Brevet FR2884913A1 — publié le 20061027

Procédé d'acquisition de la forme d'un objet La présente invention concerne un procédé d'acquisition de forme en trois dimensions d'un objet (1) ou partie d'objet comportant le revêtement de l'objet par un tissu ou film adhérant à l'objet (2) portant des points de repère optiques (3) , la fixation de mires de calibrage et de repérage angulaire (4) , l'acquisition d'un ensemble d'images de l'objet revêtu dudit tissu ou film adhérant à l'objet, et le calcul des coordonnées spatiales des points de repère par la mise en correspondance des coordonnées de ces points de repère sur les différentes vues afin de créer un modèle virtuel dudit objet sous la forme d'un nuage de points. Depuis le moulage traditionnel, de nombreuses méthodes d'acquisition de forme se sont développées: - la digitalisation mécanique relève, par un palpeur, les coordonnées spatiales de points d'un objet. Cette méthode est inadaptée à de nombreuses situations courantes, de par le temps nécessaire au relevé des points. - le scanner laser génère un nuage de points par le système de triangulation. Cette méthode de prise de mesure sans contact a pour principaux inconvénients une mise en oeuvre délicate et un coût élevé de l'appareillage. - la projection de franges de lumière structurée sur l'objet, et l'analyse de la déformation de ces franges prises sous des angles différents, décrite par exemple dans le brevet FR 2 724 720. Cette deuxième méthode de prise de mesures sans contact a pour inconvénient la taille importante du matériel utilisé, ce qui interdit son transport et implique le déplacement de l'objet et son positionnement précis et correct par rapport aux dispositifs d'émission ou de projection de lumière et d'acquisition d'images. Le coût de ce matériel est également élevé. - la prise de photographies, sous différents angles, de l'objet placé sur une surface comportant des points de repère comme décrit dans le brevet WO 3/044464 Al. Cette méthode nécessite de placer l'objet sur une surface de référence, ce qui interdit son utilisation dans 2884913 2 de nombreux cas, comme, par exemple, l'acquisition de la forme d'une partie du corps d'une personne alitée, dans le domaine de l'orthopédie. L'invention propose un procédé d'acquisition de forme en trois dimensions d'un objet sans moulage permettant, avec un matériel technique relativement simple, peu coûteux et très facile à transporter, de générer un nuage de points représentatifs de l'objet sous la forme de coordonnées de points dans un espace à trois dimensions. Cet ensemble de points déterminés dans les trois dimensions de l'espace peut ensuite être traité pour modeler et façonner des objets, par exemple pour la fabrication de prothèses ou d'orthèses. Elles peuvent également être traitées dans le cadre d'un procédé de confection de vêtements, de gants, de chaussures, de casques sur mesure. La présente invention a par conséquent pour objet un procédé d'acquisition de forme en trois dimensions d'un objet, par établissement des coordonnées spatiales d'un ensemble de points représentant les formes de cet objet ou d'une partie de cet d'objet, comprenant les étapes suivantes: É l'application, sur la totalité de la surface de l'objet (1) ou partie d'objet dont il s'agit d'acquérir les formes, d'un tissu ou film mince adhérant à l'objet (2) épousant les formes de ladite surface et comportant une pluralité de points de repère (3) répartis de préférence uniformément sur celui-ci, É le positionnement d'une ou plusieurs mires de calibrage et de repérage angulaire (4) sur le tissu ou film adhérant à l'objet ou à proximité immédiate de celui-ci, É l'acquisition, au moyen d'un appareil photographique, d'une série d'images, de manière à ce que chacune des images soit prise d'un point de vue différent de celui de chacune des autres images, à ce que le maximum de repère soit photographié d'au moins deux points de vue différents, et à ce qu'au moins une mire de calibrage et de repérage angulaire figure sur chacune des images de la série, É le calcul des coordonnées dans l'espace à trois dimensions de chacun des points de repères par la mise en correspondance des coordonnées des points de repère sur au moins deux photographies, selon une méthode photogrammétrique. 2884913 3 Ce calcul peut être complété d'une reconstitution de la coordonnée manquante de points de repère présents sur une seule photographie par une méthode d'approximation par lissage. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention implique par conséquent comme seul matériel sur place, c'est-à-dire à proximité direct de la personne ou de l'objet à mesurer, un tissu ou film adhérant à l'objet approprié, une mire ou un ensemble de mires de calibrage et de repérage angulaire de taille relativement modeste et un appareil photographique d'usage courant. Le procédé selon l'invention utilise la lumière du jour ou un flash et ne nécessite par conséquent aucun dispositif particulier d'émission ou de projection de lumière structurée (laser, franges de lumière) ce qui non seulement diminue considérablement son coût mais permet sa mise en oeuvre dans à peu près n'importe quelle situation et à n'importe quel endroit. Les points de repère (3), répartis de préférence uniformément sur l'ensemble