Brevet FR2630538A1 — publié le 19891027

DESCRIPTION Procédé, dispositif et caméra vidéo pour mesurer des longueurs en utilisant des images vidéo La présente invention a pour objet des procédés, des dispositifs et des caméras vidéo pour mesurer des longueurs en utilisant des images vidéo. Le secteur technique de l'invention est celui de la mesure des longueurs. I1 existe des situations dans lesquelles il est avantageux pour mesurer des longueurs de projeter une image vidéo sur un écran et de mesurer la longueur d'un vecteur reliant deux points de cette image. Par exemple pour effectuer des mesures dans des locaux contaminés ou dans une atmosphère dangereuse, on peut prendre des images à travers un hublot avec une caméra vidéo sans pénétrer dans les locaux puis mesurer des longueurs sur cette image projetée sur un écran vidéo. Dans le cas de pièces mécaniques difficilement accessibles, par exemple les ailettes d'une turbine ou d'un turbocompresseur ou à l'intérieur d'un réacteur d'avion, on peut introduire, à l'intérieur des pièces mécaniques, un endoscope couplé à une caméra vidéo qui permet d'obtenir une image vidéo de parties difficilement accessibles, image sur laquelle on peut mesurer des longueurs. Un autre exemple est la mesure de longueurs sur des ouvrages d'art difficiles d'accès, par exemple sur des parois de barrage, sur des ponts etc. Ces quelques exemples, non limitatifs, montrent l'intérêt pratique de pouvoir mesurer des longueurs avec précision -en utilisant des images vidéo. Le problème qui se pose dans ce cas est celui du rapport entre une longueur mesurée sur l'image et la longueur réelle de l'objet correspondant. Ce rapport dépend notamment de la distance entre la caméra vidéo et l'objet et de la distance focale de l'objectif de la caméra et le problème à résoudre est de connaître ce rapport avec précision dans chaque cas sans avoir à effectuer à chaque mesure un calcul long et complexe. Une solution envisageable serait de placer à proximité de l'objet dont on prélève une image vidéo, une règle de référence de longueur connue que l'on retrouverait sur l'image ce qui permettrait de mesurer la longueur de l'image de la règle et d'en déduire le rapport d'homothétie entre l'image et l'objet. Toutefois cette solution nTest pas utilisable dans les cas où justement il n'est pas possible d'accéder à l'endroit où l'on doit effectuer une mesure pour y placer une règle destinée à servir de référence. L'objectif de la présente invention est de procurer des moyens qui permettent de calculer le rapport d'homothétie entre la longueur de l'image vidéo d'un vecteur et la longueur réelle de ce vecteur en utilisant uniquement dessinformations visibles sur l'image vidéo et les déplacements d'une mire sur l'écran vidéo par un opérateur. Cet objectif est atteint au moyen d'un procédé pour mesurer des longueurs, notamment la longueur d'un segment séparant deux points situés dans un lieu d'accès difficile ou interdit, lequel procédé comporte les opérations suivantes - on prend une image du segment à mesurer avec une caméra vidéo équipée d'un émetteur laser qui projette un rayon laser, visible par la caméra, qui est parallèle à l'axe optique de la caméra et situé à une distance déterminée de cet axe, on projette cette image sur l'écran d'un moniteur vidéo et on déplace sur l'écran une mire que l'on amène à coincider d'abord avec l'image visible du point d'impact du rayon laser dans le plan objet, ce qui permet de relever une longueur de référence puis successivement avec les deux extrémités de l'image dudit segment et ladite caméra vidéo est couplée à une unité de calcul qui enregistre les coordonnées des deux extrémités du segment à mesurer,qui calcule le module du segment image, le rapport d'homothétie et la longueur dudit segment en multipliant ledit module par ledit rapport d'homothétie. Un dispositif selon l'invention pour mesurer la distance entre deux points comporte une caméra vidéo équipée d'un émetteur laser qui projette un rayon laser visible par la caméra qui est parallèle à l'axe optique de la caméra et situé à une distance déterminée de cet axe et il comporte en outre un boîtier qui est intercalé entre