Brevet FR3030974A1 — publié le 20160624

Contexte technique L'invention porte sur un système pour la prise de vue stéréoscopique. Un tel système comprend couramment un dispositif qualifié de caméra 3D, ou de caméra stéréoscopique. L'invention s'intéresse tout particulièrement à un système pour prise de vue stéréoscopique qui fournit une information de profondeur, ou équivalente. Le terme utilisé pour qualifier les caméras de ces systèmes est celui de capteur de profondeur, ou de caméra de profondeur. Ces capteurs permettent l'obtention d'images prises de deux points de vue qui après traitement permettent d'obtenir une information de profondeur, ou toute information équivalente, qualifiée de manière générale d'information de disparité. Elle est obtenue point par point (pixel par pixel) dans l'image, et on parle de cartographie de profondeur. L'invention s'intéresse tout particulièrement à un système pour prise de vue stéréoscopique pour la prise de vue au cours d'un déplacement, à faible ou grande vitesse, au sein d'un environnement constitué d'objets fixes ou statiques qui ont vis-à-vis du dispositif de prise de vue des déplacements relatifs. On connait des caméras de profondeur basées sur la mesure d'un temps de vol d'une onde lumineuse émise par des moyens d'illumination tels des LEDs, et réfléchie par les objets rencontrés. L'onde peut être une onde infra-rouge. Le temps de vol, mesuré pixel par pixel permet de connaître la distance de la surface réfléchissante par rapport au dispositif émetteur. Les caméras temps de vol présentent le défaut d'être sensibles aux perturbations, comme les ondes infra-rouges émises par l'environnement, notamment le soleil, ou aux interférences, notamment celles venant d'autres caméras temps de vol, rencontrées par exemple au cours du déplacement d'un véhicule qui embarquerait la caméra et qui croiserait d'autres véhicules embarquant des caméras similaires. On connait aussi des systèmes LIDAR (en anglais « light detection and ranging », soit détection et mesure par lumière) ou radars lasers mettant en oeuvre une lecture (scan) de l'environnement avec une lumière généralement cohérente, émise par balayage à l'aide d'un système mécanique lourd et qui doit être très précis. Le système est encombrant, et nécessite une maintenance régulière, du fait du système mécanique de scanner. Il est de plus coûteux pour ces deux raisons. Et finalement, il est aveuglé en cas de pluie et brouillard par la réflexion provoquée par la nébulosité. On connait aussi le document US20070296846 qui divulgue une caméra stéréoscopique comprenant deux capteurs d'images numériques portés à distance l'un de l'autre par un châssis. Le positionnement des capteurs est obtenu par un engagement mécanique de précision entre les pièces. On connait aussi une caméra stéréoscopique appelée Bumblebee comprenant deux ou trois capteurs d'images numériques, communiquant à l'aide d'une interface Firewire (IEEE-1394) et d'un port GPIO (ou Entrée/Sortie à Usage Général), ayant une fréquence de prise de vue fixe ainsi qu'une résolution fixe. Un premier programme d'ordinateur est exécuté sur un micro- ordinateur relié à la caméra par les deux connexions, et permet de contrôler la caméra, tandis qu'un deuxième programme d'ordinateur exécuté sur le micro-ordinateur permet d'effectuer les corrélations stéréoscopiques pour générer une image des disparités. Mais comme la résolution et la fréquence de prise de vue sont fixes, il n'est pas possible d'utiliser de manière dynamique et adaptatif cette caméra dans un environnement dans lequel des objets sont observés en déplacement relatif rapide, et d'autres, en déplacement relatif lent. On connait aussi une caméra stéréoscopique appelée Duo3D dans laquelle la fréquence de prise de vue est configurable par une commande d'interface de programmation, en relation dans des modes prédéfinis, avec des résolutions dans les deux dimensions de l'image qui sont modifiées par binning. Mais cette caméra est configurée pour la perception par ordinateur d'objets à faible distance, et n'est pas adaptée à observer un environnement au cours d'un déplacement. On rencontre donc un besoin en matière de système pour prise de vue stéréoscopique fournissant une prise de vue adaptative face à des déplacements relatifs d'objets autour du dispositif de prise de vue. Définition de l'invention Pour résoudre ce problème, il est proposé un système pour la prise de vue en trois dimensions au cours d'un déplacement comprenant - un dispositif de prise de vue incluant au moins deux capteurs d'images numériques synchronisés l'un par rapport à l'autre et disposés pour effectuer une prise de vue stéréoscopique, - des moyens de traitement pour obtenir des informations de disparité associées aux images numériques obtenues par le dispositif de prise de vue ainsi qu'une vitesse de déplacement d'éléments dans lesdites images, - un moyen de transmission des images numériques pour permettre un contrôle du déplacement sur la base desdites images numériques et de l'information