Brevet FR2628200A1 — publié le 19890908

RÉPUBLIQUE FRANC AISE N de publication 2 628 200 (à n'utiliser que pour les INSTITUT NATIONAL commandes de reproduction) DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE) N' d'enregistrement national 88 02703 PARIS Int CI': G 01 B 21/00; A 63 C 11/00, 19/00. @ DEMANDE DE BREVET D'INVENTION - A1 Date de dépôt: 3 mars 1988. 9 Demandeur(s): Entreprise dite: VEB Carl Zeiss JENA, Entreprise de droit allemand - DD. ) Priorité ( Inventeur(s): Heinrich v. Dehn Rotfelser; Harald Barne- kow; Stefan Sass. Date de la mise à disposition du public de la demande: BOPI " Brevets " n 36 du 8 septembre 1989. ) Références à d'autres documents nationaux appa- rentés: (r Titulaire(s) () Mandataire(s): Cabinet Madeuf. _ Dispositif et procédé pour la mesure de distances parcourues en l'air, Q Procédé et dispositif pour la détermination de la distance parcourue en l'air, notamment dans une zone d'atterrissage non plane et/ou inclinée, caractérisé en ce qu'au moins une caméra 8 et des dispositifs qui suivent le contour de la surface _ de la zone d'atterrissage sont reliés à une unité de traitement ----1 et que cette unité de traitement est accouplée à une unitéD d'affichage 10. on O 0D T^+N AMIC MA AI 7 i 1 75 PARS CEDEX 1 mJL.h,/ .,4 , ..;,.,.în* &' I uîqlVDD î;cIMATII'*IMAI; C7 r.lo rlb tA(nnvAntinn -- 7R7R2 PARIRt CE; DEX 15 2628200- La présente invention est relative à un procédé et A un dispositif permettant de mesurer la distance parcourue en l'air par des corps qui se déplacent sur des trajectoires de vol, de saut ou de jet, notamment la longueur de sauts effectués par des skieurs. Il est connu d'effectuer ces mesures de distan- ces, par exemple dans le cas de sauts à ski, par des procédés visuels, directs et subjectifs. Le désir d'assu- rer l'objectivité des mesures conduit à utiliser plu- sieurs juges pour la distance. Cette méthode n'a cepen- dant guère amélioré la précision des mesures car elle n'élimine pas les insuffisances inhérentes à l'oeil humain. Pour remédier à cet état de choses, on a proposé un système de mesure des distances fondé sur l'induction, dans lequel on ancre, avant le début de l'hiver, sur la pente au-dessus de laquelle les sauts doivent s'effec- tuer, des bandes à induction constituées par des fils métalliques parallèles orientées transversalement par rapport à la direction du saut et séparées par des intervalles correspondant à l'échelonnement des longueurs de saut. Un aimant permanent m6nté sur le ski produit dans ces bandes, au moment o il s'en rapproche suffi- samment, une tension appréciable qui augmente quand il s'en rapproche encore davantage. On associe donc à ces bandes à induction un comparateur à seuil réglable qui doit être réglé, suivant l'épaisseur de la couche de neige et la vitesse de déplacement sur la trajectoire aérienne, de telle manière qu'il ne réagisse que lorsque l'aimant monté sur le ski ne se trouve plus, au-dessus de la bande à induction, qu'à une distance telle qu'il ne coupe plus la bande à induction suivante qu'en glissant sur elle. L'inconvénient de ce système réside dans les frais d'investissement élevés qu'il entraîne pour l'ins- tallation en bonne position des bandes à induction, dans les difficultés de réglage des valeurs de seuil du comparateur, dans les risques considérables d'incidents de fonctionnement et dans le fait que la longueur du saut est rapportée au profil de la piste de saut située sous la couche de neige dans l'hypothèse d'une épaisseur de couche de neige déterminée. Des raisons semblables expliquent l'insuccès d'un procédé analogue dans lequel, au lieu de bandes à induction situées sous la neige, on utilise des disposi- tifs à cellules photo-électriques montés au-dessus de la neige, des difficultés supplémentaires étant d'ailleurs provoquées, dans ce cas, par les brouillards et les chutes de neige. Un autre procédé est fondé sur l'utilisation de récepteurs acoustiques répartis d'une manière déterminée le long de la pente au-dessus dé laquelle les sauts doivent s'effectuer et consiste à utiliser la différence des durées de transmission à ces récepteurs des bruits produits au cours du saut pour déterminer le point d'atterrissage et, par conséquent, la distance. Dans ce cas également, les frais d'investissement sont élevés, la mesure des distance est faite par rapport e un profil supposé et les risques de perturbation par des bruits provenant de l'environnement, produits par exemple par des spectateurs qui piétinent sur place pour se réchauffer, sont considérables. Les frais sont moindres dans le cas de disposi- tifs transportables qui n'exigent pas d'investissements à poste fixe. C'est ainsi que l'on connait des dispositifs qui sont fixés au ski et qui, à l'emplacement d'atter- rissage, laissent dans la neige une marque colorée. Abstraction