Brevet FR3030066A1 — publié le 20160617

La présente demande concerne un projecteur de lumière structurée, notamment un projecteur de lumière structurée pour un scanner tridimensionnel, ainsi qu'un scanner tridimensionnel comportant un tel projecteur. Les scanners tridimensionnels sont des appareils qui permettent de mesurer les coordonnées géométriques (x, y, z) de chaque point de la surface d'une scène ou d'un objet. Le résultat de la mesure est souvent considéré comme une carte dite « de profondeur » de la scène imagée car la profondeur (ou distance) z est généralement exprimée en fonction de la position (x, y) dans un système de coordonnées cartésiennes. Les cartes de profondeur ainsi collectées peuvent alors être utilisées pour construire des images de synthèse en trois dimensions (objets numériques) à des fins diverses. Plusieurs technologies de scanner sont utilisées : certaines nécessitent un contact physique avec la surface à numériser, par exemple les machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) pour lesquelles la mesure est réalisée en palpant la surface au moyen d'un capteur par contact ou d'un stylet. D'autres permettent de réaliser la mesure sans contact physique, comme par exemple les systèmes stéréoscopiques basés sur l'utilisation de deux caméras, légèrement espacées et pointant vers la même scène, pour lesquels la profondeur est déduite de la déformation géométrique entre les deux images. Les scanners tridimensionnels dits « à lumière structurée » sont une famille spécifique de scanners tridimensionnels sans contact. Ces scanners sont constitués d'un projecteur de lumière, généralement réalisé sur le principe d'un vidéoprojecteur ou constitué d'un système laser générant des franges d'interférences (pour la technique dite du « phase-shifting »), et d'au moins une caméra décalée géométriquement par rapport au projecteur afin de réaliser une configuration stéréoscopique. Le projecteur projette un motif lumineux dit « structuré », à une ou deux dimensions géométriques (par exemple une ligne 3030066 2 ou une image) et éventuellement coloré, sur la surface à mesurer. La caméra, positionnée à une distance du projecteur appelée « base stéréoscopique », acquière et enregistre une image de la scène. Le motif structuré projeté est constitué de motifs élémentaires (appelés « éléments structurés » dans ce 5 document) adéquatement choisis de manière à ce qu'il soit possible de les détecter dans l'image acquise. La position géométrique (x, y, z) de chaque point de la surface de la scène observée s'obtient par une méthode de triangulation entre les directions de projection et d'imagerie de chaque élément structuré. Les motifs utilisés 10 dans les scanners tridimensionnels à lumière structurée sont généralement projetés en noir et blanc, en niveaux de gris, en couleurs ou dans une combinaison des trois effets (ceci est par exemple exposé dans l'article de J. Geng, « Structured-Light 3D surface imaging: a tutorial », Advances in Optics and Photonics 3, pp. 128-160, 2011). Dans le cas où la scène observée est 15 statique, des méthodes dites « multiple-shot » de projections (temporellement) séquentielles de motifs (par exemple, les techniques dites de « phase shifting », de « binary patterns » ou de « gray coding »), permettent d'obtenir des mesures précises et fiables grâce à la complémentarité des informations disponibles dans les images de la séquence (voir par exemple J. Geng, 2011). Dans le cas 20 où la scène à observer est en mouvement, il est alors nécessaire d'employer des méthodes de projections non séquentielles, à une image (dite « singleshot »), voire à deux images (dites « two-shot ») si l'acquisition des deux images est suffisamment rapide par rapport au mouvement propre de la scène. Les techniques non séquentielles impliquent de projeter une multitude 25 d'éléments structurés suffisamment différents les uns des autres afin d'être identifiables dans l'image acquise par la caméra. Ces éléments structurés peuvent être, par exemple, des bandes dont les couleurs sont définies par une séquence dite de « De Bruijn », ou bien encore des nuages de points codés (voir J. Geng, 2011). 30 Lorsque la surface à numériser présente de forts gradients de relief ou des discontinuités (trous ou occlusions par exemple), la carte de profondeur produite par les scanner tridimensionnels à lumière structurée de l'art antérieur 3030066 3 au moyen de techniques non séquentielles peut être biaisée ou incomplète à proximité de ces formes singulières car certains éléments structurés projetés ne sont alors que partiellement observables (i.e. en partie masqués) ou trop déformés, et ne sont donc pas toujours identifiables dans l'image acquise par la 5 caméra. De plus, les scanners tridimensionnels à lumière structurée de l'art antérieur permettent essentiellement de produire la carte de profondeur de la scène imagée, voire éventuellement de disposer d'informations sur son apparence (couleur, texture,...), mais ils ne fournissent pas de données 10 quantitatives permettant de déduire la nature des matériaux constitutifs des éléments de la scène. De telles informations, utilisées conjointement à la carte de profondeur, seraient très utiles pour produire, précisément et automatiquement, une identification et une classification des éléments de la scène. 15 Un procédé est proposé dans les demandes de brevet US 2014/0028800 et US 2014/0028801. Il repose sur une utilisation théorique d'un dispositif de projection de lumière structurée dans le domaine spectral et d'un dispositif d'imagerie permettant d'assurer une mesure du spectre de la lumière réfléchie (ou diffusée) par la surface de la scène ou de l'objet observé. La 20 structuration du motif est réalisée dans le domaine spectral plutôt que dans les domaines géométrique, colorimétrique et/ou temporel. L'information spectrale réfléchie par la surface des éléments de la scène constitue une donnée utile pour déterminer la nature des matériaux observés. Il y est également suggéré, à titre d'exemple, de réaliser une projection multispectrale de motifs 25 géométriques binaires, de manière similaire à la technique « binary patterns » à la différence que les motifs binaires ne sont pas projetés séquentiellement dans le temps mais simultanément dans des longueurs d'onde différentes, la séparation des images in fine étant alors assurée par le dispositif d'imagerie spectrale. En d'autres termes, le procédé proposé dans ces brevets repose sur 30 une utilisation hypothétique d'un projecteur doté de plusieurs canaux de longueur d'onde relativement étroits et permettant de projeter simultanément des images géométriques différentes d'un canal de longueur d'onde à un autre. 