Brevet FR2520125A1 — publié le 19830722

La présente invention concerne la technique photogrammétrique et a notamment pour objet un procédé de détermination de la distorsion suivant le champ d'image d'une caméra photographique. L'invention peut s'appliquer aux essais optiques des appareils de prise de vues. On connatt un procédé d'étalonnage photogrammétrique de caméras photographiques consistant à effectuer des mesures en direction des croix d'une grille étalonnée montée dans le plan focal postérieur de l'objectif, à l'aide d'un théodolite ou d'un collimateur muni de dispositifs goniométriques et dont les axes de calcul sont orientés le long des axes du système de coordonnées de base1 et qui est mobile en translation devant l'objectif de la caméra fixe. Dans ce procédé connu, les paramètres photo grammétriques de la caméra de prise de vues sont déterminés d'après les résultats des mesures en direction des repères ponctuels de la grille étalonnée, de sortie que la distor sion est dtvrmiée pour les points du champ d'image avec les quel colncide le réseau de repères ponctuels de la grille étalonnée Ces derniers temps on a constate une tendance à accroître les ilSormations grue à une arnéiio ration de la sensibilité et de la résolution du matériel photographique et de l'objectif, à la réduction à un minimum du nombre de points de la grille étalonnée dans le champ d'image, ainsi qu'à l'application de procédés plus perfectionnés de prise de vues par utilisation simultanée de plusieurs caméras photographiques. De ce fait, les exigences quant à la précision du rattachement aux coordonnées des éléments d'image obtenus dans différentes conditions de prise de vues, essentiellement quant à la précision du calcul de leur distorsion, sont devenues plus sévères. Ce procédé connu ne permet pas de déterminer la distorsion suivant le champ d'image aux différents points de l'image où manquent les repères ponctuels de la grille étalonnée ou en cas d'absence totale de repères dans le champ d'image. La présente invention vise donc à permettre de déterminer la distorsion suivant le champ d'image d'une caméra photographique par un procédé pouvant être mis en oeuvre en l'absence du réseau de repères ponctuels de la grille étalonnée au cours des essais de la caméra photographique. Ce but est atteint grâce à un procédé de détermination de la distorsion suivant le champ d'image d'une caméra photographique, du type dans lequel on détermine la distorsion en mesurant la position angulaire du faisceau dirigé sur un repère ponctuel colncidant avec le plan d'un cadre porte-repères, à l'aide d'un collimateur muni de dispositifs goniométriques à travers l'objectif de la caméra photographique, les axes de calcul duquel sont orientés le long des axes du système de coordonnées de base, caractérisé, selon l'invention, en ce qu'on porte le repère ponctuel en un point arbitrairement choisi du champ d'image, on fait coincideravec1eplandhcadre porterepères une plaque diffusant la lumière, à l'aide de laquelle on crée une source de rayonnement secondaire à partir du repère ponctuel lumineux corncidant avec le plan du cadre porte-repères, l'angle d'ouverture de cette source assurant les conditions nécessaires à l'observation de la représentation du repère ponctuel lorsque celui-ci colncide avec ledit point arbitrairement choisi du champ d'image, on fait ensuite déplacer suivant toute l'image ce repère ponctuel le long d'une ligne arbitrairement choisie, on mesure à travers l'objectif la position angulaire du faisceau dirigé sur ce repère ponctuel, une fois ces mesures effectuées on fait déplacer ce repère dans um direction perpendiculaire à ladite ligne et on fait déplacer de nouveau le repère ponctuel le long d'une ligne parallèle à celle citée en premier, en mesurant la position angulaire du faisceau dirigé sur ce repère ponctuel déplacé; simultanément, à l'aide d'un deuxième collimateur muni de dispositifs goniométriques et d'un objectif additionnel amovible dans les axes sont orientés le long des axes du système de coordonnées de base, on porte dans le champ d'image la représentation de la marque ponctuelle, et, au cours du déplacement des cette représentation successivement le long de la ligne droite située dans le premier plan et le long de la ligne droite parallèle à celle-ci, on mesure à l'aide du deuxième collimateur, suivant toute l'image de la caméra photographique, la position angulaire du faisceau dirigé sur le point du champ d'image avec lequel coïncide la représentation du repère ponctuel, après quoi, suivant les résultats de toutes les mesures des positions angulaires, on calcule la distorsion suivant le champ d'image de la caméra photographique dans le système de coordonnées de base. I1 est avantageux d'effectuer les calculs au moyen des formules données plus bas. Le procédé proposé peut être mis en oeuvre sans utiliser la grille étalonnée comportant le réseau de repères ponctuels. