Brevet FR2630206A1 — publié le 19891020

La présente invention concerne la stéréophoto- grammétrie et a notamment pour objet un réseau de coordon- nées pour dispositif de mesure stéréoscopique. L'invention peut être utilisée avec succès dans tous les dispositifs de mesure stéréoscopiques: dans des stéréoscopes, des jumelles, des microscopes-binoculaires, pour résoudre des problèmes de mesure sur une paire d'images stéréoscopiques,-lorsqu'il n'y a pas de possibilité d'effectuer des mesures directes, par exemple dans des conditions d'un accident de la circulation dans l'eau,etc. On connait un réseau de coordonnées pour dispositif de mesure stéréoscopique (SU,A,147779), qui a la forme d'une multitude de couples images d'échelles qui sont disposés sur un support en série, chacune de ces échelles représen- tant un système de droites croisées à angle droit. Chacun des couples images de la multitude est réalisé à un parallaxe et à une échelle qui correspondent à une distance concrète par rapport au point de prise de vues, c'est-à-dire à la distance entre le point de prise de vues et un plan concret de l'espace-objet, perpendiculaire à l'axe optique de prise de vues. La mesure du couple image de l'objet est effectuée à l'aide du réseau de coordonnées connu en procédant comme suit. On place la pellicule avec images couplées de l'objet (la photographie à mesurer) dans un dispositif de mesure stéréoscopique et on superpose optiquement cette pellicule et l'une des échelles de mesure du support o sont portées plusieurs paires d'images stéréoscopiques d'échelles. La valeur d'une division de l'échelle de mesure étant connue, on détermine la distance par rapport au point de prise de vues et les dimensions de l'objet représenté sur la photographie dans la partie de cette dernière, qui correspond à la distance par rapport au point de prise de vues indiquée sur l'échelle donnée..Pour déterminer la distance par rapport au point de prise de vues et les dimensions des objets représentés sur d'autres parties de la photographie, on déplace le support avec les couples images des échelles par rapport à la photographie, pour trouver l'échelle qui se confond visuellement avec l'objet sur la partie à mesurer de la photographie, et sur les indications numériques de cette échelle, on détermine les dimensions et la position réelles de l'objet. Autrement dit, lorsqu'on utilise le réseau de coordonnées connu, chaque échelle pouvant être changée ne permet d'effectuer les mesures que dans un plan concret de- l'espace-objet, plan perpendiculaire à l'axe de prise de vues. Le réseau de coordonnées connu ne remplit pas le champ de l'image en profondeur, suivant l'axe optique de prise de vues. Les mesures faites en utilisant ce réseau de coordonnées connu sont laborieuses et prennent beaucoup de temps. En outre, la précision des mesures est limitée par la série des valeurs discrètes de calcul des distances par rapport au point de prise de vues qui sont appropriées aux échelles, et il est impossible de dégager, dans l'espace des volumes nécessaires à mesurer, par exemple la densité d'une biomasse. On connaît en outre un réseau de coordonnées à divisions pour dispositif de mesure stéréoscopique (DE,C, 3341087), qui a la forme d'une paire stéréoscopique d'images d'au moins un groupe de lignes droites se rencontrant en un point et de lignes fermées reliant ces dernières, sur un support. Les lignes fermées sont les contours de rectangles, c'est-à- dire que le réseau représente des croisements de lignes droites et lors d'une observation binoculaire, le modèle stéréo prend la forme d'un réseau rectiligne dont les coordonnées des noeuds sont connues. En effectuant les mesures à l'aide d'un tel réseau, on peut simultanément déterminer les dimensions des parties d'un objet qui se trouvent à différentes distances par rapport au point de prise de vues. On peut également dégager des volumes dans l'espace pour mesurer, par exemple, la densité d'une biomasse. Or, la