3030066 4 En outre, il y est indiqué que le nombre de canaux du projecteur doit être assez élevé, typiquement supérieur à 10 par analogie à la technique « binary patterns », pour assurer une précision suffisante sur la carte de profondeur de la scène. Cependant, aucun dispositif permettant de mettre en oeuvre le 5 procédé n'est décrit ni même proposé. Il est cependant mentionné dans ces documents que les canaux de longueur d'onde du projecteur peuvent être éventuellement associés à l'utilisation de sources monochromatiques telles que des sources lasers ou des LEDs, mais les caractéristiques techniques permettant d'aboutir à un prototype ne sont pas fournies. 10 Les vidéoprojecteurs disponibles commercialement ne permettent pas de satisfaire à ce besoin. En effet, les vidéoprojecteurs disponibles commercialement sont généralement dotés des trois canaux colorimétriques correspondant aux couleurs rouge, vert et bleu (RVB), comme ceci est par exemple décrit dans les 15 brevets US6247814B1 et US2004085634A1, ce qui est suffisant pour projeter des éléments structurés dans les domaines géométrique, colorimétrique et temporel, mais pas pour mesurer une réflectance spectrale de la scène observée avec précision car ceci nécessite une large gamme de longueurs d'ondes. 20 Il existe toutefois des vidéoprojecteurs possédant plus de trois canaux colorimétriques (voir par exemple brevets W02006096598A2, US2010156958A1 et US2010315596A1) mais ces projecteurs sont plus encombrants et plus couteux, notamment du fait qu'ils comportent un prisme optique de séparation des couleurs plus complexe, et qu'il est nécessaire 25 d'ajouter une matrice de micro-miroirs (DMD-Digital Micromirror Device) par canal colorimétrique supplémentaire. Enfin, afin d'optimiser la précision de la mesure de la carte de profondeur et de l'information spectrale réfléchie, il serait souhaitable de pouvoir modifier en temps réel le nombre et les gammes de longueur d'onde 30 des canaux du projecteur pour adapter la lumière structurée projetée aux caractéristiques spectrales de l'éclairage ambiant et à la réflectance (c'est-à-dire la signature optique) des éléments de la scène. Cette dernière 3030066 5 caractéristique n'est réalisable que de manière très limitée avec un projecteur dont les canaux de longueur d'onde sont fixés lors de la fabrication par les sources monochromatiques sélectionnées. L'objet de la présente demande vise à résoudre au moins en partie 5 les problèmes précités pour projeter de la lumière structurée dans le domaine spectral. A cet effet, est proposé un projecteur de lumière structurée comportant un dispositif d'encodage spectral de faisceau lumineux dans lequel le codage optique du faisceau lumineux est par exemple assuré par un 10 composant qui peut être passif (par exemple un masque optique) ou actif (par exemple une cellule DMD). Plus précisément, est proposé, selon un premier aspect, un projecteur de lumière structurée comportant successivement : - une source de lumière configurée pour émettre un faisceau d'un spectre 15 continu entre une longueur d'onde minimale (Àmin) et une longueur d'onde maximale (Àmax), - un système optique de décomposition spectrale, configuré pour capter le spectre du faisceau émis par la source de lumière et le décomposer spectralement avec une image du faisceau à la longueur d'onde 20 minimale (Àmin) jouxtant une image du faisceau à la longueur d'onde maximale (Àmax) dans au moins un plan prédéterminé transversal à un chemin optique du faisceau et le long d'une ligne de ce plan constituant une frontière, - un dispositif d'encodage configuré pour encoder le spectre décomposé 25 spectralement, le dispositif d'encodage comportant un masque, le masque étant positionné dans le plan prédéterminé, et le masque comportant un motif matriciel d'encodage binaire formé d'une série de 2*n lignes et d'une série de m colonnes, où « n » est 30 égal ou supérieur à 4, voire 5, voire 7, voire encore 8 ou 9, et où « m » est égal ou supérieur à 16, voire 32, voire 128, voire encore 256, 3030066 6 une démarcation entre les lignes « n » et « n+1 » étant superposée à ladite frontière, un sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » étant éclairé par l'image du faisceau à la longueur d'onde Àmin et un sous-motif défini par les 5 lignes « n+1 » à « 2*n » étant éclairé par l'image du faisceau à la longueur d'onde Àmax le sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » étant identique ou complémentaire du sous-motif défini par les lignes « n+1 » à « 2*n », et 10 un sous-motif défini par les lignes « i » à « i+n » étant éclairé par une image du faisceau à une longueur d'onde À donnée comprise entre Àmin et Àmax, les m colonnes étant perpendiculaires à cette démarcation et deux colonnes voisines comportant chacune un encodage binaire 15 différent de l'autre, - un système optique de recombinaison spectrale configuré pour recombiner en un faisceau recombiné le spectre décomposé spectralement et encodé, et - un système optique de projection configuré pour projeter le faisceau 20 recombiné sur une scène à observer. Un tel projecteur présente ainsi par exemple les avantages suivants : (1) Il est simple à fabriquer : dans certaines configurations proposées de la présente invention, un nombre élevé de canaux spectraux peut s'obtenir avec une seule source lumineuse, un seul composant de codage 25 optique et des composants optiques standards (lentilles, miroirs, prismes, réseaux, etc.) et en nombre limité. (2) La source utilisée peut être incohérente à large spectre et il n'est donc pas nécessaire de recourir à un jeu de sources monochromatiques pour produire des canaux spectraux de projection. Par conséquent, une grande 30 variété de sources naturelles (soleil, lumière du jour, etc.) ou artificielles (lampe à incandescence, LED polychromatiques, etc.) peut être employée. (3) Dans certaines configurations proposées de la présente 3030066 7 invention et dans le cas de l'emploi d'un composant actif de codage optique, le nombre et les gammes des longueurs d'onde des canaux du projecteur peuvent être modifiés en temps réel. Le masque comporte avantageusement au moins m/5 encodages 5 différents dans les m colonnes. Ceci contribue à réduire une ambiguïté d'interprétation lors du post-traitement des images acquises. Par ailleurs, un encodage est avantageusement répété dans au plus 5 colonnes. 