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différends modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin unique annexé représentant le schéma optique permettant de mettre en oeuvre le procédé proposé. Le procédé proposé de calcul de distorsion suivant le champ d'image d'une caméra photographique est mis en oeuvre comme suit. Après l'objectif 1 de la caméra photographique, au voisinage de l'axe optique de l'objectif, est monté un collimateur 2 muni de dispositifs goniométriques et d'un objectif additionnel amovible 3. Avant l'objectif 1 est monté mobile en translation un collimateur 4 équipé de dispositifs goniométriques. Les'axes de lecture des collimateurs 2, 4 sont orientés par rapport aux axes du système de coordonnées de base d'un théodolite 5. A l'aide du collimateur 2 on mesure la position de la normale au plan du cadre porte-repères 6 de la caméra photographique. En se servant à tour de r81e des collimateurs 2 et 4, on porte à un même point arbitrairement choisi du champ d'image la représentation d'un repère ponctuel 7. Pendant les mesures on fait cotncider avec le plan du cadre porte-repères 6 une plaque 8 diffusant la lumière et à l'aide de laquelle on crée une source de rayonnement secondaire à partir du repère ponctuel lumineux 7 avec un angle d'ouverture de plus de deux fois supérieur à l'angle d'ouverture de l'objectif 1. Ceci permet d'observer la représentation du repère ponctuel 7 quel que soit son emplacement dans le champ d'image. A l'aide d'un collimateur 2 on mesure la position angulaire du faisceau, c'est-à-dire les angles horizontal et et vertical 1 caractérisant les directions des faisceaux dirigés sur la représentation du repère 7 formé par le collimateur 4. On mesure ensuite les angles horizontal C(2 et vertical g 2 caractérisant la position du faisceau à travers l'objectif 1, en direction de la représentation du repère ponctuel 7 formé par le collimateur 4, le résultat de cette mesure étant influencé par la distorsion due à l'objectif 1. La détermination de la valeur de la distorsion de la direction est basée sur l'enregistrement des gradients de sa valeur suivant le champ d'image. Lorsque le collimateur 2 tourne autour de l'un de ses axes de rotation, son rayon effectue un balayage le long d'une certaine ligne droite 9 (positions 21 , 22 , 23) formée par suite de l'intersection du rayon avec le plan du cadre porterepères 6. Si la position de l'axe de calcul du cercle horizontal du collimateur 2 reste inchangée dans l'espace lors de la rotation du faisceau, la ligne 9-9 sera droite. Lorsque le collimateur 2 tourne autour de son autre axe de rotation, il se produit un balayage du champ d'image de la caméra photographique suivant des lignes droites successives. La rotation s'effectue pas à pas et aucune restriction n'est imposée quant à la vitesse de rotation. Pour mesurer la position angulaire du faisceau dirigé sur la représentation du repère ponctuel 7 du collimateur 2, cette représentation coïncidant avec le plan du cadre porte-repères 6, on déplace en translation le deuxième collimateur 4 jusqu'aux positions 4', 4", 4"' devant l'objectif 1. Les angles mesurés à l'aide du collimateur 2 par rapport au repère ponctuel 7 du deuxième collimateur 4 quand ce repère est situé aux points 7, 71, 73 de l'image ne subissent aucune distorsion sous l'influe ce de la distorsion de l'objectif, tandis que les angles horizontal 2 et vertical 52 de la position du faisceau, mesurés à l'aide du deuxième collimateur 4 à travers l'objectif 1, subissent l'influence de la distorsion de I'objectif 1. Après la mesure de la position angulaire des faisceaux des collimateurs 2 et 4 dirigés sur les points du champ d'image situés le long de la ligne 9-9, la