Brevet FR2885686A1 — publié le 20061117

Contexte Le domaine de l'invention est le contrôle dimensionnel temps réel sans contact. Il est connu d'utiliser différents capteurs permettant des mesures dimensionnelles: mesures 5 optiques, mesures ultrasonores, mesures X, ... Pour les mesures obtenues par l'utilisation des ultrasons, le principe de base est la mesure du temps de vol, à savoir le temps mis entre le départ d'une impulsion et sa détection après réflexion sur l'objet à mesurer. Le résultat obtenu n'est pas a proprement parler une mesure dimensionnelle de l'objet mais une mesure de la distance émetteur/récepteur-objet. Pour obtenir une mesure dimensionnelle d'un objet, il est généralement nécessaire de mesurer un deuxième point de cet objet et d'obtenir une distance par différence de ces deux mesures. Un exemple de tel système permettant la mesure de la hauteur d'un véhicule est représenté sur la figure 1. Dans un premier temps, on mesure la distance capteur-surface de référence et cette valeur 1.5 est mémorisée. Il suffit ensuite de mesurer la distance capteur-véhicule pour obi enir, par différence, la hauteur du véhicule. La mesure du plan de référence peut être périodiquement rafraîchie pour s'affranchir des dérives de l'appareil et des conditions environnementales. Avec un échantillonnage temporel de la mesure suffisant, il est possible de reconstituer le profil d'un véhicule et d'en extraire le point le plus haut afin de mesurer sa hauteur maximale. Un exemple d'une telle mesure est fourni dans la figure 2. Des principes optiques peuvent être également utilisés pour des problématiques équivalentes. On peut de manière similaire travailler en mode différentiel et mesure du temps de vol, mais ces techniques sont principalement utilisées en télémétrie et ne sont fiables que pour des distances importantes (> 10m). D'autres principes sont plus particulièrement utilisés et en particulier la mesure dimensionnelle par traitement d'image. Cela consiste simplement à utiliser une caméra basée sur un capteur électronique de géométrie connue et à déterminer le facteur permettant de passer de la mesure dans le plan focal à la mesure de l'objet réel. Dans le cas général, les caractéristiques de l'optique de la caméra ainsi que le positionnement quelconque de l'objet dans l'espace ne permettent pas de déterminer simplement le facteur de conversion. La principale technique utilisée pour pallier ces problèmes est l'utilisation d'objectifs télécentriques et la mise sur des plans parallèles de l'objet à mesurer et du plan focal de la caméra. Les inconvénient et limitations de cette méthode sont cependant importants, en particulier: le coût de l'objectif télécentrique, sa gamme de mesure limitée et la nécessité de maîtriser complètement le positionnement de l'objet à mesurer. Invention L'invention proposée permet un contrôle dimensionnel temps réel sans contact simple et économique. Ce contrôle permet en particulier de comparer une dimension d'un objet à une valeur prédéterminée choisie comme seuil. Un aspect de l'invention est l'utilisation d'un système optique basé sur une car-aéra et un système d'éclairage synchrone. Une implémentation possible de l'invention est donnée sur la figure 3 et consiste en la mesure de hauteur de véhicule se présentant, par exemple, à l'entrée: d'un parking. Une caméra (31) est positionnée, par rapport à la surface de référence (33), à la hauteur h et son axe optique (310) est sensiblement parallèle à la surface de référence. Les images obtenues sont alors telles que tout objet visible par la caméra pourra être comparé à la hauteur correspondant à l'axe optique. Cette correspondance est montrée figure 4 et l'on voit qu'il suffit de connaître la ligne de la caméra correspondant à l'axe optique (42) pour déterminer si l'objet réel est positionné en dessous ou en dessus de cet axe Le passage de cette mesure au positionnement physique ale l'objet nécessite bien sur que la surface de référence soit plane ou sensiblement plane pour que la précision de mesure soit convenable. Pour des objets situés sur l'axe, la mesure de la hauteur est quasiment parfaite alors que pour des objets hors axe le facteur distance caméraobjet intervient et la précision de la mesure décroît. Il n'en subsiste pas moins que la détermination de la position de l'objet en-dessous ou en-dessus du seuil égal à la hauteur de l'axe optique est complètement valide. L'utilisation d'un tel système nécessite que l'objet à mesurer soit clairement identifié dans l'image. Il peut être utilisé des opérations de traitement d'image si l'objet présente des caractéristiques remarquables par rapport à son environnement: couleur, forme, distance, .. . L'invention proposée permet de résoudre simplement ce problème par différence d'images et utilisation d'un éclairage éventuellement synchrone ou d'un filtre adapté à l'éclairage. 