de disparité associée, - et un moyen de contrôle pour commander le dispositif de prise de vue en optimisant, pour faciliter ledit contrôle du déplacement, le choix des dimensions du champ de vue des capteurs et de la fréquence de la capture des images, compte tenu d'un maximum de débit toléré par le moyen de transmission et de ladite vitesse de déplacement. Grâce à ce système, on peut fournir à un dispositif de commande du déplacement des images prises avec une fréquence et un champ de vue adaptés pour le déplacement, compte tenu des vitesses relatives des objets autour du dispositif de prise de vue, vis-à-vis du dispositif de prise de vue, qui est alors embarqué sur l'objet en mouvement devant être commandé. Avantageusement, le système pour la prise de vue selon l'invention peut comprendre au moins l'une des caractéristiques techniques suivantes : - ladite vitesse est appréciée via un calcul de gradient de contraste 30 effectué sur les images numériques, - le moyen de transmission des images numériques comprend une connexion USB 3.0, une connexion Giga Ethernet ou une connexion Thunderbolt, - le moyen de traitement comprend un programme d'ordinateur à exécuter sur un micro-ordinateur, - le moyen de traitement comprend un jeu de puces (chipset) sur un support de circuit imprimé, - les dimensions du champ de vue utilisé par les capteurs et la fréquence de la capture des images peuvent aussi être fixées par un utilisateur, - les deux capteurs sont, pour leur synchronisation, l'un maître et l'autre esclave, - le dispositif de prise de vue comprend un contrôleur de traitement d'images numériques placé sur un support de circuit imprimé commun avec les deux capteurs, - le moyen de transmission des images numériques comprend un moyen pour transmettre lesdites images entre le dispositif de prise de vue et 15 au moins un des moyens de traitement, - le moyen de transmission des images numériques comprend un moyen pour transmettre lesdites images et l'information de disparité vers un moyen de contrôle du déplacement, - si des éléments sont observés se déplaçant rapidement, la 20 fréquence de la capture est augmentée, alors que le champ de vision est restreint, et si des éléments sont observés se déplaçant lentement, ladite fréquence est diminuée, alors que le champ de vision est étendu. L'invention porte aussi sur un objet muni de moyens de déplacement et comprenant de plus un système pour la prise de vue selon l'invention, ledit 25 objet comprenant des moyens pour transmettre, à un opérateur humain ou à un module électronique, pour la commande du déplacement dudit objet, les informations de disparité associées aux images numériques produites par ledit système pour la prise de vue en trois dimensions. L'objet peut de plus comprendre des moyens pour se déplacer dans 30 le cadre d'une navigation autonome en utilisant les informations de disparité associées aux images numériques obtenues par ledit système pour la prise de vue en trois dimensions. Liste des figures L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels - la figure 1 est une vue générale dans l'espace d'un mode de réalisation d'un dispositif de prise de vue selon l'invention, - la figure 2 est un diagramme montrant le fonctionnement des éléments d'un mode de réalisation d'un dispositif de prise de vue selon l'invention, - la figure 3 est un aspect du fonctionnement d'un dispositif de prise de vue selon l'invention, - la figure 4 présente une vue externe d'un mode de réalisation d'un dispositif de prise de vue selon l'invention - les figures 5 et 6 présentent des exemples de mise en oeuvre du dispositif de prise de vue selon l'invention. Description d'un mode de réalisation En figure 1, on a représenté un vue schématique d'une carte électronique de dispositif de prise de vue 10 selon un mode de réalisation de l'invention. La carte 10 est formée d'un support de circuit imprimé unique portant des composants électroniques. La carte de dispositif de prise de vue 10 comprend un premier capteur d'images numériques 100 et un deuxième capteur d'images numériques 110, qui peuvent être des capteurs CCD (dispositif à transfert de charge) ou des capteurs utilisant une autre technologie, comme la technologie CMOS, et recevoir la lumière à travers un système de focalisation optique par lentilles (non représenté). Les capteurs 100 et 110 choisis ont une surface active qui peut être contrôlée par une commande externe au capteur, et qui peut être utilisée pour différentes dimensions d'angle de vue, ou différentes résolutions. Ils peuvent de plus être contrôlés pour capturer des images à différentes fréquences. Les capteurs 100 et 110 sont disposés tous deux sur un support de circuit imprimé 120. Le support 120 peut être un rectangle allongé dont la grande dimension est placée suivant une direction X, et les deux capteurs sont alors placés sensiblement aux deux extrémités du rectangle dans la direction X. Les deux capteurs 100 et 110 sont disposés avec leurs surfaces sensibles dirigées à l'opposé du support 120, tournées