PROCEDE DE DECODAGE ASSOCIE Domaine de l'invention

La présente invention se rapporte au domaine de la mesure de la couleur.

La présente invention se rapporte plus particulièrement à un procédé pour réaliser un codage compressé adaptatif de la couleur d'un objet sous une forme multispectrale (mesure obtenue par spectrophométrie). La finalité est de pouvoir, entre autres, stocker cette information avec très peu de mémoire sous la forme d'un code-barres (par exemple : QR code) ou dans une puce (RFI D ou non), la transmettre facilement à un tiers (par exemple : via QR-code ou un message électronique), simuler la couleur d'un objet a posteriori (par exemple : simulation 2D/3D) et comparer des couleurs d'objets (par exemple : calcul de deltaE). Ce procédé est applicable à n'importe quel point d'un objet. En fonction du procédé de modélisation de l'objet, le procédé peut être étendu à un polygone uniforme et à une texture formée à partir de points ou de polygones.

Etat de la technique

Une couleur est un flux lumineux perçu par l'œil humain. Il s'agit d'une distribution spectrale d'énergie sur une bande de longueur d'onde, en l'occurrence 380 à 780 nm pour le visible. Les spectrophotomètres numériques professionnels mesurent actuellement ces distributions avec un pas de cinq nm, soit quatre-vingt-une valeurs pour le visible. Dans la suite, nous désignerons par une lettre et un λ entre parenthèses les quatre-vingt-une valeurs qui décrivent une distribution spectrale énergétique S(A) dans le visible. Cette courbe S(A) peut être interpolée avec un nombre réduit de points [Aj,S(A)j], en l'occurrence dans la suite de ce document une fonction spline cubique scellée avec des pentes nulles à 380 et 780 nm. Du fait de la synthèse additive, toute couleur peut être exprimée par ses coordonnées trichromatiques selon trois couleurs primaires. Il existe plusieurs systèmes de primaires, nous retiendrons dans la suite les deux normalisés que sont l'espace CIE XYZ (et sa variante CIE xyY avec plan de chromacité à luminance constante) et l'espace CIE L ^* a ^* b qui permet d'estimer correctement une différence de couleur avec une norme euclidienne appelée « deltaE ». Le « gamut » (limites) de ces deux espaces couvre l'intégralité du visible humain. Nous ferons aussi référence à l'espace trichromatique sRGB correspondant au gamut de référence de la plupart des équipements électroniques actuels. Le gamut du sRGB ne couvre pas l'ensemble du visible humain, notamment dans les bleus-verts.

La couleur d'un objet est le spectre C(A) égal au produit d'un illuminant Ι(λ) se réfléchissant sur une surface dont la réflectance spectrale est R(A).

Autrement dit, la couleur d'un objet peut être caractérisée par ses coordonnées trichromatiques CIE XYZ ou L ^* a ^* b pour un illuminant donné (exemple : D65 ou D50) ou, mieux, par sa réflectance spectrale R(A). Cette deuxième méthode présente l'intérêt de pouvoir simuler la perception de la couleur sous différents illuminants (intérieur, extérieur). C'est la méthode des nuanciers de couleurs : l'utilisateur pose le nuancier à côté de l'objet et recherche par itération la couleur du nuancier qui se rapproche le plus de la couleur de l'objet, par exemple le Pantone Matching System (marque déposée de noms de couleurs) ou le RAL (ReichsausschuB fur Lieferbedingungen) qui est un système de codification des couleurs développé en 1927 par l'Institut allemand pour l'assurance qualité et le marquage associé.