10 Ceci contribue à réduire une complexité de l'algorithme de détermination de la carte de profondeur. Il est donc encore plus intéressant que les deux conditions précédentes soient cumulées. Selon un exemple intéressant, les m colonnes du sous-motif défini 15 par les lignes « 1 » à « n » comportent au maximum 5 répétitions d'une même suite d'encodages différents les uns des autres. C'est-à-dire par exemple un encodage selon les colonnes du type « ABCABCABCABCABC » ; en l'occurrence il s'agirait d'un encodage de m=15 colonnes comportant m/5=3 encodages différents avec chaque encodage qui est répété 5 fois et chaque 20 suite d'encodage « ABC » qui est également ici répétée 5 fois. De préférence, les m colonnes du sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » comportent des encodages tous différents les uns des autres. Il s'agit alors d'un cas préféré, ou dit « cas parfait » car chaque colonne est alors facilement identifiable en terme de positionnement, c'est une 25 configuration du masque comportant un minimum d'ambigüité. Selon un autre exemple intéressant, le nombre de colonnes « m » est égal à « 2An », n le nombre de lignes. Par exemple, les lignes du sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » comportent des encodages représentant une succession de puissances 30 de 2. On entend ici par succession de puissances de 2 que les lignes du sous-motif considéré comportent un encodage représentant une succession de 3030066 8 structures périodiques dont le nombre de périodes, d'une ligne à une autre, est égal à 2°, 21 , 22, , 2n-1. Selon un exemple particulièrement intéressant, le sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » comporte n lignes et m=2An colonnes dont les lignes 5 comportent des encodages représentant une succession de puissances de 2. Ceci permet d'obtenir un encodage simple tout en s'assurant que toutes les colonnes comportent un encodage différent des autres. Possiblement, les encodages des colonnes ont été mélangés. Selon encore un autre exemple, le sous-motif défini par les lignes 10 « 1 » à « n » comporte n lignes et m=2An colonnes dont les lignes comportent des encodages représentant une succession de puissances de 2 et ont été mélangés. Pour réaliser un tel masque, le dispositif d'encodage comporte par exemple un agencement matriciel de zones réfléchissantes et de zones 15 absorbantes. Ou, selon un autre exemple, le dispositif d'encodage comporte un agencement matriciel de zones transparentes et de zones opaques. Dans une configuration de fonctionnement par transparence/opacité, le dispositif d'encodage comporte par exemple un système opto-électronique constitué de pixels dont la transparence optique est pilotable électroniquement, 20 le masque étant alors formé par le système opto-électronique. Un tel système opto-électronique particulièrement commode dans le cadre de la présente invention est par exemple un écran à cristaux liquides (LCD - Liquid Crystal Display). Dans une configuration de fonctionnement par réflexion/absorption, 25 le dispositif d'encodage comporte par exemple un système opto-électronique constitué de pixels dont la réflectivité optique est pilotable électroniquement, le masque étant alors formé par le système opto-électronique. Un tel système opto-électronique particulièrement commode dans le cadre de la présente invention est par exemple une matrice de micro-miroirs 30 (DMD Digital Micromirror Display). Selon un exemple de réalisation particulièrement commode, la source de lumière du projecteur comporte une source de lumière naturelle ou 3030066 9 une source de lumière artificielle. Par exemple, il peut s'agir d'une source de lumière artificielle continue, par exemple une lampe à filament ou à incandescence, une lampe halogène, une LED, ou autre. 5 Selon un exemple de configuration intéressant, le système optique de décomposition spectrale et le système optique de recombinaison spectrale sont le même système optique traversé dans un sens et en sens inverse par le faisceau. Une telle configuration permet de rendre le projecteur plus compact 10 en minimisant le nombre de composants pour sa réalisation. Selon encore un exemple intéressant, le projecteur comporte un diaphragme. Le diaphragme est par exemple positionné entre la source de lumière et le système optique de décomposition spectrale. Il est par exemple configuré pour délimiter géométriquement le faisceau. 15 Par exemple, le projecteur comporte un miroir convergent et/ou une lentille convergente positionné(s) entre la source de lumière et le système optique de décomposition spectrale sur un chemin optique du faisceau, voire entre la source de lumière et le diaphragme le cas échéant. Dans un exemple privilégié de réalisation, le système optique de 20 décomposition spectrale comporte un prisme optique. Il peut également comporter un réseau optique. Selon encore un autre exemple intéressant, le projecteur comporte au moins un objectif. L'objectif comporte par exemple une lentille convergente, ou un miroir, par exemple un miroir convergent. Dans une configuration 25 privilégiée, l'objectif est alors positionné après le système optique de décomposition spectrale sur un chemin optique du faisceau. Par exemple, le projecteur comporte une lentille convergente puis un miroir positionnés avant le système optique de décomposition spectrale sur un chemin optique du faisceau. 