Brevet FR3128530A1 — publié le 20230428

L'invention concerne un procédé de calibrage géométrique extrinsèque pour un système d’acquisition de données tridimensionnelles comportant au moins un capteur (10) de mesure tridimensionnelle qui est associé à un repère capteur (Oc), procédé qui vise à définir la transformation géométrique entre le repère capteur (Oc) et un repère monde (Om), au moyen d’un ensemble de mires (M0, M1, M2, M3, M4) statiques, caractérisé en ce que le procédé comprend une étape initiale de localisation des mires (M0, M1, M2, M3, M4) qui vise à déterminer les coordonnées des mires (M0, M1, M2, M3, M4) dans le repère capteur (Oc), au moyen du capteur (10) de mesure tridimensionnelle, une première étape d’estimation du roulis (Rx), du tangage (Ry) et de la translation verticale (Tz) par minimisation d’une première fonction coût basée sur la caractéristique géométrique d’agencement des mires (M0, M1, M2, M3, M4) sur le plan (P) de calibrage, et une seconde étape d’estimation du lacet (Rz), de la translation longitudinale (Tx) et de la translation transversale (Ty) par minimisation d’une pluralité de secondes fonctions coût basées sur la caractéristique géométrique d’alignement des mires (M0, M1, M2, M3, M4) dans le repère monde (Om). Figure pour l’abrégé : Fig ure 1 Procédé de calibrage géométrique extrinsèque pour un système d’acquisition de données tridimensionnelles La présente demande de brevet se rapporte au calibrage géométrique extrinsèque pour un système d’acquisition de données tridimensionnelles au moyen de mires statiques. Il est connu d’utiliser un système d’acquisition de données tridimensionnelles notamment pour générer des cartes en trois dimensions qui peuvent être exploitées par un calculateur, par exemple dans le but d’assister le conducteur d’un véhicule en détectant un obstacle ou en estimant le temps avant collision avec un obstacle. L’acquisition des données tridimensionnelles est généralement réalisée au moyen d’un capteur de mesure tridimensionnelle, par exemple une caméra ou un dispositif laser de mesure à distance connu sous l’acronyme anglais LIDAR pour « Light Detection And Ranging », qui est associé à un calculateur. Les données acquises par le capteur de mesure tridimensionnelle sont référencées dans le repère cartésien du capteur à l’aide d’un calibrage intrinsèque du capteur. De plus, il est nécessaire de procéder à un calibrage géométrique extrinsèque du capteur pour pouvoir exprimer les points détectés par le capteur de mesure tridimensionnelle dans un autre repère, par exemple un repère monde. Le calibrage extrinsèque du capteur de mesure tridimensionnelle consiste à estimer la position relative entre le capteur de mesure tridimensionnelle et un repère dans lequel les données acquises sont exploitées, que l’on appellera par la suite le repère monde. Autrement dit, le calibrage extrinsèque du capteur de mesure tridimensionnelle consiste à déterminer la transformation géométrique entre le repère capteur et le repère monde. La transformation géométrique qui permet le calibrage du capteur est caractérisée par des paramètres extrinsèques qui comprennent trois angles de rotation dont le roulis autour d’un axe longitudinal du repère monde, le tangage autour d’un axe transversal du repère monde et le lacet autour d’un axe vertical du repère monde, et trois translations dont une translation transversale, une translation longitudinale et une translation verticale. Pour définir cette transformation géométrique et réaliser un calibrage extrinsèque du capteur de mesure tridimensionnelle, il est connu d’utiliser un procédé de calibrage extrinsèque qui vise à déterminer les coordonnées d’une pluralité de mires de calibrage dans le repère capteur, au moyen du capteur de mesure tridimensionnelle. Selon ce type de procédé de calibrage extrinsèque, les mires sont statiques et sont agencées dans la scène capturée par le capteur de mesure tridimensionnelle, dans des positions précises, par exemple sur un damier. Aussi, on connaît un procédé de calibrage extrinsèque du type auto-calibrage qui ne nécessite pas de mires de calibrage mais qui demande à entraîner en déplacement le capteur de mesure tridimensionnelle. Le procédé de calibrage extrinsèque de capteur de mesure tridimensionnelle du type décrit précédemment présente des contraintes de positionnement des mires de calibrage qui doivent être positionnées de façon précise, ce qui limite la flexibilité et la rapidité de mise en œuvre d’un tel type de procédé de calibrage. Les procédés de calibrage extrinsèque de capteur de mesure tridimensionnelle du type automatiques sont ici rédhibitoires car ils nécessitent une mise en mouvement du capteur de mesure. La présente invention a notamment pour but de résoudre ces inconvénients. On atteint cet objectif, ainsi que d’autres apparaîtront à la lecture de la description qui suit, avec un procédé de calibrage géométrique extrinsèque pour un système d’acquisition de données tridimensionnelles