Brevet FR3014568A1 — publié le 20150612

L'objet de l'invention est un système de prise d'image permettant une prise de vue panoramique d'un objet cylindrique. Par objet cylindrique, on entend un objet ayant un axe et pouvant être construit par empilement de tranches le long de cet axe. Chaque tranche peut être de forme quelconque et d'épaisseur quelconque ; considéré comme objet mathématique, l'épaisseur peut être considérée infiniment fine. Cet objet cylindrique peut être fort éloigné du cylindre mathématique obtenu par une surface de référence et une génératrice mais se rapporte au sens commun. La prise de vue panoramique consiste à acquérir l'ensemble de la surface du cylindre ou tout au moins une tranche du cylindre nécessitant ainsi la rotation relative de l'imageur et du cylindre autour de son axe. Un système traditionnel permettant une telle acquisition est l'utilisation d'un imageur ligne parallèle à l'axe du cylindre associé à une rotation du cylindre autours de son axe. La rotation est généralement de 360° permettant l'acquisition de la totalité de la surface du cylindre mais ce secteur angulaire peut éventuellement être réduit. Le résultat d'une telle acquisition est le déplié à plat de la projection du cylindre sur un cylindre extérieure de section circulaire. Si le cylindre acquis présente des génératrices relativement parallèle à l'axe optique et peut être assimilé à un cylindre régulier, l'image ne présente que peu de distorsions. En revanche dans le cas où le cylindre présente des génératrices très perturbées ou ce qui est équivalent des portions de surfaces de normales éloignées à la perpendiculaire de l'axe optique, la projection peut être peu représentative de l'objet réel. Nous nous intéresserons à des objets présentant des perturbations telles que une prise d'image par 20 rotation autour de l'axe de l'objet conduit à une bonne représentation de l'objet. L'objet de l'invention est de proposer un système ne nécessitant pas de rotations autour de l'objet. Le principe de base du système est facilement compris si l'on se réfère à la figure 1. La figure 1 est une représentation en coupe des différents éléments du système. L'objet 1 est le cylindre devant être imagé et le système d'acquisition 2 comporte 4 éléments, a savoir un système 25 d'éclairage [20], un miroir [21], un cylindre [22],un système imageur [23] et un organe de gestion [24]. L'image s'obtient en translatant l'objet à l'intérieur du cylindre[22] et en faisant une succession d'images de tranches élémentaires. L'organe de gestion [24] est généralement basé sur un microcontrolleur qui permet de déclencher des acquisitions successives, de stocker et/ou transmettre les images élémentaires pour leur 30 traitement postérieur. Le système de prise d'image comprend un éclairage permettant d'illuminer la portion du cylindre en cours d'acquisition. Ce système peut éventuellement être omis si l'éclairage naturel est suffisant mais sera généralement utilisé. De nombreuses solutions existent, lampe flash, tube néon, ampoule à incandescence, LED,...Préférentiellement, on utilisera une couronne de LEDs avec un éclairage à -2- travers le miroir [21] qui sera donc partiellement transparent et réfléchissant. L'éclairage peut également être direct si l'on décale l'éclairage par rapport au miroir et qu'on l'incline pour éclairer la zone en cours d'acquisition. Le miroir présentera préférentiellement une transmission et une réflexion toutes deux proches de 50% . Le miroir est sensiblement orienté à 45° afin qu'une portion du cylindre [1] soit visible par le système imageur [23]. La dimension du miroir relève d'un compromis. On peut envisager un miroir couvrant l'intégralité de la hauteur du cylindre [1]. Dans ce cas, il peut suffire d'une seule acquisition pour obtenir l'intégralité de la surface du cylindre. En revanche, cela peut rapidement conduire à des dimensions excessives du système qui deviendrait lourd, coûteux et encombrants. Si le miroir ne couvre pas toute la hauteur du cylindre [1], l'image est obtenue pas des acquisitions successives et un traitement d'image permettant de raccorder les différentes tranches acquises. A contrario du cas précédent, on peut considérer un miroir de taille minimale permettant d'obtenir un système compact et de coût moindre. La limite qui apparaît cependant est qu'une taille trop réduite rend le processus de traitement d'image complexe et peut conduire à une vitesse de translation entre l'objet [1] et le cylindre [22] faible pour garantir que chaque tranche du cylindre est correctement acquise et permet un recouvrement avec les images précédentes et suivantes. La caractéristique de ce miroir est qu'il est de révolution et qu'il comporte une occultation centrale du au fait qu'il présente un évidement central dans sa partie centrale pour que l'objet [1] puisse être translaté à travers cet espace. Il est à noter que le cylindre n'est pas obligatoire dans le principe mais facilite grandement le fonctionnement du dispositif. Ce miroir comporte de nombreux modes de réalisation possible parmi lesquelles un tronc de cône évidé avec un traitement réfléchissant externe ou un tronc de cylindre avec un alésage conique et un traitement réfléchissant interne. Il peut également être constitué d'une paroi conique avec un traitement réfléchissant interne. Lors des prises d'images élémentaires, il apparaît également les compromis classiques de l'imagerie en mouvement entre l'éclairage, le temps d'exposition et le déplacement de l'objet durant la prise d'image. Les capteurs actuels de type CCD ou CMOS associés à des éclairage à LEDs permettent des fréquence d'acquisitions typiques de plusieurs centaines de Hz pour des tailles d'image de plusieurs Mpixels et sont parfaitement adaptés pour l'invention. A titre d'exemple et dans un mode particulier de réalisation non limitatif, on peut considérer un dispositif comportant un cylindre de 30 