points d'analyse constitué d'un dispositif conforme aux revendications précédentes. |
AUTOMATIQUE PAR RECONNAISSANCE OPTIQUE DES
PRODUITS AGROALIMENTAIRES OU PHARMACEUTIQUES
Description
La présente invention concerne un dispositif d'identification et de paiement automatique par reconnaissance optique des produits agroalimentaires ou pharmaceutiques basé sur l'analyse spectrométrique dans toute la gamme des rayons UV jusqu'au proche infra rouge. Il est doté d'un réseau de capteurs de type CCD fonctionnant en mode caméra de fluorescence dans la gamme du visible afin d' identifier et caractériser le produit agroalimentaire ou pharmaceutique considéré, un deuxième module optique fonctionnant exclusivement en mode proche infrarouge et agencé préférentiellement autour d'un filtre acousto-optique à fréquence variable, Acousto Optical Tunable Filter (AOTF)sert quant à lui à caractériser de manière précise la nature et la qualité nutritionelle du produit dans le domaine proche infra rouge. Dans un autre mode de réalisation le module proche infra rouge sera réalisé à l'aide d'un spectrophotomètre réalisé à base Micro-Opto-Electromechanical Systems (MOEMS) . Le dispositif est entièrement autonome et il comprend préférentiellement une unité de calcul et de traitement d'image intégrés dotés d'un processeur de type Reduced Instruction Set Computer (RISC) et d'un Digital Signal Processor (DSP), dont la puissance de traitement et d'analyse en temps réel des paramètres chimiométriques permet l'utilisation des méthodes statistiques et neuro-informatique pour classifier et déterminer précisément la nature et l'état qualitatif des produits. Le dispositif comporte un module de monétique sécurisé intégré qui lui permet de moduler automatiquement le prix par unité de poids ou de volume du produit en fonction de son état qualitatif par rapport aux valeurs qualitative initiales calibrées en référence dans le dispositif. Il comporte un moyen de génération automatique de la date limite de consommation des produits frais, ou du rapport de contrôle qualité par le biais soit d'un moyen de contrôle d'un organe d'impression de ticket papier, ou nativement par l'inscription de la transaction dans une puce RFID au moyen du lecteur encodeur RFID intégré dans le dispositif. Par ailleurs le dispositif est capable d'actionner un module de prélèvement automatique de substance en cas d'atteinte de limite de la qualité du produit. Ledit système de prélèvement est capable de prélever de la matière et de la stocker en l'identifiant dans un récipent doté d'une puce RFID dans laquelle le dispositif écrira tous les paramètres liés à la substance et à la transaction de prélèvement, cette transaction est entièrement sécurisée. Le dispositif selon l'invention sert à identifier et à quantifier les paramètres physico chimiques de tous les produits agroalimentaires et pharmaceutiques. Il permet de générer automatiquement et en temps réel les informations de qualité à tous les points de contrôle critique comme le recommande la norme ISO 2002 500. Dans un premier mode de réalisation le dispositif selon l'invention sert à identifier et délivrer en automatique la date limite de consommation des fruits et légumes en grande surface. Il est à cet effet associé à une balance automatique à laquelle il délivre en automatique la nature du produit ainsi que la variation de prix en fonction de la date limite de consommation calculée automatiquement grâce au module de chimiométrie.
En effet, le développement des applications de contrôle qualité dans les secteurs agroalimentaires et pharmaceutiques est régit par l'initiative sur les Process Analytical Technologies (PAT) ou Technique d'Analyse de Procédés (TAP), lancée par la Food and Drug Administration (FDA) la PAT vise à obtenir une meilleure compréhension et une meilleure maîtrise du processus de fabrication afin d'améliorer la qualité des produits pharmaceutiques et agroalimentaires. La PAT a favorisé l'utilisation des techniques d'analyse en ligne dans l'industrie pharmaceutique. Ces techniques permettent l'étude et le suivi in situ et en temps réel des réactions chimiques et des cristallisations au moyen de sondes à immersion. La PAT est basée sur des technologies d'analyse temps réel et in situ robustes et rapides permettant de caractériser toutes les composantes physico chimique d'un produit pharmaceutique ou alimentaire par des sondes à immersion de type optique ou radio électrique.
La PAT est non destructive et permet l'analyse de produit sous différentes formes sans préparations d'échantillons qui peuvent être fastidieuses. Afin de répondre à la demande croissante de systèmes de contrôle qualité aux points critiques, la HACCP (Hazard AnalySis Critical Control Point) est une méthode qui permet la gestion des risques alimentaires (biologiques, chimiques et physiques) et suivant toutes les Étapes de la vie d'un produit. Elle identifie les phases critiques et les risques qui y sont Associés - qui pourraient être à l'origine de contamination - et propose une méthodologie de leur évaluation. La méthode HACCP prend donc en compte les produits, les moyens utilisés (matériels, techniques, humains).
La démarche a été retenue au niveau international par la FAO (organisation des nations Unies pour l'alimentation et l'agriculture) comme la base de toute discussion pour la sécurité des aliments, à travers le Codex Alimentarius. L'analyse des risques de type HACCP a ensuite été introduit en droit européen dans la directive 93/43 du 1er juin 1993 relative à l'hygiène des denrées alimentaires, ensuite retranscrite dans le droit français pour les Produits de deuxième et troisième transformation.
