Brevet FR2554598A1 — publié le 19850510

Procédé et appareil osto-électroniaue de renéracie de cibles sortant des points lumineux polarisés. L'invention concerne le repérage d'un objet dans son environnement. Elle permet, notamment, la détermination de la position d'un mobile dans un environnement marqué au moyen de repères portant des sources lumineuses émettant de la lumière polarisée, ou la localisation d'objets, fixes ou mobiles, portant de tels repères. L'invention s'applique, par exemple, au pilotage automatique de chariots automoteurs sans conducteur dans les ateliers de manutention, au guidage, en vue de l'accostage, de véhicules spatiaux et, dans le domaine de la robotique,notamment au guidage de manipulateurs. L'invention propose un appareil de repérage opto-électronique de cibles portant des points lumineux polarisés, qui est du type comprenant des moyens de prise de vue associés à des moyens de traitement d'image. Selon une caractéristique générale de l'invention, les moyens de prise de vue sont au moins en partie dédoublés en deux soies optiques relatives au meme champ image, mais comportant chacune un filtre polarisant, les directions de polarisation des deux filtres étant différentes, ce qui fournit, pour chaque champ, deux images différentes ; et les moyens de traitement d'images comprennent des moyens pour lire les deux images ainsi formées, des moyens pour en effectuer la soustraction point par point, et des moyens pour élaborer des signaux électriques représentant la position dans le champ image, des points brillants résultant de la soustraction des deux images. Il suffit alors de placer dans l'environnement d'un mobile, tel qu'un chariot de manutention, des points brillants émettant une lumière polarisée, que l'appareil va immédiatement reconnaitre sélectivement, pour repérer la position du mobile dans cet environnement, De préférence, les points brillants émettent une lumière polarisée linérairement dans une direction prédéterminée commune; de leur côté, les filtres ont leurs directions de polarisation qui sont l'une sensiblement parallèle et l'autre sensiblement perpendiculaire à cette meme direction commune. L'invention propose également un procédé de repérage de points lumineux dans l'environnement, procédé dans lequel on effectue une prise de vue selon un champ image englobant l'un au moins des points lumineux, suivie d'un traitement d'image pour la reconnaissance de ce point Dans le procédé proposé, la lumière émise par les points lumineux est polarisée d'une manière prédéterminée ; chaque opération de prise de vue est effectuée deux fois pour chaque champ-image, avec deux filtrages de polarisation différents, à l'égard de la lumière émise, ce qui fournit à chaque fois deux images; l'opération de traitement d'image consiste à faire point par point la soustraction des deux images et créer des signaux électriques représentant la position, dans le champ image, des points dont la luminance est nettement plus élevée dans une image que dans l'autre. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et à l'examen des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 illustre un mobile tel qu'un chariot équipé d'un appareil de repérage prenant des vues de son environnement; - la figure 2 illustre schématiquement un premier mode de réalisation de la partie optique de l'appareil de repérage; - la figure 3 illustre schématiquement un second mode de réalisation de la partie optique de l'appareil de repérage; - la figure 4 illustre un premier mode de réalisation de la partie électronique de l'appareil de repérage; - la figure 5 illustre un second mode de réalisation de la partie électronique de l'appareil de repérage; et - la figure 6 illustre un troisième mode de réalisation de la partie électronique de l'appareil de repérage. Sur la figure 1, un mobile tel qu'un chariot C porte un appareil de repérage noté A, Celui-ci prend des vues de son environnement selon un champ F, avec un axe de visée V. L'ensemble est supposé représenté en vue de dessus L'envi- ronnement comprend trois balises B1à B3, constituées de sources lumineuses émettant en direction du chariot C une lumière polarisée verticalement. Avec les balises B1 à B3 se trouvent différents corps ou obstacles tels que M1 et M2. Dans le premier mode de réalisation, illustré sur la figure 2, l'ensemble de la scène vue par l'appareil A dans le champ F est dédoublé par une lame semi-réfléchissante LSR. Cette lame réfléchit une partie de la scène vers une première caméra notée 10. Elle transmet une autre