la sortie de la caméra bt un moniteur vidéo, lequel boîtier comporte des moyens permettant de faire apparaître sur l'écran une mire et deux potentiomètres permettant de déplacer celle-ci suivant deux axes parallèles aux côtés de l'écran et ledit boltier comporte en outre des compteurs de pixels qui comptent le nombre de pixels lorsqu'on déplace ladite mire pour mener le centre de celle-ci du centre de l'écran jusqu'à l'image du point d'impact du rayon laser et le nombre de pixels qui représentent les coordonnées des images des deux points et ledit boîtier comporte en outre un ordinateur qui enregistre les nombres de pixels et qui est programmé pour calculer la distance de ceux-ci et un rapport d'homothétie à partir de la distance qui sépare du centre de l'écran l'image du point d'impact' du rayon laser et le produit de ladite distance par ledit rapport d'homothétie. L'invention a pour résultat la possibilité de mesurer des longueurs ou des distances entre deux points situés dans des lieux d'accès difficile ou impossible en utilisant des images vidéo qui peuvent être prises à travers un hublot ou au moyen d'un endoscope couplé à une caméra vidéo sans avoir à accéder physiquement à l'endroit de la mesure. L'utilisation d'un émetteur laser couplé à la caméra permet de faire apparaître sur l'image vidéo un impact très ponctuel et visible du faisceau laser qui est situé à une distance d du centre de l'écran. L'utilisation d'une mire déplaçable sur l'écran permet de mesurer facilement cette distance d et d'en déduire le rapport d'homothétie Dd qui est le rapport entre d'une:part la distance qui réeieil)-entre le faisceau laser et l'axe optique de la caméra et d!zarre:part.lá-distance d. La mire déplaçable permet également de mesurer facilement les coordonnées cartésiénnes de deux points A' et B' qui sont les images de deux points A et B dont on doit mesurer la distance réelle. A partir de ces coordonnées, on calcule facilement la longueur ou le module du segment A' B' et en multipliant par le rapport d'homothétie on obtient la longueur réelle du segment A B. Le boîtier électronique équipant un dispositif selon l'invention contient un ordinateur et des capteurs qui mesurent les coordonnées cartésiennes d'un segment lorsqu'on amène le centre de la mire mobile successivement en colncidence avec les deux extrémités du segment. Ces coordonnées sont exprimées en nombre de pixels et l'écran est divisé en un nombre de pixels élevé, ce qui permet d'obtenir une bonne résolution et une bonne précision des mesures. Par exemple on peut mesurer sur des pièces mécaniques des fissures ayant une largeur de l'ordre de 0,2 mm. Les capteurs de pixels couplés à un ordinateur permettent d'entrer directement les mesures de pixels dans l'ordinateur qui effectue automatiquement les calculs. La seule intervention manuelle de l'opérateur est l'action sur les boutons du potentiomètre pour déplacer la mise mobile. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. - La figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention pendant la phase de prise de vues. - La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention pendant la phase de lecture. - Les figures 3 et 4 sont des figures géométriques représentant écran d'un moniteur vidéo pendant la phase de lecture. La figure 1 représente une caméra vidéo 1 d'axe optique zz1. Cette caméra peut être un camescope équipé d'un magnétoscope incorporé ou bien être reliée à un magnétoscope séparé de.la caméra. Le repère P représente un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe optique zzl dans lequel se situent deux points A et B dont on désire mesurer la distance, ce qui revient à mesurer la longueur du vecteur A B. La caméra est équipée d'un petit émetteur laser 2 qui est fixé à la caméra de telle sorte que le faisceau laser 3 soit rigoureusement parallèle à l'axe optique zzl et situé à une distance D de celui-ci qui est bien déterminée et connue. le repère 4 représente le point d'impact du faisceau laser dans le plan P ou à proximité de celui-ci. L'émetteur laser 2 est par exemple un émetteur hélium néon qui émet dans le spectre visible. En variante, si la caméra vidéo