Brevet FR3087037A1 — publié le 20200410

I L'invention concerne un procédé d'acquisition d'images de scènes d'un environnement et une méthode de construction d'un modèle numérique 3D à partir des images. Pour afficher un modèle numérique d'une scène incluant un ensemble d'objets 3D réels, par exemple sur un écran ou au moyen d'un casque de réalité augmentée, il est connu de construire un nuage de point qui discrétise l'enveloppe externe de chacun des objets. Pour cela, une méthode connue consiste à acquérir des images au moyen d'une ou plusieurs caméras disposées en différents emplacements d'acquisition et/ou selon différentes directions d'observations, puis à générer le nuage de points à partir des images, par exemple par stéréoscopie. Le problème associé à cette méthode est que bien qu'elle soit capable de rendre compte avec une bonne résolution des détails des objets disposés auprès de la caméra, ceux disposés au loin sont quant à eux reproduits avec une plus faible résolution, liée à leur éloignement de la caméra. En effet, la résolution d'un pixel, qui est proportionnelle à l'inverse de la dimension d'une partie d'un objet qui est imagée par un pixel, diminue à mesure que la distance entre la caméra et l'objet augmente. Ainsi, pour une définition d'image donnée, définie en nombre de lignes et de colonnes de pixels définissant l'image, l'image peut comporter des pixels de résolutions différentes en fonction de la distance entre la caméra ayant acquis l'image et du ou des objets à imager. Ainsi, lors de l'affichage du modèle numérique 3D, un utilisateur peut observer un corps virtuel, généré pour l'affichage du modèle numérique, qui peut lui apparaître visuellement mal détaillé, même en s'approchant virtuellement au plus près du corps virtuel, ce corps représentant un objet disposé loin de la caméra lors de l'acquisition des images. L'invention vise à surmonter les inconvénients décrits ci-dessus et propose à cet effet un procédé d'acquisition d'images comportant le déplacement, en une pluralité d'emplacements d'acquisition, d'un dispositif d'acquisition comportant au moins une caméra, et l'acquisition en chaque emplacement d'acquisition d'au moins une image d'une scène au moyen de la caméra, chaque emplacement d'acquisition étant choisi de manière à ce que : 2 - les scènes, vues par la caméra en deux emplacements d'acquisition consécutifs et les images correspondantes se recouvrent au moins partiellement, et - la densité surfacique de pixels attribuée à au moins un élément de la scène correspondante qui est représenté dans l'image correspondante par une portion 5 à haute résolution, soit supérieure à 50 %, de préférence supérieure à 80 ?,70 d'une densité surfacique cible, la densité surfacique de pixels étant définie comme le rapport de l'aire de l'élément projeté dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de la caméra sur la quantité de pixels de la portion à haute résolution. 10 Une banque d'images comportant des images des scènes acquises peut ainsi avantageusement être formée, et on s'assure ainsi que chaque image de la banque comporte une portion à haute résolution. Le procédé d'acquisition selon l'invention rend ainsi possible la création d'un modèle 3D d'un environnement avec une résolution sensiblement homogène, en se basant sur les portions à haute résolution de chaque image, et en écartant 15 les portions définies avec une résolution plus faible. Lorsque le modèle 3D est affiché, un observateur, qui se déplace virtuellement entre les corps générés, peut ainsi les observer avec sensiblement le même niveau de détail. La portion à haute résolution représente de préférence plus de 20 % du nombre total de pixels définissant l'image. Elle peut représenter moins de 100 (14), moins de 80 %, 20 voire moins de 50 % du nombre total de pixels définissant l'image. La densité surface de pixels attribuée à un élément, par exemple un objet, de la scène représenté dans une image correspond au nombre de pixels représentant l'élément dans l'image, divisé par l'aire de l'élément. Elle peut être exprimée en px.mm-2 [pixels par millimètre carré]. Pax exemple, dans une image présentant une portion à haute résolution 25 dans laquelle est représenté un objet avec N pixels, la densité surfacique attribuée à l'élément est de N pixels par millimètre carré de surface de l'élément. La « densité surfacique cible » est déterminée par l'opérateur mettant en oeuvre le procédé d'acquisition, par exemple préalablement ou au cours de l'acquisition. Par souci de concision, on dénomme « densité surfacique de pixels de la 30 portion à haute résolution » la densité surfacique de pixels attribuée à au moins un élément de la scène qui est représenté dans l'image correspondante par une portion à haute résolution. 3 Une « scène » est une partie d'un environnement pouvant être observé par un dispositif d'acquisition d'images lorsque celui-ci est immobile à un emplacement d'acquisition donné. Une scène peut comporter au moins un, de préférence plusieurs éléments, notamment un objet. L'objet peut être un ouvrage, par exemple un pont ou un 5 tunnel, un immeuble, une maison, un stade, un navire, un entrepôt, un meuble urbain, par exemple un abribus, un article ornemental, un panneau de signalisation, un feu de signalisation, un mur, une paroi par exemple d'une galerie, ou une partie de ceux-ci. L'objet peut être un élément naturel, par exemple un arbre, un rocher, une montagne, une paroi d'une grotte. 