10 Le principe est illustré sur les figures 5 et 6. Une zone d'intérêt est déterminée par le fait que cette zone appartient au champ de vision et également au champ d'éclairement. La figure 5 montre un exemple typique avec un objet (53) inclus dans cette zone et un objet (52) ne faisant partie que du champ de vision. Une première image (60) est acquise avec l'éclairage actif. L'objet (53) est dDnc acquis avec un éclairement égal à l'éclairement ambiant (considéré comme constant entre les deux prises d'image) superposé à l'éclairage (51). L'objet (52), quant à lui n'est éclairé que par l'éclairage ambiant. Une deuxième image (61) est ensuite acquise avec l'éclairage (51) inactif et l'image (62) est alors obtenue par soustraction des images (60) et (61). On voit alors que l'objet (53) est visible du fait de la différence d'éclairement obtenue par le 20 système (51) alors que l'objet (52) disparaît. La synchronisation de l'éclairage est généralement obtenue par analyse du signal vidéo et extraction du signal de synchronisation trame ou directement à partir de l'alimentation quand celle-ci est alternative et synchronisée sur le secteur. Dans tous les cas, cette synchronisation permet de garantir qu'une des images est obtenue alors que l'éclairage est actif et que l'image suivante est obtenue alors que l'éclairage est inactif. Dans le cas d'utilisation de caméra standard fonctionnant en mode trame paire et impaire, il est également possible de n'éclairer qu'une trame sur deux et de travailler sur les différences des deux images ainsi sous-échantillonné en ligne. Un tel procédé, pour conduite à des résultats optimum, nécessite que le déplacement de l'objet à mesurer soit faible, pour que les effets de bougé dynamiques entre les deux images soient faibles par rapport à l'analyse souhaitée. En effet un déplacement peut apparaître comme un éclairement si celui-ci est supérieur à un pixel et une illustration du phénomène est fournie sur Il figure 7. Des traitements simples peuvent néanmoins atténuer cet effet à savoir: m Dyennage d'images successives, connaissance de l'image éclairée et utilisation de la mise à zéro des pixels négatifs, ... On peut également envisager une prise des deux images simultanée avec deux caméras visant le même champ mais possédant pour l'une d'entre-elles un filtrage spectral pennettant de bloquer l'éclairement émis par le système d'éclairage complémentaire. Un exemple typique est l'utilisation pour l'éclairage de diodes infrarouges et le positionnement d'un filtre spectral ne laissant passer que la lumière visible pour l'une des deux caméras. Ce système permet donc en une acquisition d'obtenir les images de type (60) et (61) et donc (62). L'intérêt de cette répartition spectrale et que l'éclairement ne vient par perturber ou aveugler des personnes physiques éventuellement présentes. Un autre critère de sélection es: que l'éclairement complémentaire doit être le plus efficace possible vis à vis de l'éclairage ambiant. Par exemple, si l'éclairage ambiant provient de la lumière naturelle du soleil, il peut être inténcssant de travailler dans des bandes infra-rouges correspondant à l'absorption du spectre solaire par l'atmosphère. D'autres méthodes peuvent également être envisagées, le principe de l'invention étant qu'il convient d'acquérir deux images incluant le volume d'intérêt pour la mesure, l'une d'entre-elles étant éclairée uniquement par l'éclairage ambiant et la seconde par l'éclairage ambiant et un système d'éclairage complémentaire. Un autre aspect de l'invention est l'utilisation potentielle de plusieurs capteurs afin de gérer un 50 ensemble d'informations. Cette mise en commun d'informations peut permette de recouper les informations et d'augmenter ainsi la fiabilité du système global. En considérant l'exemple de la mesure de hauteurs de véhicules, les informations délivrées par la métrologie ultrasons concernent essentiellement les surfaces planes telles les toits de véhicules tandis que la mesure optique fournit des informations complémentaires sur de: objets de formes diverses: objets sur le toit, aileron, ... Aux deux capteurs précédemment décrits, peut être adjoint un capteur supplémentaire qui permet de détecter les passages d'objet supérieur à un seuil. Un exemple de tel capter est une barrière lumineuse infra-rouge qui détecte toute coupure de faisceau par des objets sl. périeurs au seuil h. Cette barrière consiste généralement en un faisceau étroit émis par une diode infra-rouge qui est