La méthode HACCP est dorénavant la méthode d'analyse des risques imposée par le Règlement 178/2002 pour la gestion des risques alimentaires et de leur maîtrise. La HACCP repose sur les sept principes suivants :
1. l'identification du danger et les mesures nécessaires à sa maîtrise ;
2. la détermination des points critiques pouvant être maîtrisée pour éliminer ou diminuer une occurrence ;
3. la détermination des limites acceptable/inacceptable ; - A -
4. la définition d'un système de surveillance basé sur des tests, des mesures et des Observations, destiné à prévenir les opérateurs en cas de dérive ;
5. la définition des actions correctives lorsqu'un point critique n'est pas contrôlé ;
6. la prévision de procédures complémentaires ;
7. la création d'un système documentaire concernant toutes les procédures et enregistrement cités précédemment.
Il en résulte que les systèmes de PAT doivent délivrer en temps réel et in situ à chaque point de contrôle critique (CCP) les résultats d'analyses quantitatives et qualitatives sur les produits et cela conformément aux principes ci-dessus énumérés. Ces analyses doivent permettre la construction et la mise à jour les plans HACCP pour les procédés de fabrication agroalimentaire conformément à la norme (IFS - BRC - ISO 22000). et de se rendre ainsi conforme aux 14 étapes définies par le Codex Alimentarius. Le principe de la norme BRC-ISO 22000 est d'assurer la maîtrise des dangers allergènes, OGM, organoleptiques, physiques, microbiologiques, chimiques.
Dans le cadre du respect des plans HACCP les industries agro alimentaires et pharmaceutique se sont équipées en partie d'outils d'analyse de procédés en temps réels afin d'assurer et de prévenir les risques alimentaires graves. Ces outils d'analyses utilisent des spectromètres de masse qui sont parfois installés à des points critiques du procédé de fabrication. L'architecture de ces matériels et leur complexité de mise en œuvre rendent leur exploitation extrêmement onéreuse par poste de contrôle et il en résulte que globalement seuls certains points critiques de contrôle sont équipés de ces matériels engendrant une dégradation des plans HACCP, les industries agroalimentaires se trouvent ainsi fragilisés sur le plan du respect de la norme BRC- 22000. Les industriels essaient de résorber cet inconvénient en délégant à des laboratoires tiers le contrôle in situ de la qualité et de la sécurité alimentaire des produits qu'ils transforment. Le principal inconvénient de la délégation du contrôle de la sécurité alimentaire réside dans le fait que les prélèvements de produits s'effectuent par échantillonnage de la production, les résultats des analyses sont délivrés par le laboratoire tiers avec un délai compris entre 48heures et une douzaine de jours pour les tests qui nécessitent une spectroscopie de masse moléculaire. Il apparait ici évident que les risques de contagion ou de contamination du produit peuvent intervenir entre deux prélèvement en fonction du temps d'incubation du risque. Nous remarquerons que cette technique de prélèvement n'est pas conforme à la prévention du risque tel qu'il peut accidentellement survenir dans les plans HACPP. L'absence de systèmes d'analyse automatisés à tous les points de contrôle critiques est essentiellement du au coût unitaire de ces matériels. Si la carence de systèmes d'analyse in situ est avérée dans l'industrie agro-alimentaire le constat est encore plus patent en amont et en aval de ces industries. La recherche de la sécurité alimentaire « de la fourche à la fourchette » implique la mise en place de dispositifs d'analyse et de contrôle de la qualité des aliments à tous les points critiques. Nous prendrons pour exemple non exhaustif la vente de fruits et légumes en grande surface.
Généralement la vente de fruits et légumes en grande surface s'effectue en libre service, le client rempli des sacs plastiques de fruits et légumes qu'il choisi sur l'étalage du rayon. La mise en sachet effectuée, le client procède au pesage de chacun des sachets en utilisant sur la balance le clavier légende à cet effet. La difficulté d'utilisation de ce procédé est de plusieurs ordres :
• Le client a généralement des difficultés à identifier le produit qu'il a ensaché, notamment pour certains fruits tels que les pommes ou les poires, il est très difficile de distinguer les différentes variantes de produits considérés sur le clavier libellé avec des photos. Il en résulte que le client effectue une erreur d'appréciation sur le type de produit et appui sur une autre touche produit. L'utilisateur éclairé remarquera que les grandes surfaces ajustent uniformément les prix d'un type de produit pour palier à ce type d'erreur involontaire ou volontaire de la part du client. Ainsi en grande surface en général les pommes sont toutes vendues à un prix identique quel que soit leur origine ou qualité ; il en résulte que la grande surface lisse les marges des produits indifféremment de leur origine ou qualité pour pallier à cet inconvénient de vente.
• II existe par ailleurs des clients indélicats qui pèsent une quantité de produit avant de fermer le sachet et rajoutent des produits dans le sachet après délivrance de l'étiquette poids prix. Ce mode de fonctionnement engendre d'énormes pertes par vol de produit que la grande surface fait supporter à l'ensemble de ses clients.