partie du rayonnement lumineux associée à la scène vers une seconde caméra notée 20. La caméra 10 comprend, comme illustré schématiquement, un filtre polariseur P10, suivi d'un objectif OB10, punis d'un écran E10. Quoiqu'ils soient illustrés à proximité immédiate les uns des autres sur la figure 2, ces éléments sont bien entendu placés à des distances convenables pour que l'objectif OB10 fournisse sur l'écran E10 une image de la scène. De son-côté, la caméra 20 comprend, de manière similaire, un filtre polariseur P20, suivi d'un objectif OB20, puis d'un écran E20 recevant l'image de la scène définie par l'objectif Ou20. Les filtres polariseurs P10 et P20 sont orientés perpendiculairement l'un à l'autre, et l'un d'eux, ici le filtre P10, est agencé pour laisser passer le rayonnement polarise émis par les balises Bi à B3. Inversement, le filtre P20 arrêtera pratiquement tout le rayonnement de ces mêmes balises. Les caméras 10 et 20 sont équipées de moyens d'analyse d'image, réalisables de différentes manières, comme on le verra plus loin. A propos de la figure 2, on suppose. qu'il s'agit de caméras de télévision, c'est-d-dire dans lesquelles les images formées sur les écrans ElO et E20 sont lues par des tubes analyseurs d'images opérant par balayage à l'aide d'un faisceau d'électrons (Vidicons, par exemple). Les sorties électriques des deux caméras 10 et 20 sont appli quées à un dispositif électronique d'élaboration des signaux de repérage noté 30. Il est maintenant fait référence à la figure 3. Cette figure diffère de la figure 2 en ce qu'un seul objectif, commun, noté OB, est placé en amont de la lame semi-réfléchissante LSR. Des analyseurs d'images 11 et 21 sont constitués à partir d'écrans -opto-électroniques Ell et t2l, placés respectivement de manière oen tenable, oompte tenu de la séparation de faisceaux effectuée par la lame semi-réfléchissante LSR, pour qu'ils reçoivent chacun une image de la scène observée selon le champ F. Des filtres polarisants P11 et P21 sont respectivement placés devant les écrans Ell et E21, dans des directions perpendiculaires. Comme précédemment, le filtre polarisant P11 est supposé laisser passer le rayonnement lumineux polarisé des balises B1 à B3, tandis que le filtre P21 l'arrête. En ce cas, on admettra que l'analyse des images reçues par les écrans Ell et E21 s'effectue à l'aide de réseaux bidirectionnels d'éléments photosensibles bien aue d'autres solutions soient possibles. Les sorties électriques de ces réseaux sont respec tivement appliquées à un circuit d'élaboration de signaux de repérage noté 31. On connaît des caméras-vidéo qui fournissent en sortie des signaux analogiques et d'autres, plus sophistiquées, capables de fournir directement des signaux d'images numériques. La figure 4 illustre le circuit 30 (ou 31), dans le cas où les caméras-vidéo sont du type à sorties analogiques. Deux caméras-vidéo 10 et 20 sont excitées par un circuit de synchronisation de balayage 38 commun. Il résulte de cette synchronisation de balayage que les images vont être analysées dans chacune des caméras point par point en synchronisme. Les signaux analogiques simultanément délivrés par les deux caméras 10 et 20 sont alors appliqués à un organe soustracteur tel qu'un amplificateur différentiel 32. La sortie de l'amplificateur différentiel 32 est appliquée à un circuit 34, qui détermine les positions des balises-repères dans le plan image, en fonction d'informations qu'il reçoit également du circuit de synchronisation de balayage 38. Pour tous les points image,ou pixels, des caméras-vidéo qui ne correspondent pas à de la lumière polarisée comme fournie par les balises Bl B3, les signaux de sorties des caméras-vidéo sont sensiblemeht identiques. Il n'apparaît alors que peu ou pas de tension en sortie de l'amplificateur différentiel 32, et le circuit 34 n'enregistre aucune information. En revanche, lorsque le balayage imposé par le circuit 38 lit un même pixel sur les deux écrans correspondant'à l'image de l'une des balises B1 à B3, les deux caméras 10 et 20 vont fournir des signaux de sortie nettement différents. Il en résulte l'apparition d'une tension de sortie importante en aval de l'amplificateur différentiel 32. Cette information est utilisée par le circuit 34, en combinaison avec un comptage de temps à partir de la sortie du circuit de synchronisation de balayage 38, afin de déterminer les positions de ces pixels sujets à une forte brillance différentielle, dans le plan image. A ces positions des images des balises B1 à B3, dans le plan