précision de mesure qui peut être atteinte à l'aide d'un tel réseau est déterminée par sa densité. Avec l'augmentation de la densité du réseau, la précision de la mesure augmente également mais le réseau étant formé de lignes droites, cela mène à la formation de fausses images (on connaît un phénomène semblable en photogrammétrie, tel que "la formation d'un faux relief"), ce qui limite la précision des mesures. Il faut également noter que lors de l'utilisation de réseaux formés par des lignes droites, il est difficile d'apporter des corrections aux dimensions des réseaux en tenant compte des distorsions, ces dernières pouvant être particulièrement importantes lors de prises de vues effectuées avec des objectifs à courte distance focale ou dans l'eau, ce qui mène également à une diminu- tion de la précision, surtout lors de mesures des zones de bord desphotographies. L'invention vise à améliorer la précision des mesures que l'on peut atteindre en utilisant le réseau de coordonnées, L'idée de l'invention consiste en ce que, dans-un réseau de coordonnées à divisions pour dispositif de mesure stéréoscopique se présentant comme une paire d'images stéréoscopiques, sur un support, d'au moins un groupe de lignes droites se rencontrant en un point et de lignes fermées reliant ces dernières, selon l'invention, les lignes fermées représentent des circonférences, dont les centres sont décalés par rapport au point d'intersection des lignes droites et les unsparrapportaux autres en direction radiale, chacune des circonférences correspond à une distance déterminée par rapport au point de prise de vues, toutes les lignes formant le réseau sont tracées en trait inter- rompu, les longueurs des traits courts, les intervalles entre eux et les rayons des circonférences déterminant la valeur d'une division du réseau. - Pour améliorer les conditions de travail avec ce réseau, il est souhaitable de le réaliser de façon qu'il comporte plusieurs groupes de lignes droites radiales et de circonférences reliant celles-ci, les circonférences correspondant à une même distance par rapport au point de prise de vues étant concentriques, les traits courts étant colorés de façon à avoir une couleur appropriée pour chacun des groupes, différente des couleurs des traits courts d'un autre groupe. Le réseau de coordonnées pour dispositif de mesure stéréoscopique selon l'invention assure une haute précision (environ 10%) de mesures, exclut, pratiquement à.toute densité, l'apparition de fausses images, est commode pour y apporter des corrections tenant compte de la distorsion, vu qu'il suffit de prendre en compte ces corrections lors de la détermination des rayons des circonférences. La version la plus commode de réalisation du réseau de coordonnées est celle o les traits courts sont de diffé- rentes couleurs car un tel réseau permet de dégager rapidement les zones d'espace-objet se trouvant à des distances différentes par rapport à l'axe optique en direction radiale. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre un réseau de coordonnées pour dispositif de mesure stéréoscopique selon l'invention; - la figure 2 montre la partie droite de l'image du réseau de coordonnées de la figure 1, en vue agrandie; - la figure 3 est identique à la figure 2 mais pour une version 'du réseau de coordonnées qui comporte trois groupes de lignes; - la figure 4 montre schématiquement un dispositif de mesure stéréoscopique, en vue en plan; et - la figure 5 est une vue en coupe faite suivant la ligne V-V de la figure 4. Le réseau de coordonnéespour dispositif de mesure stéréoscopique, qui est montré à la figure 1,représente, sur un support 1, une paire stéréoscopique 2 d'images d'au moins un, et dans la version décrite, de trois groupes de droites 4 qui se rencontrent en un point (principal) 3 et de lignes fermées 5 qui relient les droites 4. La paire d'images stéréoscopiques 2 est constituée de deux moitiés qui sont axialement symétriques l'une à l'autre 2' et 2", droite