Brevet FR2951563A1 — publié le 20110422

Domaine de l'invention La présente invention concerne un procédé d'analyse de paramètres géométriques d'un objet et une installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. Etat de la technique Il existe différents procédés de détection de la forme d'un objet par la détection optique de points caractéristiques de l'objet et de sa reconstitution comme combinaison de formes élémentaires, connues. Mais les nombreux procédés de reconnaissance de formes connus utilisent souvent des formes géométriques descriptibles par une formule mathématique ; de ce fait, ces procédés nécessitent à la fois des moyens optiques et des moyens de calcul compliqués et coûteux à la fois pour leur acquisition et pour leur utilisation. Or, souvent, il serait souhaitable de pouvoir reconnaître de manière simple, la forme d'un objet pour des évaluations relative-ment globales telles que le volume de l'objet. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un pro-cédé et une installation permettant une détection simple et rapide de la forme d'un objet ou, du moins, d'une forme approchée de l'objet, avec une précision suffisante pour une évaluation globale de son volume ou de son encombrement. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un procédé d'analyse géométrique d'un objet caractérisé en ce qu' - on place l'objet devant une surface lumineuse pour l'éclairer à contrej our, - on effectue au moins une prise de vue de l'objet éclairé à contrejour pour obtenir une image avec une silhouette de l'objet, - on exploite la silhouette de l'objet sur le fond éclairé pour en tirer des paramètres géométriques de l'objet. Ainsi, contrairement à la pratique habituelle consistant à détecter des points caractéristiques de l'objet par une visée optique de ces points et la détermination des coordonnées de ces points dans un repère, procédé dont l'application pratique nécessite un soin tout parti- 2 culier dans la détermination des points caractéristiques, la présente invention se suffit du contour de la silhouette de l'objet qui permet d'obtenir de manière beaucoup plus simple des points caractéristiques ou le contour caractéristique de la projection de l'objet pour reconsti- tuer des données bidimensionnelles ou tridimensionnelles de l'objet ou de données proches de celles de l'objet. Selon une caractéristique particulière du procédé, - on effectue au moins deux prises de vue de l'objet en faisant pivoter celui-ci de manière relative autour d'un point défini devant la surface lumineuse, - on définit une surface enveloppe de l'objet comme intersection des cônes des prises de vue de l'objet selon différents angles de pivote-ment de l'objet, - la surface enveloppe étant l'intersection des surfaces coniques en- gendrées chacune par une génératrice issue de chaque point de prises de vue de l'objet après rotation relative du point de prises de vue, l'objet étant considéré comme immobile, cette génératrice s'appuyant sur la courbe directrice formée par le contour de la silhouette de l'objet sur l'image correspondant à ce point de prises de vue, - on détermine les paramètres géométriques de la surface d'intersection ou du volume qu'elle entoure. Ainsi, en combinant au moins deux prises de vue de l'objet, on peut définir une enveloppe de l'objet comme surface tridimensionnelle constituée par l'intersection de deux cônes engendrés chacun à partir des points de prises de vue et s'appuyant sur la courbe directrice constituée par le contour de la silhouette de chacune des prises de vue. Cette enveloppe contient l'objet. En multipliant les prises de vue et le nombre d'intersection de cônes, on rapproche de plus en plus la surface enveloppe de la surface réelle de l'objet selon la précision souhaitée. Dans la plupart des cas, deux ou trois prises de vue sont suffisantes pour obtenir une surface enveloppe assez précise pour le procédé d'évaluation des caractéristiques de l'objet telles que son vo- lume ou son encombrement. 