FR 3075354 A1 20190621 FR 1701334 A 20171220 Procede de reperage d'un plan de pose, dispositifs et procedes associes DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La presente invention concerne un procede de repel-age dans l'espace d'un « plan de pose » fixe ou mobile dans les six degres de liberte via l'utilisation d'une camera qui observe a distance des repel-es fixes. La presente invention se rapporte aussi a un procede d'obtention de l'orientation angulaire d'une ligne de visee d'une charge utile installee sur le dit « plan de pose o par rapport au nord geographique et a un procede d'obtention angulaire de l'orientation d'un corps, installe en haut d'un mat flexible, par rapport au nord geographique. La presente invention concerne egalement un dispositif de reperage et un vehicule associes. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Dans le domaine de repel-age d'un objet par un senseur d'observation, il est souhaitable de pouvoir localiser la position de l'objet dans un repere geographique. Pour cela, it convient d'être capable de repOrer la position absolue d'un point d'observation (en general, ses coordonnees dans un repere geographique), l'orientation absolue (c'est-adire l'angle par rapport au nord geographique) de Ia ligne de visee du senseur situe au point d'observation et pointe vers l'objet a reperer, ainsi que la distance de la cible au senseur. La distance de la cible au senseur est usuellement aisement obtenue par un telernetre mais il est delicat de reperer Ia position absolue du point d'observation et plus particulierement l'orientation absolue de la ligne de visee du senseur. Pour cela, de multiples techniques sont connues. Par exemple, il est possible d'utiliser un certain nombre d'amers, c'est-a-dire un certain nombre de point de coordonnees connues et visibles depuis le point d'observation, pourvu qu'ils existent. II est egalement connu d'utiliser : un chercheur de nord magnetique qui est tres sensible a la presence de champ Olectromagnetique et de masse metallique ; un systeme de geolocalisation differentiel tres volumineux et pas fonctionnel sous des zones couvertes comme les forets ; des corps celestes comme des Otoiles et un catalogue astrometrique de type Hipparcos ou des ephemerides de satellites qui impliqueraient de realiser continuellement la mesure avec un volume de baffle important pour limiter les Oclairements ainsi qu'une densite d'information assez pauvre pour le traitement des images en op6ration diurne avec un fonctionnement au sol tres difficile en presence d'une couverture nuageuse. 2 Aucune des techniques precedentes ne permet de garantir une bonne precision dans la determination de ('orientation d'un plan de pose, en integrant ('ensemble des contraintes listees ci-dessus. Pour remedier a un tel probleme, it est generalement utilise une centrale de 5 navigation. Une centrale de navigation est egalement appelee une centrale a inertie ou une centrale inertielle. Une centrale a inertie est un instrument utilise en navigation, capable d'integrer les mouvements d'un mobile (acceleration et vitesse angulaire) pour estimer son orientation (angles de roulis, de tangage et de cap), sa vitesse lineaire et sa position. L'estimation de position est relative au point de depart ou au dernier point de 10 recalage. Une centrale a inertie est un equipement de navigation comportant usuellement trois gyrometres ou gyroscopes mesurant les trois composantes du vecteur vitesse angulaire (vitesses de variation des angles de roulis, de tangage et de lacet) et trois accelerometres. La centrale a inertie comporte en outre un calculateur propre determiner a partir des mesures des gyrometres et accelerometre les angles d'attitude 15 (roulis, tangage et cap), le vecteur vitesse et la position. L'emploi d'une centrale de navigation sur un systeme permet de reperer Ia position absolue du point d'observation et son attitude avec une bonne precision, et ce dans tout type de milieu. En effet, une centrale de navigation presente, en outre, l'avantage d'être insensible a l'environnement, pour une large gamme de latitudes pas trop proches des poles geographiques de la terre, 20 notamment aux perturbations magnetiques et aux couvertures nuageuses. Cependant, Ia precision d'orientation du point d'observation au niveau de la charge utile n'est obtenue qu'a Ia condition que la centrale de navigation soit solidaire du point d'observation. Ce n'est notamment pas le cas pour un senseur deporte sur un mat de vehicule alors que la centrale reste au niveau du chassis dudit vehicule dans le cadre de 25 l'architecture Ia plus classique rencontree sur les systemes de ce type. Pour cela, it peut etre utilise un systeme AHRS (sigle de 'Attitude and Heading Reference System') determinant uniquement ('attitude au niveau de Ia charge utile. Mais, un tel systeme presente encore un cotat consequent, des problemes d'encombrement pour placer le systeme AHRS au voisinage des axes de reference de Ia 30 charge utile et implique un traitement d'hybridation des mesures du systeme AHRS celle de Ia centrale de navigation pour en restituer Ia performance. RESUME DE L'INVENTION II existe un besoin pour un procede de reperage d'un plan de pose fixe ou mobile, 35 le plan de pose etant destine a supporter une ou plusieurs charges utiles, qui soit précis et de mise en oeuvre aisee. 