du tissu ou film adhérant à l'objet, dont il s'agit de déterminer la position dans l'espace, peuvent en principe être des points isolés, d'une couleur donnée, dispersés sur un fond monochrome d'une autre couleur. Pour des raisons de fiabilité et de rapidité de calcul, les points de repère correspondent toutefois de préférence à des sommets de polygones adjacents remplissant, à la manière d'un damier, la totalité de la surface du tissu ou du film adhérant à l'objet. Ces polygones sont d'au moins deux couleurs différentes. Les polygones peuvent être réguliers ou irréguliers, convexes ou concaves. La seule caractéristique commune à ces damiers de polygones est l'existence de sommets partagés par trois, quatre ou plus de polygones adjacents. On peut citer à titre d'exemples de motifs préférés, les damiers bicolores constitués de rectangles, de carrés, de triangles, de losanges, d'hexagones, de pied-de-poule ou d'une combinaison de ceux-ci. La précision du modèle virtuel de l'objet est fonction directe du nombre de points de repères sur le motif. Le nombre de points de repères sur le tissu ou film n'est donc limité que par la définition de l'appareil photographique. Comme indiqué ci-dessus, un certain nombre de mires de calibrage et de repérage angulaire (4) sont disposées sur ou à proximité de l'objet couvert par le tissu ou film adhérant à l'objet. Ces mires doivent être disposées de manière à ce qu'au moins l'une d'elles, soit 2884913 4 visible sur chaque image. Il est cependant possible de placer une seule mire de calibrage et de repérage angulaire dans la scène, si cette mire est visible sur chaque photographie, par exemple en la plaçant au dessus de l'objet. Les mires servent à la fois à calibrer les images et à déterminer l'angle de prise de vue de l'image dans un espace à trois dimensions. Les dimensions des mires, dont les valeurs réelles sont connues, servent d'étalons pour reconstituer la taille réelle de l'objet photographié sur chaque image. Les mires sont conçues de manière à déduire de l'analyse des images les angles de prise de vues des images dans un espace à trois dimensions. Pour cela, les mires, dans un mode de réalisation simple, comportent un assemblage de plaques planes délimitant l'espace dont les angles relatifs sont connus. Les mires sont de préférence des corps géométriques comportant des surfaces de couleurs différentes. Pour une série de prises de vue couvrant un angle de 360 , le nombre d'images prises à partir de différentes positions est de préférence compris entre 3 et 10. L'application du tissu ou film peut se faire, par exemple, par un système à dépression d'air ou par l'utilisation d'un film thermorétractable. Le tissu ou film adhérant à l'objet peut avoir une forme préétablie adaptée à l'objet, par exemple une forme de bas, de gant, de chaussette, de cagoule ou de maillot de corps, pour les parties du corps humain ou une combinaison pour le corps tout entier. L'invention est illustrée ci-après en référence aux figures annexées dans lesquelles: la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation du procédé de l'invention, dans lequel un torse (1) est habillé d'un tissu (2) avec un motif en pied de poule (3), deux mires de calibrage et de repérage angulaire (4) étant fixées sur le dit tissu, la figure 2 représente la scène décrite dans la figure 1 prise d'un angle de vue différent. la figure 3 est une vue en perspective d'une mire selon un mode de réalisation préféré. Elle est constituée d'un assemblage de trois plaques à angles respectifs de 90 . Cette mire sert à la fois au calcul de la taille réelle de l'objet et à la détermination de l'angle de prise de vue. 2884913 5 Elle peut en effet remplir la fonction d'un réticule de visée, l'appareil photographique étant situé dans un plan de référence porté par la mire lorsque seule la tranche de la plaque portée par la mire et matérialisant ce plan est visible. L'opérateur peut, par extension sur les trois plans (4a,4b,4c), positionner précisément l'appareil photographique dans l'espace. Par ailleurs, lorsqu'une partie de la plaque autre que sa tranche est visible sur une photographie, l'analyse des surfaces relatives des plaques de la mire sur l'image permet de déterminer l'angle de prise de vue par rapport à la mire. Ainsi, un positionnement quelconque de l'appareil photographique par rapport à la mire au moment de la prise de vue pourra être analysé simplement en déduisant l'angle de visée dans un espace à trois dimensions de, par exemples, l'étude comparée des surfaces visibles sur les photographies des plaques constituant la mire ou l'étude comparée des dimensions apparentes des lignes d'intersection des plaques. Cette possibilité offre une grande souplesse à l'opérateur dans l'utilisation du procédé. Les mires, transparentes ou non, peuvent avoir bien entendu de nombreuses formes géométriques. Il peut s'agir par exemple d'une sphère ou demisphère, d'un ellipsoïde de révolution ou d'un assemblage de plaques disposées à un angle fixe l'une par rapport à l'autre. Ces mires peuvent porter des lignes ou surfaces de repère de plans colorées permettant le repérage angulaire de la prise de vue. Dans certains modes de réalisation du procédé, il peut être utile que quelques points de référence parmi les points de