30 Le miroir est alors par exemple configuré pour renvoyer le faisceau dans une direction différente en fonction des besoins de compacité à donner au projecteur. 3030066 10 Selon un exemple privilégié de réalisation, le système optique de recombinaison spectrale comporte un prisme optique. Il peut également comporter un réseau optique. Selon encore un exemple intéressant, le projecteur comporte au 5 moins un objectif. L'objectif comporte par exemple une lentille convergente, ou un miroir, par exemple un miroir convergent. Dans une configuration privilégiée, l'objectif est positionné avant le système optique de recombinaison spectrale sur un chemin optique du faisceau. Selon encore un autre exemple intéressant, le projecteur comporte 10 un miroir puis une lentille convergente positionnés après le système optique de recombinaison spectrale, par exemple après le prisme, sur un chemin optique du faisceau. Le miroir est alors par exemple configuré pour renvoyer le faisceau dans une direction différente en fonction des besoins de compacité à donner au 15 projecteur. Est également proposé, selon un autre aspect de la présente invention, un scanner tridimensionnel à lumière structurée comportant un projecteur et un dispositif de détection, caractérisé en ce que le projecteur est un projecteur tel que décrit précédemment, comportant tout ou partie des 20 caractéristiques mentionnées précédemment, et en ce que le dispositif de détection est une caméra multi-spectrale. Avantageusement, la caméra comporte au moins 4 canaux spectraux. La caméra est par exemple disposée à une distance déterminée du 25 projecteur, appelée « base stéréoscopique ». Selon un exemple de réalisation particulièrement intéressant, la caméra multi-spectrale comporte au moins 6 canaux spectraux, voire 8, voire 9. Selon un autre exemple de réalisation intéressant, la caméra multispectrale est configurée pour utiliser un nombre de canaux spectraux égal à un 30 nombre de canaux spectraux définis par le masque du dispositif d'encodage. L'invention, selon un exemple de réalisation, sera bien comprise et ses avantages apparaitront mieux à la lecture de la description détaillée qui suit, 3030066 11 donnée à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 présente le principe général d'un projecteur selon un exemple de réalisation de la présente invention, 5 Les figures 2a et 2b détaillent des paramètres géométriques du faisceau-gabarit 2, La figure 3 montre schématiquement un exemple de réalisation d'éléments d'un projecteur selon la figure 1 formés de lames de verre à faces planes et parallèles, 10 La figure 4 montre schématiquement un autre exemple de réalisation des éléments de la figure 3, Les figures 5a et 5b illustrent respectivement la propagation du faisceau Fimax et du faisceau F),min, correspondant respectivement à la longueur d'onde maximale (2^,max) et à la longueur d'onde minimale (2^,,,m) du faisceau 15 incident, et la figure 5c illustre la propagation combinée des faisceaux extrêmes Fxmin et Fimax et présente un exemple de masque binaire double dont chaque sous-motif représente les 16 valeurs binaires d'une base canonique de degré 4, La figure 6 présente une définition de l'angle de dispersion spectrale, noté OEdispersion, caractérisant la dispersion spectrale introduite par le système 20 optique de décomposition spectrale 3, Les figures 7a et 7b présentent un exemple de faisceau incident qui est totalement encodé par le dispositif d'encodage 5, La figure 8 montre les positions géométriques des images optiques intermédiaires de la section Sfaisceau-gabarit du faisceau-gabarit 2 formées sur le 25 dispositif d'encodage 5 en fonction de la longueur d'onde de la lumière, La figure 9 illustre un exemple d'encodage spectral obtenu le long d'une ligne d'une image obtenue en sortie du système optique de recombinaison spectrale selon l'exemple de masque de la figure 5c, La figure 10 montre des zones du masque éclairées par cinq 30 faisceaux lumineux du faisceau incident de longueurs d'onde différentes dans un exemple où le faisceau incident comporterait cinq longueurs d'onde monochromatiques, 3030066 12 La figure 11 est une représentation schématique de l'image de sortie du système optique de recombinaison spectrale de l'exemple de la figure 10, La figure 12 présente les zones du masque éclairées par quatre canaux dans un exemple où le spectre optique du faisceau lumineux incident 5 est continu, La figure 13 est une représentation schématique de l'image de sortie du système optique de recombinaison spectrale de l'exemple de la figure 12, La figure 14 montre un autre exemple de motif de codage du masque et une représentation de l'encodage spectral obtenu le long d'une ligne dans 10 l'image de sortie, La figure 15 illustre un exemple de masque binaire dont les colonnes ont été mélangées, La figure 16 présente un projecteur selon un exemple de réalisation de la présente invention, 15 La figure 17 présente schématiquement un scanner tridimensionnel à lumière structurée selon un exemple de réalisation de la présente invention, et La figure 18, formée des figures 18a à 18d, montre des images de zones du masque observées par une caméra multispectrale dans les différents canaux spectraux de l'image projetée selon un exemple de réalisation de la 20 présente invention. Les éléments identiques représentés sur les figures précitées sont identifiés par des références numériques identiques. Le principe général d'un projecteur de lumière structurée selon l'invention est présenté schématiquement en figure 1 selon un exemple de 25 réalisation. Le projecteur comporte principalement (outre une source de lumière et un moyen de projection optionnel non représentés sur ce schéma) : - un système optique de décomposition spectrale 3, configuré pour réaliser une séparation géométrique des rayons du faisceau incident en fonction de leur longueur d'onde (par exemple une déviation 30 angulaire dépendante de la longueur d'onde au moyen d'un prisme ou d'un réseau optique, ou encore un décalage transversal du faisceau