3 II est a noter que le reperage du plan de pose consiste a estimer sa 'pose', c'est-adire Ia position et ('attitude du plan de pose dans un repere connu. Pour cela, Ia description propose un procede de reperage d'un plan de pose, le plan de pose pouvant etre mobile par rapport au corps et etant destine a supporter au 5 moins une charge utile presentant une partie fixe, le plan de pose faisant partie d'un vehicule comportant un corps pour lequel au moins un element reference est defini, chaque element reference comportant une pluralite de points references, le procede etant mis en ceuvre par un dispositif de reperage, le dispositif de reperage etant dispose sur le plan de pose ou sur Ia partie fixe de Ia charge utile, le dispositif de reperage comportant 10 une camera et un calculateur, le procede de reperage comportant au moins une etape de prise d'une image par Ia camera, l'image comportant les points ou structures references, et de determination, par le calculateur, de ('orientation angulaire ou de ('attitude du plan de pose par rapport au corps a partir de l'image. Suivant des modes de realisation particuliers, le procede de reperage comprend 15 une ou plusieurs des caracteristiques suivantes prise(s) isolement ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - lors de l'etape de determination, it est egalement determine Ia position du plan de pose par rapport au corps. - l'etape de prise d'une image est mise en ceuvre plusieurs fois au moyen d'une 20 sequence video acquise par Ia camera, l'etape de determination etant mise en ceuvre a des instants predetermines sur Ia sequence video pour obtenir ('orientation angulaire ou ('attitude a chaque instant predetermine. - le corps est delimits par des contours ou presente des elements caracteristiques identifiables, les elements references etant des contours ou des elements 25 caracteristiques du corps du vehicule. - les elements references sont des diodes laser ou des diodes electroluminescentes. - le plan de pose est le plan de pose d'un mat, le mat faisant partie du vehicule. La presente description a egalement pour objet un procede d'obtention de 30 ('orientation angulaire d'une ligne de visee d'une charge utile par rapport au nord geographique, Ia charge utile etant disposee sur un plan de pose et presentant une partie fixe, le plan de pose faisant partie d'un vehicule comportant un corps pour lequel au moins un element reference est Mini, chaque element reference comportant une pluralite de points references, le vehicule comportant, en outre, un dispositif de reperage, le 35 dispositif de reperage etant dispose sur le plan de pose ou sur Ia partie fixe de Ia charge utile, le dispositif de reperage comportant une camera et un calculateur, le procede 4 comportant au moins une etape de mesure de l'orientation angulaire du corps par rapport au nord geographique pour obtenir une orientation mesuree, une etape de mise en oeuvre des etapes d'un procede de reperage tel que precedemment decrit, pour obtenir l'orientation angulaire du plan de pose par rapport au corps. Le procede comporte 5 egalement une etape d'obtention de l'orientation angulaire de Ia ligne de visee dans un repere lie au plan de pose, et une etape de calcul de l'orientation angulaire de la ligne de visee de Ia charge utile par rapport au nord geographique a partir de l'orientation mesuree, de l'orientation angulaire du plan de pose par rapport au corps et de l'orientation angulaire de la ligne de visee dans un repere lie au plan de pose. 10 La presente description concerne egalement un procede d'obtention de l'orientation angulaire d'un corps par rapport au nord geographique, au moins un element reference Want Mini pour le corps, chaque element reference comportant une pluralite de points references, le corps faisant partie d'un vehicule comportant un plan de pose, le plan de pose etant destine a supporter au moins une charge utile presentant une partie 15 fixe, le vehicule comportant, en outre, un dispositif de reperage, le dispositif de reperage etant dispose sur le plan de pose ou sur Ia partie fixe de la charge utile, le dispositif de reperage comportant une camera et un calculateur, le procede comportant au moins une etape de mesure de l'orientation angulaire du plan de pose par rapport au nord geographique pour obtenir une orientation mesuree, de mise en oeuvre des &apes d'un 20 procede de reperage tel que precedemment decrit, pour obtenir l'orientation angulaire du corps par rapport au plan de pose et de calcul de l'orientation du corps par rapport au nord geographique a partir de l'orientation mesuree et de l'orientation angulaire. Selon un mode de realisation particulier d'un procede d'obtention precedent, le vehicule est pourvu d'une centrale de navigation, l'etape de mesure de l'orientation 25 angulaire etant mise en oeuvre a partir de donnees issues de Ia centrale de navigation. La presente description a egalement pour objet un dispositif de reperage d'un plan de pose, le plan de pose etant destine a supporter au moins une charge utile presentant une partie fixe, le plan de pose faisant partie d'un vehicule comportant un corps pour lequel au moins un element reference est Mini, chaque element reference (comportant 30 une pluralite de points references, le dispositif de reperage etant dispose sur le plan de pose ou sur la partie fixe de la charge utile, le dispositif de reperage comportant une camera propre a prendre une image, l'image comportant la pluralite de points references, et un calculateur propre a determiner l'orientation angulaire ou ('attitude du plan de pose par rapport au corps a partir de l'image. 35 La presente description concerne egalement un vehicule comportant un corps pour lequel au moins un element reference est Mini, chaque element reference 5 comportant une pluralite de points references. Le vehicule comportant, en outre, un mat comportant un plan de pose, le plan de pose etant destine a supporter au moins une charge utile et un dispositif de reperage tel que precedemment decrit. 5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caracteristiques et avantages de l'invention apparaTtront a la lecture de Ia description qui suit de modes de realisation de l'invention, donnee a titre d'exemple uniquement et en reference aux dessins qui sont : - figure 1, un schema-bloc d'un vehicule comportant un corps et un mat, 10 - figure 2, une vue de haut d'un exemple de configuration d'elements references, - figure 3, une vue de haut d'un autre exemple de configuration d'elements references, - figure 4, une vue de haut d'encore un autre exemple de configuration d'elements references, 15 - figure 5, une representation schematique d'un vehicule, et - figure 6, un ordinogramme d'un exemple de mise en oeuvre du procede de d'obtention de ('orientation d'une ligne de visee d'une charge utile par rapport au nord geographique. 