faite des inconvénients que la fixation au ski d'un dispositif de ce genre présente pour le skieur, il faut que l'on soit assuré que la marque laissée sur la neige puisse, avant le passage de skieur qui va effectuer le saut suivant, être effacée sans laisser de trace et sans modifier les propriétés de glissement de la surface de la neige et, de plus, qu'une nouvelle marque puisse être faite immédiatement, ce qui n'a pas pu être réalisé jusqu'à présent. Un autre procédé consiste également à utiliser un dispositif qui est monté sur le ski qui, au moment de l'atterrissage, met en action un émetteur également monté sur le ski. Les différences de durées de transmission A des récepteurs placés à plusieurs emplacements déterminés permettent la détermination du point d'atterrissage. Le système présente donc également l'inconvénient de néces- siter le montage d'un dispositif supplémentaire. Le but de l'invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif permettant de mesurer, objec- tivement et avec possibilité d'un contrôle ultérieur, la distance parcourue en l'air des corps qui se déplacent sur des trajectoires de vol, de saut ou de jet, même dans le cas de surfaces d'atterrissage non planes, sans qu'il soit nécessaire de monter sur l'objet volant des disposi- tifs supplémentaires, en n'utilisant que des appareils transportables et en réduisant simultanément d'une manière considérable les risques de perturbation du fonctionnement. Le but de l'invention est la mise en oeuvre d'un procédé et d'un dispositif qui permettent de déterminer les distances parcourues en l'air au cours des vols, de sauts, ou de jets, au moyen de dispositifs mobiles, sans dispositifs supplémentaires montés sur les corps en mouvement, et d'effectuer un contrôle ultérieur. Ce but est atteint, suivant l'invention, d'une part par un procédé à placer, consistant en un ou plusieurs points ayant une position bien déterminée, des caméras de mesure pour les images desquelles les données de l'orientation intérieure et extérieure sont connues, et qui captent au moins la scène de l'atterrissage du corps qui se déplace, A enregistrer en mémoire les images et les données d'orientation et à les rapporter ensuite ou parallèlement au moment de la prise de vues au profil de la surface d'atterrissage effectif, également enregistré en mémoire, et à en déduire la distance. L'opération s'effectue soit en superposant aux images de la ou des caméras un réseau restituant la perspective et les positions, formé de lignes longitudi- nales et transversales, qui reproduit exactement la surface du trajet d'atterrissage et qui est déduit du profil d'atterrissage en utilisant les données relatives à l'orientation intérieure et extérieure, en lisant directement ou en déduisant la distance qui, suivant l'algorithme donné pour la détermination des distances, se présente sous la forme d'un champ de lignes dans l'image mixte, lorsqu'on examine ensuite au ralenti la scène d'atterrissage captée associée A la trame de profil de réseau ou bien on calcule à partir des coordonnées d'image du corps observé et des données relatives à l'orientation des images les courbes de trajectoires réelles ou virtuelles des corps qui se déplacent, le point d'intersection de la courbe de trajectoire réelle traversant la surface d'atterrissage détermine le point d'atterrissage et, par conséquent, la distance ou bien celle-ci est fixée par la discontinuité de la trajectoire virtuelle sur une trajectoire d'atterrissage régulière. Le but de l'invention est atteint d'autre part par l'utilisation d'un dispositif dans lequel au moins une caméra et des dispositifs qui suivent le contour de la surface de la zone d'atterrissage sont reliés à une unité de traitement et dans lequel cette unité de traite- ment est accouplée à une unité d'affichage. Dans ce système, la caméra a une fréquence de succession des images qui correspond à la vitesse de l'objet qui se déplace et à la précision de mesure voulue. L'unité de traitement pe.ut être.constituée d'une part, par une mémoire d'images pour la visualisation au ralenti et par un générateur de réseau à grille ou, d'autre part, par une mémoire d'images et par un traitement des images. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'inven- tion sont représentées, à titre d'exemples non limita- tifs, aux dessins annexés. La figure 1 représente un exemple de réalisation de l'invention comportant l'utilisation de caméra, d'un tachymètre, d'une unité de traitement comportant une mémoire d'images et un générateur de réseau et une unité d'affichage. La figure 2 représente un exemple de réalisation de l'invention comportant l'utilisation de caméra, d'un tachymètre, d'une unité de traitement comportant une mémoire d'images et un système de traitement des images ainsi qu'une unité d'affichage. La figure 1 représente d'une manière schématique à titre d'exemple, une installation de saut pour ski. Le point de référence pour les mesures de longueur des sauts est le tremplin 1. Au point de mesure déterminé d'une manière géodésique, l'installation comporte un tachymètre 3 qui permet de contr8ler d'une manière géodésique un nombre suffisant de points 4 situés à la surface de la trajectoire de saut. A partir de ces points, une unité de traitement 5, constituée par un générateur de réseau à grille associé de préférence à un calculateur électroni- que comportant une interface adéquate et à une mémoire d'images pour visualisations au ralenti, calcule le profil de la trajectoire de saut qui ensuite, est subdi- visé en bandes longitudinales égales et en lignes de distance correspondant à l'algorithme des distances et perpendiculaires aux précédentes. En un point de contrôle photographique 6, dont la position est géodésiquement connue par rapport au tremplin 1, les points de mesure 2 et le point de contrôle 6 pouvant d'ailleurs être identi- ques, l'installation comporte une caméra 8, de préférence électronique, pour les images de laquelle les données relatives à l'orientation sont connues et sont également transmises au générateur 5 de réseau de grille, qu'elles soient constantes ou variables. Compte tenu de ces valeurs, le générateur de réseau de grille de l'unité 5 de traitement détermine un modèle, formé de lignes longitudinales dans le sens de la trajectoire de saut et de lignes de distance, qui, au moyen d'un générateur vidéo, est superposé à l'image de la caméra 8 et est produit en même temps que lui, de préférence par l'inter- médiaire d'un moniteur ou encore est, dans un circuit parallèle, enregistré en mémoire. La caméra 8 permet alors de suivre l'atterrissage du skieur au moyen de réseau de lignes longitudinales et de distance superposé. Ensuite, la scène d'atterrissage est représentée de nouveau au ralenti. Ce n'est qu'au moment de l'atterris- sage que les skis deviennent parallèles pour la première fois aux lignes orientées dans le sens de la longueur de la trajectoire de saut. De ce fait, il est évidemment possible de déterminer avec une exactitude suffisante le point d'atterrissage et de le lire directement ou de le déduire d'après les lignes de distance représentées. Il est cependant possible également de ne projeter sur l'image le réseau de lignes de profil qu'au moment de la répétition au ralenti. Un autre mode de réalisation possible de l'in- vention est représenté schématiquement par la figure 2. Dans ce cas également, le tremplin 1 constitue le point de référence pour les mesures de distance. En un point de mesure 2 géodésiquement défini, un tachymètre 3 enregis- tre les coordonnées d'un nombre suffisant de points 4 sur la surface de la trajectoire de saut et les envoie à une unité de traitement 5 de préférence A un calculateur électronique qui détermine à partir d'elles le profil effectif de la trajectoire de saut et l'envoie en mé- moire. En des points 6 et 7, de préférence au nombre de deux qui sont géodésiquement de part et d'autre de la trajectoire de saut et dont l'un peut être identique au point de mesure 2, l'installation comporte des caméras de mesure 8 et 9 pour lesquelles les données relatives à l'orientation, constantes ou variables, sont connues et qui suivent la scène d'atterrissage du skieur. Les images et les données relatives à l'orientation des cameras 8 et 9 sont également envoyées à l'unité de traitement 5 et enregistrées en mémoire. Parallèlement au captage de la scène d'atterrissage, ou également ensuite, les coordon- nées de l'image du corps qui se déplace ou un ou plu- sieurs points de ces images sont-déterminés dans les images des caméras et, compte tenu des données relatives l'orien- tation de la caméra en question, le dispositif détermine la direction que le ou les poihts observés du corps qui se déplace avaient au moment de la photographie, par rapport au point de contrôle 6 ou 7 au même instant. Comme des images synchronisées sont obtenues aux deux points de contrôle photographique et qu'on en déduit simultanément des vecteurs de direction, l'unité de traitement 5 permet, par la détermination du point d'intersection des deux vecteurs de direction, de définir un point de la trajectoire sur la courbe de vol du corps qui se déplace et à partir d'un nombre suffisant de ces points de la trajectoire, notamment sur la dernière partie de la trajectoire de vol, il est possible de tracer la courbe de vol effective. Le point o elle atteint la surface du profil de la trajectoire de saut déterminée est le point d'atterrissage. Le résultat obtenu est indiqué au moyen du moniteur Il et/ou de l'unité d'affichage 10. Ce mode de réalisation permet une détermination entièrement automatique du point