représentation du repère ponctuel 7 est déplacée perpendi culairement à la ligne 9 jusqu'au point 10 du champ d'image, et puis, au colles de son deplaceteent le long de la ligne 91-91 parallèle à la ligne 9 , les opérations d'observation (positions du collimateur 4', 4'2, 4"') et de mesures de la position des faisceaux dirigés sur les points du champ d'image avec lesquels coïncide successivement la représentation du repère ponctuel 7 sont répétées suivant le même ordre de succession.Ainsi sont mesurés les angles horizontaux &alpha;'1, &alpha;"1, &alpha;"'1, &alpha;'2, &alpha;"2, &alpha;"'2 et les angles verticaux respectifs S'1, #'''1, #'2, #2"2, S"2, S(ces derniers ne sont pas montrés sur le dessin). Pour résoudre le problème de l'orientation relative des axes de lecture des collimateurs 2 et 4 l'un par rapport à l'autre, ors mesure les angles horizontaux 23 ' 32 et verticaux #23, #32 pou tion relative des axes du collimateur 4 et du théodolite 5, ainsi que les angles horizontaux &alpha; 13 , 31 jazzet verticaux # 13 , #31 pour l'orientation relative des axes du collimateur 2 et du théodolite 5. D'après les résultats des mesures effectuées on détermine les angles ainsi que la position des lignes dans le champ image, dans une partie duquel les variations de la distorsion (ou de l'une de ses composantes à mesurer dans le système de coordonnées polaires ou orthogonales) sont négligeables. Une analyse préalable des résultats des mesures des angles horizontaux Cb1 , &alpha;2 et verticaux 1 s des collimateurs 2 et 4 effectuées en visant les points du champ d'image avec lesquels coïncide la représentation du repère ponctuel 7, ramenés au système de coordonnées commun du théodolite 5, permet de déterminer les points du champ d'image où les variations de la distorsion, ou de ses composantes, sont négligeables. En outre, à 1 aide des deux collimateurs 2 et 4 on mesure les angles holizonteux cd1 &alpha;2 et verticaux 2 S 2 de la position du faisceau dirigé sur la représentation du repère ponctuel déplacé suivant le champ d'image le long des lignes droites, les angles respectifs g &alpha;01 b &alpha;02, #01, #02 de la position du faisceau dirigé sur la représentation du repère ponctuel situé dans la zone où la variation de la distorsion est négligeable, ainsi que les angles CE &alpha; 21 s Il S S12 de la position du faisceau dirigé sur la représentation du repère ponctuel coïncidant avec le point du champ d'image où la variation de l'une des composantes de la distorsion est aussi négligeable comparativement aux axes du système de coordonnées de base. D'après les résultats des mesures des angles influencés par la distorsion dans la direction du repère ponctuel 7 porté dans le champ d'image de la caméra photographique, on calcule les composantes de la distorsion et et 5 à l'aide des formules données ci-après où &alpha;1,#1, &alpha;2, sont les angles horizontaux et verticaux mesurés à l'aide des collimateurs 2 et 4 en direction du repère ponctuel situé dans le champ d'image de la caméra photographique; &alpha;13' #13' &alpha;23, #23 sont les angles horizontaux et verticaux mesurés à l'aide des colli mateurs 2 et 4 dans le système de coordonnées de base; &alpha;31, 531 5 &alpha;32, S32 sont les angles horizontaux et verticaux mesurés en direction des repères des deux collimateurs 2 et 4 à l'aide du théodolite 5;; &alpha;01, #01, &alpha;02 sont les angles horizontaux et verticaux en direction du point du champ d'image situé dans la zone où la distorsion est négligeable, mesurés à l'aide des collimateurs 2 et 4; &alpha;11, #11, &alpha;21, #21 sont les angles horizontaux et Il 21 verticaux en direction de la repré sentation du repère des collimateurs 2 et 4 situé, dans le champ d'image, sur l'axe passant par la zone i'influence minimale de l'une des composantes de la distorsion. Pour une distance focale f connue de la caméra photographique, les valeurs de la distorsion à l'échelle d'une vue, orientées suivant les axes du système de coordonnées de base sont définies à l'aide des expressions données ci-après x = f ttg (&alpha;2 + &alpha;) - tg &alpha;2] y = f [tg ( # 2 + #) - tg 6 2+ où &alpha;2 est l'angle horizontal de la position du faisceau du collimateur 4 dirigé sur le repère 7; S 2 est l'angle vertical mesuré à l'aide du collima teur 4, en visant le même point 7. Les résultats des