Brevet FR2794246A1 — publié le 20001201

Y/ 2794246 La présente invention concerne le domaine des dispositions pour la mesure caractérisées par l'utilisation de moyens optiques, et a plus particulièrement pour objet un dispositif de localisation d'un objet, éventuellement mobile, du type comportant au moins une barrette de capteur du type CCD et un masque disposé devant ce capteur. Il est connu d'utiliser des dispositifs de localisation d'un objet éventuellement mobile du type comportant au moins une barrette de capteur du type CCD et un masque disposé devant ce capteur. A titre d'exemple, le brevet US4645347 décrit un tel dispositif comportant plus précisément un capteur bidirectionnel, disposé au regard de la figure 1, dans le plan OXZ, et un masque situé au niveau de l'optique pour délivrer une information tridimensionnelle après traitement par un ordinateur des signaux issus du capteur bidimensionnel. Un tel dispositif présente l'inconvénient de nécessiter un temps de traitement important qui peut, dans certains cas ne pas permettre un fonctionnement en temps réel. De plus, lorsque l'objet à détecter est un projectile, les temps de traitement des signaux issus des capteurs doivent être minimisés. On connaît par ailleurs le brevet WO97/01795 qui décrit un procédé photographique d'enregistrement et de restitution d'informations tridimensionnelles sans objectif mais avec des trous de sténopé. Un tel dispositif ne peut pas non plus fonctionner en temps réel et nécessite de surcroît, I'utilisation d'un film argentique ou autre et une distance particulière entre le masque et le film pour la formation d'une image. L'un des buts de l'invention est de remédier aux inconvénients des dispositifs précités en proposant notamment un dispositif permettant de localiser un objet en temps réel et sans nécessiter l'utilisation d'un film de quelle nature que ce soit. La solution proposée est un dispositif apte à déterminer la position d'un objet, éventuellement mobile, dans un repère OXZ et comportant au moins une barrette de capteur comportant des pixels et apte à générer un signal, des moyens de traitement de ce signal et un masque disposé devant ce capteur, caractérisé en ce que la barrette est constituée de pixels dont le rapport de la longueur sur la largeur est supérieur à dix, cette barrette étant disposée suivant l'axe OX, et en ce que le masque consiste en une série de bandes inclinées par rapport à l'axe des pixels, alternativement opaques et transparentes au rayonnement issu de l'objet et positionnées entre l'objet et la barrette CCD. Selon une caractéristique particulière le masque est constitué par une pluralité de bandes indépendantes et opaques fixées sur la barrette CCD. Selon une caractéristique additionnelle, les bandes ont toutes la même largeur. Selon une autre caractéristique additionnelle, les bandes opaques et indépendantes sont disposées parallèlement les unes par rapport aux autres selon un modulo correspondant à un nombre n de pixel. Selon une caractéristique préférentielle, I'inclinaison des bandes opaques est telle que chacune de ces dernières recouvre une partie d'au moins cinq pixels consécutifs. Selon une caractéristique additionnelle, les moyens de traitement comporte des moyens de calcul aptes à déterminer la position de la cible selon l'axe OZ. Selon une caractéristique additionnelle, les moyens de traitement comporte des moyens aptes à soustraire deux signaux, successifs ou non, issus de ladite barette CCD et à générer ainsi un troisième signal constitué par la différence des deux signaux. Selon une seconde caractéristique permettant de déterminer la position d'un mobile dans un repère OXYZ, le dispositif comporte: - deux barrettes CCD positionnées selon deux axes OX, OZ différents et non perpendiculaires à l'axe OY défini par la direction entre le dispositif et l'objet, ou selon un même axe OX ou OZ, - deux masques comportant une série de bandes alternativement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'objet, chacun d'entre eux étant positionné entre l'objet et l'une des barrettes, - des moyens de traitement des signaux issus des barettes CCD - des moyens de calcul aptes à déterminer la position de la cible selon les axes OZ et OY. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description de deux variantes de réalisation de l'invention au regard des figures annexées parmi lesquelles: - La figure 1 présente un exemple de repère, en l'occurrence orthonormé pouvant être utilisé pour définir les coordonnées d'un objet. - La figure 2 présente le positionnement des capteurs dans un mode de réalisation de l'invention, - La figure 3 montre un exemple de réalisation de l'invention, - La figure 4 présente un exemple de détection d'un objet mobile, - Les figures 5a à 5d, présentent des signaux obtenus à différents stades de moyens de traitement des signaux utilisés dans le cadre de la variante de réalisation de l'invention. La figure 1 présente un exemple de repère, en l'occurrence orthonormé pouvant être utilisé pour définir les coordonnées d'un objet. L'origine du repère peut être choisie comme le barycentre des pixels d'une barrette CCD, et l'axe OX comme celui dans lequel est positionnée la ou les barrettes CCD. L'axe OY est défini par la direction de la cible ou pour le moins de l'axe de symétrie du champ de vision de la barrette CCD. Enfin l'axe OZ se déduit directement de la position des deux axes OX et OY. La figure 2 présente le positionnement des capteurs dans un mode de réalisation de l'invention dans lequel deux caméras 1 et 2, comportant chacune une barrette CCD, respectivement 3 et 4, sont connectées à des moyens 5 de traitement des signaux issus des barrettes CCD. Préférablement, les deux caméras sont disposées sur un même support de telle sorte que le positionnement de la barrette 4 par rapport à la barrette 3 soit connu et reproductible. Dans cet exemple de réalisation, le barycentre des pixels de la barrette CCD 3 a été choisi comme origine du repère OXYZ et chacune des deux barrettes CCD 3 et 4 est positionnée suivant l'axe OX. Les lignes 6 présentent le maillage suivant XY par projection des pixels des barrettes 3 et 4. La figure 3 montre un exemple de réalisation de l'invention. La barrette CCD 3 est constituée par des pixels 9 juxtaposés et dont la hauteur est environ 50 fois plus grande que leur largeur. Des bandes 8 sont fixées sur les pixels par des moyens connus. Elles sont disposées parallèlement entre elles, sont séparées d'une distance égale à celle séparant x pixels, en l'occurrence 12 dans l'exemple de réalisation. De plus, elles sont inclinées par rapport aux pixels 9 de façon à ne couvrir qu'une partie de chacun des pixels sur lesquels elles sont fixées. Par ailleurs, leur longueur est telle que l'une de leurs extrémités est en haut d'un pixel 91 tandis que leur autre extrémité est située en bas d'un autre pixel 91. Ainsi, compte tenu du nombre de bandes et de leur géométrie une partie de chacun des pixels 9 de la barrette CCD 3 est recouverte par une partie d'une bande opaque 8. Ainsi, les bandes 8 successives permettent de définir n ensembles successifs de pixels 10, 11, 12,13 composés chacun de 13 pixels puisque, a part à l'une des extrémités de la barette, le premier pixel 9, de chaque ensemble est commun à deux bandes consécutives donc à deux ensembles. La figure 4 présente un exemple de détection d'un objet mobile par la barrette CCD 3 décrite précédemment. Dans cet exemple le mobile 7 est détecté par les pixels n 96, 97, 98, 99, 910, 911, 912, 101, 102 Le signal délivré par 98, 99, 91o est perturbé par la présence d'une bande optiqueLes figures 5a à 5d, présentent des signaux obtenus à différents stades des moyens de traitement des signaux. Les figures 5a et 5b présentent deux signaux succesifs Sl et S2 issus d'une même caméra, l'un au temps ti et l'autre au temps t2, correspondant à l'image d'un même paysage dans lequel un objet mobile est présent. Les moyens de traitement 5 comportent des premiers moyens aptes à soustraire lesdits deux signaux vidéo successifs Sl et S2 et sont aptes à générer un signal composite S1-S2 consistant en la différence des dits deux signaux. Les figures 5c et 5d montrent, respectivement en l'absence des dites bandes et en présence des dites bandes 8, le signal composite S1-S2, agrandi, présent en sortie des moyens aptes à soustraire lesdits deux signaux vidéo successifs. On remarque qu'en présence des bandes