au moyen d'une lame de verre à faces planes et parallèles) 3030066 13 selon une direction essentiellement transverse à la marche du faisceau, par exemple ici selon une direction verticale représentée par un axe (Oy), et optionnellement pour focaliser et/ou concentrer le faisceau lumineux dans au moins un plan prédéterminé transversal à 5 un chemin optique du faisceau, et par exemple sur un dispositif d'encodage 5, également dit « de codage multiplicatif » 5, - le dispositif d'encodage 5, configuré pour encoder le spectre du faisceau lumineux dispersé spectralement, par exemple par masquage partiel, par exemple dans un cas de masque à niveaux de 10 gris, ou total, par exemple dans un cas de masque binaire, de certaines zones. A cet effet, le dispositif d'encodage 5 comporte par exemple un masque qui est par exemple une matrice de micro-miroirs (DMD-Digital Micromirror Device) pour réaliser le masquage en réflexion, ou, pour réaliser le masquage en transmission, un 15 masque optique ou un écran à cristaux liquides (LCD - Liquid Crystal Display), - et un système optique de recombinaison spectrale 8, configuré pour recombiner spectralement le faisceau lumineux, en compensant partiellement ou totalement la séparation géométrique (i.e. la 20 dispersion spectrale) des rayons incidents dépendante de la longueur d'onde qui a été introduite par le système optique de décomposition spectrale 3. Sur le schéma de la figure 1, le système optique de décomposition spectrale 3, le dispositif d'encodage 5 et le système optique de recombinaison 25 spectrale 8 sont représentés en ligne sur un même axe optique mais en pratique il peut bien entendu en être autrement compte tenu des décalages ou des déviations du faisceau lumineux pouvant être introduits par les composants optiques constituant ces éléments, ou par souci de compacité ou d'agencement des éléments du projecteur. 30 La fonction du système optique de recombinaison spectrale 8 peut éventuellement être assurée par le système optique de décomposition spectrale 3 si le projecteur est conçu de sorte que la lumière passe deux fois dans le 3030066 14 système optique de décomposition spectrale 3 : par exemple, une fois dans un sens et une fois en retour inverse. Autrement dit, le système optique de recombinaison spectrale 8 et le système optique de décomposition spectrale 3 peuvent en soi être formés des mêmes éléments, en une même entité 5 physique. Selon le présent exemple de réalisation schématisé, les éléments du projecteur sont possiblement configurés pour encoder un faisceau incident « optimal » géométriquement, c'est-à-dire que le faisceau incident est optimisé, matérialisé par un faisceau-gabarit 2 (voir figures 1, 2a et 2b). Le faisceau- 10 gabarit 2 considéré ici est centré sur l'axe optique d'entrée (Oz) du projecteur. Il présente par exemple une section rectangulaire (Sfaisceau-gabarit), sensiblement perpendiculaire à l'axe optique d'entrée (Oz), et centrée sur l'axe (Oz) en un point dit de focalisation ou concentration, noté E. Dans ce document, il est fait référence à cette section du faisceau, c'est-à-dire le faisceau formé dans la 15 section Sfaisceau-gabarit, sous le nom de « waist qui est le terme couramment utilisé en français, par analogie à un faisceau laser. Cette section (Sfaisceau-gabarit) est ici positionnée à une distance du système optique de décomposition spectrale 3, notée (dfaisceau-gabarit), sur l'axe optique d'entrée (Oz), considérée entre le point E et une entrée, en un point O, du système optique de 20 décomposition spectrale 3. Le faisceau-gabarit 2 en sortie du « waist » est en outre configuré pour présenter deux ouvertures angulaires Ctfaisceau-gabarit et pfaisceau-gabarit (représentés figures 2a et 2b) dans deux directions, respectivement ici Oy, qui représenté ici une direction verticale, et Ox, qui représente ici une direction horizontale, orthogonales l'une à l'autre et à l'axe 25 (Oz). Dans le cadre de la présente description, un faisceau-gabarit est considéré par défaut mais il pourrait bien entendu s'agir du faisceau incident non délimité géométriquement, comme ceci sera décrit ultérieurement. La fonction, optionnelle, de focalisation du faisceau lumineux sur le 30 dispositif de codage multiplicatif 5 du système optique de décomposition spectrale 3 consiste à former intégralement l'image du « waist » (i.e. de la section Sfaisceau-gabarit) sur le dispositif 5. 3030066 15 Sur le schéma de principe de la figure 1, la position du « waist » du faisceau est, au sens de l'optique géométrique, un objet réel pour le système optique de décomposition spectrale 3. Toutefois, la présente invention ne se limite pas qu'à cette configuration de faisceau d'entrée. Elle s'applique aussi si 5 la position du « waist » est virtuelle pour le système optique 3 ou si le « waist » est localisé à l'infini. Par exemple, s'il est localisé entre le système optique de décomposition spectrale 3 et le dispositif de codage multiplicatif 5, cela signifie que pour réaliser la fonction de focalisation du faisceau lumineux sur le dispositif de codage multiplicatif 5 le système optique de décomposition 10 spectrale 3 comporterait un système optique essentiellement divergent, alors que ce système optique de décomposition spectrale 3 est essentiellement convergent dans le cas de la figure 1 où le « waist » est un objet réel pour le système optique de décomposition spectrale 3. Enfin, dans le cas où le « waist » serait à l'infini, le système optique de décomposition spectrale 3 serait 15 possiblement essentiellement convergent et le dispositif de codage multiplicatif 5 serait par exemple positionné au niveau du foyer image du système optique de décomposition spectrale 3, selon les dimensions de l'image de la section Sfaisceau-gabarit (par le système optique de décomposition spectrale 3) et du masque du dispositif d'encodage 5 par exemple. 