Le grand intérêt des nuanciers est d'être beaucoup plus précis/fidèle pour caractériser la couleur d'un objet que des coordonnées trichromatiques, (notamment pour s'affranchir du métamérisme et donner des informations sur l'état de surface : brillance, rugosité...), tout en proposant un système de codage et de mémorisation aussi simple que les coordonnées trichromatiques grâce à la familiarité d'un nom et/ou d'un code alphanumérique. L'inconvénient majeur des nuanciers par rapport aux coordonnées trichormatiques sous illuminant donné réside dans le caractère relatif et discontinu/discret du stockage de l'information, à savoir qu'un dictionnaire est nécessaire pour établir une correspondance/communication entre une mesure spectrophotométrique et les codes d'un nuancier, pour déterminer des équivalences entre les différents systèmes de nuanciers eux-mêmes (par exemple : passage d'un nom Pantone à un code RAL...), et pour disposer de données explicites afin de simuler le comportement d'une couleur, par exemple dans des simulations informatiques 3D. Face à ces carences, l'informatique 3D a suscité le développement de nombreux modèles de réflectance spectrale R(A) pour caractériser le rendu des surfaces afin de créer des objets virtuels à l'apparence réaliste (applications en architecture par exemple) ou d'archiver les caractéristiques d'objets réels (musées virtuels, commerce électronique), pour les représenter dans des conditions d'éclairage et sous des angles de vue arbitraires. Une nouvelle contrainte, la simplicité de la formulation, est apparue conjointement afin que le choix ou la mesure des paramètres descriptifs soit aisée et que les calculs nécessaires au rendu des images de synthèse s'effectuent en un temps raisonnable. Les modèles les plus connus sont ceux, entre autres, de Lambert, Phong, Torrance et Sparrow, Beckmann et Spizzichino, Oren et Nayar, Ward, Ashikhmin, He, etc. Ils sont basés sur des modèles ou l'acquisition d'images (ex : gonioréflectomètre).

Tous ces modèles possèdent un point commun : la réflectance spectrale modélisant la surface de l'objet est qualifiée de « bi-directionnelle » en ce sens qu'elle varie non seulement en fonction des longueurs d'onde composant l'illuminant, mais aussi en fonction de l'angle d'incidence avec lequel l'illuminant frappe la surface et de l'angle d'incidence avec lequel l'observateur ou la caméra observe la surface. En effet, la lumière incidente sur la surface d'un objet donné peut subir différentes interactions avec celle-ci. Dans le cas d'une surface opaque, trois phénomènes entrent en concurrence pour donner à la matière l'apparence qu'on lui connaît : l'absorption, la réflexion et la diffusion. En se référant aux travaux de He qui sont les plus aboutis, l'expression finale de la réflectance bidirectionnelle se décompose en trois termes : spéculaire (s) / pic spéculaire, diffus directionnel (dd) / lobe spéculaire, diffus uniforme (du) - comme cela est illustré Figure 1 :

R _bd [ _f L _f V _f N)= R _bd + R _{bd dd} + _bd ,du

La réflexion spéculaire ou pic spéculaire se produit à la surface de l'objet. La lumière est réfléchie dans la direction théorique définie par les lois de Snell- Descartes. Il n'y a que peu d'interaction de la lumière avec la matière de l'objet - et notamment ses pigments. La couleur de la lumière réfléchie est donc proche de la couleur de la lumière reçue (ex : miroir, peinture très brillante). La composante spéculaire de He provient de la réflexion unique de la lumière sur le niveau moyen de la surface. Dans le cas d'une surface lisse, cette composante prédomine les autres et on observe effectivement un pic spéculaire.

La réflexion diffuse directionnelle ou lobe spéculaire correspond à la lumière réfléchie à l'intérieur d'un cône/lobe centré sur cette même direction des lois de Snell-Descartes (ex : peinture satinée). La composante diffuse directionnelle est due à la réflexion unique de la lumière sur la rugosité de la surface (phénomène de diffraction).

La réflexion diffuse uniforme a lieu plus en profondeur et la lumière émise est teintée de la couleur des pigments (ex : peinture mate). Cette troisième composante est attribuée aux réflexions multiples et aux interactions de la lumière avec la matière de la surface.

L'intérêt des modèles de réflectance spectrale bidirectionnelle est leur capacité à caractériser la couleur d'un objet de façon aussi fidèle qu'un nuancier (par exemple : couleur multispectrale, brillance, rugosité...) tout en proposant un stockage de l'information à la fois absolu et continu, en ce sens qu'un dictionnaire n'est pas nécessaire pour établir une correspondance/communication entre une mesure spectrophotométrique et les codes d'un nuancier, pour déterminer des équivalences entre les différents systèmes de nuanciers eux-mêmes (par exemple : passage d'un nom Pantone à un code RAL...) et pour disposer de données explicites afin de simuler le comportement d'une couleur. Le grand inconvénient de ces modèles est d'imposer une quantité d'information conséquente impossible à mémoriser par un individu et/ou à stocker facilement sur un pot de peinture dans un étalage (par exemple : code barre ou puce). Plusieurs méthodes ont été proposées pour comprimer les données résultant d'une mesure directe (ou d'une simulation à partir d'un modèle géométrique microscopique de la surface) de la réflectance bidirectionnelle : les harmoniques sphériques, des longueurs apposées sur une sphère géodésique ou encore des ondelettes sphériques. Elles demandent encore à être améliorées, car elles présentent encore le double inconvénient de nécessiter de grandes capacités de stockage et de longs temps de calcul.