20 DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS Un vehicule 10 est represents schematiquement sur la figure 1. Le vehicule 10 est, par exemple, un vehicule terrestre. En variante, le vehicule 10 est un sous-marin, un avion, un helicoptere ou un vehicule spatial. Le vehicule 10 comporte un corps 12, un mat 14 comprenant un plan de pose 16, 25 une charge utile 18 et un dispositif de reperage 20. Au moins un element reference 22 est Mini pour le corps 12. Chaque element reference 22 comporte une pluralite de points references. Le mat 14 est, par exemple, un mat telescopique. Le plan de pose 16 est Ia face superieure de Ia tete du mat 14. 30 Le plan de pose 16 est destine a supporter au moins une charge utile 18. La charge utile 18 disposee sur le plan de pose 16 est, par exemple, un senseur. Par exemple, le senseur est un senseur optronique. A titre d'illustration, le senseur optronique est un systeme comportant une tete optronique, un ensemble mecanique permettant de positionner et d'orienter la tete. 35 Selon un autre exemple, le senseur est un radar, un telemetre ou un sonar. Alternativement ou en complement, la charge utile 18 est un effecteur. 6 Par exemple, l'effecteur est une arme laser, une arme electromagnetique, un brouilleur ou un armement balistique. Le dispositif de reperage 20 est propre a reperer le plan de pose 16 par rapport au corps 12. 5 Le dispositif de reperage 20 comporte une camera 24 propre a prendre une image, l'image comportant la pluralite de points references. Selon un cas particulier, le dispositif de reperage 20 comporte une camera 24 propre a prendre une sequence d'images, sequence dans laquelle au moins une image comporte une pluralite de points references. 10 La camera 24 presente ainsi un champ de vision englobant le corps 12 ou une partie du corps 12. Le dispositif de reperage 20 comporte aussi un calculateur 26 propre a determiner l'orientation angulaire du plan de pose 16 par rapport au corps 12. Le fonctionnement du dispositif de reperage 20 est maintenant decrit en reference 15 a une mise en oeuvre d'un procede de reperage, ou comme explique precedemment calcul de pose (position et attitude), du plan de pose 16. Par ('expression « reperage » d'un objet, il est entendu Ia determination d'une position et d'une attitude de l'objet par rapport a un repere de reference. En toute rigueur, une telle determination comporte la determination de six 20 informations de localisation, trois informations angulaires et trois informations de position. Les trois informations angulaires permettent de donner l'orientation, ou attitude, des axes du repere lie a l'objet par rapport aux axes du repere de reference tandis que les trois informations de position sont les coordonnees du centre du repere lie a l'objet dans le repere de reference. 25 Par extension, il est considers qu'un reperage d'un objet est effectue des lors qu'au moins trois informations ont ete determinees si les trois autres sont connues avec une precision suffisante ou qu'elles ne sont pas indispensables pour l'objectif recherché. Notamment, lorsque les trois informations sont angulaires, il est determine l'orientation angulaire ou ('attitude de l'objet alors que quand les trois informations sont 30 des informations de position, il est determine Ia position de l'objet. Le procede de reperage comporte une etape de prise d'image(s) et une etape de determination. Lors de l'etape de prise d'image(s), la camera 24 prend une video d'images d'une partie du corps 12, l'image comportant les points references particuliers sur la structure. 35 Lors de l'etape de determination, le calculateur 26 determine l'orientation angulaire du plan de pose 16 par rapport au corps 12. 7 Pour cela, le calculateur 26 analyse la ou les images prises par Ia camera 24, notamment avec extraction des elements references 22 sur Ia structure, puis calcule la pose relative de Ia camera 24, puis transfere la pose absolue sur la chaine optomecanique. 5 Plus precisement, il est estime Ia position des points references 22 dans le repere du plan image de Ia camera 24 puis, Ia position du plan image de Ia camera 24 par rapport au corps 12, puis Ia position du plan de pose 16 par rapport au corps 12 (matrice de passage statique en rotation entre Ia camera 24 et le plan de pose 16). De preference, pour cela, une calibration a ate realisee prealablement et permet 10 d'obtenir un lien entre Ia position des points references du corps 12 sur ('image et la camera 24 par rapport au corps 12. La calibration est memorisee par le calculateur 26 qui ('utilise a l'etape de determination. Le calculateur 26 determine egalement la position du plan de pose 16 de maniere similaire. 15 Le procede de reperage permet donc de reperer avec precision et fiabilite le plan de pose 16 dans un repere lie au vehicule 10. En outre, le procede de reperage est aise a mettre en oeuvre puisque le procede de reperage implique uniquement une camera 24 et un calculateur 26. Dans certains modes de realisation, le calculateur 26 est un controleur déjà 20 present dans le vehicule 10, ce qui implique que seule la camera 24 est a ajouter. Les seules contraintes du procede de reperage sont que le ou les elements references 22 solent choisis pour permettre d'obtenir Ia precision souhaitee, et qu'il y ait dans tous les conditions rencontrees suffisamment d'elements references 22 dans Ia scene acquise par Ia camera 24 pour que le reperage puisse etre etabli. 25 Plusieurs agencements d'elements references 22 sont illustres en reference aux figures 2 a 4. Selon I'exemple de Ia figure 2, deux elements references 22A, 22B sont Minis pour le corps 12. Par le terme « reference », il est entendu le fait que Ia position de chaque element 30 reference 22A, 22B est connue avec precision par rapport au corps 12. De maniere generale, la position de chaque element reference est connue avec une precision compatible avec le besoin pour Ia determination de ('attitude ou de ('orientation angulaire du plan de pose 16. Par exemple, Ia position du point reference est connue a 1 millimetre pres dans un 35 repere lie au corps 12. 