20 La fonction de focalisation/concentration du faisceau lumineux sur le dispositif de codage multiplicatif 5 du système optique de décomposition spectrale 3 est généralement un avantage pour réaliser un projecteur dont la richesse de l'encodage spectral est optimisée, c'est-à-dire que le taux de corrélation entre les encodages spectraux des différents éléments structurés 25 obtenus à la sortie du dispositif d'encodage spectral de faisceaux lumineux 5 est suffisamment faible. Néanmoins, certaines configurations moins performantes ou polyvalentes peuvent être envisagées sans cette fonction. Par exemple (voir figure 3), il est possible de réaliser un projecteur comportant une première lame de verre à faces planes et parallèles (dont les faces sont 30 inclinées par rapport à l'axe Oy d'un angle +0 autour de l'axe (Ox)) pour séparer géométriquement les rayons incidents en fonction de leur longueur d'onde (c'est-à-dire formant le système optique de décomposition spectrale 3), d'un 3030066 16 dispositif de codage multiplicatif 5 utilisé en transmission (par exemple un masque optique), et d'une seconde lame de verre à faces planes et parallèles (dont les faces sont inclinées par rapport à l'axe Oy de angle égal à -0 autour de l'axe (Ox)) pour recombiner spectralement rayons incidents (c'est-à-dire 5 formant le système optique de recombinaison spectrale 8). L'exemple représenté sur la figure 4 reprend le principe illustré sur la figure 3 en détaillant les chemins empruntés par le faisceau de longueur d'onde Àmin et le faisceau de longueur d'onde Àmax dans une configuration privilégiée dans laquelle ces faisceaux sont juxtaposés selon une ligne constituant une 10 frontière. La lumière constituant le faisceau incident est par exemple polychromatique : son spectre peut être discret (i.e. constitué d'un nombre fini de longueurs d'onde) ou continu. La gamme spectrale peut s'étendre dans les domaines ultraviolet et/ou visible et/ou infrarouge selon l'application. Le 15 faisceau peut donc provenir d'une source naturelle (soleil, lumière du jour, etc.) ou artificielle (lampe à incandescence, LED polychromatique, jeu de plusieurs LED quasi-monochromatiques, jeu de plusieurs diodes lasers, etc.). Le projecteur est avantageusement optiquement configuré pour une gamme donnée de longueurs d'onde, notée ici [2min-2max]. Les figures 5a et 20 5b représentent respectivement la propagation optique de la lumière dans les principaux composants optiques précités du projecteur pour la longueur d'onde maximale (?max) et la longueur d'onde minimale (?min) du faisceau incident, en particulier lorsque celui-ci est matérialisé par le faisceau-gabarit 2. Dans ces figures, la dispersion spectrale des rayons incidents est supposée être une 25 déviation angulaire verticale produite en entrée du système optique de décomposition spectrale 3 et l'image du waist du faisceau-gabarit est formée sur le dispositif de codage multiplicatif 5 par exemple par un système optique convergent (par exemple une lentille en transmission ou un miroir en réflexion), par exemple localisé en sortie du système optique de décomposition spectrale 30 3. Bien que dans ces schémas, la dispersion spectrale soit réalisée avant la reprise d'image par le système optique convergent, ces deux fonctions peuvent aussi être réalisées dans l'ordre inverse. 3030066 17 La figure 5c illustre la propagation combinée de ces deux faisceaux extrêmes. L'angle oedispersion de dispersion spectrale introduite dans le système optique de décomposition spectrale 3 entre les faisceaux Fimin et Fxmax est représenté sur la figure 6. Dans les schémas des figures 5a, 5b et 5c, les 5 caractéristiques optiques du système optique de décomposition spectrale 3 sont configurés pour que ces deux faisceaux extrêmes, notées Fxmin et F2,max, intersectent, rencontrent, le masque du dispositif d'encodage 5 selon deux sections rectangulaires identiques (notées Smin et S2,max respectivement) et juxtaposées le long de la direction de la dispersion spectrale du faisceau (dans 10 cet exemple, nous supposons que la dispersion en longueur d'onde place Fxmin à une position verticale inférieure à celle de Fxmax). Cette condition, dite de juxtaposition dans la suite, est la configuration préférée de l'invention mais l'invention s'applique aussi si les zones d'intersections se recouvrent partiellement ou sont distantes l'une de l'autre. Lorsque les zones 15 d'intersections se recouvrent partiellement, le taux de corrélation entre les encodages spectraux contenus dans le faisceau lumineux de sortie du projecteur est plus élevé que dans le cas de la juxtaposition de ces deux zones. La richesse de l'encodage spectral diminue avec l'augmentation de ce taux de corrélation. Par exemple, dans un cas extrême où la déviation angulaire des 20 rayons incidents dans le système optique de décomposition spectrale 3 ne serait pas dépendante de la longueur d'onde, les zones d'intersection se recouvriraient totalement et chaque canal spectral traverserait (« verrait ») la même zone du dispositif de codage multiplicatif 5. Chaque canal spectral serait donc encodé par la même information et le taux de corrélation serait égal à 1. 25 Enfin, lorsque les zones d'intersections sont distantes l'une de l'autre, la richesse de l'encodage spectrale peut être conservée en adaptant le motif de codage multiplicatif à la géométrie de la figure lumineuse obtenue sur le dispositif de codage multiplicatif 5. Une telle configuration rend toutefois l'interprétation des mesures plus délicates. 