image, on sait faire correspondre des positions angulaires d'une manière simple, connaissant la direction de visée V et le champ F de l'appareil de repérage A de la figure 1. Ces informations de position peuvent être mémorisées dans le circuit 34, et/ou appliquées à des circuits de traitement ultérieur, permettant un repérage complet du mobile à partir des informations angulaires obtenues. La figure 5 illustre une variante toujours constituée à base de caméras-vidéo, mais dans laquelle celles-ci fournissent des signaux numériques. Les: signaux numériques ainsi fournis par les caméras 10 et 20 sont déchargés séquentiellement vers un comparateur numérique 36, lequel opère comme l'amplificå- teur différentiel 32 précédemment, afin de détecter de nettes différences entre les sorties des caméras-vidéo pour le même point image. Lorsqu'il détecte une telle différence, qui correspond à l'image de l'une des balises B1 à B3, le comparateur 36 applique des signaux numériques à une mémoire d'images 39, laquelle enregistre les coordonnées numériques de position dans l'image du pixel en question.Comme précé- demment, le contenu de la mémoire d'images 39 peut servir à un traitement ultérieur. Au lieu de caméras-vidéo, les moyens d'analyse d'images peuvent comporter des réseaux photosensibles bidimençionnels, tels que les réseaux dits à transfert de charges (CCD), qui sont généralement équipés pour délivrer sur commande les informations recueillies en chaque point image, soit à l'aide d'un balayage séquentiel, soit sous forme d'un adressage matriciel. Il a été admis que c1 est le cas pour la Figure 3. Cette variante est illustrée sur la figure 6. Un circuit d'adressage 138 excite les deux réseaux photosensibles 11 et 21, dont les sorties sont respectivement appliquées à un amplificateur différentiel 132. En fonction de l'adressage 138, les réseaux vont délivrer des informations analogiques relatives à la luminance de chaque point image, informations qui sont comparées dans l'amplificateur différentiel 132. En présence d'une forte surbrillance enregistrée par l'un des réseaux, relativement à l'autre, la sortie de l'amplificateur différentiel 132 sera le siège d'un signal de forte amplitude Ce signal peut être utilise soit directement,soit à travers un dispositif de prétraitement par exemple à conversion analogique/numérique, noté 133, connecté à une mémoire d'images 139, laquelle reçoit aussi les informations d'adresses issues du circuit 138. La mémoire 139 sert à des traitements ultérieurs, comme dans les cas précédents. Les précautions habituelles doivent évidemment etre prises pour éviter que les faisceaux lumineux polarisés reçus des balises subissent, par transmission et réflexion sur la lame semi-réfléchissante, des rotations importantes de leurs directions de polarisation. Ces changements de la direction de polarisation qui dépendent de l'angle d'incidence des faisceaux lumineux sur la lame, donc de la position angulaire des balises dans le champ dsobservation de l'appareil de prise de vue produisent sur les écrans opto-élec t niques des variations de luminance des points représentatifs des balises. Pour éviter ces rotations gênantes un procédé connu de l'bomme de métier consiste à choisir une lame semi-réfléchissante à très faible pouvoir rotatoire et un objectif à focale suffisante (par exemple voisine de 13 mm) réduidant les variations d'incidence possibles des faisceaux lumineux des balises sur la lame semi-réfléchissante. Un autre procédé consiste à corriger lorsqu'elles existent, les variations de luminance des points représentatifs des balises sur les écrans opto-électroniques en multipliant, point par point, la valeur des signaux électriques délivrés par les circuits de lecture des écrans, par des coefficients déterminés au cours drune phase d'étalon- nage de l'appareil de repérage. Les essais qui ont été menés ont montré que le procédé et l'appareil décrits plus haut permettent une excellente discrimination des balises telles que Bl à B3, même dans une ambiance lumineuse fortement contrastée. Il est à noter également que les appareils-capteurs utilisés pour ce repérage n'ont aucune partie mobile, et lorsqu'ils sont installés sur un mobile sont donc insensibles notamment aux vibrations mécaniques subies par le mobile ou chariot pendant son mouvement. Il est à remarquer encore que la soustraction d'image s'effectue dans tous les cas en ligne, lors de la lecture simultanée des deux images sur les deux caméras (ce mot étant maintenantpris au sens large recouvrant également le cas des réseaux photosensibles bidirectionnels). Seules sont retenues au niveau de la mise en mémoire les marques brillantes, repérées par leurs positions sur l'écran et dans la mémoire d'image. Le repérage, à l'aide d'une série de points brillants bien distincts, est alors très simple. