Brevet FR2622715A1 — publié le 19890505

Xppareil de reconnaissance de forme destine à fournir. à distance et sans contact. une image panoramiaue d'un espace ou portion d'espace autour dudit appareil. La présente invention concerne un appareil de reconnaissance de forme destiné à fournir, à distance et sans contact, une image panoramique d'un espace ou portion d'espace autour de l'appareil. Un tel appareil peut trouver une application pour fournir une image de l'environnement de l'appareil, par exemple pour permettre le guidage d'un mobile (notamment déplacement d'un chariot dans un environnement encombré). L'invention a essentiellement pour but de proposer un appareil du. genre précité qui soit fiable, robuste et d'une conception aussi simple que possible. A ces fins, l'appareil de l'invention se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la distance entre chaque point de l'espace et l'appareil, qui comprennent en combinaison - une partie émettrice incluant - un émetteur de lumière cohérente agencé pour fournir un faisceau de rayons sensiblement parallèles de lumière cohérente, - des moyens de balayage associés à l'émetteur de lumière cohérente aptes à déplacer le faisceau de rayons parallèles dans un plan, - et des moyens de détection de position pour détecter en permanence la position angulaire en site ap du faisceau de rayons parallèles p de lumière cohérente - une partie réceptrice incluant - un dispositif détecteur optoélectronique apte à détecter le faisceau de lumière cohérente réfléchi par un point de l'envi ronnement de l'appareil, en provenance de la susdite partie émettrice, et - des moyens de détection de position pour détecter en permanence la position angulaire en site ac du faisceau réfléchi parvenant au dispositif détecteur optoélectronique - un support agencé pour supporter la partie émettrice et la partie détectrice dans une position mutuelle fixe, à ce support étant associés - des moyens d'entraînement aptes à entraîner ce support en rotation autour d'un axe situé approximativement dans le plan de balayage du susdit faisceau de rayons parallèles de lumière cohérente, et - des moyens de détection de la position angulaire 8 et/ou de la vitesse angulaire w = dudit du support - et des moyens de traitement d'informations aptes à déterminer - à partir des informations angulaires de site ap, ac, de la distance de base entre les parties émettrice et détectrice, et de l'information angulaire 8 et/ou w - la position dans l'espace de chaque point balayé par le faisceau de rayons parallèles de lumière cohérente. Les moyens mis en oeuvre conformément à cet aspect essentiel de l'invention permettent donc de déterminer les coordonnées x, y, z de tout point de l'espace environnant l'appareil, les coordonnées y et z étant obtenues par triangulation à partir de la mesure des angles de site ap et ac et à partir de la distance de base entre l'émetteur et le récepteur et la coordonnée x étant obtenue à partir de l'information de position angulaire 8 et/ou de vitesse angulaire w du support tournant. Avantageusement, on prévoit que l'appareil comporte en outre des moyens de mesure de la luminance en chaque point de l'espace dont on mesure la distance par rapport à l'appareil, qui comprennent, d'une part, une seconde partie émettrice de lumière cohérente agencée pour projeter un faisceau de lumière cohérente approximativement plan, lequel plan coïncide sensiblement avec le plan de balayage du susdit faisceau de rayons parallèles provenant de la première partie émettrice de lumière, cette seconde partie émettrice de lumière cohérente étant mise en rotation en synchronisme avec la première partie émettrice, et, d'autre part, un dispositif détecteur optoélectronique apte à détecter la lumière cohérente réfléchie par l'environnement de l'appareil en provenance de la seconde partie émettrice, et en ce que les moyens de traitement d'informations sont aptes à utiliser l'information de luminance ainsi obtenue en chaque point de l'espace et à la combiner avec les informations de coordonnées. Ainsi tout point de l'espace ou portion d'espace environnant l'appareil est caractérisé par un ensemble de quatre paramètres, savoir les trois coordonnées x, y z précitées et l'information de luminance. Ces quatre paramètres permettent de fournir une image panoramique de l'espace environnant douée d'une meilleure qualité et procurant un meilleur relief. Dans un but de simplification de la structure de l'appareil, il est souhaitable que le même dispositif optoélectronique de la partie réceptrice détecte les lumières cohérentes réfléchies dans l'environnement de l'appareil en provenance des première et seconde parties émettrices. Toujours dans le même but, on peut prévoir que la seconde partie émettrice de lumière cohérente soit supportée par le même support que la partie émettrice. De façon simple et peu coûteuse, le dispositif détecteur peut être constitué par au moins une barrette de microdiodes photoréceptrices, une telle barrette pouvant comprendre plusieurs centaines, voire plusieurs milliers de microdiodes correspondant à autant de points d'analyse et de mesure dans le plan de balayage. Avantageusement, pour s'affranchir dans toute la mesure du possible des influences perturbatrices du milieu environnant, les lumières émises par les première et seconde parties émettrices sont situées dans l'infrarouge, notamment avec une longueur d'onde d'environ 0,8 pm. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description# détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans laquelle on se réfère au dessin annexé dont la figure unique est une représentation schématique illustrant la structure et le fonctionnement d'un appareil conforme à l'invention. Une première partie émettrice de lumière cohérente 1 comporte notamment un émetteur 2 de lumière cohérente et une optique de colimation 3, de manière à émettre un faisceau de rayons sensiblement parallèles de lumière cohérente. Des moyens de balayage, comportant un miroir plan pivotant 4, permettent d'imprimer au faisceau lumineux 5 un mouvement de balayage dans un plan perpendiculaire à l'axe de pivotement du miroir (plan du dessin sur la figure) ; le balayage est effectué entre deux positions angulaires extrêmes correspondant aux points M min et M maux de la surface 6. Des moyens de détection de position (non représentés sur le dessin) permettent de détecter en permanence la position angulaire du miroir 4 par rapport à une référence et donc la position angulaire en site p du faisceau lumineux 5. Le faisceau 5 peut être réfléchi en un point M d'une surface 6 située dans l'environnement de l'appareil et le faisceau réfléchi 7 est détecté par une partie réceptrice de l'appareil qui sera décrite plus loin. Une seconde partie émettrice de lumière cohérente, 8, comporte notamment un émetteur 9 de lumière cohérente et une optique de focalisation 10. Le faisceau de lumière parvient alors sur un miroir concave 11 et le faisceau de lumière cohérente divergent et approximativement plan 12 ainsi obtenu est dirigé vers l'espace environnant On notera, d'une part, que le plan dans lequel s'étend ce faisceau lumineux plan 12 coïncide avec le plan de balayage du faisceau de rayons parallèles 5 et, d'autre part, que l'ouverture de ce faisceau lumineux divergent 12 est telle qu'il couvre les positions extrêmes de balayage du faisceau de rayons parallèles 5 (par exemple points M mat et Mmin). Pour les émetteurs 2 et 9, on utilise des émetteurs lasers fonctionnant dans le domaine infrarouge, afin de s'affranchir des perturbations apportées par le milieu environnant (lumière solaire, lumière artificielle, Pour simplifier la constitution de l'appareil et en réduire le coût, une même partie réceptrice 13 est prévue et agencée pour détecter le faisceau de lumière cohérente réfléchi 7, en provenance de la première partie émettrice 1, et la lumière cohérente réfléchie par la surface 6, en provenance de la seconde partie émettrice 8 ; la partie réceptrice 13 est également agencée pour détecter en permanence la position angulaire en site ac du faisceau réfléchi 7 qui lui parvient.A ces fins, et d'une façon simple, la partie réceptrice 13 comporte une optique de focalisation unique 14 et un unique dispositif détecteur optoélectronique 15 constitué par une ou plusieurs barrettes de microdiodes photoréceptrices (par exemple barrette CCD à 1024 microdiodes) qui couvre un espace plan colncidant avec le plan dw faisceau plan 12 et avec le plan de balayage du faisceau de rayons parallèles 5 et englobant les limites de balayage (points M maux et Main). Cet espace plan est donc décomposé en autant de points de mesure qu'il y a de microdiodes ; chaque diode fournit un signal électrique représentatif de la lumière émise par le point correspondant de la surface 6, et donc de la luminance 1 en ce point, sous l'éclairage du faisceau divergent plan 12, tandis que la diode recevant le faisceau réfléchi 7 fournit, de par son rang dans la barrette, un signal représentatif de la position angulaire en site ac du faisceau réfléchi 7. Les première et seconde parties émettrices 1 et 8 et la partie réceptrice 13 sont solidaires d'un même support schématisé par le cadre 16, qui est animé d'un mouvement de rotation de préférence à vitesse constante. Des moyens de détection (non représentés) fournissent au moins un signal électrique représentatif de la position angulaire 6 et/ou de la vitesse angulaire d8/dt du support 16. On notera que l'axe 17 autour duquel s'effectue la rotation du support 16 est situé dans les plans colncidants précités. Enfin des moyens de traitement d'informations 18 sont prévus qui reçoivent les divers signaux représentatifs des grandeurs précités ; à partir des informations angulaires de site ap et ac, de la distance de base d séparant la première partie émettrice 1 et la partie réceptrice 13, les moyens de traitement 18 sont aptes à déterminer par triangulation les coordonnées y et z de chaque point de mesure M ; et à partir de l'information angulaire 6 et/ou de vitesse angulaire d8/dt, la coordonnée x de chaque point (sur la figure, on a représenté un trièdre orthogonal x, y, z dans lequel l'axe des x est perpendiculaire au plan du dessin et dirigé vers le lecteur, ce qui est schématisé par un point -pointe de la flèche d'axe- dans un cercle) ; la connaissance des coordonnées de l'ensemble des points de l'espace ou de la portion d'espace environnant l'appareil permet donc de reconstituer une image panoramique de cet espace ou portion d'espace, dont un meilleur rendu (ou un meilleur relief) peut être obtenu en adjoignant aux paramètres ci-dessus la valeur de la luminance 1 de chaque point. Sur la figure, les moyens de traitement d'informations 18 sont représentés comme inclus dans le support rotatif 16, mais bien entendu tout ou partie de ces moyens peut être extérieur à ce support. A titre d'exemple, il est possible d'indiquer