30 Lorsque le faisceau incident est celui matérialisé par le faisceau- gabarit 2, la totalité de la lumière incidente est encodée et le champ total d'encodage du système est utilisé. Dans d'autres situations : 3030066 18 - Soit le faisceau incident est totalement encodé : c'est le cas par exemple d'un faisceau d'entrée 1 défini sur les figures 7a et 7b (et dont le cheminement optique est apparent sur la figure 5c) pour lequel : o une section Sfaisceau-exemple au point E est incluse dans la section 5 Sfaisceau-gabarit du faisceau-gabarit 2, o et les ouvertures angulaires OEfaisceau-exemple et Pfaisceau- exemple dans les deux directions Oy et Ox sont respectivement inférieures aux ouvertures angulaires OEfaisceau-gabarit et Pfaisceau-gabarit du faisceau-gabarit 2. - Soit une partie seulement du faisceau incident est encodée car 10 certains rayons sont physiquement diaphragmés, ou le faisceau incident est géométriquement délimité, soit en amont du système optique de décomposition spectrale 3 (situation qui serait alors analogue à celle d'un faisceau-gabarit) soit par le dispositif d'encodage 5 lui-même, par exemple dans un cas où une image sur le masque serait plus grande que la surface du masque. Par exemple, dans 15 le cas d'un faisceau incident enveloppant le faisceau-gabarit 2, seule la fraction du faisceau incident correspondant à ce gabarit sera encodée. Dans les schémas théoriques des figures 5a, 5b et 5c, le système optique de recombinaison spectrale 8 permettant de « recombiner » spectralement le faisceau lumineux, compense totalement la dispersion 20 spectrale des rayons incidents initialement introduite par le système optique de décomposition spectrale 3 : les faisceaux F),min et F),max se recombinent en effet totalement. Dans l'exemple de réalisation représenté sur ces figures, la recombinaison spectrale est réalisée avant une reprise d'image par un système optique convergent mais ces deux fonctions peuvent aussi être réalisées dans 25 l'ordre inverse. Le faisceau de sortie 9 obtenu en sortie du système optique de recombinaison spectrale 8 est centré sur l'axe optique de ce dernier (ici le même axe (Oz)) et se focalise à une position donnée de cet axe. Sa section, ici également rectangulaire, S'faisceau-gabarit (schématisée sur la figure 1 notamment) est sensiblement perpendiculaire à l'axe optique de sortie, et son point de 30 focalisation est noté E' (également représenté sur la figure 1 notamment). Les plans des sections Sfaisceau-gabarit et S'faisceau-gabarit sont conjugués optiquement par les éléments du projecteur situés entre eux. Sur ces figures, l'image S'faisceau- 3030066 19 gabarit de la section Sfaisceau-gabarit est formée dans un espace image réel du système optique de recombinaison spectrale 8, mais il est possible de la former dans l'espace image imaginaire (par un choix adapté des éléments du système optique de recombinaison spectrale 8) si l'application le nécessite. 5 Un exemple de masque 51 du dispositif de codage multiplicatif 5 est représenté à l'emplacement de ces deux sections Smin et Sxmax sur les figures 5a, 5b et 5c : il s'agit ici d'un masque d'encodage binaire pour lequel les zones noires du masque représentent les parties opaques à la lumière (dans un cas de masque opérant en transmission ; ces zones correspondant à des zones 10 absorbantes dans un cas de masque opérant en réflexion), équivalant à la valeur multiplicative 0 du flux lumineux le traversant, et les zones blanches représentent les parties transparentes (dans le cas d'un masque opérant en transmission ; ces zones correspondant à des zones réfléchissantes dans le cas d'un masque opérant en réflexion), équivalant à la valeur multiplicative 1. 15 Le masque 51 est constitué de lignes et de colonnes, en particulier ici le motif de base, ou sous-motif, comporte m=16 colonnes et n=4 lignes à titre d'exemple : les colonnes du masque sont orientées suivant la direction liée à la dispersion spectrale du faisceau, i.e. la direction verticale sur ces figures (soit l'axe (Oy)), et les lignes sont perpendiculaires à la direction des colonnes, i.e. 20 orientées ici suivant la direction transverse horizontale (soit l'axe (0x)). Dans le cas de cet exemple, le masque 51 encode les deux faisceaux F2,min et F2,max de manière identique. Cet exemple d'encodage présente donc une répétition d'un motif de base (la moitié supérieure ou la moitié inférieure du masque) suivant la direction associée à la dispersion spectrale du faisceau : dans ce document, il 25 est par exemple fait référence à ce type particulier d'encodage sous la dénomination « codage double » ou « masquage double ». Le motif de base du masque double contient ici 16 valeurs binaires d'une base canonique de degré 4, ici classées par ordre croissant de gauche à droite sur les figures 5a, 5b et 5c (à savoir pour chaque colonne à partir de la gauche selon les lignes en partant 30 de celle du haut par exemple : 0000, 0001, 0010, ..., 1111), dont les 4 bits sont respectivement associés aux quatre lignes du motif. Le principe de fonctionnement du dispositif de codage multiplicatif 5 3030066 20 est présenté sur les figures 8 à 13 sur la base de cet exemple de motif de codage. En outre, pour simplifier les explications et alléger la formulation mathématique de l'encodage spectral du faisceau, le grandissement du système optique de décomposition spectrale 3 et celui du système optique de 5 recombinaison spectrale 8 sont ici positifs et égaux à 1 (comme représenté sur la figure 8), et les transmissions optiques de ces deux dispositifs sont égales à 1 sur l'ensemble de leurs champs optiques utiles. La variation de ces grandissements et les transmissions optiques avec la longueur d'onde sont également négligées. Pour les mêmes raisons, la déviation angulaire introduite 10 par le système optique de décomposition spectrale 3 est supposée linéaire avec la longueur d'onde et l'angle oedispersion de dispersion spectrale introduite entre les faisceaux Fimin et Fxmax est considéré comme étant suffisamment faible pour exprimer la formulation mathématique de l'encodage spectral du faisceau dans le cadre de l'approximation des petits angles (c'est à dire que l'on 15 peut supposer que tan( Mbispersion) oedispersion). L'hypothèse de linéarité de la déviation avec la longueur d'onde et l'approximation des petits angles permettent de considérer que le faisceau lumineux intersecte, rencontre, le plan du masque 51 selon une section rectangulaire dont la position varie linéairement en fonction de la longueur d'onde entre la position S2,rnin et la 20 position Sxmax. Néanmoins, la présente invention s'applique aussi si ces grandissements et transmissions optiques sont différents de 1, si la déviation angulaire introduite par le système optique de décomposition spectrale 3 est non linéaire avec la longueur d'onde (par exemple dans le cas d'un prisme optique) et si l'angle OEdispersion est important. 