et gauche,respectivement. On examinera plus en détail la partie droite 2" du réseau de coordonnées, dont une version simplifiée est représentée à la figure 2 à échelle agrandie. Les traits minces de la figure 2 sont auxiliaires et sont laissés sur le dessin dans le but de rendre plus clair le principe du traçage du réseau. La moitié 2" du réseau de coordonnées que l'on peut voir à la figure 2 représente l'image d'un groupe de droites se rencontrant en un point principal 3 et de lignes fermées 5 qui relient ces droites 4, les lignes fermées 5 étant dans ce qui suit appelées circonférences 5. Les centres 1, 02, 03... des circonférences 5 sont décalés par rapport au point principal 3 et les uns par rapport aux autres dans une même direction radiale, notamment, dans la version décrite, le long d'un axe horizontal 6. La valeur du déplacement des centres O1, 02, 03.. est déterminée par la demi-valeur des parallaxes P, qui est déterminée à l'aide de l'expression: p F.B (1) dans laquelle D est la distance de l'objet de mesure par rapport au point de prise de vues, rapportée au milieu de l'air, B est la base de prise de vues de l'objet à mesurer, F est la distance focale de l'objectif (constante de la chambre). Chaque circonférence 5 correspond à une distance déterminée par rapport au point de prise de vues. Toutes les lignes 4 et 5 du réseau de coordonnées sont réalisées en trait interrompu, les traits courts et les intervalles entre eux représentant les divisions du réseau de coordon- nées. Les longueurs î des traits courts constituant les droites 4, les longueurs L, des traits courts consti- tuant les circonférences 5, les longueurs des intervalles entre les traits courts et les rayons des circonférences 5 déterminent la valeur d'une division du réseau de coordon- nées, que l'on calcule notamment comme le produit de la longueur d'un trait court ou d'un intervalle par l'échelle de l'image de ce trait ou de cet intervalle pour la distance par rapport au point de prise de vues donnée. Il est préférable de tracer le réseau de coordonnées avec des traits courts clairs sur un fond sombre. La figure 3 montre la version de la moitié droite d'un réseau de coordonnées qui comporte, à la différence de la version représentée à la figure 2, l'image de trois groupes de droites radiales 4', 4", 411"' qui se coupent en un point principal 3 et de circonférences 5', 5", 5"' qui les relient respectivement. Les circonférences 5', 5", 5"' de ces groupes, correspondant chacune à une même distance par rapport au point de prise de vues (par exemple à 1 m, 2 m, 3 m,etc.) sont concentriques. Les traits courts dans cette version du réseau de coordonnées sont colorés et les traits courts d'un groupe quelconque de lignes ont une couleur appropriée, autre que les couleurs des traits courts constituant les autres groupes de lignes. Par exemple, les traits formant le groupe de droites 4' et de circonférences 5' sont bleus, les traits du groupe de droites 4" et de circonférences 5" sont jaunes et les traits du groupe de droites 4"' et de circonférences 5"' sont rouges. La couleur du support est choisie de manière à faire contraste par rapport aux couleurs des traits, le support peut par exemple être blanc, noir ou transparent. L'intensité des couleurs de tous les traits est à peu près identique. Dans le cas contraire, l'opérateur donnera la préférence, inconsciemment, aux traits ayant la coloration la plus "confortable". Le processus de préparation d'un réseau de coordonnées selon l'invention consiste en ce qui suit. On trace l'une des moitiés 4 du réseau de coordon- nées, par exemple la moitié droite 2" (figures 1 et 2). La deuxième moitié 2', la gauche, est obtenue en tournant de 180 la moitié droite 2" dans son propre plan autour du point principal 3. Les deux moitiés du réseau de coordonnées sont portées sur le support 1 en disposant les points principaux 3 des deux moitiés 2', 2" sur un même axe, par exemple sur un axe horizontal 6, en assurant