les caractéristiques essentielles d'un appareil typique conçu conformément à l'invention. Les émetteurs 2 et 9 sont des diodes lasers émettant une lumière cohérente ayant une longueur d'onde de 0,8 pm, avec une puissance d'émission de 15 mW. La partie réceptrice est équipée d'un objectif ayant une focale de 25 mm et une ouverture de diaphragme de 2,8 ; le dispositif détecteur est une barrette de 1024 microdiodes CCD. La distance de base d est de 150 mm. La vitesse de rotation de/dt est de l'ordre de I à 10 tours/seconde. Les limites du domaine de mesure, en mode télémétrique (détermination de l'éloignement du point M) sont comprises entre 0,25 m et 10 m, avec un angle de site ap de balayage compris entre 0 et 30 La vitesse d'acquisition des données est de deux fois 1024 points en 200#s en mode télémétrique et de une ligne de 1024 points en 2 ms en mode de luminance, soit une image de 512 x 1024 points par seconde. La résolution en mode télémétrique est, en distance, de 1 mm pour un éloignement de 1 m et de 25 mm pour un éloignement de 5 m et est, dans un plan horizontal â une vitesse de 10 toursjsecbnde, de 12 mm pour un éloignement de 1 m et de 60 mm pour un éloignement de 5 m. L'encombrement de l'appareil peut être de 150 x 50 x 50 (en mm), soit un volume de 0,4 dom3, qui autorise sa mise en place dans des dispositifs dans lesquels l'espace disponible est faible. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Appareil de reconnaissance de forme destiné à fournir, à distance et sans contact, une image panoramique d'un espace ou portion d'espace (6) autour dudit appareil, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de mesure de la distance entre chaque point de l'espace et l'appareil, qui comprennent en combinaison - une partie émettrice (1) incluant - un émetteur de lumière cohérente (2) agencé pour fournir un faisceau de rayons sensiblement parallèles de lumière cohérente, - des moyens de balayage (4) associés à l'émetteur de lumière cohérente aptes à déplacer le faisceau de rayons parallèles (5) dans un plan, - et des moyens de détection de position pour détecter en permanence la position angulaire en site (ap) du faisceau de rayons paral lèles de lumière cohérente - une partie réceptrice (13) incluant - un dispositif détecteur optoélectronique (15) apte à détecter le faisceau de lumière cohérente (7) réfléchi par un point de l'environnement de l'appareil, en provenance de la susdite partie émettrice, et - des moyens de détection de position pour détecter en permanence la position angulaire en site (c) du faisceau réfléchi parvenant au dispositif détecteur optoélectronique - un support (16) agencé pour supporter la partie émettrice et la partie détectrice dans une position mutuelle fixe, à ce support étant associés - des moyens d'entrainement aptes à entrainer ce support en rotation autour d'un axe situé approximativement dans le plan de balayage du susdit faisceau de rayons parallèles de lumière cohérente, et - des moyens de détection de la position angulaire (8) et/ou de la vitesse angulaire (w = d6/dt) du support - et des moyens (18) de traitement d'informations aptes à déterminer - à partir des informations angulaires (a p) et ( c)' de la distance de base entre les parties émettrice et détectrice, et de l'information angulaire (8) et/ou (w) - la position dans l'espace de chaque point balayé par le faisceau de rayons parallèles de lumière cohérente, ce grâce à quoi il est possible d'obtenir une image spatiale de l'espace ou d'une portion d'espace autour de l'appareil. ' 2.Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure de la luminance en chaque point de l'espace dont on mesure la distance par rapport à l'appareil, qui comprennent, d'une part, une seconde partie émettrice de lumière cohérente agencée pour projeter un faisceau de lumière cohérente approximativement plan, lequel plan coïncide sensiblement avec le plan de balayage du susdit faisceau de rayons parallèles provenant de la première partie émettrice de lumière, cette seconde partie émettrice de lumière cohérente étant mise en rotation en synchronisme avec la première partie émettrice, et, d'autre part, un dispositif détecteur optoélectronique apte à détecter la lumière cohérente réfléchie par l'environnement de l'appareil en provenance de la seconde partie émettrice, et en ce que les moyens de traitement d'informations sont aptes à utiliser l'information de luminance ainsi obtenue en chaque point de l'espace et à la combiner avec les informations de distances, ce grâce à quoi il est possible d'obtenir une image panoramique de meilleure qualité de l'espace environnant l'appareil. 3. Appareil selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le même dispositif détecteur optoélectronique (15) de la partie réceptrice détecte les lumières cohérentes réfléchies dans l'environnement de l'appareil en provenance des première et seconde parties émettrices. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif détecteur (15) est constitué par au moins une barrette de microdiodes photoréceptrices. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la seconde partie émettrice de lumière cohérente (8) est supportée par le même support (16) que-la première partie émettrice (1). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les lumières cohérentes émises par les première et seconde parties émettrices sont situées dans l'infra-rouge, notamment ayant une longueur d'onde d'environ 0,8 pm.