est une caméra infrarouge, l'émetteur laser peut se situer dans l'infrarouge ce qui peut présenter des avantages dans certaines applications .0 ' il est nécessaire de prendre des images sans être vu ou pendant la nuit par exemple dans des applications militaires. Dans ce cas, la caméra vidéo est équipée d'un tube qui transforme le rayonnement laser invisible en un rayonnement visible de sorte que le point d'impact du laser apparaît sur l'image vidéo. Dans le cas où les points A et B, dont on désire mesurer la distance, sont situés dans une enceinte visible directement par l'objectif de la caméra, la caméra peut être couplée à un endoscope, non représenté sur la figure 1, qui peut être introduit dans cette enceinte et qui véhicule la lumière jusqu'à la caméra. L'association d'un endoscope et d'une caméra vidéo est une technique connue de l'Homme de l'Art et il n'est donc pas nécessaire de décrire en détail cette association. La caméra 1, équipée d'un émetteur laser 2, permet de prendre des images vidéo et de projeter ensuite celles-ci sur l'écran~ 5a d'un moniteur vidéo 5. La figure 2 représente la phase de lecture des images vidéo et de mesure de la longueur réelle d'un segment AB. On voit sur cette figure l'image qui apparaît sur l'écran 5a, c'est-à-dire les points A' et B' qui sont les images points A et B et le point d'impact visible 4' qui-est l'image du point d'impact 4 du faisceau laser. Le faisceau laser est un faisceau très fin de telle sorte que l'image 4' est très ponctuelle. La figure 2 représente en outre un boîtier 6 qui contient des circuits électroniques et qui est intercalé entre la sortie de la caméra 1 ou bien la sortie d'un magnétoscope et la prise d'entrée vidéo -du moniteur vidéo 5. Le signal vidéo venant de la caméra ou d'un magnétoscope rentre dans le boîtier 6 et ressort de celui-ci mélangé à des signaux représentant des informations alpha-numériques destinées à être affichées sur l'écran 5a en même temps que les images vidéo. Le boîtier 6 contient notamment une unité de calcul, c'est-à-dire un microprocesseur avec ses mémoires mortes et vives et une interface entrées sorties. Le boîtier 6 contient des circuits électroniques connus de l'Homme de l'Art permettant de faire apparaître sur l'écran une mire constituée de deux lignes perpendiculaires parallèles aux deux côtés de l'écran qui constituent un système d'axes xxl et yyl. Le boîtier 6 contient des circuits électroniques, connus de l'Homme de l'Art, qui permettent de déplacer la mire parallèlement aux deux axes xxl et yyl. Le boîtier 6 contient une carte de circuits électroniques qui génèrent une matrice virtuelle qui découpe l'écran en pixels. Le nombre de pixels choisi peut varier selon la résolution recherchée. Par exemple, l'écran peut être divisé en une matrice carrée de 256 x 256 pixels ou bien en une matrice carrée de 512 x 512 pixels. Le boîtier 6 contient deux compteurs de pixels qui comptent un nombre de pixels parcouru par le centre de la mire respectivement suivant les lignes (axe xx') et suivant les colonnes (axe yy') lorsqu'on déplace la mire sur l'écran. Le boîtier 6 comporte sur sa face avant deux potentiomètres 7 et 8 qui sont manoeuvrés par un opérateur qui regarde l'écran 5a et qui permettent de déplacer la mire respectivement selon l'axe xx' et selon l'axe yy' pour amener le centre de la mire à coïncider avec des points déterminés de l'image. La face avant du boîtier 6 comporte de plus un bouton poussoir 9 qui permet à l'opérateur d'acquitter chaque opération, c'est-à-dire d'enregistrer dans la mémoire le nombre de pixels qui vient d'être compté par les compteurs de pixels. Les sorties des compteurs de pixels sont connectées sur l'interface entrées-sorties de l'unité de calcul. Pour compter le nombre de pixels suivant l'axe yy', on compte par exemple les lignes du signal vidéo, c'est-à-dire le nombre d'impulsions de synchronisation lignes. Pour compter le nombre de pixels suivant l'axe xx', on compte par exemple un nombre d'impulsions émises par une horloge à partir de chaque impulsion de synchronisation ligne. La figure 3 est une représentation de l'écran au début d'une phase de lecture. Les lignes en traits