Brevet FR2694806A1 — publié le 19940218

La présente invention concerne un système photogrammétrique terrestre. Le domaine technique de la présente invention est la photogrammétrie, c1 est à dire l'utilisation métrique des clichés d'une chose pour mesurer celle-ci en 3 dimensions. Actuellement, la photogrammétrie nécessite l'emploi d'un matériel couteux (chambres de prises de vues métriques ou semi-métriques, restituteurs et logiciels de restitution).En outre, l'exploitation des clichés est réservée à des spécialistes. Seul un système (Brevet nO 77 21243 déposé le 11/07/77 par Helmut Kellner) présente une amélioration quant au prix du matériel car il utilse un appareil photo bon marché non métrique.Il suppose l'utilisation d'un cadre dépliant muni de jalons, qui, photographié avec l'objet, permet la reconstitution du faisceau perspectif nécessaire au mesurage de cet objet.Cependant,le cadre est de dimensions réduites pour des raisons d'encombrement et ne permet donc pas de mesurer des objets de grande taille.Il a été créé pour mesurer rapidement la position relative de 2 véhicules au moment d'un accident. Le système objet du brevet permet la restitution (détermination en coordonnées tridimensionnelles) d'objets importants dans leurs dimensions car on dispose autour de l'objet à mesurer au minimum 3 cibles qui sont déterminées en coordonnées tridimensionnelles par chainage au décamètre (x,y), et en utilisant un boitier fixé à un trépied supportant, outre l'appareil de prises de vues, une nivelle et une lunette à réticule (ainsi que d'autres accessoires) matérialisant une visée horizontale pour l'altimètrie (Z). De plus, le système permet la détermination de la position et de l'orientation du cliché relativement aux cibles, au moment de la prise de vues,(alors que ces paramètres sont calculés à partir des clichés dans le brevet mentionné ci-dessus)ce qui constitue une perte de temps mais un gain de précision.Pour déterminer la position et l'ori- entation des clichés,l'axe de visée de la lunette est réglé parallèle à l'axe de l'objectif de l'appareil de prise de vues, la bulle de la nivelle est entre ses repères quand le plan du cliché est vertical, et l'on procède de 3 manières 1- le boitier est supporté par le trépied et comporte une équerre optique définissant des alignements et des angles droits par rapport à des jalons repèrés en planimètrie relativement aux cibles. 2- le boitier est fixé sur la lunette d'un appareil topographique mesurant des angles et des distances en réglant l'axe de visée de la lunette du boitier parallèlement à celui de la lunette de l'appareil. 3- le boitier est appuyé contre une surface plane (mur,cloison,dalle, plafond), dont on détermine la position et l'orientation relativement aux cibles. Le boitier est conçu de façon à pouvoir contenir plusieurs modèles d'appareils de prises de vues tels que appareils photo métriques ou non métriques,caméras ou caméscopes pour I'étude d'objets en mouvement. La procédure de prises de vues consiste à prendre plusieurs clichés (au moins deux) de l'objet et des cibles,d'axes parallèles,(pour une restitution ste-réophotogrammétrique) ou dont les axes font entre eux un angle dans l'espace compris entre 60 et 100 grades. Les dessins annexés illustrent l'invention Les figures 1,2,3,4 représentent le système respectivement, de face, de profil droit, de profil gauche, et du dessus. La figure 5 représente une cible. La figure 6 représente la procédure de nivellement des cibles. La figure 7 représente un jalon et ses bandes de couleurs verticales schématisées par une trame différente pour chaque couleur. La figure 8 représente l'image du réticule d'une lunette-que l'on retrouve sur les figures 9 et 10. La figure 9 représente la procédure d'alignement sur les jalons avec l'image de la lunette associée (en dessous et à droite). La figure 10 représente la procédure pour rendre l'axe optique de la lunette perpendioulaire (A = îoogr) à la ligne des jalons et l'image vue dans la lunette associée (au dessus à gauche). La figure Il représente différentes séquences de prises de vues, d'axes parallèles (PHI et 2), une vue perpendiculaire (PH 3), et 2 photos prises avec le boitier monté sur un appareil topographique (PH 4 et 5). En référence à ces dessins, le système comprend (figures 1,2,3,4) ('3) - un trépied d'appareil photo à branches coulissantes permettant les 3 rotations de l'appareil de prises de vues autour des axes et ZZ' et une translation verticale (axe 10 actionné par la crémail 1crue 10a). - un