d'atterrissage, mais est techniquement plus compliqué que le premier mode de réalisation décrit. Il peut encore faire l'objet d'une modification consistant en ce qu'il y ait une caméra sur un seul côté de la trajectoire de saut, qu'un vecteur de direction orienté vers le point de l'objet qui se déplace soit également déterminé et que la trace de ce vecteur de direction soit suivie sur la surface d'atterrissage régulièrement réalisée. Tant que le corps qui se déplace n'a pas encore atteint le point d'atterrissage, il comporte, rapportées à la surface de la trajectoire d'atterrissage, des composants de mouvement orientées dans la direction d'atterrissage et transversalement par rapport à cette direction qui, à partir du point d'atter- rissage, n'existent plus que dans la direction de l'at- terrissage. Ce système permet de déterminer le point d'atterrissage avec une seule caméra. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la détermination de la distance parcouru en l'air par des corps dont la vitesse est telle qu'elle ne permet plus de déterminer à vue d'une manière suffisamment exacte le point d'atterrissage, ces corps ne laissant pas, lors de leur atterrissage, du fait que leur mouvement continue, des marques suffisamment mesurables et les images de l'atterrissage ne permettant pas de déceler à vue une subdivision spatiale, notamment dans le cas d'une zone d'atterrissage non plane et/ou inclinée, caractérisé en ce que la surface de la zone d'atterris- sage est, pour la détermination de la distance, calculée en utilisant un nombre convenable de points géodésiques de la trajectoire et qu'une fonction de profil mathéma- tique est déduite de ces valeurs pour sa description, en ce que l'atterrissage de corps qui se déplacent est suivi, au moyen d'une caméra ayant la fréquence d'images nécessaire, depuis un point situé à un emplacement déterminé par rapport au point de départ du yol, saut ou jet, et que les valeurs des éléments d'orientation intérieur et extérieur des images captées sont calculées et en ce que la distance parcourue est déterminée par corrélation de la fonction de profil mathématique avec la trajectoire et les données relatives à l'orientation du vol. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de préférence une caméra aux images de laquelle est superposé, sans altérer la perspective et les positions, en tenant compte de l'orientation inté- rieure et extérieure des images, un réseau qui couvre la trajectoire d'atterrissage et qui est constitué par une projection de la trajectoire en l'air et par des lignes de distance perpendiculaires à celle-ci et en ce que la distance parcourue en l'air est lue directement sur les lignes de distance ou déduite, la scène de l'atterrissage 1o étant, pour l'exploitation des données, observée au ralenti. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise de préférence deux caméras qui suivent le corps mobile dans sa section avant, en ce que la trajectoire du corps mobile est calculée d'après les coordonnées d'images du corps et les données relatives à l'orientation des images et que le point o cette trajec- toire traverse la surface de la zone d'atterrissage et, par conséquent, la distance parcourue, sont déterminées de cette manière. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ne dispose une caméra que sur un seul côté de la surface d'atterrissage pour suivre le corps mobile, en ce qu'une trajectoire virtuelle sur la surface de la zone d'atterrissage de forme régulière est calculée A partir des coordonnées d'images du corps et des données relati- ves a l'orientation des images et que le point d'atter- rissage et, par conséquent, la distance parcourue sont déterminés par la discontinuité de cette trajectoire virtuelle. 5. Dispositif pour la détermination de la distance parcourue ou l'air, notanmment,. dans une zone d'atterrissage non plane et/ou inclinée, caractérisé en ce qu'au moins une caméra (8) et des dispositifs qui suivent le contour de la surface de la zone d'atterris- sage sont reliés à une unité de traitement (5) et que cette unité de traitement est accouplée A une unité d'affichage (10). 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que la caméra a une fréquence de succession d'images qui correspond à la vitesse de déplacement de l'objet mobile et à la précision de mesure voulue. 7. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'unité de traitement est constitué, par une mémoire pour les images de la caméra, par un généra- teur de réseau de grille et par un dispositif de liaison entre ces deux composants. 8. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce que l'unité de traitement est constituée par une mémoire d'images de la caméra et par un système de traitement des images relié à la mémoire. PL 1/2 Co C I.) I À -.t - g \aJ I 2a Fig.2 7 Co o, ru