3 Suivant une caractéristique particulière, on effectue au moins deux prises de vue de l'objet, en faisant tourner l'objet d'un angle déterminé autour d'un axe ou d'un point par rapport au dispositif de prises de vue. Suivant une autre caractéristique, - on effectue au moins deux prises de vue de l'objet en faisant pivoter celui-ci autour d'un point défini devant la surface lumineuse, - on définit une surface enveloppe de l'objet comme intersection des cônes des prises de vue de l'objet selon différents angles de pivote- ment de l'objet, la surface enveloppe étant l'intersection des surfaces coniques engendrées chacune par une génératrice issue de chaque point de prises de vue de l'objet après rotation relative du point de prises de vue, l'objet étant considéré comme immobile, cette génératrice s'appuyant sur la courbe directrice formée par le contour de la silhouette de l'objet sur l'image correspondant à ce point de prises de vue, - on détermine les paramètres géométriques de la surface d'intersection ou du volume qu'elle entoure. Pour la définition de l'enveloppe géométrique de l'objet, il suffit de faire l'intersection des différents cônes dont les sommets sont placés dans les positions tournées de l'angle de pivotement relatif de l'objet. Cette solution a l'avantage d'utiliser le même dispositif de prises de vue et la même surface lumineuse pour prendre les différentes vues. L'invention concerne également une installation d'analyse de paramètres géométriques d'un objet mettant en oeuvre le procédé tel que défini ci-dessus. Cette installation est caractérisée en ce qu'elle se compose d'un support recevant l'objet, d'au moins un ensemble formé d'un dispositif de prises de vue placé devant l'objet et d'une surface lumineuse placée derrière l'objet dans l'alignement du dispositif de prises de vue et de l'objet pour éclairer l'objet à contrejour par rapport au dis-positif de prises de vue et d'un système d'exploitation du contour de la silhouette de l'image fournie par le dispositif de prises de vue. Suivant une caractéristique plus particulière, l'installation se compose de trois ensembles formés chacun d'un dispo- sitif de prises de vue et d'une surface lumineuse placés de part et 4 d'autre de l'emplacement de l'objet, ces ensembles étant disposés selon trois directions orthogonales dans l'espace. Suivant une autre caractéristique, le support de l'objet est pivotant de manière définie par rapport à un point ou par rapport à un axe. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le support sur lequel est placé l'objet est transparent de manière à ne pas dé-ranger le contour de l'image prise ou de permettre l'éclairage de l'objet par en dessous sans que cet éclairage ne soit perturbé par le support. Suivant une autre variante, le support qui est un élément fixe de l'installation, est pris en compte dans le programme de calcul définissant la silhouette de l'objet. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe du procédé de l'invention et d'une installation élémentaire pour sa mise en oeuvre, - la figure 2 est une vue schématique d'une image d'une prise de vue à contrejour de l'objet devant la surface lumineuse, - la figure 3A est un schéma de l'installation, - la figure 3B est un schéma de la définition de la surface enveloppe de l'objet à partir de deux prises de vue, - la figure 4 montre une installation selon l'invention, avec trois en-sembles pour des prises de vue suivant trois directions perpendicu- laires, - la figure 5 est un schéma d'une installation plus complète mettant en oeuvre le procédé de l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention Selon la figure 1, l'invention concerne un procédé et une installation d'analyse et de définition de caractéristiques ou de paramètres géométriques d'un objet O. Cet objet, représenté par une figurine, est placé sur un support 1 devant une surface lumineuse 2, par exemple un panneau lumineux, de manière à éclairer à contrejour, l'objet dont on veut analyser et/ou définir la forme ou, plus généralement, cer- tains paramètres, sans avoir à faire une détection précise point par point de l'objet. Le support 1 est figuré par un cube entourant l'objet O. En fait, le support 1 est, de préférence, en forme de potence articulée 5 sur laquelle on place et/ou on fixe l'objet O. Face à l'objet O, à contrejour