boitier(6) relié au trépied par la mollette(6a) qui comporte - un appareil de prises de vues(1) - une nivelle sphérique(2) dont l'image est renvoyée par un miroir(2a) Cette nivelle est réglée de sorte que l'axe de l'objectif de prises de vues soit horizontal quand la bulle est dans son cercle repère. Dans ce cas, le plan du négatif, qui est perpendiculaire à l'axe de de l'objectif, est vertical. - une équerre optique(3) amovible située au dessus du foyer de l'ob- jectif. - une boussole graduée(4) dont l'image est renvoyée par un miroir(4a) permettant de connaitre l'orientation par rapport au Bord magné tique de ce qu'on photographie. - une lunette à réticule(12) dont l'axe de visée est réglé parallèle ment à l'axe de l'objectif(= perpendiculairement au plan du cliché) et qui visualise, soit ce qu'on photographie, ou les 2 demi-images de l'équerre optique(3). - une nivelle (5) désolidarisable du boitier(6) par la mollette(5a) - une nivelle sphérique(11) fixée sur l'axe de translation(10) ren ce dernier vertical en jouant sur les branches coulissantes du tré pied. On prévoit 3 modes d'utilisation du boitier(6) 1- on utilise le boitier(6) fixé sur le trépie(l mentionné dans la description ci-dessus. t43) 2- on utilise le boiter(6) fixé sur un appareil topographique qui mesure des angles horizontaux et verticaux et des distances, au moyen des mêmes fixations servant à relier un distance-mètre à la lunette de l'appareil topographique. 3- on utilise le'boitler(6) seul, appuyé contre une surface plane. ( mur, cloison, dalle, plafond ). La procédure de prises de vues se déroule de la façon suivante On dispose autour de l'objet à photographier 3 cibles (au minimum) non situées dans un plan parallèle aux clichés.On prend les mesures nécessaires à la détermination des coordonnées tridimensionnelles de ces cibles relativement à un repère orthonormé arbitraire RO. Si l'on utilise le boitier sur le trépied d'appareil de prises de vues ,la planimètrie des cibles (a,Y) sera déterminée par mesurage du triangle ainsi défini au moyen d'un décamètre. L'altimètrie des cibles (Z) se mesure par une méthode combinée du nivellement direct ou géomètrique et d'un brevet n 1366877 déposé le 4/06/63 (fig. 5,6 et 8). Lorsque la bulle de la nivelle(2) est entre ses repères, le fil niveleur (N fig.8) du réticule de la lunette(12) matérialise une visée horizontale que l'on peut monter ou descendre (voir fig.6) au moyen de la crémaillère(10a)jusqu'à rencontrer une des mires(Mî ou M2 fig 5) graduées et verticales situées au dessous et au dessus de la cible G(fig5).Les cibles (C fig.5) sont constituées de sphères de couleur claires et fluorescentes.3n relevant les cotes lues sur l'axe de translation gra(lué(10) et sur les mires(i, M2),et par un calcul approprié,on détermine les différences de niveau des cibles entre elles, et entre l'appareil de prises de vues et les cibles. Si l'on utilise le boitier fixé à l'appareil topographique, c'est au moyen de ce dernier (mesures d'angles et de distances), que l'on déttermine les coordonnées tridimensionnelles des cibles. Le boitier utilisé seul ne permet pas les mesures des cibles. Après avoir pris les mesures sur les cibles, on se place en un lieu dlou l'on voit l'ensemble objet à photographier + cibles) Si l'on utilise le boitier sur le trépied, on procède de 2 façons 1- on dispose 2 jalons (fig.7), J1 et J2 matérialisant la direction planimètrique du plan du cliché.0n repère cette direction relativement aux cibles par chainage au décamètre.Ensuite on place le système (boitier et accessoires et trépied)à peu près dans l'alignement de J1-J2 .On stabilise le trépied et on amène les bulles des nivelles(11) et (2) entre leurs repères avec les branches coulissantes du trépied et les mouvements de rotation autour des axes IC(' et YY' Les jalons (fig. 7) sont munis de bandes verticales de couleur fluorescentes différentes disposées symètriquement par rapport à l'axe des jalons.Ces bandes sont identiques d'pull jalon à un autre.Si S,le système(trépied,boitier et accessoires) n'est pas aligné sur l'axe des jalons, il est sur une des couleurs (ex::le vert sur fig.9 et 10), c'est à dire sur une parallèle à cet axe, et cette couleur est celle qui se superpose dans l'équerre optique(îa couleur verte du jalon J1 se superpose avec la couleur verte de J2).Ensuite, on fait pivoter le boitier(6) autour de l'axe ZZ' pour amener le fil axial (A sur fig.8) de la lunette sur cette couleur (fjg.10).Ainsi, le plan du cliché est vertical, et parallèle à J1-J2 donc la position