8 Dans le cas represent& les elements de reference 22A et 22B sont des elements fixes du corps 12. En outre, comme illustre sur la figure 2, les elements de reference 22A et 22B sont situes sur le toit 30. 5 Dans I'exemple represent& chaque element de reference 22A, 22B comporte un socle 32 surmonte d'une bille 34. A titre d'exemple, chaque bille 34 presente un diametre de 10 millimetres. Chaque element 22A, 22B comporte une pluralite de points references. Au moins deux points references presentent une distance superieure ou egale a 10 1 metre. II est egalement a noter qu'une telle distance est compatible avec les caracteristiques de Ia camera 24 et de sa distance d'observation aux elements de reference 22. Selon I'exemple de la figure 3, quatre elements references 22A, 22B, 22C et 22D 15 sont definis pour le corps 12. Les quatre elements references sont situes chacun a un bord respectif du toit 30. Pour illustration, dans cette situation, les informations extraites et utilisees par le traitement dans le calculateur 26 seront les barycentres ponctuels des billes 34. L'algorithme d'estimation de pose de Ia camera 24, utilisant N points, sera du type PNP 20 pour 'Perspective N Points'. Chaque element reference 22A, 22B, 22C et 22D presente un contraste marque, occasionnant un bon rapport signal a bruit dans l'image, de fawn a etre extrait facilement et rapidement par le traitement. Chaque element reference 22A, 22B, 22C et 22D est, par exemple, des elements emetteurs comme une diode laser ou une diode 25 electroluminescente ou tous elements passifs ayant une ernissivite differente de son environnement pour une prise d'image en infrarouge, un contraste important ou une couleur bien definie. Dans le cas de la figure 4, chaque element reference 22A et 22B est une ar8te de Ia structure du corps 12. Autrement formula, le corps 12 est delimits par des contours, les 30 elements references etant des contours du corps 12 du vehicule 10. Selon I'exemple propose, chaque element reference 22A et 22B est une arete de Ia structure du corps 12 visible depuis Ia camera 24 avec un contraste suffisant dans l'image. A titre d'exemple, dans cette situation, les informations extraites et utilisees par le 35 traitement dans le calculateur 26 seront des segments extraits et apparies aux aretes du modele reference pour le corps 12, modele adressant pour le moins ('ensemble de la 9 partie superieure du vehicule 10 visible depuis Ia camera 24. L'algorithme d'estimation de pose de Ia camera 24, utilisant N segments, sera du type PNL pour 'Perspective N Lines'. Dans un tel cas, le calculateur 26 est propre a analyser des points caracteristiques reconnaissables ou des Iignes remarquables du corps 12 du vehicule 10 sur une image 5 prise par la camera 24. Pour cela, le calculateur 26 met en oeuvre des algorithmes d'extraction de contour ou de caracteristiques, c'est-à-dire des algorithmes permettant d'extraire des elements caracteristiques reconnaissables qui peuvent etre appaires avec une base de donnees de points caracteristiques connus du vehicule 10 et pour lesquels Ia position dans le repere du corps 12 est connue. A cette fin, il peut etre utilise des 10 extracteurs connus de contours ou de segments. Selon un exemple particulier, le traitement d'estimation de pose fonctionne avec une phase d'initialisation, ou d'accrochage, consistant a determiner Ia pose avec une premiere image puis un fonctionnement differentiel, avec un tracking, a plus haute cadence lors duquel les appariements sont realises entre les structures extraites de la 15 video, autorisant ainsi une recherche sur de plus faibles horizon d'appariement. Par ailleurs, le nombre de points references varie selon les modes de realisation envisages. Par exemple, le nombre de points references est superieur ou egal a 3. Pour une observation limitee a un nombre de 1 ou 2 points, ('information est insuffisante pour determiner les six parametres de pose avec un estimateur classique de 20 type moindres-carres ; le calculateur 26 utilise alors un estimateur bayesien de type batch ou Kalman, exploitant ('information a priori portee par les mesures de position et d'attitude approchees du plateau (via Ia centrale de navigation 38 et Ia commande de mat) pour inferer, au moyen des observations des elements references 22, la pose de la camera 24 ainsi que son erreur. En fixant la position de la camera 24 d'apres les mesures, il est 25 possible d'estimer ('attitude de la camera 24 au moyen de deux points avec un algorithme deterministe de type TRIAD. Les informations ainsi obtenues par le procede de reperage peuvent avantageusement etre utilisees pour plusieurs applications. Trois exemples d'application sont decrits plus precisement dans ce qui suit. 30 Selon un premier exemple d'application, il est decrit un procede d'obtention de ('orientation angulaire d'une ligne de visee LV de Ia charge utile 18 du vehicule 10 represents a Ia figure 5 par rapport au nord geographique en reference a l'ordinogramme de Ia figure 6. Le vehicule 10 de la figure 5 correspond au vehicule 10 decrit en reference a la 35 figure 1. 10 Le procede d'obtention comporte alors une etape de mesure 100, une etape de mise en oeuvre 102, une etape d'obtention 104 et une etape de calcul 106. Lors de l'etape de mesure 100, il est mesure l'orientation angulaire du corps 12 par rapport au nord geographique pour obtenir une orientation mesuree. 