une distance entre les points principaux 3 sur l'axe 6 rigou- reusement égale à la distance entre les points principaux de la paire d'images stéréoscopique des photographies à mesurer. En tant qu'exemple, on examinera le traçage d'une moitié de réseau de coordonnées pour une base de prise de vues de l'objet à mesurer B = 95 mm et une constante de la chambre de prise de vues F = 58,0 mm. On détermine la gamme des distances par rapport au point de prise de vues à mesurer O et les intervalles requis de mesure dans une direction suivant l'axe optique de prise de vues, en adoptant par exemple D = 1,0, 1,5, 2,0, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0 m. On détermine la préférence de l'utilisation d'une série de surfaces de cercles délimitées par les circonfé- rences dans l'espace-objet ou d'une.série de longueurs dans des plans perpendiculaires à l'axe optique de prise de vues. Pour l'étude,par exemple, d'objets hydrobiologiques, il est préférable d'utiliser une série de surfaces, par exemple S = 0,1; 0,25 et 1,0 m2 (pour la version du réseau à trois groupes de lignes). On détermine les rayons des circonférences 5', 5", 5''' et les longueurs L, des trait courts constituant les circonférences 5 dans l'espace-objet. R = 0,178; 0,282; 0,564 m (pour F=58 mm sans tenir compte de la distorsion). ongueur d'un trait court: L- 2n, o n est le nombre de traits courts (d'intervalles entre des traits courts). Comme cela a déjà été dit, on trace une seule moitié du réseau de coordonnées, l'autre moitié étant obtenue en tournant la première de 180 . Pour cette raison, pour obtenir la symétrie, le nombre de traits courts est choisi à un multiple de 4. On peut alors obtenir par exemple, pour R' = 0,178 m et n = 32, L- = 37 mm, R" = 0,282 m et n = 48, L_, = 37 mm R"'= 0,564 m et n = 64, L = 55 mm. On détermine, par calcul, pour les distances choisies par rapport au point de prise de vues, les demi- valeurs des parallaxes P à l'aide de la formule (1). On calcule les dimensions des images des rayons R, R", R1' sur le réseau de coordonnées selon la formule F R = R.M, o M est l'échelle de l'image, M =ArI, L étant l'indice de réfraction du milieu dans lequel est effectuée la prise de vues. Pour une prise de vues dans l'eau, on a t = 1,33. Le tableau ci-dessous donne les valeurs de parallaxe et les dimensions des images des rayons R1 calculées selon les formules indiquées ci-dessus, pour un groupe de droites 4' et de circonférences 5' dans lequel on a, dans l'espace-objet, un rayon R' égal à 0,173 pour des valeurs déterminées desdistances par rapport au point de prise de vues D. Tableau D,m 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 4,0 5,0 6,0 R1, 13,74 9,16 6,87 5,52 4,58 3,43 2,75 2,29 mm 35. P/2, 2,56 1,71 1,28 1,02 0,85 0,64 0,51 0,43 mm Ensuite, on procède de la façon suivante. On trace, sur le support, la ligne de base, en l'occurence l'axe horizontal 6 (figure 2), on marque sur cet axe le point principal 3 et à une distance de ce dernier qui est égale à 2,56 mm, on obtient, sur l'axe 6, le centre 01 Avec ce point 01 pour centre, on trace la première circonférence 5'.ayant pour rayon R1 = 13,74 mm, qui correspond à la distance par rapport au point de prise de vues D = 1 m. Ensuite, à une distance de 1,71 mm par rapport au point 3, on a, sur l'axe 6, le centre 02 de la deuxième circonférence 5", qui correspond à une distance par rapport au point de prise de vues D = 1,5 m, que l'on trace avec un rayon R1 = 9,16 mm, puis on effectue le traçage d'une manière analogue pour toutes les valeurs des distances -D par rapport au point de prise de vues. qui sont contenues dans le tableau. Ensuite, on trace au moins deux droites radiales 4' qui se coupent au point principal 3 et dans ces conditions, les arcs des circonférences 5', délimités d'un côté par l'axe horizontal 6 et de l'autre par les lignes 4' tracées, sont égaux deux à deux pour chaque circonférence-5' Les circonférences 5' doivent être réalisées-en tracé interrompu (les traits épais de la figure 2) en gardant la longueur calculée d'avance des traits courts L_, les droites 4 sont également réalisées en tracé interrompu en choisissant la longueur t des traits courts constitu- tifs ou intervalles entre les traits dont est multiple l'intervalle parmi les valeurs choisies desdistances par rapport au point de prise de vues. Par exemple, si l'intervalle entre les valeurs des distances par rapport au point de prise de vues est égal à-0,5 m, il est rationnel de choisir une longueur t du trait court (de l'intervalle entre traits courts) qui est égale à 0,1 mm. D'une manière analogue, on effectue les calculs et le traçage des deux autres groupes de lignes, parmi lesquels les droites radiales 4" et 4"' se rencontrent au même point principal 3 et les rayons R" et R"' des circonférences 5" et 5"' dans l'espace-objet sont égaux à 0,282 m et 0,564 m,respectivement. Pour effectuer des mesures à l'aide d'un réseau de coordonnées selon l'invention, on utilise un dispositif stéréoscopique de mesure, par exemple, le stéréoscope de mesure montré aux figures 4 et 5. Le stéréoscope comporte un boîtier 7 à la paroi postérieure duquel est montée une paire d'oculaires 8, donnant un agrandissement de 4,5 X et dont les axes optiques 9 sont parallèles. Les oculaires 8 sont dotés d'un mécanisme de réglage de la distance entre leurs axes optiques (qui n'est pas représenté).Au voisinage de la paroi antérieure transparente 10 du boîtier 7 est disposé un porte-photographie 11, adapté au montage de la photo- graphie à mesurer dans un plan perpendiculaire aux axes optiques 9 des oculaires 8. Entre les oculaires 8 et le porte-photographie 11, sur le même axe optique que celui sur lequel se trouve chacun des oculaires 8, est disposé un séparateur de lumière à couche réfléchissante semi- transparente 12 qui est commun aux deux oculaires 8. Le portephotographie 11 comporte un cadre 13 possédant des fenêtre 14 et un diffuseur de lumière 15 installé en amont de ce cadre. Dans la paroi supérieure du boîtier 7 est fixé un porte-réseau de coordonnées 16, qui comporte une plaque de support 1-7 pour le réseau qui y est monté et un diffuseur de lumière 18, assurant le montage du réseau de coordonnées dans un plan parallèle au plan des axes optiques 9 des oculaires 8, à une distance d par rapport à la couche semi-transparente 12 du séparateur de lumière, qui est égale à la distance d entre la couche 12 et le plan de la photographie qui est mise dans le porte- photographie 11. Avant le commencement des mesures, on fixe le réseau de coordonnées sur le support 1 entre la plaque de support 17 et le diffuseur de lumière 18. On met une photographie à mesurer 19 dans le cadre 13 du porte- photographie 11 et elle est également présentée sur un support transparent. La lumière issue du diffuseur de lumière 15, en traversant les fenêtres 14, la photographie 19, représentant des images couplées de l'objet à mesurer, et la couche semi-transparente 12, forme, dans les oculaires 8, une paire d'images virtuelles agrandies de l'objet photographié. Simultanément, la lumière issue du diffuseur de lumière 18 traverse le support 1 comportant le réseau de coordonnées, se réfléchit sur la couche semi-transparente 12 et forme, dans les oculaires 8,une paire d'images tridimensionnelles virtuelles du réseau de coordonnées. Dans ces conditions, on peut observer, par les oculaires 8 du dispositif, le modèle superposé stéréoscopique de l'objet photographié et du réseau de coordonnées avec références numériques appropriées. Le réseau de coordonnées réalisé sous la forme de groupes de circonférences 5',, 511, 5"' et de droites 4', 4",- 4"' tracées en trait interrompu, colorées, sur un fond sombre, forme, à l'observation binoculaire, un modèle stéréoscopique de trois cylindres coaxiaux de couleurs différentes (bleu, jaune et rouge). Les circonférences 5', ", 5"' représentent les sections transversales de ces cylindres, les droites 4', 4", 4"' étant leurs