et orientation du cliché relativement aux cibles sont connues.0n peut alors déclencher l'obturateur.Si le cliché obtenu n'englobe pas la partie haute de l'objet, on incline le boitier(6) autour de l'axe XX'(qui est parallèle à J1-J2) jusqu'à ce que le fil niveleur(E fig.8) croise un point haut mesurable par restitution sur un jeu de clichés verticaux; on met la bulle de la nivelle(5) entre ses repères et on sert la mollette(5a) à la suite de quoi on prend le cliché.Ensuite, si on veut des clichés exploitables en stéréo-photogrammètrie avec un stéréoscope, on place le système S sur la ligne J1-J2 en réitèrant les opérations précédemment décrites(PH1 et PH2 sur fig.11) pour obtenir des clichés verticaux dlaxes parallèles.Pour obtenir un second cliché incliné on fait pivoter le boitier autour de l'axe EX' sans toucher la mollette(5a) jusqu'à ce que la bulle de la nivelle(5) soit entre ses repères qui donne la même inclinaison que le premier cliché incliné; on obtient deux clichés de même direction et de même incli naison,donc d'axes parallèles.0n peut implanter une autre ligne de jalons dont la direction fera avec la direction de J1-J2 un angle compris entre 60 et 100 grdes(ex:PH3 sur fig.11).L'exploitation des clichés obtenus d'axes non parallèles sera de meilleure précision mais ne permet pas une stéréo-restitution. 2- La seconde façon de déterminer position et orientation du cliché r en utilisant le boitier sur tépied, consiste à mesurer la position tridimensionnelle du cliché relativement aux cibles et de viser avec la lunette, soit une des cibles, soit tout autre point connu ou mesurable sur uu autre jeu de clichés.On déplace ensuite le système et on change l'orientation du cliché pour obtenir 2 ou plusieurs clichés dont l'angle entre axes sera compris entre 60 et 100 gracies. Si l'on utilise le boitier fixé à l'appareil topographique, c'est au moyen de ce dernier que l'on détermine la position et l'orientation du cliché relativement aux cibles puisque l'axe de visée de la lunette(12) est réglé parallèlement à l'axe de visée de la lunette de l'appareil topographiqueSet que l'axe de visée de la lunette(12) est lui même parallèle à l'axe de l'objectif de l'appareil de prises de vues.0n peut alors ,au choix, faire des clichés d'axes parallèles ou dont les axes font entre eux un angle compris entre 60 et 100 grades. Si l'on utilise le boitier seul appuyé contre une surface plane, il faut, par construction régler les appuis du boitier de sorte que le plan du cliché soit parallèle à la surface servant d'appui, et il faut déterminer par mesurage la position et orientation de cette surface relativement aux cibles.Ensuite, si l'on dispose d'une seule surface, on ne prendra que des clichés d'axes parallèles, mais si, comme c'est le cas dans une construction, on dispose de plusieures surfaces planes, on peut prendre des clichés parallèles et non parallèles. Si l'on adapte une caméra ou un caméscope dans le boitier(6),la préparation des vues (position tridimensionnelle des cibles et position et orientation des vues) sera la même qu'avec un appareil photographique.La différence tient au fait que pour étudier un objet en mouvement, il faut réaliser 2 vues simultanées de cet objet, donc il faut utiliser 2 systèmes (boitier(6) + accessoires +appareil de prises de vues), sur trépied, appareil topographique ou appuyé,dont les séquences de prises de vues seront synchronisées.Si l'on utilise 2 caméscopes, les vues pourront être exploitées immédiatement sur écran vidéo. Les clichés obtenus (ou les vues de la caméra ou du caméscope) dans les conditions décrites précédemment permettent la restitution en 3 dimensions des points de l'objet photographié car la connaissance des 3 cibles et de la position et orientation des clichés relativement à ces cibles sont suffisants pour calculer la projection du centre de perspective et l'échelle relative sur chaque cliché; ensuite l'utilisation dlau moins 2 clichés parallèles ou non permet la détermination des coordonnées tridimensionnelles des points inconnus. En ce qui concerne l'application industrielle de l'invention, il est à remarquer que le système est composé d'éléments existants que l'on trouve chez différents fabricants - équerres optiques,nivelles,jalons,décamètres, que l'on trouve chez un fabricant d'appareils topographiques. - lunettes de visées que l'on peut trouver chez un fabricant d'armes (lunettes de visées pour fusils ou carabines) - boussoles chez un opticien, par exemple. - appareils de prises de vues et trépied