5 Ceci correspond a un simbleautage du systeme de mesure. A titre d'exemple, l'etape de mesure 100 est mise en oeuvre a l'aide d'une centrale de navigation 38 que comporte le corps 12 du vehicule 10. Selon l'exemple illustre, la centrale de navigation 38 est propre a fournir une orientation du corps 12 par rapport au nord geographique avec une precision inferieure a 10 5 milliradians, de preference 1 milliradian. La centrale de navigation 38 est dans un volume interieur 40 delimite par le corps 12. De preference, la centrale de navigation 14 est solidaire du corps 12. Dans un mode de realisation plus elabore, Ia relation entre Ia mesure de la centrale de navigation 38 et l'orientation du corps 12 du vehicule 10 par rapport au nord 15 geographique est mesuree en usine de sorte qu'une table de correspondance est memorisee dans un controleur central 42 (autrement formule, ('orientation absolue du corps 12 du vehicule 10 est calculee a partir des matrices de passage entre le repere Rc, de la centrale de navigation 38 et un repere RB, lie au corps 12 du vehicule 10). La table de correspondance est utilisee par le controleur central 42 pour determiner ['orientation du 20 corps 12 du vehicule 10. Toutefois, toute technique permettant de reperer le corps 12 par rapport au nord geographique est utilisable. Par exemple, la combinaison d'un systeme GPS avec un reperage par des amers peut titre utilisee. A ('issue de l'etape de mesure 100, il est ainsi obtenu un reperage du repere RB, 25 lie au corps 12 dans un repere geographique RG. Lors de l'etape de mise en oeuvre 102, il est mis en oeuvre les etapes du procede de reperage precedemment decrit afin d'obtenir notamment ['attitude ou l'orientation angulaire du plan de pose 16 par rapport au corps 12 caracterise par la matrice d'attitude 14. 30 Cela signifie qu'a ('issue de l'etape de mise on oeuvre 102, connaissant les transformations de RN! a RP, il est possible de reperer chacun des axes du repere Rp lie au plan de pose 16 par rapport a chacun des axes du repere RB lie au corps 12. Lors de l'etape d'obtention 104, il est obtenu ['attitude de la camera 24 ou l'orientation angulaire de la ligne de visee LV dans le repere Rp lie au plan de pose 16. 11 Par exemple, pour une charge utile, la position de la ligne de visee LV est souvent controlee par des organes mecaniques tels qu'un positionneur. L'etape d'obtention 106 est alors mise en oeuvre en collectant les lois de commande desdits organes mecaniques. Lors de l'etape de calcul 106, il est calcule l'attitude ou l'orientation angulaire des 5 axes de reference, par exemple une ligne de visee LV pour un senseur optronique, de la charge utile 18 par rapport au nord geographique a partir de l'orientation mesuree dans Ro - Pour cela, il est utilise l'orientation mesuree, l'orientation angulaire du plan de pose 16 par rapport au corps 12 et l'orientation angulaire de la ligne de visee LV dans un 10 repere Rp lie au plan de pose 16. Les formules de calcul utilisees a l'etape de calcul 106 sont detaillees comme suit. De maniere generique, il est designe par Rk le repere associe au cardant 'k' de la chaine ; par IK le vecteur translation permettant de passer de l'origine de Ri a l'origine de Rk ; par Rk la rotation de passage entre leurs axes et u,-; une direction exprimee dans Rk. 15 Les transformations liant une directionIT-G. du repere geographique local RG a une direction Tj du repere R0 de la charge utile se decrivent d'apres les transformations : entre le repere geographique local RG, et le repere lie a la centrale de navigation 38 Jtc, ('expression suivante est verifiee = Rg 17q. + CG ; dans cette expression les trois angles caracterisant l'attitude RO et les trois 20 composantes de position du vecteur CG sont mesures par la centrale de navigation 38. entre le repere Rc de la centrale de navigation 38 et le repere RB lie au corps 12 ('B' comme body), on a ITc.' = Ric u.-1; + BC ; dans cette expression la rotation RB du corps 12 et le bras de levier BC sont mesures via une mesure 25 d'harmonisation ou simbleautage en usine lors de la pose de la centrale de navigation 38 dans le vehicule 10 ou in-situ en disposant d'une charge utile observant des amers dans la scene avec une etape d'auto-calibration; entre le repere body RB et le repere RM associe a la camera 24, on a u; = Rg, M + MB ou la position MB et l'attitude RIZ de la camera 24 relativement au 30 corps 12 sont obtenues lors du processus d'estimation de pose dans le calculateur 26. La cadence de mise a jour de Ia pose est coherente de I'objectif de performance en regard du domaine de deplacement du plan de pose 16, ceci en jouant sur : o Ia frequence de traitement de la video par le calculateur 26, 12 o Ia configuration geometrique des elements references 22 sur le vehicule 10, o le type de structures referencees utilisees, o la limitation eventuelle de zones sur lesquelles les structures 5 referencees sont recherchees d'une image a I'autre. entre le repere RM et le repere RP du plan de pose 16, on a : i.T1,7; = 0 u; + PM. Cette transformation rigide est calibree en usine lors du montage de la camera 24 sur le plateau par un moyen opto-mecanique ou en ligne en utilisant une charge utile optronique observant des amers dans la scene. 10 entre le repere RP du plan de pose 16 et le repere Ro lie aux axes de reference de Ia charge utile, on a : ri; = Rgt-i-6' + OM dans cette expression, ('attitude est essentiellement mesuree par un organe monte sur le plateau permettant d'orienter la charge utile tout en mesurant son deplacement relatif ; la translation ainsi qu'un increment d'attitude sous forme de rotations 15 elementaires sont determinees par calibration et la rotation de la charge utile 18 par codeur ou mesure d'un dispositif type pan & tilt par exemple. Au global en substituant les expressions des transformations sur les differents cardans : 1. = CG + Rg (Bc+ Rf; (MB 4- 1:04 (M -I- 141 (OM + Rg-5-70)))) soit ITG. = Rgu-,; + OG avec pour Ia translation globale : OG = CG + 4 BC + 4 16MB + 14 16/14PM + Rg RIcRihRyRgom 20 Et pour ('attitude : R,g = R Rg RM RP Rg Au niveau de la camera 24, Ia direction spatiale correspondant a un pixel (p, q) de ('image lie en particulier a la detection d'une structure 22 sur le corps 12, s'exprime en utilisant la colinearite entre le trajet des photons dans le repere RM associe a Ia camera 24 et le repere body REI par : 25 TIT4 = K24(1 P OT . 