25 Les luminances spectrales des images formées au niveau des sections Sfaisceau-gabarit et &faisceau-gabarit sont respectivement notées F(Xn,yn,n) et F'(x'n,y'nd^,) sur la figure 8. Dans cette formulation, 241 est la valeur normalisée de la longueur d'onde : =(X - Xmin)/(Xmax - Xmin) avec Xmin Xmax. De manière similaire, (xn,yn) et (x'n,y'n) sont les valeurs normalisées des 30 coordonnées des points localisés sur les sections Sfaisceau-gabarit et S'faisceau-gabarit respectivement (comme représenté sur la figure 8). Enfin, la fonction multiplicative (comprise entre 0 et 1) du dispositif de codage multiplicatif 5 est 3030066 21 notée M(x"n,y"n) sur la figure 8, avec (x"n,y"n) les valeurs normalisées des coordonnées des points localisés sur la zone utile de codage (zone rectangulaire représentée en pointillées sur la figure 8), c'est-à-dire du masque. La position du faisceau lumineux dans la zone utile de codage est représentée 5 sur cette figure pour trois valeurs de la longueur d'onde : = 2unin (cas de la figure 5b), 2 = kmax (cas de la figure 5a) et le cas où 2anin REVENDICATIONS1. Projecteur de lumière structurée comportant successivement : - une source de lumière (10) configurée pour émettre un faisceau d'un spectre continu entre une longueur d'onde minimale (Àmin) et une longueur d'onde maximale (Àmax), - un système optique de décomposition spectrale (3), configuré pour capter le spectre du faisceau émis par la source et le décomposer spectralement avec une image du faisceau à la longueur d'onde minimale (Àmin) jouxtant une image du faisceau à la longueur d'onde maximale (Àmax) dans au moins un plan prédéterminé transversal à un chemin optique du faisceau et le long d'une ligne de ce plan constituant une frontière, - un dispositif d'encodage (5) configuré pour encoder le spectre décomposé spectralement, le dispositif d'encodage comportant un masque (51, 90), le masque (51, 90) étant positionné dans le plan prédéterminé, et le masque (51, 90) comportant un motif matriciel d'encodage binaire formé d'une série de 2*n lignes et d'une série de m colonnes, où « n » est égal ou supérieur à 4, et où « m » est égal ou supérieur à 16, une démarcation entre les lignes « n » et « n+1 » étant superposée à ladite frontière, un sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » étant éclairé par l'image du faisceau à la longueur d'onde Àmin et un sous-motif défini par les lignes « n+1 » à « 2*n » étant éclairé par l'image du faisceau à la longueur d'onde Àmax le sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » étant identique ou 3030066 37 complémentaire du sous-motif défini par les lignes « n+1 » à « 2*n », et un sous-motif défini par les lignes « i » à « i+n » étant éclairé par une image du faisceau à une longueur d'onde À donnée comprise 5 entre Àm in et Àmax, les m colonnes étant perpendiculaires à cette démarcation et deux colonnes voisines comportant chacune un encodage binaire différent de l'autre, - un système optique de recombinaison spectrale (8) configuré pour 10 recombiner en un faisceau recombiné le spectre décomposé spectralement et encodé, et - un système optique de projection (150) configuré pour projeter le faisceau recombiné sur une scène à observer. 2. Projecteur selon la revendication 1 dans lequel le masque (51, 90) 15 comporte au moins m/5 encodages différents dans les m colonnes. 3. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans lequel un encodage est répété dans au plus 5 colonnes. 4. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel les m colonnes du sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » 20 comportent au maximum 5 répétitions d'une même suite d'encodages différents les uns des autres. 5. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel les m colonnes du sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » comportent des encodages tous différents les uns des autres. 25 6. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le nombre de colonnes « m » est égal à « 2An ». 7. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel les lignes du sous-motif défini par les lignes « 1 » à « n » comportent des encodages représentant une succession de puissances de 2. 3030066 38 8. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel la source de lumière (10) comporte une source de lumière naturelle ou une source de lumière artificielle, par exemple une source de lumière artificielle continue, par exemple une lampe à filament ou à 5 incandescence, une lampe halogène, une LED. 9. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel le dispositif d'encodage (5) comporte un agencement matriciel de zones réfléchissantes et de zones absorbantes. 10. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel 10 le dispositif d'encodage (5) comporte un agencement matriciel de zones transparentes et de zones opaques. 11. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou 10 dans lequel le dispositif d'encodage (5) comporte un système optoélectronique constitué de pixels dont la transparence optique est 15 pilotable électroniquement, le masque (51, 90) étant formé par le système opto-électronique. 12. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans lequel le dispositif d'encodage (5) comporte un système opto-électronique constitué de pixels dont la réflectivité optique est pilotable 20 électroniquement, le masque (51, 90) étant formé par le système opto- électronique. 13. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 dans lequel le système optique de décomposition spectrale (3) comporte un prisme optique (70) ou un réseau optique. 25 14. Projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel le système optique de recombinaison spectrale (8) comporte un prisme optique (130) ou un réseau optique. 3030066 39 15. Scanner tridimensionnel à lumière structurée comportant un projecteur et un dispositif de détection, caractérisé en ce que le projecteur est un projecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 et en ce que le dispositif de détection est une caméra multi-spectrale comportant 5 au moins 4 canaux spectraux, la caméra étant disposée à une distance déterminée du projecteur, appelée « base stéréoscopique ».