chez un fabricant d'appa reils photos et vidéo. - cibles pouvant être des balles de ping-pong de couleur fluorescentes chez un fabricant d'articles de sport. L'assemblage et le réglage des éléments pourra être pris en charge par par un atelier de mécanique de précision. Le boitier sera conçu en aluminium ou autre matériau solide et léger. Sa forme permettra d'adapter différents appareils de prises de vues En ce qui concerne l'exploitation mètrique des clichés, les calculs seront intégrés dans un logiciel demandant au minimum 16 Koctets de mémoire mais pouvant évoluer pour permettre de travailler sur plusieurs clichés à la fois (10 ou plus) et pour permettre une intégration directe des points restitués dans un logiciel de Dessin Assisté par Ordinateur. Le systéme objet du brevet intéressera les professionnels du batiment (architectesXmétreurs,décorateurs etc... )pour des levers architecturaux et des levers d'intérieurs,les paysagistes pour des petits levers topographiques.Il intéressera les services de criminologie pour des relevés précis lors dlun crime, attentat, ou d'un accident.Il intéressera les clubs de sport de haut niveau pour, par exemple, reconstituer l'action d'une équipe et I'étudier, ou pour déterminer précisément l'impact d'une balle relativement aux limites dtun terrain de sports. La liste des utilisateurs potentiels du-systéme n'est pas limitative. REVEEDICATIONS 1) Système et procédé de prises de vues terrestres préparées pour une exploitation photogrammétrique caractèrisés en ce qu'on dispose autour de l'objet à photographier ou à filmer, au minimum 3 cibles ne se trouvant pas clans un plan parallèle aux plans des clichés ou des vues, lesquelles cibles sont déterminées en coordonnées tridimensionnelles relativement à un repère orthonormé RO, en ce que l'appareil de prises de vues(1) est incorporé à un boitier(6) qui comporte aussi une lunette à réticule(12), des nivelles(2),(5),(11) ,une équerre optique double(3), une boussole graduée(4) l'ensemble servant à déterminer l'orientation des clichés relativement au repère RO, relativement à la verticale, et relativement au Nord magnétique, en ce que le boitier(6) est utilisé avec ses accessoires, soit sur un trépied d'appareil de prises de vues(13), soit fixé à la lunette d'un appareil topographique de mesures d'angles et de distances, soit seul appuyé contre une surface plane, en ce que l'on prend au minimum 2 clichés ou vues de l'objet et des cibles dont les axes sont parallèles ou font entre eux un angle compris entre 60 et 100 grades et en ce que le boitier est conçu de façon à supporter plusieurs types d'appareils photo métriques ou non métriques et plusieurs types de caméras et de caméscopes pour l'étude d'un objet en mouvement. 2) Dispositif selon la revendication 1) caractérisé en ce que les cibles(C fig.5) sont constituées de sphères fluorescentes au dessus et au dessous desquelles sont disposées des petites mires graduées verticales(Mi et M2 fig.5), en ce que l'axe de visée de la lunette (12) est horizontal quand la bulle de la nivelle(2) est entre ses repères, en ce que cet axe est "monté" ou "descendu" grace à l'axe de translation vertical gradué(10) du trépied(13) au moyen de la crémaillère(10a), jusqu a intersecter chaque cible(C fig.5) ou les mires associées(M1 ou M2 fig. 5), en faisant les lectures des côtes correspondantes, sur l'axe(10) gradué et sur les mires pour déterminer par calcul la différence de niveau des cibles entre elles, et la différence de niveau entre les cibles et l'appareil de prises de vues, ces différences de niveau servant à la détermination de l'al titube Z dans le repère RO des cibles et éventuellement du foyer de l'objectif de prises de vues. 3) Dispositif selon la revendication 1) caractèrisé en ce que l'on implante des jalons J1 et J2 matèrialisant la direction du plan d'une série de clichés, laquelle direction est repérée relativement au repère RO en planimètrie, en ce que de part et d'autre des jalons(fig7) sont disposées des basides verticales de couleurs fluorescentes différentes symétriquement par rapport à l'axe des jalons et identiques d'un jalon à un autre, en ce que l'axe de visée de la lunette(12) est réglé parallèlement à l'axe de l'objectif de l'appareil de prises de vues, donc perpendiculairement au plan du cliché, en ce que le boitier(6) est équipé d'une équerre optique double(3) dont les 2 demiimages sont renvoyées dans le champ de la lunette(12), en ce qu'on aligne à vue le système S (boitier(6)+accessoires + (1) + (13) ) entre les 2 