Brevet FR2897257A1 — publié le 20070817

REFERENTIEL OPTIQUE POUR LA FORMATION D'IMAGES EN TROIS DIMENSIONS La présente invention concerne les référentiels optiques pour la formation d'images en trois dimensions, dites en 31D, qui trouvent une application particulièrement avantageuse, notamment mais non exclusivement, dans la réalisation des systèmes permettant d'aider les praticiens pour l'implantation, par exemple, d'une prothèse dentaire dans une mâchoire. Il est connu que certains Praticiens sont parfois amenés à procéder à des interventions de type chirurgical ou analogue, par exemple pour la mise en place d'implants. Tel est le cas par exemple de l'implantation de prothèses ou analogues dans le domaine orthopédique, en oto-rhino-laryngologie (ORL), dans le domaine dentaire, etc. A cette fin, le Praticien est, presque à chaque fois, obligé de réaliser des percées dans des parties osseuses pour y placer les tiges des implants. On conçoit facilement que la réalisation de telles percées dans certaines parties osseuses, par exemple des vertèbres ou des mâchoires, est relativement délicate car il est absolument nécessaire que la mèche de l'outil de perforation ne touche pas des éléments sensibles comme la moelle épinière pour les vertèbres, un nerf dentaire pour une mâchoire, le nerf ophtalmique, etc. Pour effectuer ces opérations délicates, il est fait généralement confiance à l'expérience du Praticien, mais cette expérience ne peut pas résoudre à elle seule tous les problèmes. Il a donc été mis au point des systèmes pour aider le Praticien dans le guidage de l'outil par rapport à la partie du corps humain dans laquelle doivent être effectuées les percées. Ces systèmes comportent, de façon générale, des moyens pour réaliser une première image en trois dimensions d'un premier ensemble comprenant la partie de corps humain et un premier référentiel lié à cette partie de corps humain, des moyens pour réaliser une deuxième image en trois dimensions d'un second ensemble comprenant l'outil et un deuxième référentiel optique lié à cet outil, la deuxième image étant réalisée par rapport au premier référentiel, des moyens pour réaliser une troisième image constituée par une superposition des deux première et deuxième images de façon que les représentations du premier référentiel contenues respectivement dans les première et deuxième images soient sensiblement confondues, et des moyens pour projeter cette troisième image dans le champ de vision d'un oeil du Praticien pendant qu'il est apte à manipuler l'outil. Le deuxième référentiel de type optique mentionné ci-dessus est essentiellement constitué d'une pluralité de points ayant une luminosité contrastée par rapport à celle de leur environnement, par exemple constitués par des billes métalliques montées sur des tiges de support associées à un corps de support, par exemple celui de l'outil mentionné ci-dessus, de façon qu'au moins trois de ces points soient toujours visibles d'un point de l'espace, par exemple par l'objectif d'une caméra ou analogue quelles que soient la position du corps dans cet espace et la position de la caméra. En outre, de façon préférentielle, les points de luminosité contrastée associés au corps de support sont répartis tout autour de ce corps sensiblement de façon régulière et dans deux plans sensiblement parallèles entre eux et non confondus, chacun de ces deux plans comportant au moins trois de ces points. En général, les points de luminosité contrastée, constitués par exemple de billes sphériques, sont de couleur sombre et le corps est en un matériau 20 relativement clair. Ce référentiel donne de très bons résultats mais, dans certains cas, il peut ne pas donner le résultat souhaité lorsque se présentent certains problèmes, essentiellement les deux problèmes suivants. Le premier problème se pose quand un ou plusieurs des points foncés 25 de luminosité contrastée sont vus sur des fonds, eux aussi foncés, qui appartiennent à l'espace environnant. Le manque de contraste entre les points de luminosité contrastée et le fond rend alors impossible, ou presque impossible, la réalisation d'une image de ce référentiel, et donc le référencement de l'image dans sa globalité. 