10 Par ailleurs, l'opérateur sait, de façon routinière déterminer les emplacements d'acquisition pour assurer que la densité surfacique de pixels de la portion à haute résolution soit conforme à l'invention. Comme illustré schématiquement sur la figure 1, une caméra 5 comporte un objectif 10 et un capteur 15 doté de photosites 20. Chaque photosite reçoit une portion du 15 rayonnement 25 en provenance d'un objet 30 à imager passant à travers l'objectif et la convertit en information, généralement colorimétrique, à attribuer à un pixel correspondant dans l'image. La densité surfacique p associée à un élément d'une scène dans une image dépend de la distance focalelde l'objectif, de la distance D entre le plan principal objet 33 20 de l'objectif de la caméra et l'élément, et de la taille dp, du photosite sur le capteur de la caméra définissant un pixel. Elle est exprimée par la relation (1) suivante: P dp'(D - f) [ f I 2 = Par exemple, lorsque le plan principal objet de la caméra est disposé à une distance D égale à 5 m du plus proche objet d'une scène, pour une taille de photosite dpx = 25 1 um et pour une distance focale d'objectif de la caméra de 50 mm, la densité surfacique p associée à l'objet est d'environ 102 px.mm-2. Ainsi, après avoir déterminé une densité surfacique &tin d'une portion à haute résolution d'une image à acquérir, l'homme du métier sait qu'il doit positionner le dispositif d'acquisition par rapport à l'objet le plus proche de manière à assurer que la 30 distance D remplisse la condition (2) suivante: (1) 1 D à « C ». Le procédé selon l'invention est mis 10 en oeuvre afin d'acquérir des images de différentes scènes de l'environnement. Un dispositif d'acquisition 50 est positionné le long d'un itinéraire dont le sens de parcours est représenté par la flèche 51 entre des premier 55 et dernier 60 emplacements d'acquisition. Par souci de clarté, seuls quatre emplacements d'acquisition 55, 60 et 61, 62 sont représentés sur la figure 2, mais l'itinéraire peut en comporter un nombre plus élevé. 15 Le dispositif d'acquisition comporte de préférence plusieurs caméras, prenant des images différentes d'une même scène 63,64. Toutefois, par souci de clarté, l'angle de vue a et les images 70, 75 acquises par une seule caméra 65 sont représentées. Le dispositif d'acquisition est positionné de manière à respecter la condition (2) décrite préalablement. De cette façon, en chaque emplacement d'acquisition, on assure 20 que les images acquises par le dispositif comportent au moins une portion à haute résolution. Ainsi, comme observé sur la figure 4, les portions 80a-c de la paroi représentées sur la figure 3, vues par la caméra en chaque emplacement d'acquisition, qui sont disposées à une distance inférieure ou égale à D, sont représentées dans les images 25 correspondantes par des portions à haute résolution 85a-c, représentées en hachures 86 et délimitées par des lignes en pointillés 87. Les autres portions 90a-c des images comportent des portions dans lesquelles la densité de pixels maximale est plus faible que dans les portions 80a-c. Elles correspondent en effet à des portions 95a-c de la paroi situées à plus grande distance de la caméra à l'emplacement d'acquisition 61, 62 correspondant. 30 Par la suite, un modèle numérique 3D continu de l'environnement peut être généré au moyen des portions à haute résolution. Par exemple, à l'aide d'un traitement 12 photogrammétrique des portions à haute résolution 85a et 85b, un modèle élémentaire 3D de la portion de la paroi comportant la lettre « B » peut être généré. Lors de l'affichage du modèle numérique 3D, par exemple au moyen d'un casque de réalité augmentée, l'observateur peut se déplacer virtuellement autour de la zone 5 de la paroi modélisée comportant la lettre «B », et y observer le même niveau de détail quelque soit le niveau d'observation. Bien entendu, le procédé d'acquisition d'images peut être mis en oeuvre pour acquérir des images d'un environnement plus complexe que celui illustré dans le dessin. L'invention n'est REVENDICATIONS1. Procédé d'acquisition d'images comportant le déplacement, en une pluralité d'emplacements d'acquisition (61,62), d'un dispositif d'acquisition (50) comportant au moins une caméra (5,65), et l'acquisition en chaque emplacement d'acquisition d'au moins une image d'une scène au moyen de la caméra, chaque emplacement d'acquisition étant choisi de manière à ce que - les scènes (63, 64) vues par la caméra en deux emplacements d'acquisition consécutifs et les images (70,75) correspondantes se recouvrent au moins partiellement, et - la densité surfacique de pixels attribuée à au moins un élément de la scène correspondante qui est représenté dans l'image correspondante par une portion à haute résolution (85a-c), soit supérieure à 50 %, de préférence supérieure à 80 % d'une densité surfacique cible, la densité surfacique de pixels étant définie comme le rapport de l'aire de l'élément projeté dans un plan perpendiculaire à l'axe optique de la caméra sur la quantité de pixels de la portion à haute résolution. 2. Procédé selon la revendication 1, la densité surfacique cible étant supérieure ou égale à 50 px.mm-2 [pixels par millimètre carré], de préférence supérieure ou égale à 60 px.mm-2, mieux comprise entre 70 px.mm-2 et 100 px.mm-2. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la mise au point de la caméra est identique en tous les emplacements d'acquisition et/ou l'éclairage de la scène est d'intensité constante en tous les emplacements d'acquisition. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on déplace le dispositif d'acquisition le long d'un itinéraire (51) défini par les emplacements d'acquisition consécutifs, puis à partir du dernier emplacement d'acquisition (60) de l'itinéraire, on déplace le dispositif d'acquisition en direction du premier emplacement d'acquisition (55) de l'itinéraire, de manière à acquérir des scènes différentes de celles acquises lors du parcours de l'itinéraire. 14 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, le dispositif d'acquisition comportant au moins deux caméras, de préférence au moins cinq caméras, de préférence au moins dix caméras, mieux au moins quinze caméras, les caméras acquérant chacune une image de la scène correspondante selon un axe de 5 vue différent des autres, les images ainsi acquises d'une même scène se recouvrant entre elles. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'acquisition est déplacé entre des premier (55) et dernier (60) emplacements d'acquisition, et le nombre d'arrêts entre les premier et dernier 10 emplacements d'acquisition est inférieur à 10, de préférence inférieur à 5, de préférence le déplacement du dispositif d'acquisition entre les premier et dernier emplacements d'acquisition s'effectuant sans arrêt. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on déplace le dispositif d'acquisition le long d'un itinéraire (51) défini par les 15 emplacements d'acquisition consécutifs, l'itinéraire comportant plus de 10 emplacements d'acquisition par kilomètre, de préférence plus de 100 emplacements d'acquisition par kilomètre, voire plus de 1000 emplacements d'acquisition par kilomètre, voire même plus de 10000 emplacements d'acquisition par kilomètre, voire mieux plus de 100000 emplacements par kilomètre, sur la base de la longueur 20 de l'itinéraire. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on déplace le dispositif d'acquisition le long d'un itinéraire (51) défini par les emplacements d'acquisition consécutifs, l'itinéraire comportant plus de 1000 emplacement d'acquisition par kilomètre carré, voire plus de 10 000 emplacements 25 d'acquisition par kilomètre carré, voire plus de 1 million d'emplacements d'acquisition par kilomètre carré, voire plus de 10 millions d'emplacements d'acquisition par kilomètre carré et la surface sur laquelle les emplacements d'acquisition sont disposés est supérieure à 1 m2, voire supérieure à 100 m2, voire supérieure à 1000 m2, voire supérieure à 1000 m2. 30 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on acquiert au moins 5 fois, voire au moins 10 fois, voire au moins 50 fois un même élément en différents emplacements d'acquisition. 15 10 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la vitesse moyenne de déplacement du dispositif d'acquisition entre les premier et dernier emplacements d'acquisition est supérieure à 0,4 m 11 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant le déplacement en au moins 10 emplacements d'acquisition par minute, voire en au moins 60 emplacements d'acquisition par minute, voire en au moins 100 emplacements d'acquisition par minute. 12 Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la fréquence d'acquisition des images au cours du déplacement est supérieure à 0,5 10 Hz, notamment supérieure à 24 Hz. 13 Procédé selon l'une quelconque des revendications de l'image, la portion à haute résolution représentant plus de 20 % du nombre total de pixels définissant l'image, et de préférence moins de 100 % du nombre total de pixels définissant l'image. 14 Méthode de construction d'un modèle numérique 3D représentant au moins un 15 objet, comportant - l'acquisition d'une pluralité d'images entre des premier et dernier emplacements d'acquisition au moyen du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, - la sélection, pour chaque scène acquise, d'au moins une portion à haute 20 résolution dans au moins une image correspondante, - la construction d'un modèle élémentaire 3D de chaque scène acquise au moyen de la portion à haute résolution, et - l'assemblage des modèles élémentaires 3D pour réaliser le modèle numérique 3D continu entre les premier et dernier emplacements d'acquisition. 25 15 Méthode selon la revendication précédente, dans lequel la sélection de la ou des portions à haute résolution de l'image comporte : - la reconnaissance dans l'image, par exemple par corrélation d'images, de zones communes à l'image et à une autre image se recouvrant au moins partiellement avec l'image, 30 l'autre image étant acquise par la caméra en un autre emplacement d'acquisition ou étant acquise par une autre caméra du dispositif d'acquisition au même emplacement d'acquisition, 16 - le calcul de la distance entre le plan principal objet de la caméra telle que disposée à l'emplacement d'acquisition de l'image et les éléments de la scène correspondante représentés sur les zones communes de l'image, par exemple selon un algorithme de calcul stéréoscopique, de façon à déterminer la densité 5 surfacique des éléments de la scène correspondante, et - la sélection de la ou des portions de l'image représentant des éléments de la scène correspondante auxquels sont attribués une densité surfacique supérieure à 50 %, de préférence supérieure à 80 °,:b de la densité surfacique cible.