• Un autre inconvénient majeur est l'absence totale de marquage d'une date limite effective de consommation des produits frais. En l'état de l'art de la technique l'étiquette est simplement renseignée par une date optimale de consommation qui ne renseigne en rien sur la qualité effective nutritionnelle du produit. Cette date étant renseignée de manière empirique elle ne donne aucune relation de cause à effet sur la qualité effective du produit. Du point de vue qualitatif cet inconvénient engendre des pertes encore plus importantes que le vol précédemment décrit. En particulier les produits frais qui sont dans leur date limite de fraicheur mais qui restent toujours consommables d'un point de vue de la qualité nutritionnelle sont systématiquement mis en rébus par la grande surface. Le modus opérandis actuellement en vigueur dans les grandes surfaces ne permet pas de graduer le prix les produits agroalimentaires frais en fonction de leur état de qualité. Cet inconvénient majeur se répercute en termes de coût sur toute la chaine alimentaire du distributeur au consommateur et l'absence de système objectif et automatisé de la qualité engendre des conflits de responsabilité dans toute la chaine agroalimentaire. On remarquera qu'il n'existe pas en grande distribution de soldes pour les produits frais puisque le système est actuellement manichéen sur le verdict de la qualité du produit : bon ou impropre à la consommation, il n'existe à ce jour pas d'autre statut sur la qualité nutritionnelle. Il en résulte que les produits frais sont systématiquement mis en rebut à la fin de leur date empirique de consommation. En effet les principaux dispositifs d'identification et d'analyse de la qualité des aliments ou produits pharmaceutiques existants utilisent des méthodes très lourdes pour la délivrance d'un certificat de qualité et de sécurité alimentaire, du fait de l'hétérogénéité des fonctions il n'existe pas en l'état de l'art et de la technologie de dispositif capable simultanément :
• De réaliser l'identification automatique par vision en mode fluorescent et proche infrarouge d'un produit, de qualifier et de quantifier l'état nutritionnel et le degré de qualité nutritionnelle du produit, de calculer en temps réel la date limite de consommation du produit, d'en fixer en temps réel le prix en fonction de sa qualité nutritionnelle mesurée ou calculée par méthode stochastique.
• D'imprimer ces informations soit directement sur étiquette papier ou puce électronique ou d'en instruire en temps réel une base de donnée sur un serveur déporté.
• D'assurer un prélèvement automatique de la substance ou le produit dans le cas ou les paramètres critiques de qualité et sécurité alimentaire sont atteins.
• De communiquer par simulation de frappe clavier la nature exacte du produit à tout organe informatique de saisie de données auquel est relié le dispositif.
Le dispositif global, selon l'invention, dans un mode de réalisation à destination de l'identification et la caractérisation des fruits et légumes en grande surface est décrit dans la figure (1) permet d'atteindre ces résultats fonctionnels .Le dispositif selon la représentation est agencée autour d'une unité centrale (1) bâtie autour d'un processeur de type RISC auquel est intégré un DSP servant au pilotage des organes de vision(4) et (5). Selon un mode de réalisation cette unité centrale est de type embarquée et comporte tous les organes de traitement et de stockage de l'information liée à la nature même du dispositif. Cette unité centrale dispose d'une puissance de calcul lui permettant de réaliser un traitement d'image colorimétrique et proche infrarouge en mode embarqué. L'unité centrale comporte un module de lecture et d'écriture de puce RFID au format standard EPC GEN2 ou tout autre standard spécifique, le module RFID intègre tous les protocoles EPC UHF Gen 2, ISO 18000 6-B et EPC Classe 1. Il dispose en intrinsèque d'un interpréteur de commande RFID de haut niveau au format BizTalk® (marque déposée) d'IBM. Dans un mode de réalisation l'antenne du module RFID (6) sera intégrée dans le boitier du dispositif sous la forme d'une antenne de type patch, un autre mode de connexion de ou des antennes RFID sera discuté dans un brevet ultérieur par le même demandeur. Le dispositif comprendra en outre les moyens mécaniques et électriques pour assurer la connexion de ces modules antennes ultérieurement divulgués. La partie analyse est constituée de trois modules de balayage du spectre optique. Pour la gamme d'ondes optique de 200nm à 700nm le dispositif est composé de un à deux modules caméra agencés autour de matrices CCD dont la fenêtre de lecture sera traitée à l'aide d'un traitement optique pour assurer la visibilité dans toute la gamme du visible qui intègre aussi la gamme des rayons ultraviolets. Les deux modules caméra (4) seront gérés de manière à obtenir une image à deux dimensions et conférer ainsi au dispositif une faculté de vision stéréo. La caractérisation et l'identification des produits s'effectuera par analyse de l'image par colorimétrie, les deux modules CCD seront cadencés de manière à prendre une image stéréo dans tout le spectre du visible y compris dans le domaine de l'ultra violet. Le pilotage des deux modules CCD se fera