sensiblement dans une direction Z perpendiculaire à la direction X, et normale au plan du support de circuit imprimé 120. Sur le support de circuit imprimé 120, se trouve un contrôleur 130, sous la forme d'un circuit intégré relié électriquement aux deux capteurs 100 et 110. Le contrôleur 130 reçoit des commandes de composants tiers et fournit des paramètres de fonctionnement aux capteurs 100 et 110. De plus, il vérifie que ces commandes ont bien été reçues et comprises par les capteurs 100 et 110. De plus, le support de circuit imprimé 120 porte un connecteur 140, permettant de relier le dispositif de prise de vue 10 à un dispositif tiers. En figure 2, on a représenté de manière fonctionnelle la carte de dispositif de prise de vue 10, et son interaction avec une unité de traitement et contrôle externe 20. On retrouve le premier capteur 100 et le deuxième capteur 110, ainsi que le contrôleur 130 et le connecteur 140. Le contrôleur 130 exécute plusieurs programmes constituant plusieurs modules 131, 132, 133 et 134 qui seront détaillés plus loin. Le contrôleur 130, les capteurs 100 et 110 et le connecteur 140 communiquent via des pistes de matériau conducteur (cuivre) de la carte 10. Chacun des premier et deuxième capteurs 100 et 110 capture des images numériques à une fréquence identique pour les deux capteurs, et fixée par le contrôleur 130, qui exécute un programme formant un module de contrôle des capteurs et traitement des images 133. Ce module 133 émet des commandes de contrôle du premier capteur Cl et de contrôle du deuxième capteur C2 à destination des deux capteurs, notamment pour définir la fréquence de capture des images. Le premier capteur 100 émet régulièrement un message de synchronisation M1 à destination du deuxième capteur 110, pour permettre à celui-ci d'aligner les instants de capture de ses images sur les instants de capture des images par le premier capteur 100. Il s'agit là d'une synchronisation en mode maître esclave, le premier capteur 100 assurant la fonction de maître, imposant les instants de capture, et le deuxième capteur 110 celle d'esclave, appliquant la consigne reçue pour mettre en oeuvre la capture d'images. Les capteurs 100 et 110 transmettent les images qu'ils capturent au contrôleur 130, via des messages 11 et 12 comprenant les informations de couleur et de luminance des pixels. Les images capturées et transmises sont de forme rectangulaire, les rectangles des deux capteurs étant identiques (même largeur, même hauteur, même orientation). Un premier programme constitue un module de réception et resynchronisation 131, chargé de recevoir les images numériques capturées par les capteurs 100 et 110 et de les resynchroniser de manière à ce que les programmes suivants mis en oeuvre par le contrôleur 130 soient en mesure de reconnaître les couples d'images transmises par le premier et le deuxième capteurs 100 et 110. Un deuxième programme constitue un module de fusion 132 chargé de fusionner les deux images prises au même instant par les deux capteurs, et transmises par le module 131. Les deux images sont fusionnées dans une unique image numérique, comme cela sera présenté en relation avec la figure 3. L'image unique fusionnée est transmise au module suivant. Le module suivant, déjà présenté, constitue un module de contrôle des capteurs et traitement des images 133 (ISP, pour « Image Signal Processing »). Il peut effectuer, dans certains modes de réalisation, des calculs parallèles pour préciser la couleur et la lumière de chaque pixel. Une fois son traitement achevé, il transmet l'image au module suivant. Le programme suivant définit un quatrième module, qui est un module de conversion 134, chargé de convertir les données constituant les images numériques et d'éventuelles autres informations dans un format compatible avec la transmission par un connecteur filaire 150 relié au connecteur 140, et à l'inverse d'extraire les informations reçues par le connecteur filaire 150 et le connecteur 140 pour les transmettre au module de contrôle des capteurs et traitement des images 133. Le connecteur filaire 150, qui est par exemple flexible, relie le connecteur 140 à un connecteur 201 de l'unité de traitement et contrôle externe 20. Le connecteur filaire 150 peut effectuer une transmission électrique ou optique. L'unité de traitement et contrôle externe 20 comprend un connecteur 201, et un processeur 200 qui exécute un programme de traitement et contrôle 202. Elle comprend aussi un module de conversion 204 pour la réception et l'émission des données par le connecteur 201, qui peut être exécuté par le processeur 200 ou un contrôleur dédié. Dans un mode de réalisation, la transmission par le connecteur filaire 150 se fait sous la norme USB 3.0. Le module de conversion 134 et le connecteur filaire 150, ainsi que les connecteurs 140 et 201 sont configurés pour mettre en oeuvre la norme USB 3.0. D'autre normes peuvent être utilisées, notamment les normes Gigethernet et Thunderbolt. Le processeur 200 met en oeuvre le programme de traitement