Brevet FR2935188A1 — publié le 20100226

PROCÉDÉ DE TÉLÉMESURE MÉTRIQUE DOMAINE TECHNIQUE L'invention se situe dans de le domaine de la recherche d'informations dans une archive vidéo et se rapporte plus spécifiquement à un procédé et à un dispositif de télémesure métrique sur des objets vus par des caméras, de vidéosurveillance par exemple, en vue de leur identification. L'invention concerne également un programme d'ordinateur mémorisé sur un support d'enregistrement et adapté, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur, pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Le très grand nombre de caméras de certains réseaux de vidéosurveillance nécessite le recours à des traitements automatisés destinés à attirer l'attention de l'opérateur sur des événements d'intérêt. Pour limiter le nombre de fausses alarmes, il est essentiel de pouvoir caractériser finement les objets détectés notamment en termes de dimensions et de trajectoires dans un référentiel terrestre. Dans la plupart des systèmes actuels, les caméras ne sont ni calibrées précisément, ni géoréférencées. Seules leur position et l'empreinte au sol approximative sont parfois utilisées pour indiquer à un opérateur la caméra la plus proche de sa zone d'intérêt. Aussi, pour les systèmes les plus évolués, une calibration complète de la caméra est requise. Cette calibration fait appel à une procédure lourde à base de mires devant être déplacées devant la caméra, procédure qui doit par ailleurs être répétée régulièrement pour compenser les dérives de la calibration ou les variations de paramètres extrinsèques comme c'est le cas pour les caméras PTZ (Pan Tilt Zoom). Une telle procédure de configuration est difficilement envisageable dans un système de télésurveillance comportant pour plusieurs milliers de caméras réparties sur une grande zone telle qu'une ville ou un aéroport par exemple. Un but de l'invention est de permettre à un opérateur de réaliser automatiquement la configuration de plusieurs caméras. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de l'invention est atteint au moyen d'un procédé de télémesure métrique basé sur une procédure simple et rapide de géo-référencement des images dans une référence commune. Le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes : - définir une première liste contenant des points d'une première image prise sur une zone observée par au moins une caméra et une deuxième liste contenant une deuxième image de ces mêmes points saisis sur un plan de référence, - estimer une transformation entre lesdites listes de points, - traduire au moyen de la transformation estimée des mesures réalisées sur la première image en dimensions métriques. mémoriser ladite première image comme image de référence et ladite transformation comme transformation de référence. Afin d'affiner la transformation estimée, le procédé selon l'invention fournit à l'opérateur un outil de visualisation lui permettant de juger de la qualité de l'alignement entre l'image de référence et l'image de la caméra transformée au moyen de la transformation estimée par superposition des images alignées ou par visualisation des résidus. Une fois la transformation initiale validée, l'image utilisée pour la calibration est mémorisée comme référence et utilisée continuellement pour mettre à jour la transformation courante en cas de dérives des paramètres de la caméra ou en cas de changements des paramètres extrinsèques (zoom, rotation ligne de visée, ...) . La mise à jour de ladite transformation de référence comporte les étapes suivantes: - estimer la transformation courante entre une image courante saisie par la caméra et l'image de référence mémorisée, isoler des descripteurs invariants aux changements d'échelle de l'image caméra courante et de l'image caméra de référence, combiner la transformation courante estimée et la transformation de référence mémorisée en fonction desdits descripteurs en cas de dérives des paramètres de la caméra ou changements des paramètres extrinsèques tels que le zoom ou la rotation ligne de visée. Avantageusement, ladite mise à jour de la transformation courante est réalisée automatiquement. L'invention s'applique dans tous les systèmes de vidéosurveillance intelligente dont la fonction est de lever des alarmes sur des événements complexes nécessitant un faible taux de fausse alarme et donc une caractérisation fine des objets détectés, ainsi que sur les systèmes d'annotation automatique de flux de vidéosurveillance à des fins d'indexation et d'investigation. Le procédé fournit en effet des mesures et des trajectoires géo-référencées pouvant être utilisées pour la reconnaissance des objets détectés. Dans une première variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la deuxième image est une ortho-image de la zone observée. Dans une deuxième variante de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, la deuxième image est un modèle CAO de la zone observée. Le procédé selon l'invention comporte en outre une étape consistant à déduire de la transformation estimée un ensemble de paramètres destinés à traduire des mesures réalisées sur la première image en dimensions métriques (longueur, largeur, hauteur), ledit ensemble de paramètre comportant, notamment et de façon non limitative, le roulis image, la distance de prise de vue, l'angle d'incidence ou la résolution angulaire de la caméra. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre par un dispositif de télémesure métrique comportant: - des moyens pour définir une première liste contenant des points d'une première image prise sur une zone observée par au moins une caméra et une deuxième liste contenant une deuxième image de ces mêmes points saisis sur un plan de référence, - des moyens pour estimer une transformation entre lesdites listes de points, - des moyens pour traduire au moyen de la transformation estimée des mesures réalisées sur la première image en dimensions métriques. - des moyens pour mémoriser ladite première image comme image de référence et ladite transformation comme transformation de référence. Préférentiellement, le dispositif selon l'invention comporte en outre des moyens pour mettre à jour ladite transformation de référence comprenant: - des moyens pour estimer la transformation courante entre une image courante saisie par la caméra et l'image de référence mémorisée, - des moyens pour isoler des descripteurs invariants aux changements d'échelle de l'image caméra courante et de l'image caméra de référence, - des moyens pour combiner la transformation courante estimée et la transformation de référence mémorisée en fonction desdits descripteurs en cas de dérives des paramètres de la caméra ou changements des paramètres extrinsèques tels que le zoom ou la rotation ligne de visée. Le procédé selon l'invention est implémenté dans ledit dispositif par un programme d'ordinateur mémorisé sur un support d'enregistrement et adapté, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur, pour : - définir une première liste contenant des points d'une première image prise sur une zone observée par au moins une caméra et une deuxième liste contenant une deuxième image de ces mêmes points saisis sur un plan de référence, - estimer une transformation entre lesdites listes de points, - traduire au moyen de la transformation estimée des mesures réalisées sur la première image en longueurs et en hauteurs métriques. mémoriser ladite première image comme image de référence et ladite transformation comme 15 transformation de référence. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, prise à titre d'exemple non limitatif, en 20 référence aux figures annexées dans lesquelles : - La figure 1 est un diagramme illustrant schématiquement la phase d'initialisation du procédé selon l'invention, - La figure 2 est un diagramme illustrant 25 schématiquement la phase de mise à jour de la transformation de référence selon l'invention, - La figure 3 est un diagramme illustrant schématiquement une phase de télémesure automatique utilisant la transformation courante estimée selon le 30 procédé de l'invention, - La figure 4 est un diagramme illustrant schématiquement une estimation itérative du roulis image par application du procédé selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS La figure 1 illustre l'utilisation initiale de points homologues entre l'image caméra et l'image de référence pour estimer la transformation de référence. L'étape 2 consiste à saisir des points d'une première image 4 captée par une caméra, et ces mêmes points sélectionnés manuellement par un opérateur, ou automatiquement par exploitation et appariement de descripteurs invariants aux changements de prise de vue à partir d'un plan de référence 6 sur une zone observée. L'étape 10 consiste à calculer une transformation de référence à partir des points saisis par la caméra et des points sélectionnés à partir du plan de référence 6. A l'étape 12, l'image saisie par la caméra et l'image obtenue à partir du plan de référence 6 sont affichées et comparées pour définir la transformation de référence 14 et l'image de référence 16. L'image de référence 16 ainsi que la transformation de référence 14 sont ensuite mémorisées. La figure 2 illustre schématiquement la phase de mise à jour de la transformation obtenue à l'étape 10. Cette phase est entièrement automatique et s'appuie sur les appariements de descripteurs invariants aux changements d'échelle extraits d'une image courante 20 et de l'image de référence 16 obtenue au cours de cette phase d'initialisation. L'étape 22 consiste en un recalage de l'image courante 20 et l'image de référence 16 pour vérifier les paramètres de la transformation de référence 14. Si les paramètres obtenus ne correspondent pas à ceux obtenus à l'étape 10, une nouvelle transformation est calculée, à l'étape 24, entre l'image courante 20 et l'image de référence 16. Selon une caractéristique de l'invention, pour éviter une dérive de l'image de référence 20 au cours du temps, la transformation de référence 14 est mise à jour par composition de la transformation estimée entre l'image courante 20 et l'image de référence 16 et ladite transformation de référence 14. L'image de référence 20 est ensuite mise à jour à l'étape 26 pour prendre en compte l'extension du champ de vue dans le cas de caméras PTZ (pour Pan Tilt Zoom), tout en conservant inchangé le champ de vue initial de l'image de référence 20. La figure 3 illustre le procédé de télémesure automatique utilisant la transformation courante estimée 28 et mise à jour à l'étape 24. Dans cet exemple, une étape 30 de détection des objets mobiles fournit un masque de détection utilisé pour extraire les mesures dans l'image. A partir de la transformation courante, les paramètres de prise de vue peuvent être calculés. Ceux-30 ci sont alors utilisés à l'étape 32 pour transformer les mesures effectuées à partir de l'image courante en mesures métriques. A l'étape 34, une estimation automatique des paramètres de la transformation courante est réalisée à partir de la transformation entre l'image courante 20 et les données de référence métrique suivante : - le roulis image - l'angle d'incidence de la prise de vue - la résolution angulaire - la distance de prise de vue Ces paramètres sont estimés grâce à des considérations géométriques sur les longueurs de segments judicieusement choisis dans le plan image et transformés au sol par la transformation courante. Notons que la transformation de deux segments horizontaux S1 et S2 dans l'image courante, de même longueur