Brevet FR2986626A1 — publié le 20130809

MESURE DE LA GEOMETRIE 3D D'UN ANNEAU CREUX EN STEREOVISION AXIALE AVEC DEUX CAMERAS EN OPPOSITION Obiet de l'invention Le document décrit le dispositif permettant de mesurer simplement la géométrie 3D du contour intérieur d'un anneau creux (rondelle, intérieur de canalisation, contour intérieur de lunette) ou par extension de toute forme creuse. Etat de la Technique La mesure par stéréovision permet de calculer la position 3D d'un point isolé ou appartenant à une ligne ou à une surface, dès lors que celui-ci est observé depuis 15 deux positions distinctes connues et selon des angles mesurés physiquement ou calculés par traitement numérique des images. Dans la pratique, les observations par stéréovision sont toujours effectuées du même côté de l'objet à l'aide de deux caméras : 20 disposées aux extrémités d'un bras de mesure ou se déplaçant sur ce bras (Fig.1) ou se déplaçant le long de l'axe d'observation (Fig.2) L'utilisation de la stéréovision réalisée à l'aide de deux caméras fixées sur un bras 25 (Fig.1) est un principe bien connu utilisé pour la mesure industrielle ou en topographie terrestre ou aérienne. Le principe de la stéréovision axiale permet d'observer la scène d'un seul côté avec une seule caméra qui se déplace de A à B, le long de son axe optique (Fig.2) 30 coïncidant avec l'axe d'observation. Une autre alternative est de faire varier la focale du zoom d'une seule caméra. Dans ces deux cas, l'angle de stéréovision reste faible et la reconstruction du point C est alors entachée d'imprécision. Ce Vdm_mes_lun_frl principe a fait l'objet de différentes publications scientifiques mais son utilisation pratique est inexistante à notre connaissance du fait de son manque d'efficacité et de précision. Description détaillée de l'invention Le dispositif innovant que nous présentons, est constitué d'une combinaison de deux caméras fixes, réelles ou virtuelles disposées de part et d'autre du point à mesurer (Fig.2). L'angle de stéréovision est alors optimum (proche de 90°) et 10 permet de calculer la position du point C avec grande précision. Alternativement, le principe de stéréovision axiale en opposition peut être mis en oeuvre avec une seule caméra. La stéréovision est obtenue par la caméra virtuelle (B), image de la caméra réelle (A) utilisée sur un miroir plan (Fig.4). 15 Alternativement, le principe de stéréovision axiale en opposition peut être mis en oeuvre avec une seule caméra et un miroir courbe quelconque de forme connue (Fig.5). 20 Le principe de stéréovision en opposition directe (Fig.3) ou par réflexion (Fig.4 et 5) permet de déterminer les coordonnées du point C par calcul des intersections des rayons (a et b) observés dans les images. Les angles d'observation stéréoscopiques peuvent ainsi être proches de 90° et permettent d'obtenir une précision maximale lors des prises de mesure par imagerie numérique. 25 D'autre part, les caméras peuvent être parfaitement fixées entre-elles garantissant ainsi des mesures fiables. Application à la mesure d'un contour de lunette 30 Le dispositif de stéréovision axiale en opposition permet de déterminer la position d'un point par utilisation du calcul épipolaire qui exprime la coplanarité des rayons Vdm_mes_lun_frl d'observation a et b. Le calcul successif de nombreux points cl ,c2... en d'un contour intérieur permet de déterminer autant de points que nécessaire sur le pourtour de ce contour. Une interpolation linéaire ou de rang plus élevé permet de relevé un contour courbe en 3D. Nous nous proposons d'utiliser une seule caméra et un miroir plan correspondant à la mise en oeuvre de la figure (Fig.4). Une image type rendue par la caméra A est représentée ci-dessous (Fig.6). Le calcul de la position 3D de chaque point du contour est illustré par les deux figures suivantes. Le point H est l'image du centre optique de la caméra virtuelle, réflexion sur le miroir de la caméra utilisée. Tous les alignements des points observés et des 15 points réfléchis correspondants passent par ce point H (après correction des déformations optiques éventuelles). De ce fait, chaque point P du contour est observé de deux points de vue différents ( A par la caméra et B par son image virtuelle), permettant ainsi le calcul de ses 20 coordonnées par intersection des deux rayons d'observation (directe et virtuelle). La caméra observe directement son reflet, la géométrie épipolaire se réduit ici, dans l'image captée par la caméra (Fig.6 et 7) et après correction des distorsions optiques, à un alignement de trois points : 25 - le point H, image de la trace de l'axe optique, - le point A, un point quelconque de l'observation directe du contour d'intérêt de la lunette, - le point B, le point correspondant de A, relevé sur le contour réfléchi de la lunette. 30 Le repère de travail et de calcul est choisi arbitrairement comme suit : - plan X,Y coplanaire au plan du miroir, centré sur le point H, Vdm_mesiunfrl - axe X vers la droite, axe Z en direction de la caméra. Connaissant les coordonnées 2D, (u,v) projetées des points A et H dans le plan du miroir, ainsi que la cote Cz du centre optique de la caméra, on recherche le 5 point B appartenant au contour réfléchi dans l'alignement AH. Les coordonnées 3D (x,y,z) du point P se calculent ensuite par l'algorithme suivant : a = distance (AH) 10 b = distance (BH) Pz = C * (a-b) I (a+b) Px = Ax * (C-Pz) / C Py = Ay * (C-Pz) / C Ce calcul peut être répété pour tous les points d'intérêt du contour avec la résolution souhaitée. 15 20 Vdm_mes_lun_frl REVENDICATIONS1. Dispositif de stéréovision axiale comportant deux capteurs orientés vers une zone de mesure susceptible de recevoir un objet à mesurer, caractérisé en ce que les capteurs sont montés en opposition par rapport à la zone de mesure. 2. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 1, dans lequel les capteurs sont montés de façon fixe l'un par rapport à l'autre. 3. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les capteurs sont montés de façon fixe par rapport à la zone de mesure. 4. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un des deux capteurs est un capteur virtuel, l'autre est un capteur actif ou réel. 5. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 4, dans lequel le capteur virtuel comporte un miroir, disposé dans le champ de mesure de l'autre capteur, du côté opposé de la zone de mesure. 6. Dispositif de stéréovision axiale selon la revendication 5, dans lequel le miroir comporte un profil courbé, de préférence convexe (grand champ) ou concave (effet zoom). 7. Dispositif de stéréovision axiale selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les capteurs réels comportent des cellules photoélectriques. Vdm_mes_lunfrl 8. Procédé de mesure par stéréovision axiale pour effectuer au moins une mesure sur un objet, comportant les étapes consistant à : - -positionner deux capteurs de part et d'autre d'un objet à mesurer; - -établir des repères pour les deux capteurs; - -effectuer au moins une détection ou mesure d'un point de l'objet à mesurer à l'aide des deux capteurs en mesure; - -à partir des repères pré-établis et des données issues de la détection, effectuer un calcul de position dudit point. 9. Procédé de mesure par stéréovision axiale selon la revendication 8, dans lequel on obtient les données d'une pluralité de points pour déterminer un profil de mesure d'au moins une partie de l'objet à mesurer. 10. Utilisation du procédé de mesure par stéréovision axiale selon l'une des revendications 8 ou 9, pour mesurer le contour, en particulier interne, de cercles de montures de lunettes, afin d'établir un profil dimensionnel dudit contour. Vdm_mesiunirl