et contrôle 202, qui exploite les images numériques transmises par le module de contrôle des capteurs et traitement des images 133. Notamment, les informations de disparité ou de profondeur sont calculées pour chaque couple d'images synchronisées. De plus, un calcul de gradient de contraste permet d'apprécier la présence de flou de bougé dans les images. Le programme de traitement et contrôle 202 est aussi en mesure d'adresser des commandes au contrôleur 130 du dispositif de prise de vue 10, par exemple via le connecteur filaire 150, ou par un autre moyen filaire ou sans fil. En fonction du résultat du calcul de gradient de contraste, le programme de traitement et contrôle 202 est en mesure de commander automatiquement, ou avec l'accord d'un utilisateur auquel la commande est suggéré par le programme, une modification du choix des dimensions du champ de vision des capteurs 100 et 110 et de la fréquence de prise de vue par ces capteurs. Ce choix est encadré par la relation largeur x hauteur x 16 x fréquence REVENDICATIONS1. Système pour la prise de vue en trois dimensions au cours d'un déplacement comprenant - un dispositif de prise de vue (10) incluant au moins deux capteurs d'images numériques (100, 110) synchronisés l'un par rapport à l'autre et disposés pour effectuer une prise de vue stéréoscopique, - des moyens de traitement (20) pour obtenir des informations de disparité associées aux images numériques obtenues par le dispositif de prise de vue (10) ainsi qu'une vitesse de déplacement d'éléments dans lesdites images, - un moyen de transmission (150; 250) des images numériques 15 pour permettre un contrôle du déplacement sur la base desdites images numériques et de l'information de disparité associée, - et un moyen de contrôle (20) pour commander le dispositif de prise de vue (10) en optimisant, pour faciliter ledit contrôle du déplacement, le choix des dimensions du champ de vue des capteurs (100, 110) et de la 20 fréquence de la capture des images, compte tenu d'un maximum de débit toléré par le moyen de transmission (150, 250) et de ladite vitesse de déplacement. 2. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon la revendication 1, dans lequel ladite vitesse est appréciée via un calcul de 25 gradient de contraste effectué sur les images numériques. 3. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le moyen de transmission des images numériques (150, 250) comprend une connexion USB 3.0, une connexion Giga Ethernet ou une connexion Thunderbolt. 30 4. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de traitement (20) comprend un programme d'ordinateur (202) à exécuter sur un micro-ordinateur. 5. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une desrevendications 1 à 3, dans lequel le moyen de traitement (20) comprend un jeu de puces sur un support de circuit imprimé. 6. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les dimensions du champ de vue utilisé par les capteurs (100, 110) et la fréquence de la capture des images peuvent aussi être fixées par un utilisateur. 7. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les deux capteurs (100, 110) sont, pour leur synchronisation, l'un maître et l'autre esclave. 8. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le dispositif de prise de vue (10) comprend un contrôleur de traitement d'images numériques (133) placé sur un support de circuit imprimé commun avec les deux capteurs (100, 110). 9. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le moyen de transmission des images numériques (150, 250) comprend un moyen (150) pour transmettre lesdites images entre le dispositif de prise de vue (10) et au moins un des moyens de traitement (20). 10. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le moyen de transmission des images numériques (150, 250) comprend un moyen (250) pour transmettre lesdites images et l'information de disparité vers un moyen de contrôle du déplacement (5100; 6100). 11. Système pour la prise de vue en trois dimensions selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel si des éléments sont observés se déplaçant rapidement, la fréquence de la capture est augmentée, alors que le champ de vision est restreint, et que si des éléments sont observés se déplaçant lentement, ladite fréquence est diminuée, alors que le champ de vision est étendu. 12. Objet muni de moyens de déplacement (5000, 6000) et comprenant de plus un système pour la prise de vue selon l'une des revendications 1 à 11, ledit objet comprenant des moyens (5100, 6100) pour transmettre, à un opérateur humain ou à un module électronique, pour lacommande du déplacement dudit objet, les informations de disparité associées aux images numériques produites par ledit système pour la prise de vue en trois dimensions. 13. Objet selon la revendication 12, comprenant des moyens (5100, 6100) pour se déplacer dans le cadre d'une navigation autonome en utilisant les informations de disparité associées aux images numériques obtenues par ledit système pour la prise de vue en trois dimensions.