FR2599491A1 - Methode photogrammetrique - Google Patents

Abstract

UNE PAIRE DE CLICHES EST EXAMINEE A L'AIDE DE DEUX MICROSCOPES. LA POSITION ET L'ORIENTATION DES CAMERAS SONT CONNUES POUR CHAQUE PRISE DE VUE. LA PHOTOGRAMMETRIE DE LIGNES PERMET DE CALCULER POINT A POINT LA POSITION DANS L'ESPACE D'UNE LIGNE L (REELLE OU VIRTUELLE) AYANT POUR IMAGES (REELLES OU VIRTUELLES) L ET L SUR LES CLICHES 1 ET 2. A PARTIR DE A (SUR LE CLICHE 1) PRIS SUR LA LIGNE L, ON CALCULE LES PARAMETRES DIRECTEURS DE LA DROITE OA JOIGNANT LE CENTRE OPTIQUE O DE LA CAMERA 1 AU POINT A. PUIS ON CALCULE L'IMAGE A DE CETTE DROITE OA SUR LE CLICHE 2; ET ON FAIT APPARAITRE CETTE IMAGE SUR LE MONITEUR PRESENTANT LE CLICHE 2. L'INTERSECTION DE A AVEC L PERMET DE DEFINIR ET DE CALCULER LES COORDONNEES DU POINT A.

Description

La photogrammétrie permet de modeler en trois dimensions des objets vus sur des clichés "bidimensionnels" pris dans des conditions particulières. En repèrant sur deux clichés pris selon des angles de vues différents, les coordonnées d'un même point sur ce cliché, on pourra calculer ses coordonnées dans l'espace pour autant que l'on connaisse exactement la position des cameras dans l'espace et les caractéristiques de prises de vues.

Cette méthode est utilisée depuis longtemps en cartographie; elle l'est également pour le relevé d'installations industrielles et autres applications dites photogrammétrie de proximité ("close range photogrammétry").

Par cette connaissance des coordonnées réelles de l'environnement, on saura préparer à bon escient des réparations, et tout amenagement. Il en résulte une notable diminution de la durée d'indisponibilité d'installations industrielles, et une réduction des coûts.

Cette méthode est également bien adaptée à la constitution de plans "as-built" (réels), nécessaires aux dossiers d'assurance de qualité.

A la différence des procédés habituels où l'on fait sur le site, des relevés topographiques points par points, il suffit de prendre des clichés photographiques -des espaces à modeler et de travailler ensuite sur les clichés.

Cette exploitation de clichés présente de nombreux avantages: - Le temps de travail sur site est réduit à un minimum, - Les mesures tridimensionnelles sont effectuées sans -contact physique direct, - Sur un cliché de 130 x 180mm est contenue théoriquement une énorme quantité d'informations (un -billion de pixels), saisies en une seule opération.

- Tous les points d'un même cliché seront repérés dans un même système de coordonnées, ce qui assure la cohérence des données.

- les clichés sont analysés au bureau, il est toujours possible de faire des mesures additionnelles sans devoir retourner sur site.

Le principe delta photogrammétrie est illustré sur la figure l.

Un point cible P dans un système de référence X,Y,Z est vue par deux cameras symbolisées par leur centre optique et leur orientation. Les clichés qui sont examinés ultérieurement sont schématisés sur cette figure par des parallèlogrammes. Cette cible P est vu en U et V sur les deux clichés: la position des images U et V correspond à l'intersection du plan du cliché respectif avec la droite reliant le centre optique à la cible P.

Dès lors que les positions des cameras sont connues, on voit sur cette figure qu'une simple mesure des coordonnées des images U et V sur les clichés suffit à calculer la position de la cible dans l'espace.

L'approche géométrique est simple; mais les calculs sont complexes.

Dans une première phase on commence donc par "l'initialisation" des cameras", c'est à dire par déterminer les six paramètres définissant la position des cameras par rapport à un référentiel XYZ.

Ensuite, tout point identifiable sur chacun de deux clichés est "validé" par ses coordonnées dans le plan des clichés. A un groupe de coordonnées x,y sur un cliché, correspond une droite passant par le centre optique de la camera correspondante et par le point reconnu sur le cliché. Cette droite est définie par la position du centre optique et par ses parmètres directeurs (angles par rapport au référentiel XYZ). En- identifiant un point A sur deux clichés, un calcul de triangulation à partir des positions et orientations des cameras définit la position de A dans l'espace.

Les précisions atteintes sont couramment de quelques millimètres pour des sujets distants de 4 à 5 mètres, et de l'ordre du millimètre pour des éléments proches photographiés à une distance de quelques mètres.

Difficultés pratiques et limitations: 1. Sur le plan pratique, on constate qu'il est souvent difficile de viser les points repères sur les clichés, cela dépend de la nature des cibles, de celle des points visés sur le site, des réticules placés dans le système de lecture optique des clichés, et de l'habileté de l'opérateur.

2. mais surtout, il est souvent difficile voire impossible d'identifier des points. En fait, sur les clichés, on lit en général des lignes délimitant des zones, mais on ne voit pas de points.