00 K24 designe la matrice 3x3 de calibration de la camera 24 faisant intervenir sa focale, la taille de ses detecteurs, les coordonnees de son point principal image, un rapport d'echelle si les pixels ont des dimensions differentes suivant les lignes et les colonnes. Si necessaire, une distorsion de l'optique sera prise en compte a ce niveau afin 30 de corriger le deplacement des detections extraites de ('image. Cette distorsion peut soit 13 etre connue d'apres une calibration usine de la camera 24 soit etre estimee in-situ des lors que les structures de reference 22 sont en nombre suffisant dans l'image. Une relation identique peut etre utilisee, notamment a des fins de calibration de bras de levier dans Ia chaine ou de localisation d'objet de Ia scene, lorsque la charge utile 5 dispose d'une camera optronique de matrice de calibration K18 ; au niveau de cette camera Ia direction IT,' sera obtenu pour un pixel (u, v) de son image par ii7j = K18(1 u v)T , qui exprime encore la colinearite entre le trajet des photons dans le repere de Ia charge utile Ro. Notons que les expressions precedentes permettent aussi d'etablir le bilan de 10 performance pour Ia chaine. En effet : - un biais sur Ia direction est caracterise d'apres les biais elementaires sur la direction d'origine et sur les rotations elementaires avec : Sup = 84. + R8. 6 1 T + 80G un bruit sur la direction est caracterise d'apres la matrice de covariance : = EKG = E [aRg.oRgl+Rg.E[81.-v;. 6 RgT E[SOG. MGT] ; 15 ou: o E [sRg.sRgl= ARg est Ia covariance sur Ia rotation, obtenue comme une expression de somme de produits de matrices rotation et de matrices de covariance des rotations de Ia chaine, o E[61... 81701 = Ar-6 est Ia matrice de covariance sur la direction 20 d'interet au niveau de la charge utile o E[SOG. SOU] = Ao-6. est Ia matrice de covariance sur la translation entre les origines des reperes Ro et RG obtenue a partir de ('expression de Ia translation comme combinaison de somme de matrices de covariance de translation chacune faisant intervenir une matrice de 25 covariance de position relative ou translation et des produits de matrices de rotations et de leurs covariances. Concernant la qualite de ('estimation de pose de la camera 24, le biais et Ia covariance de la transformation 14 et la translation MB, s'obtiennent en ecrivant les relations de colinearite avec les coordonnees des differentes marques, puis en 30 differentiant ces equations comme indique dans Ia suite. Les contributions a ces erreurs sont : - les erreurs d'extraction des structures 22 dans l'image - le nombre de structures 22, 14 Ia configuration geometrique ou disposition relative des structures 22, les conditions de prises de vue de la camera 24 fixees d'apres les 6 parametres de translation et de rotation dans le repere RM associe a la camera 24, 5 - les caracteristiques et I'erreur sur la matrice de calibration K24. II est a noter que les valeurs de certains parametres de K24 peuvent etre determinees lors du processus d'estimation de pose ainsi que leur erreur par cette approche. Pour disposer d'une bonne estimation de Ia translation, il est notamment necessaire d'estimer la focale avec une precision relative du merne ordre que la precision 10 relative sur I'erreur de translation souhaitee. Par exemple, si I'on souhaite connaitre Ia hauteur du plateau situe a 2 metres avec une precision de 1 centimetre, it faut viser une estimation de la focale de classe 1/200. Avec un modele imageur perspectif, ou steno* respectant Ia relation de colinearite pour la prise de vue avec la camera 24, soit d'apres les relations et notations 15 precedentes, en notant (4,11,, Z n) les coordonnees cartesiennes de Ia reference 'n' observee dans RB, (pn, qn) ses coordonnees image et MB = (X0, Y0, Z0) les coordonnees du centre optique de la camera 24 : (Xn, - Xo 1 Yn - Yo) = An. 111 K24 (Pn Zn - Zo qn L'elimination de An peut se faire avec Ia troisierne relation et en reportant dans les deux premieres, on obtient deux equations, pour chaque element reference 22, liant les 20 coordonnees image et cartesiennes des elements references 22, les six parametres de prise de vue (X0,1'0,4) et les trois angles d'Euler (V0,190,00) caracterisant Ia rotation R1,34 , les parametres internes dans K24. Les mesures, notees M, sont constituees des coordonnees cartesiennes des elements references 22 dans RB et de leur coordonnees images (Pn, qn). 25 ll est alors possible de calculer I'erreur sur les parametres internes et externes estimes, notes 0, a partir des coordonnees des elements references 22 en fonction des erreurs sur les coordonnees cartesiennes des elements references 22 et leurs erreurs sur leurs coordonnees extraites dans l'image. Pour evaluer Ia qualite accessible sur les parametres a estimer '0' selon la 30 configuration des mesures 'M', on utilise Ia technique d'analyse de la moyenne et de Ia variance, ou propagation de covariance. Pour ce faire, les &apes suivantes sont mises en oeuvre : 1. noter la relation de colinearite sous une forme generale :(0, M) = 0. 15 2. differentier cette expression pour ecrire : (0, M) = Ade + JMdM = 0, expression dans laquelle Jo est Ia matrice jacobienne de F.:, relativement aux parametres 0 et Jm Ia matrice jacobienne de E, relativement aux mesures M. 3. Cette expression permet de calculer un biais sur les parametres 80 lie a un 5 biais sur les mesures 6M avec : LAO = -JMdM soit : d°8° = -(17)10)10mdM5M 4. multiplier chaque membre de /ode = -JMdM, par sa quantite transposee, JedOcleTfi, = JmdMdMrg; 10 5. prendre l'esperance, pour obtenir la covariance sur les parametres Ao en fonction de Ia covariance sur les mesures Am : JeA0J6 = -JmdAmAi. 