comportant au moins un capteur de mesure tridimensionnelle qui est associé à un repère capteur, procédé qui vise à définir la transformation géométrique entre le repère capteur et un repère monde, au moyen d’un ensemble de mires statiques, la transformation géométrique étant caractérisée par des paramètres extrinsèques qui comprennent, en référence au repère monde, trois angles de rotations dont le roulis autour d’un axe longitudinal, le tangage autour d’un axe transversal et le lacet autour d’un axe vertical, et trois translations dont une translation longitudinale, une translation transversale et une translation verticale, caractérisé en ce que l’ensemble de mires comprend au moins trois mires non colinéaires qui sont agencées sur une surface plane formant un plan de calibrage, et qui sont disposées de sorte que l’ensemble des mires comprend au moins : - deux mires alignées suivant l’axe longitudinal du repère monde, - deux mires alignées suivant l’axe transversal du repère monde, et - une mire agencée à l’origine du repère monde, et en ce que le procédé comprend au moins : - une étape initiale de localisation des mires qui vise à déterminer les coordonnées des mires dans le repère capteur, au moyen du capteur de mesure tridimensionnelle, - une première étape d’estimation du roulis, du tangage et de la translation verticale par minimisation d’une première fonction coût basée sur la caractéristique géométrique d’agencement des mires sur ladite surface plane formant plan de calibrage, et - une seconde étape d’estimation du lacet, de la translation longitudinale et de la translation transversale par minimisation d’une pluralité de secondes fonctions coût basées sur la caractéristique géométrique d’alignement des mires dans le repère monde. Suivant d’autres caractéristiques optionnelles du procédé selon invention, prises seules ou en combinaison : - la première fonction coût utilisée dans la première étape d’estimation est la suivante : coût (Rx, Ry, Tz) = |Rx.Ry.[0;0;1].Mci+Tz| avec Mci les coordonnées de la mire indexée, dans le repère capteur ; - les secondes fonctions coût utilisées dans la seconde étape d’estimation sont au moins les suivantes : coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm0.y – Mm1.y||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm1.x||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm2.x||, et coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm2.y||, avec Mm0.y et Mm1.y les coordonnées suivant l’axe transversal des mires alignées suivant l’axe longitudinal dans le repère monde, et Mm1.x, Mm2.x les coordonnées suivant l’axe longitudinal des mires alignées suivant l’axe transversal dans le repère monde, et avec Mm2.x, Mm2.y les coordonnées suivant l’axe longitudinal et l’axe transversal de la mire agencée à l’origine du repère monde ; - l’ensemble de mires comprend cinq mires qui sont agencées en U sur le plan de calibrage, de sorte que, en référence au repère monde, deux mires sont alignées suivant l’axe longitudinal, trois mires sont alignées suivant l’axe transversal, deux mires sont alignées suivant l’axe longitudinal et deux mires sont alignées suivant l’axe transversal et une mire est agencée à l’origine du repère monde ; - les secondes fonctions coût utilisées dans la seconde étape d’estimation sont au moins les suivantes : coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm3.y – Mm4.y||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm0.x – Mm4.x||, et coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm3.x||, avec Mm3.y et Mm4.y les coordonnées suivant l’axe transversal des mires alignées suivant l’axe longitudinal dans le repère monde, et Mm0.x, Mm4.x les coordonnées suivant l’axe longitudinal des mires alignées suivant l’axe transversal et Mm3.x la coordonnée suivant l’axe longitudinal d’une des trois mires alignées suivant l’axe transversal ; - les mires sont équipées chacune d’un dispositif pour favoriser la réflectivité des rayons lumineux pour favoriser l’étape initiale de localisation des mires par le capteur de mesure tridimensionnelle ; - ledit capteur de mesure tridimensionnelle est un dispositif laser de mesure à distance. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence à la annexée, qui illustre : : une vue schématique de cinq mires statiques agencées sur un sol formant plan de calibrage, et un capteur de mesure tridimensionnelle qui est destiné à être calibré au moyen des mires et par un procédé de calibrage selon l’invention. Pour clarifier le texte de la présente demande, on adoptera à titre non limitatif la terminologie longitudinal, vertical et transversal en référence aux axes Omx, Omz, Omy respectivement du repère monde Om indiqué à la , le plan P de calibrage étant considéré comme horizontal. Procédé de calibrage géométrique extrinsèque pour un système d’acquisition de données tridimensionnelles comportant au moins un capteur (10) de mesure tridimensionnelle qui est associé à un repère capteur (Oc), procédé qui vise à définir la transformation géométrique entre le repère capteur (Oc) et un repère monde (Om), au moyen d’un ensemble de mires (M0, M1, M2, M3, M4) statiques, la transformation géométrique étant caractérisée par des paramètres extrinsèques qui comprennent, en référence au repère monde (Om), trois angles de rotations dont le roulis (Rx) autour d’un axe longitudinal (Omx), le tangage (Ry) autour d’un axe transversal (Omy) et le lacet (Rz) autour d’un axe vertical (Omz), et trois translations dont une translation longitudinale (Tx), une translation transversale (Ty) et une translation verticale (Tz), caractérisé en ce que l’ensemble de mires (M0, M1, M2, M3, M4) comprend au moins trois mires non colinéaires (M0, M1, M2, M3, M4) qui sont agencées sur une surface plane formant un plan (P) de calibrage, et qui sont disposées de sorte que l’ensemble des mires (M0, M1, M2, M3, M4) comprend au moins : - deux mires (M0, M1) alignées suivant l’axe longitudinal (Omx) du repère monde (Om), - deux mires (M1, M2) alignées suivant l’axe transversal (Omy) du repère monde (Om), - et une mire (M2) agencée à l’origine du repère monde (Om), et en ce que le procédé comprend au moins : - une étape initiale de localisation des mires (M0, M1, M2, M3, M4) qui vise à déterminer les coordonnées des mires (M0, M1, M2, M3, M4) dans le repère capteur (Oc), au moyen du capteur (10) de mesure tridimensionnelle, - une première étape d’estimation du roulis (Rx), du tangage (Ry) et de la translation verticale (Tz) par minimisation d’une première fonction coût basée sur la caractéristique géométrique d’agencement des mires (M0, M1, M2, M3, M4) sur ladite surface plane formant plan (P) de calibrage, et - une seconde étape d’estimation du lacet (Rz), de la translation longitudinale (Tx) et de la translation transversale (Ty) par minimisation d’une pluralité de secondes fonctions coût basées sur la caractéristique géométrique d’alignement des mires (M0, M1, M2, M3, M4) dans le repère monde (Om). Procédé de calibrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première fonction coût utilisée dans la première étape d’estimation est la suivante : coût (Rx, Ry, Tz) = |Rx.Ry.[0;0;1].Mci+Tz| avec Mci les coordonnées de la mire (M0, M1, M2, M3, M4) indexée, dans le repère capteur (Oc). Procédé de calibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les secondes fonctions coût utilisées dans la seconde étape d’estimation sont au moins les suivantes : coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm0.y – Mm1.y||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm1.x||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm2.x||, et coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm2.y||, avec Mm0.y et Mm1.y les coordonnées suivant l’axe transversal (Omy) des mires (M0, M1) alignées suivant l’axe longitudinal (Omx) dans le repère monde (Om), et Mm1.x, Mm2.x les coordonnées suivant l’axe longitudinal (Omx) des mires (M1, M2) alignées suivant l’axe transversal (Omy) dans le repère monde (Om), et avec Mm2.x, Mm2.y les coordonnées suivant l’axe longitudinal (Omx) et l’axe transversal (Omy) de la mire (M2) agencée à l’origine du repère monde (Om). Procédé de calibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’ensemble de mires comprend cinq mires (M0, M1, M2, M3, M4) qui sont agencées en U sur le plan (P) de calibrage, de sorte que, en référence au repère monde (Om), deux mires (M0, M1) sont alignées suivant l’axe longitudinal (Omx), trois mires (M1, M2, M3) sont alignées suivant l’axe transversal (Omy), deux mires (M3, M4) sont alignées suivant l’axe longitudinal (Omx) et deux mires (M0, M4) sont alignées suivant l’axe transversal (Omy) et une mire (M2) est agencée à l’origine du repère monde (Om). Procédé de calibrage selon la revendication 4, caractérisé en ce que les secondes fonctions coût utilisées dans la seconde étape d’estimation sont au moins les suivantes : coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm3.y – Mm4.y||, coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm0.x – Mm4.x||, et coût (Rz, Tx, Ty) = ||Mm3.x||, avec Mm3.y et Mm4.y les coordonnées suivant l’axe transversal (Omy) des mires (M3, M4) alignées suivant l’axe longitudinal (Omx) dans le repère monde (Om), et Mm0.x, Mm4.x les coordonnées suivant l’axe longitudinal (Omx) des mires (M0, M4) alignées suivant l’axe transversal (Omy) et Mm3.x la coordonnée suivant l’axe longitudinal (Omx) d’une des trois mires (M3) alignées suivant l’axe transversal (Omy). Procédé de calibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les mires (M0, M1, M2, M3, M4) sont équipées chacune d’un dispositif pour favoriser la réflectivité des rayons lumineux pour favoriser l’étape initiale de localisation des mires (M0, M1, M2, M3, M4) par le capteur (10) de mesure tridimensionnelle. Procédé de calibrage selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit capteur (10) de mesure tridimensionnelle est un dispositif laser de mesure à distance.