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, elle peut faire l'objet de nombreuses variantes, inscrites dans le cadre des revendications ci-après. Revendications. 1. Appareil cptoélectronique de repérage de cibles portant des points lumineux polarisés du type comprenant des moyens de prise de vue associés à des moyens de traitement d'image, caractérisé en ce que les moyens de prise de vue sont au moins en partie dédoublés en deux voies optiques relatives au meme champ-image, mais comportant chacune un filtre polarisant, les directions de polarisation des deux filtres étant différentes (PlO, P20; Pil, P21), ce qui fournit, pour chaque champ, deux images différentes, et en ce que les moyens de traitement d'image comprennent des moyens (10, 20: 11, 21) pour lire les deux images ainsi for mées, des moyens pour en effectuer la soustraction point par point (32; 16; 132), et des moyens (34; 39; 139) pour élaborer des signaux électriques représentant la position dans le champ-image, de points brillants résultant de la soustraction des deux images, ce qui permet la reconnaissance dans l'environnement des points brillants émettant une lumière polarisée. 2. Appareil de repérage opto-électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits points émettant une lumière polarisée linéairement dans une direction prédéterminée commune, les directions de polarisation des filtres (P10, P20; Poil, P21) sont l'une sensiblement parallèle et l'autre sensiblement perpendiculaire à cette même direction. 3. Appareil de repérage opto-électronique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de prise de vue comprennent un objectif (OB) suivi d'une lame semi-transparente (LSR) envoyant l'image formée par l'objec- tif sur deux écrans (Ell, E21), à travers deux filtres polarisants respectifs (pli, P21), décalés angulairement de 900 d'un par rapport à l'autre. 4. Appareil de repérage opto-élecronique selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de prise de vue comprennent deux voies optiques séparées (LSR), constituées chacune d'un objectif (ou10; 0B20) envoyant l'image qu'il forme sur un écran respectif (E10; E20), chaque voie optique comprenant en outre un filtre polarisant (P10; P20) et les deux filtres polarisants étant placés dans des positions angulaires décalées de 900 ljune par rapport à l'autre. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de lecture d'image comprennent deux tubes analyseurs d'image par balayage d'un faisceau d'électrons. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que, les balayages des deux tubes étant synchronisés, les moyens de traitement élaborent la différence entre les signaux de sortie des deux tubes analyseurs d'image. 7. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les signaux de sortie des deux tubes analyseurs d'image sont convertis en signaux numériques, sur lesquels s'effectue ladite soustraction point par point. 8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de lecture d'image comprennent deux réseaux bidirectionnels d'éléments photosensibles, sur les sorties desquels s'effectue ladite soustraction point par point. 9 Procédé de repérage de points lumineux dans l'environnement, du type dans lequel on effectue une prise de vue selon un champ-image englobant l'un au moins des points lumineux, suivie d'un traitement d'image pour la reconnaissance de ce point, caractérisé en ce que la lumière émise par les points lumineux (B1, B2, B3) est polarisée d'une manière prédéterminée, en ce que chaque opération de prise de vue est effectuée deux fois pour chaque champ-image, avec deux filtrages de polarisation différents (P10, P20; Pli, P21) à l'égard de la lumière émise, ce qui fournit à chaque fois deux images et en ce que l'opération de traitement d'image (30, 31) consiste à faire point par point la soustraction des deux images et créer des signaux électriques représentant la position dans le champ-image, des points lumineux polarisés. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les points lumineux émettent une lumière polarisée linéairement dans une direction prédéterminée commune, et en ce que les deux filtrages polarisants sont l'un sensiblement parallb- let et l'autre sensiblement perpendiculaire à cette même direction.