en simultané par le DSP intégré dans le module. Les techniques d'extraction de contour utiliserons les techniques de colorimétrie pour mieux caractériser les produits en deux dimensions .La calibration du module de colorimétrie se fera par apprentissage et utilisera des algorithmes à base de réseaux de neurones pour classifier les produits selon leur appartenance. Pour atteindre des résultats tangibles au niveau du classifieur colorimétrique on déchargera d'une part ce dernier du verdict sur le produit d'une part et on assurera le transfert des données du classifieur colorimétrique vers le module proche infra rouge (5) qui lui seul en combinaison avec le classifieur colorimétrique donnera le verdict final sur la nature du produit et sont état de qualité nutritionnelle ou qualitatif en matière de sécurité. Le module proche infra rouge est quant à lui calé sur des longueurs d'ondes comprises entre 1100nm et 3000 nm , le balayage du spectre est assuré dans un mode de réalisation du dispositif par un filtre acousto-optique à balayage par onde radio Acousto Optical Tunable Filter (AOTF) ou par un module de micro miroirs à base de MEMS (micro electro mecanical Systems). Ainsi décrit le dispositif est considéré comme étant un système de vision à trois dimensions dans lequel la troisième dimension est la résultante de l'analyse proche infrarouge donnée par le filtre AOTF. L'obtention de résultats finaux pour l'identification et la qualité nutritionnelle des produits est obtenue par itération entre le classifieur colorimétrique et le classifieur proche infra rouge , ainsi le dispositif tel que décrit permet d'identifier préalablement le produit par colorimétrie, l'affinage de la détection et le verdict sur la qualité du produit sera effectivement donné par le module infrarouge, ce dernier pourra affiner les résultats en se callant précisément sur les longueurs d'ondes caractéristiques de la substance à analyser ces données pourrons se trouver dans la mémoire locale ou à distance sur un serveur(16) de données ou dans la puce RFID associée à la substance à analyser(fig2). Ainsi afin de faciliter et accélérer l'analyse de la substance on pourra recourir à une technologie de double filtrage comme décrite dans par messieurs Chunguang Zhang, Zhonghua Zhang, Hao Wang, and Yu Yang, du National Key Laboratory of Tunable Laser Technology, Institute of Opto-Electronics Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, P. R .China Dans la publication du 7 JuIy 2008 / Vol. 16, No. 14 / OPTICS EXPRESS 10236. Ou il est précisément décrit comment augmenter la résolution du filtre AOTF en juxtaposant deux cristaux biréfringents en cascade .Sans être exclusif le dispositif selon l'invention pourra recourir à cette technologie pour affiner la résolution du spectre optique en fonction de la précision de mesure et de la précision du verdict que l'on souhaite atteindre pour l'analyse. On remarquera que ce procédé permet d'obtenir un plus grand nombre d'échantillons et de discriminer ainsi de manière précise l'hétérogénéité des substances contenues dans un produit. Un autre moyen pour augmenter la résolution et pour les longueurs d'ondes optiques de 200nm à 3000nm pourra se faire par l'utilisation d'un module d'éclairage constitué d'un réseau de micro miroirs à commande digitale DMD (Digital Micromirror Device) ou DLP (Digital Ligth Processing) tels que décrits et inventés par le Dr Larry Hornbeck, l'inventeur de la puce DLP® en 1987. Dans ce mode de réalisation on activera la puce DLP avec un séquenceur de pixel commandé directement par un DSP ou un EPLD (Electricaly Programmable Logic Device), la méthode ici consiste à activer individuellement chaque micro miroir à de longueur d'onde comprises entre 20On et 2600nm . Il s'agit ici de moduler précisément la lumière en contrôlant chaque émission monochromatique et d'analyser ainsi le différentiel de lumière absorbée et réfléchie par la substance à chaque longueur d'onde. L'avantage du procédé DLP réside dans le fait qu'il permet de balayer tout le spectre lumineux de 200 n à 2600 nm avec la résolution d'un micro miroir élémentaire et la possibilité de faire varier chaque micro miroir dans toute l'étendue du spectre considéré. A la différence des applications de DLP existantes, nous utiliserons en lieu et place d'un séquenceur d'image vidéo, un propre séquenceur adapté à l'analyse spectroscopique. Bien évidement ce mode de réalisation utilisant un DLP pour la modulation de la lumière sera réservé à un mode de réalisation de l'invention ou les coûts objectifs de la fonctionnalité seront atteins et justifierons ce choix technique. Il en résulte que l'utilisation d'un séquenceur spécifique en lieu et place d'un séquenceur vidéo pour le pilotage d'un DLP à des fins d'analyse spectroscopique est une caractéristique innovante de la présente invention. Dans un mode de réalisation plus économique le dispositif d'éclairage (4 bis) comportera un réseau de diodes électroluminescentes ou super luminescentes SLED dont la particularité est d'être commandée en courant par un générateur de courant numérique qui aura la faculté de commander numériquement le courant d'excitation des modules de diodes pour la gamme d'ondes de 200 à 700nm d'une part et la séquence