par rapport à celui-ci, l'installation comporte un dispositif de prises de vue 3 tel qu'une caméra ou appareil photo, placé dans une position précise par rapport à la position de l'objet, sur un support 4 fixe ou réglable en hauteur ou en distance par rapport à la position de l'objet, c'est-à-dire à son support 1. La surface lumineuse 2 est, de préférence, une surface dont l'éclairage est réparti régulièrement. L'installation est protégée contre l'éclairage parasite extérieur par des panneaux 5 ou écrans qui peuvent également être les cloi- sons du local dans lequel se trouve l'installation. Selon le procédé de l'invention, on éclaire l'objet O à contrejour par la surface lumineuse 2 sans éclairer l'objet de face, du côté du dispositif de prises de vue 3 et on prend une vue de l'objet à contrejour. Ainsi (figure 2), l'image I1 obtenue représente la silhouette S1 de l'objet qui se détache sur un fond clair F 1. Une analyse simple de l'image I 1 permet d'obtenir les coordonnées des points du contour (CD 1) de la silhouette S1. L'objet peut également recevoir un éclairage de face mais le contraste avec l'éclairage à contrejour doit être suffisant pour permet- tre de définir le contour de l'objet comme une silhouette. L'image de la silhouette S1 sur la vue I 1 ainsi prise et la définition de la position du dispositif de prises de vue 3 par rapport à l'objet O permettent de déterminer certaines caractéristiques géométriques de l'objet telles que des caractéristiques bidimensionnelles dans le cas d'une seule prise de vue ou, plus généralement, tridimensionnelles pour plusieurs prises de vue comme cela sera détaillé ci-dessus. La figure 1 montre schématiquement l'ordinateur 6 recevant les prises de vue et commandant, le cas échéant, les opérations de prises de vue et ensuite la détermination des caractéristiques géométri- ques de l'objet. 6 Les figures 3A, 3B montrent très schématiquement les conditions d'une prise de vue et l'exploitation faite de la forme de l'objet selon le procédé de l'invention. La figure 3A est une vue de côté d'une installation élé- mentaire pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Une surface lumineuse 2 en forme d'écran se trouve face à un dispositif de prises de vue 3 et entre eux un support 1 pour recevoir l'objet O à analyser. Le support 1 selon cet exemple de réalisation, pivote autour d'un axe vertical ZZ. Le dispositif de prises de vue 3 est situé à la distance (x) de l'axe ZZ dans le plan horizontal et il a une direction de visée (d), horizontale, coupant l'axe ZZ en un point de référence PR. La distance séparant la surface lumineuse 2 et le support 1 n'est pas fixée de manière précise car seule importe la couverture de l'objet O par la surface lumineuse 2, vue par le dispositif de prise vue 3 pour que tout le contour de l'objet O s'inscrive dans la surface lumineuse 2. L'objet O est installé sur son support 1 de manière quelconque en choisissant toutefois de préférence, une position régulièrement répartie à vue, autour du point de référence PR. Le point de référence PR n'est pas nécessairement ce qui peut être à priori, le centre de l'objet O. Selon une variante, le point de référence PR du support 1 est une articulation permettant de pivoter autour d'un axe perpendiculaire à l'axe ZZ, c'est-à-dire, dans les conditions de la figure 1, autour d'un axe horizontal. Le support 1 comporte des moyens de repérage non re- présentés permettant de connaître l'angle de pivotement (ai) autour de l'axe ZZ et, le cas échéant, l'angle de pivotement autour d'un axe perpendiculaire à l'axe ZZ passant par le point de référence PR. Cette installation permet de faire différentes prises de vue de l'objet O, sans modifier ni déplacer l'ensemble composé de la surface lumineuse 2 et du dispositif de prises de vue 3 ; ces différentes orientations relatives entre l'objet et le dispositif de prises de vue permettront d'avoir des vues différentes de l'objet pour son analyse. Ces vues sont repérées par les angles de rotation (ai) ou de pivotement de l'objet, les autres conditions de prises de vue restant les mêmes pour toutes les prises de vue, elles sont donc connues. 