6. dimensionner ainsi le processus selon le nombre et le positionnement des marques sur Ia structure ainsi que les conditions de prise de vue de Ia camera 24 dans rRB au moyen de Ia covariance suivante : A0 = -N70)-1/DmdAmg/0(J1e)-1 15 Pour estimer les parametres on utilise l'expressionG (0, M) = 0, et distinguant : dans les parametres 0, les parametres a estimer OE de ('ensemble des autres parametres non-estimes 8A pour lequel on utilise une valeur de calibration ou une mesu re. dans les mesures M, celles issues de Ia connaissance du modele vehicule 20 constituees des coordonnees des elements references 22dans le repere body notees MB, des mesures Miconstituees des coordonnees extraites de ('image. II vient G(0E, 0A, M1, MB, MA) = 0 Une approche estimant les parametres OE en exploitant les informations a priori de fawn a minimiser les &arts entre les detections images M1 et leur reprojection de leurs 25 coordonnees MB d'apres le modele de prise de vue de 24 se fait en utilisant une distribution de probabilite gaussienne des parametres et des mesures ainsi que Ia regle des bayesienne sur leurs distributions de probabilite F : F(OE,OA,MBIMI) = F(M1) Les parametres OE s'obtiennent d'apres : OE = arg max F (OE, OA, M BIM1) F(Mi 10E, 0A, MB)F (0 E)F (0A)F (MB) 0E 16 Concernant le choix de parametres a estimer dans le modele de prise de vue, tl est possible d'estimer uniquement les trois parametres de la rotation (camera calibree et hauteur camera connue), les six parametres de Ia rotation et de Ia position camera, ou les sept parametres en ajoutant Ia focale de Ia camera 24 aux 6 derniers parametres, voire 5 davantage avec au moins un coefficient de distorsion radiale si on estime la distorsion de Ia camera 24 par exemple. Le procede d'obtention permet ainsi de reperer la ligne de visee LV par rapport au nord geographique comme montre schematiquement par Ia reference 108 sur Ia figure 6. Le procede d'obtention est ainsi un transfert opto-mecanique dune information 10 relative au corps 12 vers le plan de pose 16. Le procede d'obtention permet de conserver une bonne qualite d'information. II en resulte qu'avec une seule centrale de navigation 38, il est possible de reperer le nord geographique pour le corps 12 et les axes de reference de Ia charge utile 18 avec une bonne precision. 15 Pour une charge utile type senseur optronique, des lors que les caracteristiques internes du senseur optronique de Ia charge utile sont connues (camera calibrOe), il est possible, connaissant ('orientation de Ia LV de determiner Ia direction absolue relativement au nord geographique de tout pixel des images et donc de tout objet de la scene en b6n6ficiant de Ia performance obtenue sur Ia direction de la LV. 20 Le vehicule 10 en resultant est plus simple a realiser qu'un vehicule qui serait pourvu de deux centrales de navigation, une premiere centrale de navigation pour le corps et une deuxieme centrale de navigation pour Ia charge utile. De fait, pour cela, it convient notamment que Ia deuxieme centrale de navigation soit co-localisee et/ou montee mecaniquement de maniere rigide par rapport a Ia charge utile. Bien que cela soit 25 possible techniquement et que cela fonctionnerait, dans la pratique, cela est tits difficile et coOteux de realiser. En effet, il se pose notamment une problematique de masse d'emport et de volume disponible. Ces problematiques sont resolues par le vehicule 10 qui comporte uniquement une centrale navigation 38 et un dispositif de reperage 20. Solon un deuxieme exemple, il est decrit un procede d'obtention de ('orientation 30 angulaire d'un corps par rapport au nord geographique. Le procede d'obtention comporte alors une etape de mesure, une etape de mise en oeuvre et une etape de calcul. Lors de l'etape de mesure, il est mesure ('orientation angulaire du plan de pose 16 par rapport au nord geographique pour obtenir une orientation mesuree dans le repere 35 geographique RG. 17 A titre d'exemple, l'etape de mesure est mise en oeuvre a l'aide d'une centrale de navigation situee dans le mat 14. Toutefois, toute technique permettant de reperer le plan de pose 16 par rapport au nord geographique est utilisable. Par exemple, la combinaison d'un systeme GPS avec un 5 rep6rage par des amers peut etre utilisee. A l'issue de l'etape de mesure, il est ainsi obtenu un reperage du repere Rp lie au plan de pose 16 dans un repere geographique RG. Lors de l'etape de mise en oeuvre, il est mis en oeuvre les etapes du procede de repel-age precedemment decrit afin d'obtenir l'orientation angulaire du corps 12 par 10 rapport au plan de pose 16 et donc connaitre l'orientation du repere Rp lie au plan de pose relativement au repere geographique RG en utilisant les informations de la centrale 38. Cela signifie qu'A l'issue de l'etape de mise en oeuvre, il est possible de reperer chacun des axes du repere RB lie au corps 12 par rapport a chacun des axes du repere 15 Rp lie au plan de pose 16. Lors de l'etape de calcul, il est calcule l'orientation du corps 12 par rapport au nord geographique. Dans ce deuxieme exemple d'application, une seule centrale de navigation situee dans le mat 14 permet de reperer a la fois le plan de pose 16 et le corps 12 par rapport au 20 nord geographique. Cette fois c'est la pose du repere RB lie au corps 12 relativement au repere Rp lie au plan de pose, qui est determinee a ('inverse du premier exemple l'application. Selon un troisierne exemple d'application, la disposition d'une centrale de navigation 38 dans le vehicule 10 et d'une centrale de navigation en haut du mat 14 25 hybrident leurs mesures inertielles avec les informations de vision extraites par la camera 24. II est egalement a noter que, selon les exemples d'application, la centrale de navigation 38 est montee sur le dispositif de reperage 20 ou dans le volume interieur 40 du vehicule 10. 30 Le procede de repel-age est ainsi utilisable a toute configuration pour laquelle un transfert précis de la mesure d'une position ou d'attitude d'une partie d'un REVENDICATIONS1.- Procede de reperage d'un plan de pose (16), le plan de pose (16) pouvant etre mobile par rapport au corps (12) et etant destine a supporter au moins une charge utile (18) presentant une partie fixe, le plan de pose (16) faisant partie d'un vehicule (10) comportant un corps (12) pour lequel au moins un element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) est dein', chaque element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) comportant une pluralite de points references, le procede etant mis en oeuvre par un dispositif de reperage (20), le dispositif de reperage (20) etant dispose sur le plan de pose (16) ou sur Ia partie fixe de la charge utile (18), le dispositif de reperage (20) comportant une camera (24) et un calculateur (26), le procede de reperage comportant au moins une etape de : - prise d'une image par la camera (24), l'image comportant les points references, et - determination, par le calculateur (26), de ('orientation angulaire ou de l'attitude du plan de pose (16) par rapport au corps (12) a partir de l'image. 