opaques 8, le signal du mobile est altéré ponctuellement aux points 13 et 14. Les moyens de traitement comportent en outre des seconds moyens aptes à déterminer la position du ou des pixels ou le signal de l'objet est altéré par la présence de la bande et connaissant la pente de la bande opaque 8 par rapport aux pixels, il est alors possible de déterminer la position relative du mobile dans la direction OZ, à savoir dans l'exemple de la figure 4: Z= H(1-(n-1)/12) ou, H est la hauteur des pixels et n le numéro du pixel, en l'occurrence 99, présentant ladite altération. On remarque que dans le cadre de la figure 5d, la position relative de l'objet peut être déterminer à chacun des temps tl et t2 et sa trajectoire peut alors être déterminée. Par ailleurs, I'utilisation des deux caméras permet de déterminer, à l'aide de moyens de calcul, la position du mobile dans la direction OY. En effet, du fait du positionnement des deux caméras sur un même axe mais à une distance D connue, la position du mobile peut être déterminée par triangulation à partir de la valeur D et 6 2794246 de la différence de positionnement du mobile sur chacune des deux barrettes CCD 3 et 4 des caméras 1 et 2. Connaissant alors la distance Y de l'objet selon l'axe OY, il est alors possible de déterminer la hauteur absolue de l'objet à partir de Y et de la position relative du mobile Z, et ce par triangulation. De nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, lorsque la distance Y séparant l'objet mobile de la caméra, est connue, une seule caméra est nécessaire pour déterminer la position du mobile. Par ailleurs, lorsque la présence d'un objet fixe doit être détectée, il est préférable d'une part de disposer les bandes avec un pas très petit et éventuellement nécessaire de prévoir un mouvement relatif des caméras par rapport à leur support, la trajectoire des caméras devant être connue et reproductible. REVENDICATIONS 1 Dispositif apte à déterminer la position d'un objet, éventuellement mobile, dans un repère OXZ et comportant au moins une barrette de capteur comportant des pixels et apte à générer un signal, des moyens de traitement de ce signal et un masque disposé devant ce capteur, caractérisé en ce que la barrette est constituée de pixels dont le rapport de la longueur sur la largeur est supérieur à dix, cette barrette étant disposée suivant l'axe OX, et en ce que le masque consiste en une série de bandes inclinées par rapport à l'axe des pixels, alternativement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'objet et positionnées entre l'objet et la barrette CCD. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque est constitué par une pluralité de bandes indépendantes et opaques fixées sur la barrette de pixels. 3 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bandes ont toutes la même largeur. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les bandes opaques et indépendantes sont disposées parallèlement les unes par rapport aux autres selon un modulo correspondant à un nombre n de pixel. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'inclinaison des bandes opaques est telle que chacune de ces dernières recouvre recouvrent une partie d'au moins cinq pixels consécutifs. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens aptes à soustraire deux signaux, successifs ou non, issus de ladite barette CCD et à générer ainsi un troisième signal constitué par la différence des deux signaux. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent des moyens de calcul aptes à déterminer la position de la cible selon l'axe OZ.7 Selon une caractéristique additionnelle, 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif comporte: - deux barrettes CCD positionnées selon deux axes OX,OZ différents et non perpendiculaires à l'axe OY défini par la direction entre le dispositif et l'objet, ou selon un même axe OX ou OZ, deux masques comportant une série de bandes alternativement opaques et transparentes au rayonnement émis par l'objet, chacun d'entre eux étant positionné entre l'objet et l'une des barrettes, - des moyens de traitement des signaux issus des barettes CCD - des moyens de calcul aptes à déterminer la position de la cible selon les axes OZ et OY.