30 Le second problème se pose quand deux billes se trouvent sur la même direction de vision et sont donc vues se chevauchant, ce qui empêche de former des images de points de repère sphériques, notamment dans les vues vidéo métriques. La présente invention a pour but de réaliser un référentiel optique pour la formation, dans un espace donné, d'images en trois dimensions, qui solutionne au moins le second problème évoqué ci-dessus. Plus précisément, la présente invention a pour objet un référentiel 5 optique pour la formation, dans un espace donné, d'images en trois dimensions, comportant : • un corps ayant sensiblement la forme d'un cylindre de révolution de rayon r, • au moins deux points ayant une luminosité contrastée par rapport à 10 celle du corps, les deux dits points étant situés sensiblement dans un même plan transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre de révolution, et • au moins deux plots pour lier respectivement les deux points de luminosité contrastée avec ledit corps de façon que les deux dits points de 15 luminosité contrastée soient situés à une même distance R de l'axe de révolution du dit cylindre, R étant supérieure à r, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une ailette solidaire du corps, ladite ailette étant située entre les deux dits plots sensiblement dans un plan longitudinal contenant l'axe du cylindre de révolution, la hauteur de ladite ailette 20 prise à partir du dit axe étant déterminée pour que son sommet soit sensiblement situé sur une droite dite "de vision" passant sensiblement par les deux points de luminosité contrastée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre 25 illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : La figure 1 représente, vu en perspective cavalière, le schéma bloc de principe d'un mode de réalisation d'un référentiel optique selon l'art antérieur pour la formation d'images en 3D, La figure 2 représente, vu en plan, un schéma de principe d'un mode de 30 réalisation du référentiel optique selon l'invention pour la formation d'images en 3D, ce schéma permettant d'expliciter la structure et le fonctionnement de ce référentiel, et 4 La figure 3 représente une vue schématique en perspective cavalière d'une partie d'un mode de réalisation du référentiel optique selon l'invention en accord avec la représentation de la figure 2. II est tout d'abord précisé que, sur les figures, les mêmes références désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Il est aussi précisé que les figures représentent essentiellement un seul mode de réalisation de l'objet selon l'invention, mais qu'il peut exister d'autres modes de réalisation qui répondent à la définition de cette invention. II est en outre précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. Réciproquement, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant "au moins un" de ces éléments. Il est enfin précisé que lorsque, dans la présente description, une expression définit à elle seule, sans mention particulière spécifique la concernant, un ensemble de caractéristiques structurelles, ces caractéristiques peuvent être prises, pour la définition de l'objet de la protection demandée, quand cela est techniquement possible, soit séparément, soit en combinaison totale et/ou partielle. La figure 1 représente, sous forme schématique, un référentiel optique selon l'art antérieur constituant un repère pour la formation, dans un espace donné, d'images en trois dimensions, dites en 3D. Un tel référentiel optique comporte essentiellement un corps 1 ayant sensiblement la forme d'un cylindre de révolution de rayon r, ou une forme qui peut être assimilable à un tel cylindre de révolution, c'est-à-dire un corps oblong et d'une section transversale générale relativement uniforme. Il comporte en outre au moins deux points, avantageusement une pluralité de points 21-25, 31-35, ayant une luminosité contrastée par rapport à celle du corps, situés sensiblement dans un même plan transversal, avantageusement deux PI, P2 comme illustré sur la figure 1, sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre de révolution. Ces points de luminosité contrastée sont liés au corps 1 par des plots de façon à être situés à une même distance R de l'axe de révolution cylindre, R étant supérieure à r. Le nombre de ces points dans chaque plan PI, P2 est déterminé de façon qu'au moins trois soient toujours visibles depuis un point de l'espace, par