7 Ainsi, partant d'une image Ii de l'objet O dans une certaine orientation (ai), on modifie l'orientation relative de l'objet O par rapport à l'équipement constitué par la surface éclairée 2 et le dispositif de prises de vue 3, pour faire une autre prise de vue de l'objet suivant un angle différent. Les deux images I1, I2 obtenues donnent chacune une silhouette S1, S2 de l'objet selon la direction de prises de vue (dl, d2) correspondante. Cette silhouette donne un contour CD1, CD2 dans le plan de l'image Il, 12. Deux ou plusieurs images Si permettront de définir une surface enveloppe de l'objet comme cela sera expliqué à l'aide du schéma de la figure 3B qui est un tracé géométrique fait dans un plan perpendiculaire à l'axe ZZ puisque l'on a supposé que la direction (d) des prises de vue est dans un plan horizontal. Les images des prises de vue sont des images numériques traitées par un ordinateur 6 qui les enregistre en même temps qu'il enregistre les paramètres des prises de vue, essentiellement les angles de direction de prises de vue (orientation relative objet/direction de prises de vue/distance). A partir de ces données, l'ordinateur 6 peut combiner des formes géométriques comme cela sera expliqué ci-après. Pour obtenir une surface enveloppant l'objet O et permet-tant d'en déduire des paramètres géométriques au moins approximatifs, on combine les images. Cette combinaison se fait par un programme de calcul consistant à déterminer l'intersection géométrique de deux ou plusieurs surfaces coniques ou cônes Cl, C2 obtenues à partir des images. Les caractéristiques géométriques d'une prise de vue portent en suffixe, les références numériques associées à chaque prise de vue et de manière globale, le suffixe « i ». Ainsi, pour chaque prise de vue, la position relative du dispositif de prises de vue 3 porte la référence Pi, le contour de la silhouette de l'image prise, la référence CDi et la direction de visée, la référence di. Les différentes prises de vue sont décalées les unes des autres ou par rapport à la première prise de vue, d'un angle (ai) qui est l'angle de pivotement de l'objet 0 par rapport à une position de réfé- 8 rence de son support 1 ou l'angle (al) d'un dispositif de prises de vue. Dans le cas d'un dispositif de prises de vue 3 et d'une surface lumineuse 2 mobiles, les différentes prises de vue se feront suivant un angle de pivotement (ai) de l'ensemble autour de l'axe ZZ par rapport à un ob- jet O qui est fixe. Pour former, selon l'invention, la surface enveloppe de l'objet, on détermine l'intersection des surfaces coniques Cl associées à chaque prise de vue (Ii). La figure 3B montre l'obtention d'une surface enveloppe non tracée sur le dessin, à partir de deux prises de vue ayant donné des images I1, I2 avec des contours de silhouette CD1, CD2 suivant des di-rections de visée dl, d2 et des positions P1, P2 du dispositif de prises de vue. Selon le procédé de l'invention, on forme la surface cons- tituée par l'intersection de cônes ou surfaces coniques. Chaque surface conique est engendrée par une génératrice Gi passant par le point de prises de vue Pi et s'appuyant sur le contour CDi de la silhouette Si de l'image Ii de l'objet O à partir de ce point Pi. Les deux cônes Cl, C2 de cet exemple sont placés l'un par rapport à l'autre pour restituer les conditions de prises de vue, c'est-à-dire les paramètres géométriques de la prise de vue : - les sommets P1, P2 des cônes sont placés à la distance X1 d'un point représentant le point de repère PR de l'objet ; - les directions de visée dl, d2 passent par le point de repère PR ; - les deux directions de visée dl, d2 des deux prises de vue Il, I2 font entre elles, un angle (ai) égal à l'angle de pivotement (ai) de l'objet O autour de son axe ZZ entre les deux directions de prises de vue ; - la surface qui est l'intersection de ces deux cônes Cl, C2 enveloppe l'objet. Suivant la forme de l'objet, on choisit des angles (ai) de prises de vue permettant de définir au mieux une enveloppe aussi proche que possible de la forme de l'objet O. En multipliant le nombre de prises de vue, on rapproche la surface d'intersection des cônes de la surface de l'objet. 