d'éclairage de chacune des longueurs d'onde d'autre part. Ce module numérique de pilotage de l'éclairage gérera aussi par le biais d'un canal de courant numérique pilotant une lampe halogène tungstène ou selon un autre mode de réalisation un module SLED pour les gammes d'ondes comprises entre 200nm et 3000nm. La particularité de ce système d'éclairage réside dans le fait qu'il dispose d'un module de calibrage automatique de la stabilité de la lumière composé d'un guide de lumière (13) constitué soit d'un guide de lumière solide à base de silice judicieusement choisi pour transporter les longueurs d'ondes lumineuses nécessaires au fonctionnement du dispositif. Ce guide de lumière sera simultanément relié aux modules optiques des CCD (4) ainsi qu'au module optique infrarouge (5) ainsi qu'a une cible étalon (14) judicieusement choisie en fonction de l'environnement ambiant lumineux ainsi que de la nature de la substance à analyser. Cette cible étalon sera d'une part interchangeable et sa nature composée de matériaux qui assureront sa stabilité optique dans le temps, cette cible étalon sera introduite dans un réceptacle conçu à cet effet, lequel réceptacle contiendra un système de verrouillage sécurisé et scellé pour assurer la sécurité métrologique du dispositif global. Afin d'assurer la répétabilité des mesures tous les organes de génération de lumière (4bis) et lecture optique (3), (4), (5) ainsi que le filtre AOTF et le générateur de fréquence seront montés sur un module à effet Pelletier (2) qui sera régulé en température par un dispositif compensation à pilotage numérique. Par ailleurs afin de ne pas polluer l'environnement d'éclairage optique, le dispositif selon l'invention est doté d'un détecteur de mouvement (7) qui aura la faculté d'une part de réveiller automatiquement le dispositif en cas de détection d'un utilisateur souhaitant faire une opération sur le dispositif (pesage d'un produit) et de le mettre en veille à l'issue des opérations , ceci dans le but de conférer au dispositif des bonnes conditions d'éclairage d'une part et d'assurer d'autre par une meilleure longévité de l'éclairage d'autre part, il en résulte que tout autre type de module de mise en veille ou allumage automatique de l'éclairage est une partie constituante de l'invention.
Le module infrarouge (5) dans un mode de réalisation autour d'un filtre AOTF ou d'un réseau de micro miroirs MOEMS est préférablement organisé autour d'un simple détecteur de type Indium Gallium Arsenide (InGaAs) en lieu et place d'un détecteur de type linéaire de 128 à 512 pixel à base d'InGaAs , en effet pour les longueurs d'ondes de 1120 à 2100 nm ce type de détecteurs n'offrent pas une résolution de 4nm et leur coût est très prohibitif pour atteindre les coûts objectifs du dispositif selon l'invention. Ainsi le module infra rouge sera constitué d'un séquenceur de pixel selon une matrice (i,n) pixel ou 1<i <infini et 0<n< infini.
Dans un mode préférentiel de réalisation i=1 et n=0 , chaque canal d'acquisition dispose d'un convertisseur rapide à résolution de 24 bits, le séquenceur à base d'EPLD permet d'ajuster automatiquement le nombre de lignes (i) et de colonnes (n) nécessaires à l'établissement de la matrice de détection dans le domaine du proche infra rouge. En natif l'EPLD dédié à la construction de la matrice est capable de traiter en parallèle 16 pixels et permet d'atteindre une vitesse de 200 000 pixels à la seconde. La vitesse de d'acquisition de l'image étant uniquement restreinte par la vitesse de transfert de la diode InGaAs. Le balayage du spectre optique dans la gamme proche infra rouge se faisant par pilotage numérique des échantillons (i) grâce à un synthétiseur de radio fréquence numérique (DDS) qui saura en permanence faire la corrélation avec la fréquence générée vers le filtre AOTF et la longueur d'onde optique diffractée par le filtre AOTF. Afin d'atteindre une résolution de 4nm dans toute la gamme proche infra rouge on pourra comme décrit précédemment dans un mode de réalisation du dispositif recourir à la juxtaposition de deux filtres AOTF en cascade. La précision de la mesure étant tributaire de la précision du DDS on pourra recourir à un générateur de fréquence numérique générant un signal sinusoïdal avec des sauts de fréquence égaux au millième de la fréquence fondamentale générée. Pour assurer la stabilité du synthétiseur on utilisera un module compensé en température et monté selon un mode de réalisation préférentiel sur le module pelletier (2) et maintenu à même température que le module AOTF. On utilisera de préférence un module de mesure d'impédance d'entrée du module AOTF et on ajustera le signal d'entrée afin d'atténuer toutes les distorsions du signal d'entrée et satisfaire ainsi à la linéarité parfaite de la réponse optique du filtre en fonction de la position et du niveau du signal radio fréquence généré par le synthétiseur. Le dispositif selon l'invention comporte un module de calibration de la réponse en fréquence du filtre AOTF et il assure la compensation de toute dérive de fréquence ou distorsion du signal d'entrée. La précision de la calibration de la commande RF du filtre AOTF est deux fois inférieure à la résolution du filtre et linéaire sur toute sa gamme d'utilisation.