cm de haut pour un diamètre de 8 cm et un miroir incliné à 45° imageant une tranche de 2 cm de haut. En considérant une résolution le long de l'axe de translation de 1001am et un temps d'exposition de lms, la vitesse de translation doit être inférieure à 10cm/s. Pour que le raccordement d'image soit aisée, on peut considérer que les images successives doivent présenter 25% de recouvrement. A la vitesse de 10cm/s, la fréquence d'acquisition doit -3- donc être supérieure à 7Hz. Le traitement d'image peut être effectué en temps réel et fournir des indications sur une vitesse de translation incorrecte ou être effectué à postériori de manière locale via un organe de traitement embarqué ou via un organe de traitement externe après transfert des images acquises. Tous ces différents modes de fonctionnement sont inclus dans l'invention et ne relèvent que de compromis techniques et financiers dépendant des applications particulières envisagées. Le système imageur [23] pour acquérir l'image transmise par le miroir [21] doit être de large diamètre et fonctionner de manière proche d'un objectif télécentrique. Cela impose donc un objectif de grand diamètre pour une image présentant un faible champ utile par rapport à la surface totale. Un deuxième aspect de l'invention est de réduire le champ pour augmenter le rapport image utile/image totale et permettre l'utilisation d'objectif de diamètre standard. Pour cela, on propose un schéma optique tel que décrit dans la figure 2. Le système imageur comprend donc 2 miroirs coniques [230][231] qui permettent un repliement des faisceaux et un système optique classique [232] de type appareil photo ou caméra possédant une optique transmissive et un capteur associé. Tout point de l'image est donc obtenu après trois réflexions et le champ image vu par le système imageur [232] présente un faible diamètre et un grand rapport image utile/image totale. Ces trois miroirs peuvent correspondre à des troncs de cône d'angle de génératrice proche de 45° avec les miroirs [21] et [230] correspondant à une réflexion interne et le miroir [231] à une réflexion externe. L'avantage de ce système de prise de vue par rapport à un système latéral est que la distance entre l'objet et le système imageur est relativement importante et que cela permet d'avoir une profondeur de champ importante. De ce fait, on peut calculer des conditions optiques pour que tout objet introduit dans le cylindre [22] présente une netteté acceptable. Si le système imageur ne permet pas d'obtenir une netteté suffisante, on pourra systématiquement prendre des prises de vues successives avec des mises au point différentes. Cela nécessite d'avoir une mise au point automatique pour le système imageur [232] et une vitesse de mise au point compatible avec la vitesse de translation de l'objet [1] dans le cylindre [22]. La distance de mise au point sera donc périodique et permettra de balayer en focus l'intérieur du cylindre. Si l'on considère l'exemple précédent, on peut considérer par exemple que le focus sera effectué sur 30 le premier bord du cylindre, sur le centre du cylindre, sur le bord opposé du cylindre, sur le centre du cylindre et enfin sur le premier bord du cylindre. Les acquisitions d'images et les mises au point se feront alors à une fréquence de 35Hz, ce qui ne présente aucune difficulté technologique. Le traitement d'images permettant la restitution de l'image panoramique pourra utiliser localement la prise de vue présentant la meilleure résolution pour obtenir la meilleure image finale. Ce -4- traitement prendra en compte les distorsions apportées par le système de repliement des faisceaux pour fournir une image la plus fidèle possible au développé du cylindre. Une aide au traitement peut être apportée par apport d'un ou plusieurs capteurs de position permettant de déterminer la distance entre le point moyen de la tranche imagée et le bord du cylindre. En considérant qu'une tranche d'image est proche d'un disque rond, trois capteurs disposés à 120° autour de l'axe optique sont suffisants. A titre d'exemple non limitatif, la figure 3 montre le positionnement d'un tel capteur qui peut utiliser un émetteur laser [3], une optique transmissive [4] et un récepteur [5] qui peut être une photodiode 2 quadrants ou une barrette CCD. REVENDICATIONS1) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique [1] caractérisé en ce qu'il comporte au moins une optique réflexive de révolution [2] présentant une occultation optique centrale 2) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon la revendication 1) caractérisé en ce qu'il comporte au moins une optique réflexive de révolution possédant un trou central 3) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) et 2) caractérisé en ce que l'image totale est obtenue par translation relative du cylindre [1] à travers le trou central d'au moins une optique 4) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) à 3) caractérisé en ce qu'il comporte un système d'illumination passant à travers une optique réflexive présentant une transmission partielle 5) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) à 3) caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur permettant la mesure de distance entre le point moyen de la tranche imagée et le bord du cylindre 6) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) à 3) caractérisé en ce qu'il comporte au moins 2 optiques réflexives de révolution qui permettent un repliement des faisceaux 7) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) à 3) caractérisé en ce qu'il comporte au moins 3 optiques réflexives de révolution et au moins une optique transmissive 8) Système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique selon les revendications 1) à 3) caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de mise au point automatique actionné de manière périodique pendant la phase d'acquisition d'images élémentaires.