9 L'intersection des cônes Cl, C2, Ci s'obtient par un pro-cédé mathématique à partir des données numériques de chaque courbe génératrice CDi et de la position de son point de prises de vue Pi. La surface enveloppe de l'objet permet de déterminer les caractéristiques ou paramètres géométriques de l'objet tels que sa plus grande dimension, sa plus petite dimension, la limite approchée de son volume ou autre. Dans le cas d'un volume ayant des évidements traversant le volume de part en part, suivant les paramètres géométriques que l'on cherche à déterminer, on pourra éliminer ces volumes vides puisqu'ils font en principe partie du contour de l'objet qui sera défini par un cône complexe ou un ensemble de plusieurs cônes ayant le même sommet. Les conditions géométriques de prises de vue données ci-dessus dans le cas de la figure 3A ne sont pas impératives. Ainsi, la di- rection de visée (di) n'est pas nécessairement la direction horizontale et la distance (x) entre le dispositif de prises de vue et le point de repère PR ou l'axe de repère ZZ du support 1 ou de l'objet O installé sur le support 1 ne sont pas nécessairement les mêmes pour toutes les prises de vue. Il suffit que chaque fois la distance (x) soit connue pour permettre la construction de l'intersection des surfaces coniques comme cela a été décrit de manière générale dans le cas de la figure 3B. La figure 4 montre un autre exemple d'installation pour la mise en oeuvre du procédé d'analyse géométrique d'un objet. Cette figure est voisine de la figure 1, mais complétée par deux autres disposi- tifs de prises de vue 31, 32 et leur surface lumineuse 21, 22 associée. Les ensembles dispositif de prises de vue 31, 32 /surface lumineuse 21, 22 pour éclairer l'objet O à contrejour sont situés globale-ment selon trois directions orthogonales dans l'espace : deux directions (dl, d2) dans un plan horizontal et une direction (d13). Pour la direction verticale (d13) ZZ, le support 1 de l'objet O se trouve au-dessus de la surface lumineuse 22 horizontale, éclairant l'objet O par en dessous. Dans le cas de cette installation, les directions de visée (dl, d12, d13) des trois dispositifs de prises de vue passent, de pré- 10 férence, par le point de référence PR qui constitue ainsi le centre d'un repère orthonormé. Dans le cas de plusieurs dispositifs de prises de vue comme dans cet exemple, les prises de vue se font séquentiellement et non pas simultanément de façon que l'objet O ne soit éclairé à contre-jour que chaque fois par la surface lumineuse associée à l'un des dispositifs de prises de vue. Toutefois si les directions de prises de vue sont orthogonales, il est possible de faire des prises de vue simultanées, l'éclairage dans les différentes directions ne s'influençant pas réciproquement ou seulement de manière négligeable, ne perturbant pas les silhouettes donnant le contour de l'objet. L'exploitation des silhouettes des images prises dans les trois directions orthogonales à l'aide de l'installation de la figure 3, per-met de déterminer une surface enveloppe de l'objet. 15 La figure 5 montre une installation analogue aux précédentes mais plus complète. Cette figure montre, outre les ensembles dispositif de prises de vue/surface lumineuse dans trois directions orthogonales de l'espace, chaque fois par un autre dispositif de prises de vue 61, 62, 63 avec une optique différente (optique à petit ou à grand 20 champ, focale fixe ou variable). L'installation est également complétée par trois projecteurs 71, 72, 73 éclairant l'objet O dans les trois directions perpendiculaires. Les seconds dispositifs de prises de vue 61, 62, 63 peu- 25 vent servir à prendre des images de l'objet chaque fois sur un fond clair constitué par la surface lumineuse 2, 21, 22. Les dispositifs d'éclairage 71, 72, 73 sont éteints au cours de ces prises de vue des silhouettes sur le fond éclairé. Mais l'installation permet également de faire une photo- 30 graphie de l'objet O dans les trois directions de visée et, pour cela, l'objet est éclairé par l'un ou les trois projecteurs 71, 72, 73 et la prise d'image se fait à l'aide de l'un ou l'autre des deux dispositifs de prises de vue. Ces images de