exemple par l'objectif d'une caméra ou analogue, quelle que soit la position du corps dans cet espace. En plus des éléments mentionnés ci-dessus, le référentiel selon l'invention comporte en outre, par référence aux figures 2 et 3, une ailette 106 solidaire du corps 107, cette ailette 106 étant située entre les deux plots 104, 105 sensiblement dans un plan longitudinal P,9 contenant l'axe 103 du cylindre de révolution, la hauteur de l'ailette 106 prise à partir de l'axe 103 étant déterminée pour que son sommet soit sensiblement situé sur une droite dite "de vision" Dä passant sensiblement par les deux points de luminosité contrastée 101, 102. Le schéma selon la figure 2 ne représente que deux plots 104, 105 avec un point de luminosité contrastée 101, 102 associé à chaque plot, et une ailette 106 entre les deux plots. Cependant, un référentiel tel que réellement réalisé et utilisé dans un domaine comme celui mentionné au préambule de la présente description, comportera, comme illustré sur la figure 1, une pluralité de points de luminosité contrastée et, entre les plots, des ailettes ayant une structure comme celle qui est décrite ci-dessus. La figure 3 représente une partie d'un référentiel selon l'invention visualisant trois points de luminosité contrastée respectivement associés à trois plots, et deux ailettes situées entre ces plots. Une ailette peut se trouver dans n'importe quelle position angulaire entre deux plots. Cependant, il est avantageux qu'elle se trouve dans le plan bissecteur de l'angle compris entre les deux droites passant, dans le plan transversal, par les deux points de luminosité contrastée 101, 102 et l'axe 103 du cylindre de révolution. Si cet angle a une valeur égale à a et si l'ailette 106 est située dans ce plan bissecteur, la hauteur de l'ailette est sensiblement égale à : H=Rcos(2). Cependant, de façon avantageuse, les points de (luminosité contrastée 101, 102, ... sont constitués par des éléments sensiblement sphériques 111, 112 dont les centres sont sensiblement situés à la distance R de l'axe 103 du cylindre de révolution. Ces éléments sphériques, par exemple en métal, matière plastique ou analogue, comportent des moyens pour les associer au sommet des plots. Ces derniers moyens peuvent être de tout type et ne présentent aucune difficulté de réalisation pour un homme du métier. Un exemple possible pour cette réalisation sera donné ci-après. De façon préférentielle, le corps 107, les plots 104, 105 et l'ailette 106 sont plus clairs que les points de luminosité contrastée 101, 102 ou les éléments sphériques 111, 112. Par exemple : le corps, les ailettes et les plots sont de couleur blanche ou analogue, et les points de luminosité contrastée ou les éléments sphériques, sont de couleur noire ou analogue. Selon une réalisation avantageuse, le corps 107, (les plots 104, 105 et l'ailette 106 sont réalisés d'une seule pièce en un premier matériau, et les éléments sensiblement sphériques 111, 112 sont réallisés en un second matériau. Par exemple, le premier matériau est une matière plastique de couleur claire et le corps, les plots et l'ailette sont avantageusement réalisés d'une seule pièce par exemple par moulage. Dans ce cas, il est possible de réaliser les éléments sphériques lors du même moulage, mais avec une matière plastique de couleur noire, sombre ou analogue. Comme mentionné ci-dessus, la fonction des ailettes est d'éviter que, pour une direction de vision donnée, certains des points de luminosité contrastée ne soit vus se chevauchant. Or, il est bien évident que, dans la pratique, ces points ne seront jamais des points sans dimension, mais seront constitués par des éléments sphériques comme illustré sur la figure 2. Si on suppose que ces éléments sphériques ont un diamètre de valeur X non négligeable, il existe alors une zone spatiale Z dans laquelle deux éléments sphériques 111, 112 peuvent être vus se chevauchant au moins partiellement. Cette zone spatiale Z est la zone qui est comprise entre deux plans parallèles perpendiculaires au plan l'un passant par les centres des deux éléments sphériques 111,112, l'autre étant tangent en 101' et 102' à ces deux éléments sphériques. Les droites Dä et Dvt représentent la trace de ces deux plans dans le plan de la figure 2. Pour éviter un tel chevauchement, il est donc