On connaît dans l'état de la technique :

• La demande PCT WO 2006/093376 qui décrit un procédé de génération de codes barre.

• Le brevet européen N ° EP 0 961 475 qui se rapporte à un appareil pour rendu, balayeur multispectral d'image et gonio- spectrophotomètre tridimensionnel automatique. Toutefois, ce brevet européen porte uniquement sur l'acquisition de la réflectance spectrale bi-directionnelle, et non sur son stockage compressé adaptatif.

• Dans le domaine de la compression par harmoniques sphériques : la publication scientifique suivante : B. Cabrai, N. Max, R. Springmeyer. « Bidirectionnal reflection functions from surface bump maps ». SIGGRAPH '87 (1987), pp. 273-281

• Dans le domaine de la compression par harmoniques sphériques : la publication scientifique suivante : S. H. Westin, J. R. Arvo, K. E. Torrance. « Predicting réflectance functions from complex surfaces ». SIGGRAPH '92 (1992), pp. 255-264 • Dans le domaine de la compression par longueurs apposées sur une sphère géodésique : la publication scientifique suivante : J. S. Gondek, G. W. Meyer, J. G. Newman. « Wavelength dépendent réflectance functions ». SIGGRAPH '94 (1994), pp. 213-220

• Dans le domaine de la compression par ondelettes sphériques : la publication scientifique suivante : Schrôder, W. Sweldens. « Spherical wavelets: Efficiently representing functions on the sphère". SIGGRAPH '95 (1995)

Exposé de l'invention

La présente invention entend remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un procédé pour réaliser un codage compressé adaptatif de la couleur d'un objet sous une forme multispectrale (mesure obtenue par spectrophométrie). Un des buts de la présente invention est de pouvoir, entre autres, stocker cette information avec très peu de mémoire sous la forme d'un code-barres (par exemple : QR code) ou dans une puce (RFID ou non), la transmettre facilement à un tiers (par exemple : via QR-code ou un message électronique), simuler la couleur d'un objet a posteriori (par exemple : simulation 2D/3D) et comparer des couleurs d'objets (par exemple : calcul de deltaE). Le procédé selon la présente invention est applicable à n'importe quel point d'un objet. En fonction du procédé de modélisation de l'objet, le procédé peut être étendu à un polygone uniforme et à une texture formée à partir de points ou de polygones.

A cet effet, la présente invention concerne, dans son acception la plus générale, un procédé de codage par compression adaptative de la couleur d'un objet sous une forme multispectrale, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :

• détermination d'un identifiant de la couleur sous la forme d'un code dédié à la logistique et possédant une structure de gestion distribuée de type EAN (« European Article Numbering »), UPC (« Universal Product Code ») ou DNS (« Domain Name System »); insertion d'une balise au début dudit code indiquant qu'il s'agit d'un code de couleur, ainsi que le type de stockage ; et création d'un codage de couleur interprétable en lecture directe à la fois par un être humain et par un ordinateur sous la forme de trois éléments : un échantillon de la couleur ou d'une texture, un nom et un code-barre/ une puce, à l'aide dudit code et de la balise qui donnent accès à la réflectance spectrale bidirectionnelle de la couleur stockée soit en local, soit en réseau, soit à la fois en local et en réseau, et avec un modèle de rendu déterminé par ladite balise.

Le procédé de codage selon la présente invention permet de répartir le stockage de l'information entre un bloc de stockage « local » (« off-line » en terminologie anglo-saxonne) et un bloc de stockage distribué dans le réseau ou « nuage » (« cloud » en terminologie anglo-saxonne).

Le bloc de stockage « local » (code-barre / puce) comporte :

• Une balise indiquant le type du stockage local ;

• Un identifiant de la couleur sous la forme d'un code EAN (European Article Numbering) ou UPC (Universal Product Code). Cet identifiant sert à la fois d'identifiant du produit dans un étalage de magasin, et à la fois d'URL secondaire pour accéder au reste du code stocké dans le « nuage » (l'URL primaire, de type Internet, est liée à la balise) ;

• En option, un mot de passe associé au code EAN/UPC afin d'accéder au « nuage ». Les codes de type EAN (« European Article Numbering »), UPC (« Universal Product Code ») ou DNS (« Domain Name System ») permettent de répertorier des articles. La bloc de stockage « nuage » contient le reste du code (par exemple : les paramètres d'un modèle de réflectance bi-directionnelle), ainsi qu'en option, des services, comme par exemple directement un calcul de rendu de surface.