mixtes représentent la position de la mire au départ, position dans laquelle le centre O de la mire est confondu par construction avec la projection de l'axe optique de la caméra. On retrouve sur cette figure les points A' et B' et le point 4' qui sont les images des points A, B et 4. Le principe de la mesure consiste à mesurer sur l'image la longueur du segment A' B' et d'en déduire la longueur réelle du AB segment A B. Le rapport d'homothétie A, B' dépend de la distance qui sépare la caméra du plan objet P pendant la prise de vue, de la distance focale de la caméra, du grossissement éventuel de l'image vidéo qui peut être obtenu par un traitement du signal vidéo-etc. L'impact 4' du faisceau laser permet de mesurer le rapport d'homothétie dans tous les cas, quelles que soient les valeurs des paramètres influant sur ce rapport. Lorsqu'il s'agit de mesurer la longueur d'un vecteur fixe, l'opérateur arrête l'image c'est-à-dire projette sur l'écran une image fixe. En utilisant les potentiomètres 7 et 8, il déplace la mire sur l'écran pour l'amener dans la position représentée en traits pleins où le centre de la mire colncide exactement avec le point image 4'. Pendant le déplacement, les compteurs de pixels mesurent les déplacements de la mire exprimés en nombre de pixels nl suivant yy' et n2 suivant xx'. Lorsque l'opérateur estime que la colncidence est atteinte, il appuie sur le bouton d'acquittement 9 et les valeurs nl et n2 sont enregistrées dans la mémoire de l'ordinateur qui est programmé pour calculer la longueur d du vecteur 0,4' égale à Le vecteur 0,4' est l'image du vecteur 0,4 dont la longueur D est égale à D et l'ordinateur calcule le rapport d'homothétie d = d En pratique, l'émetteur laser 2 est fixé à la caméra de telle sorte que le faisceau laser 3 et l'axe optique O se trouvent dans le plan vertical yy', c'est-à-dire que n2 = O et dans ce cas il suffit d'enregistrer nl et l'ordinateur calcule le rapport d'homothétie D D d = nl On remarquera que, du fait que l'axe optique xx' est un axe de symétrie, le rapport d'homothétie ainsi calculé s'applique à tous les segments quelle que soit leur orientation. Toutefois les points éloignés de l'axe optique peuvent donner lieu à des déformations de l'image et le programme de calcul de l'ordinateur peut comporter un programme de correction automatique en fonction de la distance à l'axe optique La figure 4 représente une étape suivante du procédé de mesure selon l'invention. A l'aide des boutons de potentiomètres 7 et 8, l'opérateur déplace la mire pour ramener le centre de celle-ci au centre O de l'écran puis à colncider avec l'un des points image, par exemple avec le point B'. Les compteurs de pixels comptent les nombres de pixels X1 et Y1 qui représentent les coordonnées cartésiennes du point B' par rapport aux axes xx' et yy'.L'opérateur appuie ensuite sur le bouton d' acquittement 9 et les nombres X1 et Y1 sont enregistrés dans la mémoire de l'ordinateur. L'opérateur ramène ensuite le centre de la mire au point O puis en colncidence avec le deuxième point image A' et il enregistre de la même façon les coordonnées cartésiennes X2 et Y2 du point A' exprimées en nombre de pixels. L'ordinateur calcule ensuite la longueur t du vecteur A', B' en effectuant les calculs Après quoi l'ordinateur multiplie la longueur Q' par le rapport d'homothétie calculé précédemment pour obtenir la distance réelle L séparant les points A et B. Avantageusement l'ordinateur contenu dans le boîtier 6 comporte un programme interactif qui affiche sur l'écran 5a la suite des opérations à effectuer et qui affiche également la valeur de la longueur calculée, ce qui permet d'enregistrer sur un magnétoscope ou sur une image imprimante vidéo-graphique les images des différents segments qui permet de les repérer ainsi que la longueur de ceux-ci qui apparaît en incrustation sur l'image. On peut brancher sur le moniteur vidéo un boîtier d'incrustation de titres comportant un clavier qui permet de faire apparaître en incrustation sur l'imagé vidéo des inscriptions identifiant par exemple chaque objet dont on mesure la longueur. Un dispositif selon l'invention permet de mesurer non seulement la