préférable que, lorsque l'ailette 106 est située dans le plan bissecteur P,9 défini ci-avant, sa hauteur soit sensiblement égale à H' = H + 2 . La partie d'ailette correspondant à la différence de hauteur entre H' et H, égale à X , est représentée avec des hachures croisées sur la figure 2 et référencée S. La longueur des ailettes, prise suivant une direction parallèle à l'axe 103 du cylindre, est déterminée de façon empirique en tenant compte par exemple de la distance séparant les deux plans PI et P2 définis auparavant, de l'amplitude du champ de vision de la caméra vidéo ou analogue utilisée pour la réalisation des images en 3D, etc. La détermination de cette longueur ne pose en fait aucune difficulté à un homme du métier, d'autant plus qu'elle peut être maximale par sécurité, à la condition que la hauteur des ailettes soit toujours déterminée selon la caractéristique de l'invention définie ci-dessus. Les ailettes 106 telles que définies ci-dessus permettent d'éviter le chevauchement de deux éléments sphériques de luminosité contrastée 111, 112 dans le champ par exemple de l'objectif d'une caméra vidéo. En plus, on constate que la présence de toutes ailettes 106 entre tous les plots 104, 105 pris deux par deux, figures 2 et 3, permet de solutionner, aussi, le premier problème évoqué au préambule de la présente description, relatif au manque de contraste lumineux entre le référentiel et le fond sur lequel est vu le référentiel dans son ensemble. REVENDICATIONS 1. Référentiel optique constituant un repère pour la formation, dans un 5 espace donné, d'images en trois dimensions, comportant : • un corps (1, 107) ayant sensiblement la forme d'un cylindre de révolution de rayon r, • au moins deux points (21-25, 31-35, 101-102) ayant une luminosité contrastée par rapport à celle du corps, les deux dits points étant situés 10 sensiblement dans un même plan (PI, P2) transversal sensiblement perpendiculaire à l'axe (103) du cylindre de révolution, • au moins deux plots (104, 105) pour lier respectivement les deux points de luminosité contrastée avec ledit corps de façon que les deux dits points de luminosité contrastée soient situés à une même distance R de l'axe 15 de révolution du dit cylindre, R étant supérieure à r, caractérisé par le fait qu'il comporte en outre une ailette (106) solidaire du corps (107), ladite ailette (106) étant située entre les deux dits plots (104, 105) sensiblement dans un plan longitudinal (P,9) contenant l'axe (103) du cylindre de révolution, la hauteur de ladite ailette (106) prise à partir du dit axe (103) 20 étant déterminée pour que son sommet soit sensiblement situé sur une droite dite "de vision" (Dä) passant sensiblement par les deux points de luminosité contrastée (101-102). 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le corps 25 (107), les plots (104, 105) et l'ailette (106) sont plus clairs que les points de luminosité contrastée (101, 102). 3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que, si l'angle compris entre les deux droites passant, dans ledit plan 30 transversal, par les deux dits points de luminosité contrastée (101, 102) et l'axe (103) du cylindre de révolution a une valeur égale à a et si ladite ailette (106) est située dans le plan bissecteur du dit angle, la hauteur de ladite ailette est sensiblement égale à : H=Rcos(2). 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les points de luminosité contrastée (101, 102) sont constitués par des éléments sensiblement sphériques (111, 112) dont les centres sont sensiblement situés à la distance R de l'axe (103) du cylindre de révolution. 5. Système selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, si le diamètre X des dits éléments sensiblement sphériques (111, 112) a une valeur non négligeable, la hauteur de ladite ailette (106) est sensiblement égale à : H' = H + X 2 6. Système selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait que ledit corps (107), les plots (104, 105) et l'ailette (106) sont réalisés d'une seule pièce en un premier matériau et que les éléments sensiblement sphériques (111, 112) sont réalisés en un second matériau. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait que ledit premier matériau est une matière plastique, ledit corps, les plots et l'ailette étant réalisés d'une seule pièce par moulage.