Selon un mode de réalisation, une URL (« Uniform Resource Locator ») primaire est fournie par ladite balise et une URL secondaire est fournie par ledit code.

Avantageusement, le stockage de l'information de réflectance spectrale bidirectionnelle est réparti entre un bloc « local » et un bloc en réseau ou « nuage ».

De préférence, le lien entre le bloc local et le bloc « nuage » est réalisé par ladite balise (URL primaire) et ledit code EAN/UPS (URL secondaire). Selon un mode de réalisation, les fonctions caractérisant la couleur de l'objet (par exemple : réflectance spectrale) font l'objet d'un double niveau de compression : interpolation par spline cubique scellée, puis description des coordonnées des points d'interpolation via des pas relatifs entre points en abscisse et en ordonnée.

Avantageusement, ledit procédé comporte en outre une étape de stockage dans le bloc de stockage « local » d'un minimum d'informations pour représenter une couleur multispectrale de façon simplifiée sans nécessiter d'accès au « nuage » (une balise indiquant le type du stockage local, un identifiant de la couleur sous la forme d'un code EAN, UPC ou DNS, le nom de la couleur, la réflectance spectrale diffuse uniforme de la couleur, compressée sous la forme de coordonnées de points d'interpolation (abscisse=longueur d'onde en nm, ordonnée=%réflectance) reliés par une fonction spline cubique scellée, un code sur l'état de surface : mat/satiné/brillant, indice Light Réflectance Value.)

Selon une variante, ledit procédé comporte en outre une étape de stockage du bloc local à l'intérieur d'un code-barres du type « QR-code » (marque déposée).

Selon une autre variante, ledit procédé comporte en outre une étape de stockage du bloc local à l'intérieur d'un code-barres du type « Data Matrix » (marque déposée).

Selon une autre variante, ledit procédé comporte en outre une étape de stockage du bloc local à l'intérieur d'un code-barres du type « Aztec » (marque déposée).

Selon une autre variante, ledit procédé comporte en outre une étape de stockage du bloc local à l'intérieur d'une puce (RFID ou non).

Avantageusement, ledit procédé comporte en outre une étape consistant à apposer en surimpression sur le code-barre/la puce ou à côté une étiquette avec un échantillon de la couleur qu'il représente.

Ce mode permet une lecture directe de la couleur pour un être humain, à l'instar d'un nuancier. La surimpression est applicable dans le cas d'un code- barres intégrant un système de correction d'erreurs (par exemple : QR-code).

De préférence, ledit procédé est mis en œuvre avec un téléphone portable, une tablette ou un ordinateur munis d'un capteur d'image ou d'un lecteur de puce. Selon un mode de réalisation, ledit procédé est mis en œuvre avec une sonde dédiée pour le code-barre ou la puce.

En fonction du mode de réalisation, ledit procédé met en œuvre le modèle de réflectance de Lambert, de Phong et Blinn, de Torrance et Sparrow, de Beckmann et Spizzichino, de Oren et Nayar, de Ward, d'Ashikhmin ou de He.

Selon un mode de mise en œuvre particulier, ledit procédé met en œuvre dans le bloc de stockage « nuage » une compression par harmoniques sphériques.

Selon une variante, ledit procédé met en œuvre dans le bloc de stockage « nuage » une compression par longueurs apposées sur une sphère géodésique.

Selon une autre variante, ledit procédé met en œuvre dans le bloc de stockage « nuage » une compression par ondelettes sphériques. La présente invention se rapporte également à un procédé de décodage et de rendu de la couleur d'un codage codé par le procédé évoqué précédemment, ledit procédé de décodage comportant les étapes suivantes :

• décodage de ladite balise et dudit code qui indiquent une URL primaire et une URL secondaire, le modèle de codage et le lieu où chercher l'information ; et

• génération d'une réflectance spectrale bidimensionnelle.

En synthèse, la contribution de la présente invention par rapport à l'état de la technique est au moins composée des éléments suivants :

• Le codage distribué entre local et nuage ;

• L'utilisation d'une balise et d'un code EAN/UPC pour faire le lien entre le local et le nuage (notion d'URL respectivement primaire et secondaire) ;

« Le codage local interprétable directement à la fois par l'être humain (étiquette de peinture et nom) et par l'ordinateur (code- barres et code pour assurer le rendu 2D/3D a posteriori) ; et Le double niveau de compression des courbes de réflectance : interpolation par spline cubique scellée, puis description des coordonnées des points d'interpolation via des pas relatifs entre points en abscisse et en ordonnée.