mesures de la distorsion suivant le champ d'image de la caméra photographique peuvent s'appliquer, en résolvant les problèmes liés au rattachement aux coordonnées des éléments d'une image obtenue dans diverses conditions de prise de vues, pour évaluer les propriétés orthoscopiques de l'objectif et pour contrer la qualité de la fabrication des systèmes optiques de la caméra photographique. La solution des problèmes du rattachement aux coordonnées est nécessaire avant tout pour pouvoir traiter les vues multizonales, pour faire coïncider les éléments homonymes des images en vue de leur synthèse, ainsi que pour apporter des corrections dans les informations obtenues et après la réalisation d'une prise de vue Tout ceci contribue à l'amélioration des indices de décodage des images, nécessaires non seulement pour établir des cartes thématiques de territoires, mais aussi pour analyser l'état des ressources naturelles de la Terre. REVENDICATIONS 1.- Procéde de détermination de distorsion suivant le champ d'image d'une caméra photographique, du type consistant à mesurer la position angulaire du faisceau dirigé sur un repère ponctuel coIncidatlt avec le plan d'un cadre porte-repères, à l'aide d'un collimateur muni de dispositifs goniométriques, à travers l'objectif de la caméra photographique, les axes de lecture duquel sont orientés le long des axes du système de coordonnées de base, caractérisé en ce qu'on porte le repère ponctuel en un point arbitrairement choisi du champ d'image, on fait coïncider avec le plan du cadre porte-repères une plaque diffusant la lumière, à l'aide de laquelle on crée une source de lumière secondaire à partir du repère ponctuel lumineux coïncidant avec le plan du cadre porterepères, l'angle d'ouverture de cette source secondaire assurant les conditions nécessaires à l'observation de la reprsentatlon du repère ponctuel lorsque celui-ci coïncide avec ledit point arbi trs irsmellt choisi du champ d'image, on fait ensuite déplacer survant toute l'image ce repère perActwel le long d'une ligne arb.ltrairement choisie, on mesure à travers l'objectif la position angulaire du faisceau dirigé sur ce repère ponctuel, on fait déplacer ce repère, après ces mesures, perpendiculairement à ladite ligne, et on fait de nouveau déplacer le repère ponctuel le long d'une autre ligne parallèle à la ligne citée en premier, en mesurant la position angulaire du faisceau dirigé sur ce repère ponctuel déplacé, on porte simultanément dans le champ d'image la représentation du repère ponctuel à l'aide d'un deuxième collimateur qui est muni de dispositifs goniométriques et d'un objectif additionnel amovible et dont les axes de lecture sont orientés le long des axes du système de coordonnées de base, on mesure au cours du déplacement de cette représentation suivant toute l'image de la caméra photographique, successivement le long de la ligne arbitrairement choisie dans le premier plan et le long de la ligne parallèle à celle citée en premier, la position angulaire du faisceau dirigé sur le point du champ d'image avec lequel coïncide la représentation du repère ponctuel, et , suivant les résultats de toutes les mesures des positions angulaires, on calcule la distorsion suivant le champ d'image de la caméra photographique dans le système de coordonnées de base. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule la distorsion suivant le champ d'image par les formules données ci-dessous dans lesquelles &alpha;1; #1, &alpha;2, #2 sont les angles horizontaux et verticaux mesurés à 1 1aide des collimlateurs en direction du repère ponctuel et dans le champ d'image de la caméra photographique; &alpha;13, #23, &alpha;23, #23 sont les angles horizontaux et verticaux mesurés à l'aide des collimateurs dans le système de coordonnées de base; ; s 31 531 32 i32 sont les angles horizontaux et verticaux mesurés en direction des repères ponctuels des deux collima teurs orientés l'un par rapport à l'autre; &alpha;01, #01, &alpha;02, #02 sont les angles horizontaux et verticaux en direction du point du champ d'image situé dans la zone où la variation de la distorsion est négligeable; &alpha;11, #11, &alpha;21, #21 sont les angles horizontaux et verticaux en direction du point des collimateurs situé sur l'axe passant dans la zone d'influence minimale de l'une des composantes de la distorsion.