2.- Procede de reperage selon la revendication 1, dans lequel, lors de l'etape de determination, it est egalement determine la position du plan de pose (16) par rapport au corps (12). 3.- Procede de reperage selon Ia revendication 1 ou 2, dans lequel l'etape de prise d'une image est mise en oeuvre plusieurs fois au moyen d'une sequence video, acquise par Ia camera (24), l'etape de determination etant mise en oeuvre a des instants predetermines sur la sequence video pour obtenir ('orientation angulaire ou l'attitude a chaque instant predetermine. 4.- Procede de reperage selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel le corps (12) est delimite par des contours ou presente des elements caracteristiques identifiables, les elements references (22, 22A, 22B, 22C, 22D) etant des contours ou des elements caracteristiques du corps (12) du vehicule (10). 5.- Procede de reperage selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, dans lequel les elements references (22, 22A, 22B, 22C, 22D) sont des diodes laser ou des diodes electroluminescentes. 19 6.- Procede de reperage selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, dans lequel le plan de pose (16) est le plan de pose d'un mat (14), le mat (14) faisant partie du vehicule (10). 5 7.- Procede d'obtention de l'orientation angulaire d'une ligne de visee (LV) d'une charge utile (18) par rapport au nord geographique, la charge utile (18) etant fixee sur un plan de pose (16) et presentant une partie fixe, le plan de pose (16) faisant partie d'un vehicule (10) comportant un corps (12) pour lequel au moins un element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) est defini, chaque element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) 10 comportant une pluralite de points references, le vehicule (10) comportant, en outre, un dispositif de reperage (20), le dispositif de reperage (20) etant dispose sur le plan de pose (16) ou sur Ia partie fixe de la charge utile (18), le dispositif de reperage (20) comportant une camera (24) et un calculateur (26), le procede comportant au moins une etape de : - mesure de l'orientation angulaire du corps (12) par rapport au nord geographique 15 pour obtenir une orientation mesuree, - mise en oeuvre des &tapes d'un procede de reperage selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, pour obtenir l'orientation angulaire du plan de pose (16) par rapport au corps (12), - obtention de l'orientation angulaire de Ia ligne de visee (LV) dans un repere (Re) 20 lie au plan de pose (16), et - calcul de l'orientation angulaire de la ligne de visee (LV) de la charge utile (18) par rapport au nord geographique a partir de l'orientation mesuree, de l'orientation angulaire du plan de pose (16) par rapport au corps (12) et de l'orientation angulaire de la ligne de visee (LV) dans un repere (Re) lie au plan de pose (16). 25 8.- Procede d'obtention de l'orientation angulaire d'un corps (12) par rapport au nord geographique, au moins un element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) etant defini pour le corps (12), chaque element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) comportant une pluralite de points references, le corps (12) faisant partie d'un vehicule (10) comportant un 30 plan de pose (16), le plan de pose (16) etant destine a supporter au moins une charge utile (18) presentant une partie fixe, le vehicule (10) comportant, en outre, un dispositif de reperage (20), le dispositif de reperage (20) etant dispose sur le plan de pose (16) ou sur Ia partie fixe de la charge utile (18), le dispositif de reperage (20) comportant une camera (24) et un calculateur (26), le procede comportant au moins une etape de : 35 - mesure de l'orientation angulaire du plan de pose (16) par rapport au nord geographique pour obtenir une orientation mesuree, 20 - mise en ceuvre des etapes d'un procede de reperage selon l'une quelconque des revendications 1 a 6, pour obtenir l'orientation angulaire du corps (12) par rapport au plan de pose (16), et - calcul de l'orientation du corps (12) par rapport au nord geographique a partir de 5 l'orientation mesuree et de l'orientation angulaire. 9.- Procede d'obtention de l'orientation angulaire selon Ia revendication 7 ou 8, dans lequel le vehicule (10) est pourvu d'une centrale de navigation (38), l'etape de mesure de l'orientation angulaire etant mise en oeuvre a partir de donnees issues de Ia 10 centrale de navigation (38). 10.- Dispositif de reperage (20) d'un plan de pose (16), le plan de pose (16) etant destine a supporter au moins une charge utile (18) presentant une partie fixe, le plan de pose (16) faisant partie d'un vehicule (10) comportant un corps (12) pour lequel au moins 15 un element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) est defini, chaque element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) comportant une pluralite de points references, le dispositif de reperage (20) etant dispose sur le plan de pose (16) ou sur Ia partie fixe de Ia charge utile (18), le dispositif de reperage (20) comportant : - une camera (24) propre a prendre une image, ('image comportant la pluralite de 20 points references, et - un calculateur (26) propre a determiner l'orientation angulaire du plan de pose (16) par rapport au corps (12) a partir de ('image. 11.- Vehicule (10) comportant : 25 - un corps (12) pour lequel au moins un element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) est defini, chaque element reference (22, 22A, 22B, 22C, 22D) comportant une pluralite de points references, - un mat (14) comportant un plan de pose (16), le plan de pose (16) etant destine a supporter au moins une charge utile (18), et 30 - un dispositif de reperage (20) selon Ia revendication 10.