génératrices. Les rayons des cylindres (les surfaces des sections trans- versales) ainsi que les longueurs des traits courts et des intervalles entre eux sont déterminés par l'échelle de l'image de l'objet à mesurer. On détermine les coordonnées des points de l'objet photographié d'après les coordonnées connues des traits courts, coïncidant avec les images de ces points ou voisines,du réseau. On détermine les dimen- sions des projections des objets sur un plan normal à l'axe optique par comparaison visuelle avec les longueurs connues des traits (ou des intervalles entre eux)des circonférences coïncidant avec ces projections,ou voisins. On détermine les dimensions des objets dans la direction le long de l'axe optique en comparaison visuelle avec les traits courts ou avec les intervalles entre ces traits, constituant les génératrices des cylindres. Les surfaces et les volumes sont à déterminer par comparaison visuelle avec les surfaces connues des cercles et avec les volumes connus des cylindres. De cette façon, lors de l'observation, on voit une image tridimensionnelle de l'objet photographié, par exemple d'une situation routière ou d'une accumulation d'objets biologiques dans un milieu aquatique. Grâce au fait que les lignes fermées du réseau de coordonnées selon l'invention sont des circonférences 5, les traits courts constituant ces dernières ont pratique- ment,dans tous les points du réseau des courbures diffé- rentes, ce qui exclut toute éventualité d'apparition de fausses images, même dans le cas o le réseau est très dense. Le réseau de coordonnées selon l'invention permet d'y porter facilement des corrections, en tenant compte de la distorsion, il suffit simplement, à cette fin, de prendre en compte, lors des calculs des images des rayons Ri, Ri, Rï', de la valeur totale de la distorsion, par exemple de l'objectif, du hublot, du milieu ou bien de dresser un tableau des corrections du réseau calculées pour l'air, ce qui permet également d'améliorer la précision des mesures pouvant être atteinte à l'aide du réseau de coordonnées qui vient d'être décrit. Lorsque ce réseau est utilisé par un personnel compétent, l'erreur maximale en direction le long de l'axe optique n'est que = +10% et dans un plan perpendicu- y- laire à cet axe,elle est xz = +10%, ce qui est inférieur de 3 fois au cas de l'utilisation de réseaux insuffisamment denses. La précision élevée des mesures permet, dans un certain nombre de cas, de se passer des mesures très laborieuses,nécessaires pour obtenir des données statistiques valables. R E V EN DI C A T I 0 N S 1.- Réseau de coordonnées pour dispositif de mesure stéréoscopique, réalisé sur un support, sous la forme d'une paire stéréoscopique d'images d'au moins un groupe de lignes, notamment de droites qui se rencontrent en un point et de lignes fermées reliant ces dernières, ledit réseau ayant des divisions, caractérisé en ce que lesdites lignes fermées sont des circonférences (5),dont les centres (01, 02, 03..) sont décalés par rapport au point (3) d'intersection des lignes droites (4) et les uns par rapport aux autres,dans une même direction radiale et dont chacune correspond à une distance par rapport au point de prise de vues déterminée, en ce que toutes les lignes du réseau sont tracées en trait interrompu et les longueurs (L_,.) de leurs traits courts, les intervalles entre ceux-ci et les rayons des circonférences déterminent la valeur d'une division du réseau. 2.- Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient plusieurs groupes de lignes, notamment des droites radiales (4', 4", 4"'1) et des circonférences (5', 5", 5"') reliant celles-ci entre elles, les circonfé- rences (5', 5", 5"') correspondant à une distance appropriée par rapport au point de prise de vues étant concentriques, et en ce que les traits courts constituant les groupes de lignes sont colorés et ont,dans chaque groupe de lignes, une même couleur appropriée, autre que la couleur des traits d'un autre groupe.