Brève description des dessins

On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, d'un mode de réalisation de l'invention, en référence aux Figures dans lesquelles :

• la Figure 1 illustre de façon schématique l'expression finale de la réflectance bidirectionnelle de He qui se décompose en trois termes : spéculaire (s) / pic spéculaire, diffus directionnel (dd) / lobe spéculaire, diffus uniforme (du) ; et

« la Figure 2 représente les différentes étapes du procédé selon la présente invention.

Description détaillée des modes de réalisation de l'invention

Prenons l'exemple du mode de réalisation dans lequel ledit procédé stocke dans le bloc de stockage « local » un minimum d'informations pour représenter une couleur multispectrale de façon simplifiée sans nécessiter d'accès au « nuage » sous la forme d'un QR-code Version 4 (33x33) avec le niveau de correction d'erreur « M » (15%).

Ce QR-code peut contenir un maximum de quatre-vingt-dix caractères alphanumériques. Comme la taille standard d'un point est d'au moins 0,254 mm, ce QR-code est un carré 1 ,5x1 ,5 cm au minimum. Cette taille est adéquate pour figurer dans une case de nuancier ou sur un pot de peinture dans un étalage. La façon d'indiquer à l'utilisateur que c'est un code couleur est d'apposer un logo au centre (ex : « CC »), ou bien une étiquette avec un échantillon de la peinture, quitte à agrandir la taille du code. QR-code propose un codage alphanumérique avec 45 caractères possibles (0-9, A-Z [majuscules uniquement], espace, $, %, ^* , +, -, ., /, :).

Les 90 alphas sont les suivants :

• Alphas 1 -4 : balise sur 4 alphas : CC00 (2 025 types possibles) • Alphas 5-16 : EAN13 sans le caractère de contrôle car le QR code et le Color Code possèdent déjà un système de correction d'erreur : 12 alphas

• Alphas 17-48 : nom de la couleur sur 32 alphas

· Alphas 49-50 : 2 alphas, entête du codage par points d'interpolation avec spline cubique scellée : A49 = nb de points d'interpolation=n+1 (inférieur à 18 pour encapsuler dans un QR-code de 90 alphas), A50 = code pas Dx et Dy (0=1 x1 ; 1 =2x1 ;2=1 x2 ; 3=2x2 ; 4=5x1 ; 5=1 x5 ; 6 = 5x5 ; 7 = 10x1 ; 8 = 1 x10 ; 9 = 10x10)

• Alphas 51 -53 : coordonnées du point d'interpolation i=0 ; A51 = -DL0 en nm vs. 380 nm (0-44 à multiplier par le code A50) ; A52+A53 = RDU0 en % (0-44+0-44 à multiplier par A50).

• Alphas 54+2x(i-1 ) : coordonnées du point d'interpolation i (0<i≤n), exprimés par un DXi = Xi-Xi-1 en nm (0-44 à multiplier par le code A50) et par un DRDUi = RDUi - RDUi-1 en % (0- 44 à multiplier par le code A50)

• Alpha 88 : coefficient de brillance en %, code alpha à multiplier par 5

· Alpha 89 : coefficient LRV (Light Réflectance Value) en %, code alpha à multiplier par 5

• Alpha 90 : code de contrôle (calcul identique à celui de celui ducode EAN)

La partie dans le nuage stocke les paramètres d'un modèle complet de He, savoir :

_ F - a{e e _r ) - M - D

ou

F est le coefficient de Fresnel énergétique dont l'expression est donnée avec le modèle de Torrance et Sparrow. caractérise la rugosité de la surface. Ici, on utilise la rugosité effective :

ouz est la racine l'équation suivante

Ισ ^' } , dans laquelle :

• G est le facteur d'atténuation géométrique de Smith dont l'expression est donnée plus haut.

• D est une fonction de Kronecker, qui vaut 1 à l'intérieur du cône de réflexion s éculaire et 0 à l'extérieur.

est une distribution que l'on trouvait déjà dans le modèle de Beckmann et Spizzichino

2 2

v = V - L _at ^v w + V y

L f\ N - V f\ N

L'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de l'invention sans pour autant sortir du cadre du brevet.