De même le module infra rouge utilise un système de calibration de la chaine d'acquisition optique en utilisant d'une par la cible étalon (14) sur laquelle vient se connecter une fibre optique reliée elle-même à l'entrée du filtre AOTF, le principe de la calibration consiste à obtenir sur de longueurs d'ondes précises les mêmes réponses de la chaine optique. Afin de fiabiliser la procédure on utilisera une méthode stochastique pour élaborer un modèle de spectre qui constituera dans l'analyse le modèle de bruit de fond. Ce modèle de bruit de fond sera automatiquement ajusté par le dispositif pour extraire facilement tout type d'image colorimétrique ou spectre proche infrarouge se présentant devant le dispositif. Notamment le dispositif selon l'invention pourra faire l'apprentissage de toute figure (11) utilisée et choisie judicieusement pour faciliter les conditions d'absorption optimales des lumières parasites. En ce qui concerne l'analyse chimiométrique des produits le dispositif selon l'invention dispose de trois bases chimiométriques embarquées dans la mémoire de stockage, la première base est construite par le dispositif par apprentissage de la substance ou produit en mode visible et colorimétrique, cette base permet dans le cas d'une application fruits et légumes de faire l'apprentissage de tous les produits par extraction de leur forme et contour pondérés par les composantes colorimétriques des produits . Ainsi alors que les principes techniques d'extraction de contour utilisent une moyenne des couleurs fondamentales (rouge, vert, bleu) colorimétrique pour définir une forme d'objet ou produit, dans le cadre du dispositif on qualifiera les contours en combinant de manière judicieuse les contours obtenus dans chaque longueur d'onde monochromatique considérée. Comme précédemment décrit cette première base sera enrichie par les enregistrements simultanés du module proche infra rouge, ces enregistrements constituent le fichier de référence des produits avec les paramètres de qualité originale. La construction de ce premier fichier pourra se faire en local par apprentissage des produits en présentant autant de produit que nécessaire à la construction de ce premier fichier. Dans un autre mode de réalisation et dans la mesure où le module optique selon l'invention est réplicable avec une précision inférieure à 1 % cette première base pourra être échangée à une multitude de dispositif par le biais d'un serveur de données distant. Les dispositifs ainsi répartis assureront l'intégration de cette première base en réalisant d'une part son téléchargement et d'autre part la calibration automatique du module optique en fonction des paramètres optiques du milieu dans lequel se trouve chacun des dispositifs. Ainsi cette faculté de l'invention de fonctionner en mode client serveur, permet de réaliser un cluster d'analyse ou chaque dispositif fonctionne de manière autonome et se calibre automatiquement par rapport à un module de référence et en myennant de manière judicieuse les résultats des mesures de calibration des sources étalon (14). Dans une chaine de contrôle HACCP cette architecture permet de contrôler toutes les variances du dispositif lui-même et de la dérive qualitative du produit à contrôler ou analyser. Cette particularité de l'invention permet d'assurer toute dérive qualitative du produit et d'en référer directement à un serveur distant ou sont consolidées toutes les mesures aux points critiques. Dans un autre mode de réalisation, les paramètres de cette première base pourront se trouver dans une puce RFID attenante au produit à analyser, cette puce sera mécaniquement associée de manière judicieuse au produit ou à la substance à analyser. Dans ce mode de réalisation la puce RFID pourra contenir l'adresse URL du fichier associé à la substance à mesurer. Le dispositif selon l'invention et grâce à son module lecteur RFID est capable de lire la puce RFID et de se connecter automatiquement à l'adresse URL au moyen des modules de télécommunication (Ethernet, WIFI, ZIGBEE, INTERNET, GSM, CPL) dont il dispose en intrinsèque selon un mode de réalisation. Par ailleurs cette première base de données comprendra un enregistrement des paramètres spectrophométriques de la cible étalon (14) et qui servira d'échantillon de référence pour le logiciel d'analyse chimiométrique. La deuxième base chimiométrique intègre dans toute la gamme optique des UV jusqu'aux rayons infrarouge les spectres mesurés des produits ou substances à contrôler, la base de données comporte tous les paramètres tels que :
Fraîcheur et goût : o Qualités organoleptiques : taux de sucre, acidité, texture, ... o Maturité : couleur et fermeté o Maladie physiologiques : dommage par le froid, carences o Pourcentage de matière sèche o Dommage physiques chocs o Taux respiratoire
Nutrition : o Valeur nutritive : lipides, glucides, protéines, vitamines, minéraux.
Santé : o Antioxydants : polyphénols, vitamines C et E, pigment o Autres polynutriments/composés fonctionnels.
Innocuité : o Qualité microbiologique/ absence de danger physique/chimique.
Selon une réalisation préférée pour l'analyse des fruits et légumes, on utilise les taux de caroténoïdes pour obtenir une indication de la détérioration oxydative de ceux ci. Le dispositif selon ce mode de réalisation permet de déterminer les taux de concentrations d'une substance d'analyse par rapport à une norme extérieure ou par rapport à une substance dans l'article analysé base de donnée est capable de décrire. Selon l'invention, on détermine dans cette deuxième base chimiométrique les caroténoïdes tels que lycopène, beta- carotène, lutéine, violaxanthine, néoxanthine, anthéraxanthine et zéaxanthine par l'analyse d'autres composants de plantes tels que les terpènes, polyènes, chlorophylle, protéines, amidons, sucres, taux d'azote sur l'ensemble, flavonoïdes et vitamines. Associés à ces paramètres cette base de données intègre tous les autres paramètres de quantification nutritionnelle des fruits et légumes ou autre substance à contrôler. Ainsi cette deuxième base de données comprend un spectre unique de plusieurs échantillons de référence par produit dont les paramètres principaux et non exhaustifs sont :
Cette deuxième base de données se construit par apprentissage et calibration comme indiqué précédemment. La base de référence est d'une part constituée des échantillons mesurés et d'autre part des signatures spectrales connues pour chacune des grandeurs ci-dessus énumérées. Ces deux bases de données sont enrichies et améliorées en temps réel par le système grâce au logiciel de chimiométrie embarqué dans le système et qui permet de détecter avec précision par itération des deux premiers fichiers tous les produits ainsi que leur valeur qualitative. Ainsi selon un mode de réalisation décrit, cette base chimiométrique comporte un enregistrement mesuré du taux de maturité de chaque produit considéré. Cet enregistrement peut soit être forcé par un opérateur à date et heure fixe , soit déclenché cycliquement chaque jour par le dispositif lui-même et servir de référence quotidienne au taux de maturité des produits.