distance de deux points fixes mais également la longueur de la trajectoire d'un objet mobile en conservant en mémoire les images du déplacementpuis en les affichant séquentiellement sur ltéeran, ce qui permet de mesurer la distance entre deux positions successives d'un objet mobile qui se déplace dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe optique de la caméra. A titre d'exemple, non limitatif, d'application d'un dispositif selon l'invention, on citera la mesure de longueurs dans des enceintes confinées,par exemple dans des enceintes contaminées ou très chaudes visibles à travers un hublot, l'examen de pièces mécaniques d'accès difficile,par exemple des ailettes de turbo-réacteur, la mesure du profil transversal d'un tunnel en cours de creusement, les mesures de contrôle des déformations d'ouvrages d'art pendant des épreuves de charge, par exemple de ponts ou de barrages etc. ... REVENDICATIONS 1. Procédé pour mesurer des longueurs notamment la longueur d'un segment séparant deux points (A,B) situés dans un lieu d'accès difficile. ou interdit, caractérisé en ce que l'on prend une image de ce segment avec une caméra vidéo (1) dont l'axe optique est sensiblement perpendiculaire à un plan (P) contenant ledit segment (A) laquelle caméra est équipée d'un émetteur laser (2) qui projette un rayon laser (3), visible par la caméra, qui est parallèle à l'axe optique (zizi) de la caméra et situé à une distance déterminée (D) de cet axe, on projette cette image sur l'écran (5a) d'un moniteur vidéo (5) et on déplace sur l'écran une mire que l'on amène à colncider d'abord avec l'image visible (4') du point d'impact (4) du rayon laser dans le plan objet, ce qui permet de relever une longueur de référence (d) puis successivement avec les deux extrémités (A',B') de l'image dudit segment et ladite caméra vidéo est couplée à une unité de calcul (6) qui enregistre les coordonnées (Xl, Y1 - X2, Y2) des deux extrémités du segment à mesurer qui calcule le module du segment image, le rapport d'homothétie (-dD) et la longueur dudit segment (A,B) en multipliant ledit module par ledit rapport d'homothétie. 2. Dispositif pour mesurer la:dIstance entre deux points (A,B), caractérisé en ce qu'il comporte une caméra vidéo (l) équipée d'un émetteur laser (2) qui projette un rayon laser (3) visible par la caméra, qui est parallèle à l'axe optique (zzl) de la caméra et situé à une distance déterminée (D) de cet axe et il comporte en outre un boîtier (6) qui est intercalé entre la sortie de la caméra et un moniteur vidéo (5), lequel boîtier comporte des moyens permettant de faire apparaître sur l'écran une mire (xx, yy') et deux potentiomètres (7,8) permettant de déplacer celle-ci suivant deux axes parallèles aux côtés de écran et ledit boîtier comporte en outre des compteurs de pixels qui comptent le nombre de pixels (nl, n2) lorsqu'on déplace ladite mire pour amener le centre de celle-ci du centre (0) de l'écran jusqu'à l'image (4'.) du point d'impact du rayon laser et le nombre de pixels (Xl, Yi - X2, Y2) qui représentent les coordonnées des images (A', B') des deux points (A, B) et ledit boîtier comporte en outre un ordinateur qui enregistre les nombres de pixels et qui est programmé pour calculer la distance entre les deux points image (A', B') à partir des coordonnées de ceux-ci et un rapport d'homothétie à partir de la distance qui sépare du centre de l'écran l'image du point d'impact du rayon laser et le produit de ladite distance par ledit rapport d'homothétie. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit bottier contient en outre des moyens permettant d'incruster sur l'image vidéo des caractères alpha-numériques,notamment l'identification d'une image et la longueur mesurée. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un magnétoscope ou une imprimante vidéo-graphique permettant d'enregistrer les images vidéo. 5. Caméra vidéo pour la mise en oeuvre d'un procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'un émetteur laser (2) qui est fixé au bottier de la caméra de telle sorte qu'il émet un rayon laser (3) parallèle à l'axe optique (zzl) de la caméra et situé à une distance déterminée (D) de cet axe.