l'objet qui ne sont pas des images de sil- 35 houette, peuvent servir à d'autres fins que l'évaluation de caractéristi- 11 ques géométriques de l'objet à partir de sa silhouette dans différentes directions.5 NOMENCLATURE 1 2, 21, 22 3,31,32 4 5 61, 62, 63 71, 72, 73 O Pi(1,2,...) Si Gi CDi(1,2,...) di(1,2,...) ai PR x ZZsupport de l'objet surface lumineuse dispositif de prises de vue support du dispositif de prises de vue 3 panneau dispositif de prises de vue projecteur objet position du dispositif de prises de vue image de l'objet O sur la vue / silhouette génératrice courbe directrice direction de visée angle entre deux directions de visée point de référence distance entre le dispositif de prises de vue et le point de référence PR ou l'axe ZZ axe de rotation du support 1 / axe vertical25 REVENDICATIONS1°) Procédé d'analyse de paramètres géométriques d'un objet, caractérisé en ce qu' - on place l'objet (0) devant une surface lumineuse (2) pour l'éclairer à contrejour, - on effectue une prise de vue (3) de l'objet (0) éclairé à contrejour pour obtenir une image avec une silhouette (Si) de l'objet, - on exploite la silhouette (Si) de l'objet sur le fond éclairé pour en tirer des paramètres géométriques de l'objet. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - on effectue au moins deux prises de vue de l'objet selon des directions de visées différentes [di (1, 2)], - on définit une surface enveloppe de l'objet comme intersection des surfaces coniques engendrées chacune par une génératrice (Gi) issue du point de prises de vue [Pi (1, 2)] et s'appuyant sur la courbe directrice [CDi (1, 2)] formée par le contour de la silhouette (Si) de l'objet, - on définit les paramètres géométriques de la surface enveloppe ou du volume entouré par cette surface. 3°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' - on effectue au moins deux prises de vue de l'objet (0) en faisant pivo- ter celui-ci autour d'un point défini (PR, ZZ) devant la surface lumineuse (2), - on définit une surface enveloppe de l'objet comme intersection des cônes (Cl, C2) des prises de vue [Si (1, 2)] de l'objet (0) selon différents angles de pivotement (ai) de l'objet (0), la surface enveloppe étant l'intersection des surfaces coniques (Cl, C2) engendrées chacune par une génératrice (Gi) issue de chaque point de prises de vue [Pi (1, 2)] de l'objet après rotation relative (ai) du point de prises de vue (P2), l'objet (0) étant considéré comme immobile, cette génératrice (Gi) s'appuyant sur la courbe di- rectrice [CDi (1, 2)] formée par le contour de la silhouette (Si) de 514 l'objet (0) sur l'image correspondant à ce point de prises de vue [(Pi (1, 2)], - on détermine les paramètres géométriques de la surface d'intersection ou du volume qu'elle entoure. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on éclaire l'objet (0) de face et on prend une image de l'objet. 10 5°) Installation d'analyse de paramètres géométriques d'un objet selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle se compose d'un support (1) recevant l'objet (0), d'au moins un en-semble formé d'un dispositif de prises de vue (3) placé devant l'objet et 15 d'une surface lumineuse (2) placée derrière l'objet (0) dans l'alignement (di) du dispositif de prises de vue (3) et de l'objet (0) pour éclairer l'objet à contrejour par rapport au dispositif de prises de vue (3) et d'un un système d'exploitation (6) du contour de la silhouette (S 1) de l'image fournie par le dispositif de prises de vue (3). 20 6°) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu' elle se compose de trois ensembles formés chacun d'un dispositif de prises de vue (3) et d'une surface lumineuse (2) placés de part et d'autre 25 de l'emplacement (1) de l'objet (0), ces ensembles (2, 3) étant disposés selon trois directions orthogonales dans l'espace. 7°) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que 30 le support (1) de l'objet (0) est pivotant de manière définie par rapport à un point (PR) ou à un axe (ZZ). 8°) Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que 15 le support de l'objet est transparent pour ne pas perturber le contour ou silhouette de l'image prise.5