La troisième base de données chimiométriques embarquée dans le dispositif selon un mode de réalisation se construit d'une part par un opérateur spécifique selon le mode d'exploitation de l'invention. A l'aide de l'interface homme machine (15) du dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, l'opérateur entre d'une part les paramètres spécifiques qu'il souhaite contrôler en temps réel : Fraicheur et goût, Nutrition, Santé, Innocuité. Pour chacun de ces paramètres l'opérateur peut fixer manuellement les limites d'acceptation du produit et déclencher un ordre de rejet du produit en cas d'atteinte des limites qu'il aura défini pour le contrôle temps réel. L'opérateur peut a ce niveau entrer les critères commerciaux de maturation des fruits et légumes ainsi que le fichier de variation du prix du produit ou de la substance considérée. Cette troisième base de données chimiométriques a la particularité d'une part de pouvoir identifier automatiquement le produit par itération des deux premières, elle dispose d'un fichier qui décrit la loi de variation des paramètres qualitatifs de chacun des produits considérés .Les paramètres qualitatifs peuvent être soit mesurés en temps réel soit introduit par l'opérateur dans le dispositif selon ce mode de réalisation. Le dispositif selon un mode de réalisation permet de convertir les mesures qualitatives des produits en date limite de consommation ou de péremption et d'en calculer le prix en temps réel en fonction d'une part de l'état qualitatif du produit et d'autre part des paramètres commerciaux entrés par l'opérateur dans le dispositif par le biais de l'interface homme machine. Le dispositif selon l'invention dispose d'un module de traitement monétique intégré(16) et sécurisé soit par un moyen logiciel ou grâce à un module carte à puce sécurisé intégré dans le dispositif et comprenant tous les moyens de sécurisation de la transaction de calcul du prix ou de délivrance du certificat de qualité conformément à la norme HACCP. Le dispositif tel que décrit permet d'assurer l'analyse en temps réel des produits agroalimentaire ou pharmaceutique et d'en fixer le prix par unité de volume ou de poids ou de délivrer un certificat HACCP authentifié et sécurisé par un module monétique. Dans un mode de réalisation le dispositif est capable d'actionner un module de prélèvement de substance (17) ou matière lorsque les limites critiques qualitatives sont atteintes. Ce prélèvement de matière s'effectuera par l'intermédiaire d'un module indépendant, qui prélèvera mécaniquement une portion de matière solide ou liquide et la stockera dans un récipient hermétique, doté d'une puce RFID, dans laquelle le lecteur RFID par le biais de son antenne (6) inscrira tous les paramètres de défaillance de la substance ainsi que les informations nécessaires à la traçabilité de l'opération. Le dispositif selon l'invention exécute automatiquement une requête sur un serveur central et exécute une commande d'ordre de transport du récipient hermétique vers un laboratoire de mesure accrédité. Ainsi décrite l'originalité de l'invention s'applique dans un mode de réalisation à la vente de fruits et légumes frais en libre service suivant le mode opératoire suivant :
Le processus de vente des fruits et légumes en libre service s'effectue selon les phases décrites ci-dessous :
• Le client choisis ses produits en rayon en les mettant dans un sachet plastique ;
• Après avoir fermé le sac à l'aide d'un scellé sous forme de ruban encollé (Scotch), le client pose le sachet sur la balance et choisi le produit en appuyant sur la touche du clavier légende à cet effet.
• La balance procède à la pesée automatique et génère un ticket poids prix autocollant que le client appose sur le sachet.
Dans le cas de l'invention deux cas peuvent se présenter :
1 °) - Le dispositif selon un mode de réalisation de l'invention, utilise des sachets plastiques ajourés de trous (10) pour faciliter la diffusion du signal optique vers les produits.