recueilli après réflexion éventuelle sur une photodiode. En cas de coupure de cette liaison optique par un objet opaque, la barrière fournit un signal logique pouvant être interfacé avec un système informatique de gestion et supervision. Un système comprenant par exemple trois capteurs est représenté sur la figure 8 Description des figures Figure 1: exemple de mesure dimensionnelle de hauteur d'un véhicule par utilisation d'un faisceau 5 ultrasons 10: émetteur/récepteur 11: faisceau ultrasonore émis 12: véhicule à mesurer Une mesure de la distance émetteur/récepteur sol est effectuée au préalable ou à la suite de la 10 mesure du véhicule. La hauteur du véhicule est obtenue par différence des deux valeurs calculées par l'émetteur/récepteur. Figure 2: exemple de courbe obtenue par mesure et trace de la distance émetteur/récepteur-objet en fonction du temps. La courbe présente un résultat typique obtenu lors du passage; d'un véhicule sous 15 le dispositif montré en figure 1. Figure 3: exemple d'implantation 30: Poteau supportant les éléments 31 et 32 31: camera 310: axe optique de la camera parallèle au sol 33 et situé à la hauteur h égal au seuil de détection souhaité 311: champ de vision de la caméra 32: système d'éclairage pulsé 320: champ d'éclairage 2.5 33: sol. Figure 4: correspondance entre la scène vue par la caméra et le plan focal de la caméra 40: plan focal de la camera 41: plan objet 410: objet situé au dessus de l'axe optique 411: objet situé sur l'axe optique 412: objet situé sous l'axe optique 42: axe optique Figure 5: positions des champs de vision et d'éclairage et création d'une zone d'analyse par recoupement des deux champs 50: camera 501: champ de vision de la camera 51: système d'éclairage 510: champ d'éclairement 52: objet situé dans le champ de vision de la caméra et hors du champ d'éclairement 53: objet situé dans le champ de vision de la caméra et dans le champ d'éclairement 54 zone d'analyse Figure 6: images obtenues avec un système selon configuration figure 5 60: image obtenue avec le système d'éclairement actif 61: image obtenue avec le système d'éclairage inactif 62: image obtenue par différence des images 60 et 61 Figure 7: problème de fausse détection sur un phénomène de bougé entre deux images successives 70: image obtenue avec le système d'éclairement actif 71: image postérieure obtenue avec le système d'éclairage inactif 72: image obtenue par différence des images 70 et 71 Figure 8: exemple de système de mesure de hauteur de véhicules implémentant trois capteurs 80: cellule infra-rouge donnant une information a postériori après passage 81: système d'ultrasons 82: éclairage permettant de définir un volume d'analyse pour la video 83: plan optique du système video Revendications 1) Un système permettant le contrôle dimensionnel sans contact d'un objet, à savoir la comparaison d'une des dimensions de l'objet à une valeur seuil, caractérisé en ce que: l'objet est positionné sur une surface de référence sensiblement plane (33) le système utilise au moins une camera positionnée de telle sorts que l'axe optique de la caméra (310) soit sensiblement parallèle à la surface de référence la distance entre la surface de référence et l'axe optique de la caméra est sensiblement égale à la valeur seuil (34) 2) Un système selon la revendication 1) caractérisé en ce qu'il comporte un éclairage (51) 15 permettant de définir une zone d'analyse (53) 3) Un système selon l'une des revendications de 1) à 2) caractérisé en ce quz. la comparaison de la dimension à la valeur seuil utilise la différence de deux images sensiblement identiques de la zone d'analyse (62), l'une des images étant obtenue essentiellement avec l'éclairage ambiant (61) et l'autre étant obtenue avec l'éclairage ambiant et l'éclairage complémentaire (60) 4) Un système selon l'une des revendications de 1) à 3) caractérisé en ce que le système d'éclairage est synchrone de la prise d'image 2.5 5) Un système selon l'une des revendications de 1) à 4) caractérisé en ce que le système d'éclairage produit un rayonnement essentiellement dans le domaine infra. rouge 6) Un système selon l'une des revendications de 1) à 5) caractérisé en ce que le système 30 comporte au moins un système de mesure utilisant les ultrasons (10) 7) Un système selon l'une des revendications de 1) à 6) caractérisé en ce que le système comporte au moins une barrière infrarouge (80) 8) Un système selon l'une des revendications de 1) à 7) caractérisé en ce que les objets contrôlés sont des véhicules routiers (12) 9) Un système selon l'une des revendications de 1) à 8) caractérisé en ce que le système est utilisé pour mesurer la hauteur de véhicules voulant accéder à un parking