jalons (fiv.9), qui se trouve automatiquement aligné sur une des couleurs des bandes des jalons(alignement sur la couleur verte sur fig.9 et 10 car superposition de la bande verte de JI et de la bande verte de J2 dans l'équerre(3)), en ce qu' après avoir mis la bulle de la nivelle(2) entre ses repères, on fait pivoter le boitier (6) autour de l'axe ZZ' jusqu a ce que le fil axial(A fig.8) coincide avec la couleur en alignement(vert sur fig.10), et en ce qu'unie fois ces conditions réalisées, le plan du cliché est vertical (nivelle ré gîte), parallèle à la direction de J1-J2, donc connu dans le repère RO, ou, en d'autres termes, l'axe de l'objectif de prises de vues est horizontal et perpendiculaire à J1-J2, donc connu dans le repère RO. 4) Procécé selon les revendications i) et 3) caractèrisé en ce qu' après avoir pris un cliché PHî dans les conditions de la revendica- tion 3), on déplace le système S(boitier(6) + accessoires +(1) +(13)) sur l'alignement J1-J2 en réitèrant les opérations de la revendication 3) de façon à couvrir sur au moins 2 clichés chaque partie de l'objet et les cibles, obtenant ainsi des clichés verticaux d'axes parallèles susceptibles d'être exploités en stéréo-photogrammètrie. 5) Procécé selon les revendications 1),3) et 4) caractèrisé en ce que si un cliché vertical PH1 n'englobe pas la partie haute de l'objet, on en prend un deuxième PH2, après avoir fait pivoter le boitier(6) autour de l'axe XX' jusqu a ce que le fil niveleur(N fig8) intersecte un point connu dans le repère RO ou restituable sur un jeu de clichés verticaux, à la suite de quoi l'on met la bulle de la nivelle(5) entre ses repères avec la mollette(5a), et en ce qu'on déplace conformément aux revendications 3) et 4) le système pour prendre un autre cliché vertical PH3 parallèle à PHI, en ce qu'ensuite on incline le boitier(6) autour de l'axe XX' jusqu a ce que la bulle de la nivelle(5) soit entre ses repères pour prendre un cliché PH4 qui aura la même direction que PR2 et la même inclinaison que PH2, donc d'axe parallèle à PH2. 6) Procécé selon les revendications 1) et 3) caractèrisé en ce que l'on implante 2 autres jalons J3 et J4 repérés dans le repère RO, dont la direction fait un angle compris entre 60 et 100 grades avec la direction J1-J2, et en ce qu'on prend un ou plusieurs clichés de l'objet et des cibles sur cette direction, en ce~qu'on exploite ces clichés avec le jeu de clichés pris sur J1-J2, donnant une précision homogène sur les 3 axes du repère RO. 7) Procécé selon la revendication 1) caractèrisé en ce l'on déter mineX par mesurage sur le terrain, la position du système(boitier(6) + accessoires + (1) + (13)) dans le repère RO, en ce qu'on oriente l'axe de visée de la lunette(12) sur une des cibles, sur tout point connu dans le repère RO ou sur tout point restituable sur un autre jeu de clichés, et que l'on prend un premier cliché, en ce qu'on dé- place le système en réitérant les opérations précédentes(position du système puis orientation sur point connu), de façon à obtenir au moins 2 clichés de l'objet et des cibles, dont les axes font entre eux un angle compris entre 60 et 100 grades, propices à une restitution homogène sur les 3 axes. 8) Procédé selon la revendication 1) caractèrisé en ce qu'on fixe le boitier(6) et ses accessoires((1),(2),(4),(12)), sur la lunette d'un appareil topographique de mesures (l'angles et de distances au moyen des mêmes fixations servant à coupler un distance-mêtre et un théodolite, en ce qu'on règle l'axe de visée de la lunette(12) parallèlement à l'axe de visée de la lunette de l'appareil topographique, et en ce que c'est au moyen de cet appareil topographique qu'on détermine la position des cibles dans le repère RO et la position et l'orientation des clichés relativement à HO. 9) Procédé selon la revendication 1) caractèrisé en ce qu'on utilise le boitier(6) et l'appareil de prises de vues(1) incorporé, appuyé contre une surface plane dont on détermine la position dans le repère RO, en réglant les appuis du boitier(6) de sorte que le plan du cliché soit parallèle à la surface d'appui, donc connu dans le repère RO. 10) Procédé selon la revendication 1) caractérisé en ce que le boitier(6) est conçu de façon à incorporer plusieurs modèles d'appareils photographiques, mêtriques ou non mêtriques, et plusieurs modèles de caméras et de caméscopes permettant par une utilisation en double, c'est à dire 2 boitiers(6) et 2 caméras ou 2 caméscopes dont les images sont synchronisées,la restitution d'objets ou de corps en mouvement.