de part et d'autre du centre de l'image, permet d'estimer itérativement le roulis en exploitant le fait que pour un roulis nul, les longueurs au sol de ces deux segments projetés devraient être identiques. A l'inverse, en présence de roulis image, et si la ligne de visée n'est pas verticale, les longueurs projetées seront différentes. Dans ce cas, il suffit de corriger itérativement le roulis jusqu'à ce que le critère d'égalité des longueurs projetées soit effectivement vérifié. La figure 4 illustre schématiquement une image captée par une caméra (figure 4A) et la même image au sol vue de dessus (figure 4B). A deux segments S1 et S2 horizontaux de même longueur Sur la figure 4A correspondent deux segments S'1 et S'2 au sol de longueurs différentes (figure 4B) du fait du roulis image et de l'effet de perspective dû à un angle d'incidence non vertical. Les deux mêmes segments S,1 et S,2 corrigés du roulis image et transformés dans l'image de référence se projettent selon deux segments de même longueur du fait de l'élimination de l'effet de perspective puisque les deux segments projetés sont alors à la même distance du point de vue. Avec l'hypothèse que les pixels de l'image captée par la caméra présente une forme carré, le calcul des transformations, à roulis nul, de trois segments de même longueur dans l'image, soit un premier segment horizontal et deux segments verticaux, ayant tous les trois pour origine le centre image, permet de retrouver, notamment, l'angle d'incidence, la résolution angulaire et la distance de prise de vue. En effet, si LI désigne la longueur projetée du segment vertical dans l'image sous le centre image le plus proche du capteur, Ls la longueur projetée du segment vertical au dessus du centre image le plus éloigné du capteur de sorte que Ls > Li, et LH la longueur projetée du segment horizontal, alors : L'angle d'incidence 00 est donné par : L, ,l +1 ) sin(O02LLS La distance de prise de vue entre le centre optique et le point au sol visé par le centre image est donnée par 5 D° = o (1 _ ) Li LS La résolution angulaire est donnée par : 1 2 * sin(90 ) ) p = arctan( 1 1 1 D Lj + 0 Ls où 1 désigne la longueur des trois segments dans le plan image. 2cos(eo ) REVENDICATIONS1. Procédé de télémesure métrique caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - définir une première liste contenant des points d'une première image prise sur une zone observée par au moins une caméra et une deuxième liste contenant une deuxième image de ces mêmes points saisis sur un plan de référence, - estimer une transformation entre lesdites listes de points, - traduire au moyen de la transformation estimée des mesures réalisées sur la première image en dimensions métriques, mémoriser ladite première image comme image de référence et ladite transformation comme transformation de référence. 2. Procédé selon la revendication 1 dans 20 comportant en outre une étape de mise à jour de ladite transformation de référence consistant à : - estimer la transformation courante entre une image courante saisie par la caméra et l'image de référence mémorisée, 25 isoler des descripteurs invariants aux changements d'échelle de l'image caméra courante et de l'image caméra de référence, combiner la transformation courante estimée et la transformation de référence mémorisée en 30 fonction desdits descripteurs en cas de dérives des paramètres de la caméra ou changements des paramètres 10 15extrinsèques tels que le zoom ou la rotation ligne de visée. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ladite deuxième image est une ortho-image de la zone observée. 4. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ladite deuxième image est un modèle CAO de la zone observée. 5. Procédé selon la revendication 2 comportant une étape consistant à déduire de la transformation estimée un ensemble de paramètres destinés à traduire des mesures réalisées sur la première image en longueurs et en hauteurs métriques, ledit ensemble de paramètre comportant, notamment, le roulis image, la distance de prise de vue, l'angle d'incidence ou la résolution angulaire de la caméra. 6. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la mise à jour de la transformation courante est réalisée automatiquement. 7. Dispositif de télémesure métrique caractérisé en ce qu'il comporte : - des moyens pour définir une première liste contenant des points d'une première image prise sur une zone observée par au moins une caméra et une deuxième liste contenant une deuxième image de ces mêmes points saisis sur un plan de référence,des moyens pour estimer une transformation entre lesdites listes de points, - des moyens pour traduire au moyen de la transformation estimée des mesures réalisées sur la première image en longueurs et en hauteurs métriques, - des moyens pour mémoriser ladite première image comme image de référence et ladite transformation comme transformation de référence. 8. Dispositif selon la revendication 7 comportant en outre des moyens pour mettre à jour ladite transformation de référence comprenant : - des moyens pour estimer la transformation courante entre une image courante saisie par la caméra et l'image de référence mémorisée, - des moyens pour isoler des descripteurs invariants aux changements d'échelle de l'image caméra courante et de l'image caméra de référence, des moyens pour combiner la transformation courante estimée et la transformation de référence mémorisée en fonction desdits descripteurs en cas de dérives des paramètres de la caméra ou changements des paramètres extrinsèques tels que le zoom ou la rotation ligne de visée. 9. Programme d'ordinateur mémorisé sur un support d'enregistrement et destiné, lorsqu'il est exécuté sur un ordinateur à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 6.