repère (3) soient distinguables des autres points de repère, par exemple par la couleur ou la forme du motif les caractérisant, ces points de repère particuliers étant ordonnancés de telle sorte qu'au moins un de ces points soit visible sur chaque photographie, permettant ainsi un repérage aisé des points de repère dans le nuage de points. Ces points de référence particuliers permettent alors, une fois créé le modèle virtuel de l'objet, d'effectuer une capture de mouvement de l'objet, dans une application cinématographique, par exemple, en remplaçant l'appareil photographique par une ou plusieurs caméras. Dans cette application, le modèle virtuel ayant été préalablement créé, les mires pourront être enlevée de l'objet. Ce procédé présente alors l'avantage de reconstituer dans un modèle virtuel le volume de l'objet en mouvement, contrairement aux procédés nécessitant la pose de 2884913 6 capteurs sur l'objet, procédés dans lesquels la définition du modèle virtuel est limitée au nombre de capteurs. De même, pour des applications particulières, il peut être nécessaire de positionner sur le tissu ou film adhérant à l'objet, une série de points de repère supplémentaires, caractéristiques de l'objet, ces points de repère étant matérialisés, par exemple, par des marqueurs de couleur ou de forme particulière, différentes de la couleur ou de la forme des points de repère portés par le tissu ou le film adhérant à l'objet. D'une manière générale, les couleurs des motifs généraux déterminant les points de repère, des surfaces portées par les mires, des motifs correspondant aux points de référence particuliers, des marqueurs supplémentaires éventuels seront choisies parmi les couleurs suivantes: blanc, noir, jaune, rouge, vert, bleu. Les trois dernières couleurs correspondent en effet aux trois composantes de base des couleurs utilisées par les systèmes numériques. Ainsi, la recherche des sommets des polygones sera facilitée car la transition d'une couleur à l'autre correspondra à une rupture franche du signal de chacune seulement de ces couleurs. Cela permet de détecter facilement les sommets dans des conditions quelconques de prises de vues, comprenant des ombres portées ou des lumières non uniformes. Le jaune pourra également être utilisé car, dans les systèmes numériques, il est le résultat de l'addition du vert et du rouge. Dans ce cas, la composante bleue est absente. L'analyse de la rupture comparée des trois couleurs permettra de situer facilement les transitions sur le motif. La mise en oeuvre d'algorithmes de déconvolution pourra, si nécessaire, améliorer considérablement la qualité des images pour permettre une extraction précise et fiable des sommets. 7 REVENDICATIONS 1. Procédé d'acquisition de forme en trois dimensions d'un objet par définition d'un nuage de points représentant l'objet, comprenant É l'application, sur la totalité de la surface de l'objet (1) ou partie d'objet dont il s'agit d'acquérir la forme, d'un tissu (2) ou film mince adhérant à l'objet épousant les formes de ladite surface et comportant une pluralité de points de repère (3), É la fixation d'une ou plusieurs mires de calibrage et de repérage 10 angulaire (4) sur le tissu ou film adhérant à l'objet ou à proximité immédiate de celui-ci, É l'acquisition, au moyen d'un appareil photographique, d'une série d'images, de manière à ce que chacune des images soit prise d'un point de vue différent de celui de chacune des autres images, à ce que le maximum de points de repère soit photographié à partir d'au moins deux positions de prise de vue différentes, et à ce qu'au moins une mire de calibrage et de repérage angulaire figure sur chacune de la série d'images, É le calcul des coordonnées dans l'espace de chacun des points de repère, l'ensemble de ces points constituant le modèle virtuel de l'objet. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tissu ou film adhérant à l'objet est couvert d'un motif en damier, constitué d'une pluralité de polygones d'au moins deux couleurs différentes, réguliers ou irréguliers, convexes ou concaves, à côtés droits ou courbes, les points de repère étant formés par les sommets des polygones. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que les polygones sont des rectangles, des carrés, des losanges, des triangles, des hexagones, des pied-de-poule ou une combinaison de ceux-ci. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on fixe sur le tissu ou film adhérant à l'objet ou à proximité immédiate de celui-ci, au moins une mire (4) de dimensions connues, ladite mire étant constituée de plaques formant des angles relatifs connus. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le tissu ou film comporte plusieurs 2884913 8 points de repères particuliers distinguables des autres points de repère par la couleur ou la forme du motif les caractérisant. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'on positionne sur le tissu ou le film adhérant à l'objet, après application de celui-ci, des marqueurs, d'une couleur ou d'une forme différente de celles des polygones. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil photo est remplacé par une ou plusieurs caméras. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les mires sont enlevées de l'objet durant la capture de mouvement.