Comme indiqué précédemment le client rempli le sac de produits frais et réalise la fermeture du sac à l'aide d'un ruban encollé (9). Dans ce mode de réalisation ce ruban dispose de contre marques optiques judicieusement disposées sur le ruban pour permettre l'identification et la présence de celui-ci a l'aide du module de vision (4) de l'UV au visible. La mise en route du dispositif s'effectue par détection du mouvement du client par le détecteur (7)et versifie avant toute action l'existence du scellé sur le sachet, aucune transaction n'est possible si le système ne distingue pas le ruban scellé. Le dispositif selon l'invention précédemment décrite identifie automatiquement le produit dans le sachet en procédant à une analyse spectrophotométrique de l'UV au proche infra rouge comme décrit précédemment. Après avoir reconnu le produit et mesuré son état de maturité le dispositif revoie l'identité du produit et son état de maturité ; et cela par émulation de frappe au clavier de la balance. La balance dispose ainsi automatiquement de l'identité et de l'état qualitatif du produit. Le dispositif indique au client sous forme d'un message audio et vidéo la nature de sa transaction après validation de celle-ci au moyen de l'interface homme machine, le dispositif donne l'ordre d'impression du ticket soit à la balance auquel i est associé soit directement par le biais d'un module d'impression de ticket (8) intégré au dispositif. Le ticket peut être purement papier ou doté d'une puce RFID dans laquelle tous les paramètres de la transaction seront écrits pas le biais de l'antenne (6) RFID du dispositif. Pour valider complètement la transaction le dispositif vérifie dans une phase ultime la présence de l'étiquette sur le sachet soit par vision ou par RFID, soit une combinaison des deux méthodes. Dans le cadre de ce type d'exploitation de l'invention, la constitution des bases de données de chimiométrie s'effectuera par apprentissage des différents produits selon le mode opératoire suivant :
• Le chef de rayon reçoit un lot de produit frais,
• II procède à l'apprentissage de chacun des nouveaux produits en les mettant sur la plateau de la balance muni d'un corps noir (11) judicieusement choisi pour optimiser les conditions optiques de lecture. En mettant le dispositif en mode apprentissage, l'opérateur scanne en faisant passer plusieurs lots d'un même produit sur le plateau (11) et renseigne la balance sur la nature du produit (banane, pomme, poire...) il renseigne le prix par unité de volume et rentre par le bais de l'interface homme machine les critères de délivrance ou de rejet des produits. Il entre aussi à ce niveau les paramètres de variation du prix en fonction de la qualité des produits ainsi que de leur date limite de consommation. Il procède aussi à la mesure effective du taux de maturité du produit en passant un lot significatif de produits devant le dispositif, dans ce mode d'analyse le dispositif est capable d'aller chercher sur un serveur distant les dernières mesures des paramètres de qualité précédemment décrits, à défaut d'informations sur le serveur, le chef de rayon indique au produit une date de fraicheur initiale et la durée de vie estimée du produit. La fixation et la variation du prix des produits se faisant entre cette durée estimée et la valeur lue en temps réel par le dispositif. Cette particularité de l'invention lui confère la possibilité d'organiser un réseau temps réel d'ajustage du prix des produits frais en fonction de leur état de qualité. Le placement d'un dispositif à chaque point de contrôle critique permettra de bâtir un réseau temps réel et de remonté d'information dans toute la chaine alimentaire. Dans le cas d'application purement HACCP le serveur central sera capable de générer un certificat de contrôle qualité en temps réel et d'assurer le paiement de cette transaction grâce au module de monétique intégré. Le dispositif selon l'invention sert à bâtir un dispositif global de traçabilité quantitative et qualitative.
2°) - Le processus de vente utilise systématiquement des puces RFID.
Dans ce cas, le ruban adhésif (9) est doté d'une puce RFID distribuée par un module indépendant (13), qui sur ordre du dispositif et après avoir délivré l'identité, la nature et la qualité du produit donne l'ordre au module (13) de produire un adhésif pour sceller le sac.
L'adhésif a la particularité d'être doté d'une antenne patch sur laquelle le module (13) vient agrafer une puce RFID sous forme de STRAP, le but de ce module est d'économiser la production du scellé.
Le dispositif selon l'invention permet de certifier la transaction de pesage en écrivant toute les informations du ticket dans la puce RFID au moyen toujours du lecteur RFID et de son antenne (6).
Dans ce mode de réalisation et en cas d'atteinte des paramètres critiques de qualité sur le produit à contrôler, le module (13) servira à produire l'étiquette scellée avec puce RFID que l'on apposera sur le récipient de prélèvement de substance défectueuse comme précédemment décrit pour envoi vers un laboratoire d'analyse agréé.
Dans ce dernier cas, la banque de données centrale renverra un numéro de transaction qui s'imprimera sur le module d'impression (8) selon un mode de réalisation de l'invention.
Liste des références figure 1 :
1 Unité centrale embarquée à base de RISC & DSP
2 Module Pelletier de régulation de température
3 Module lecteur AOTF ou MOEMS
4 Modules caméras CCD colorimétrie
4bis Module générateur d'éclairage avec transport de lumière
5 Module lecteur proche infrarouge
6 Antenne RFID intégrée au dispositif
7 Module de détection de mouvement opérateur
8 Module d'impression de ticket résultats
9 Scellé à base de ruban adhésif et/ou puce RFID
10 Sachet plastique ajouré de trous
11 Cible d'étalonnage optique
12 Interface Homme Machine
13 Guide de lumière pour lecture et étalonnage
14 Cible optique étalon sécurisée
15 Distributeur autonome de scellés adhésifs avec ou sans puce RFID
16 Dispositif autonome de prélèvement de substance solide ou liquide
17 Récipient de prélèvement sécurisé par puce RFID
18 Serveur central de consolidation de résultats
19 Module monétique intégré