C'est le cas notamment de réseaux de tuyauteries, de bidons, de volumes de teinte uniforme, éventuellement polis. C'est ainsi que si potentiellement une paire de clichés contient des millions d'informations, on n'en sait utiliser que quelques dizaines.

Photogrammétrie de lignes:
La présente invention concerne une méthode et les moyens d'analyse de clichés ("stéreo-restituteurs) qui s'affranchisse de ces difficultés et limitations.

Selon cette invention, on fait apparaitre sur les moniteurs de lecture des clichés, des figures résultant de calculs, figures qui viennent se surimposer à l'image des clichés, et dont la relation par rapport aux éléments du cliché permettent de calculer la position dans l'espace d'éléments photographiés.

Elle a notamment pour objet de permettre dtindentifier dans l'espace la position de lignes, alors que la photogrammétrie classique ne permet d'identifier que des points visés sur chacun des clichés.

Nous avons dénommé cette méthode photogrammétrie de lignes.

Selon cette méthode, chacun de deux clichés utilisés dans l'analyse, est placé sur une platine de microscope. Cette platine classique est à mouvements croisés X,Y. On utilise deux microscopes. L'image du microscope est transmise par camera à son moniteur. L'observateur examine le moniteur au lieu de regarder à l'oculaire. Les mouvements X, Y sont motorisés et codés.

Les lectures des clichés se font sur des moniteurs video sur lesquels on fait apparaître différents curseurs choisis selon la nature de la lecture à faire: forme du point visé, des contrastes des clichés, etc.

Par ailleurs, sur l'image vidéo de grossissement variable, on surimpose des indications graphiques qui résultent des calculs de la procédure dite "photogrammétrie de lignes" (PL).

Expliquons nous: à une image M de coordonnées X1, Y1 sur un cliché correspond en fait dans l'espace XYZ, une droite définie par ce point et le centre optique Oi L'ordinateur permet de calculer les paramètres directeurs (la direction) de cette drotte, dès lors que les clichés ont été initialisés. Soit N, le point à l'infini sur cette drotte.

On calcule l'image de cette droite virtuelle (c'est à dire: non visible) sur le second cliché. C'est une drotte qui passe par l'image ( 1) du centre optique de la première camera sur ce cliché, et par l'image (N2) du point N de l'espace. Cette droite (A) est alors concrétisée sur le moniteur, en superposition du cliché 2. Voir la figure 2.

Sur le premier cliché, on place le curseur sur un point Q1 quelconque d'une ligne visible sur chacun des deux clichés. On fait apparaitre sur le moniteur du second cliché la droite précédemment indiquée. Elle intersecte la ligne en un point Q2. Q1 et Q2 sont les images du point Q de l'espace XYZ.

On calculera de cette manière la position d'un nombre indéfini de points d'une ligne quelconque de l'espace.

Exemple d'application 1:
Sur une paroi de forme quelconque, au lieu d'afficher des mires ponctuelles, on tracera une ligne. Les coordonnées dans l'espace d'un point quelconque de cette ligne seront calculés par la méthode précédente.

Exemple d'application 2: (figure 2).

Une remarque importante par ses applications: il peut ne pas être tcessaire de tracer des lignes sur les volumes à relever. Les lignes peuvent êtres "virtuelles".

Par exemple, il est immédiat de se représenter les points de l'axe d'un tube "T" à partir des génératrices de ce tube: ils sont à mi-distance des deux génératrices.

Sur le premier cliché, le curseur sera donc pointé sur un point médian R1 des deux génératrices. Cela donne sur le moniteur de lecture du second cliché, une droite coupant les deux génératrices du tube en deux points. Leur point médian R2 correspond à un point de l'axe du tube.

En validant R2, on obtiendra les coordonnées du point R de l'axe du tube (point dit "virtuel", car non visible).

Dans une extension de cette méthode, il sera intéressant de coller sur les bidons ou enceintes dont on veut relever les positions, des cibles constituées de "lignes" et non pas de points selon les techniques conventionnelles.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   Revendication 1:

   Méthode photogrammétrique d'examen de paire de clichés caractérisée en ce que l'on fait apparaitre sur l'image du cliché 2 (pris par la camera 2) des lignes ou courbes qui résultent d'opérations de calcul faites à partir de relevés optiques faits sur le cliché 1 (pris par la camera 1), et dont la relation par rapport aux éléments de l'image 2 permet de calculer la position dans l'espace de ces éléments.

   Revendication 2:

   Méthode photogrammétrique selon la revendication 1, où à partir d'un point ''au'' du cliché 1, (image du point A de l'espace) on calcule la position dans l'espace de la dronte OlA joignant le centre optique de la camera 1 au point A; puis où l'on calcule l'image de cette droite (A) sur le cliché 2.

   Revendication 3:

   Méthode selon la revendication 2, où une ligne L de l'espace apparait selon

   L1 sur le cliché 1 et selon L2 sur le cliché 2, caractérisée en ce que l'on vise un point a1 de L1 sur le cliché 1, que l'on calcule la droite (A), que l'on identifie l'intersection de la droIte (A) avec L2.

   Revendication 4:

   Méthode selon les revendications 1 et 3, particulièrement adaptée à la détermination du tracé réel des canalisations, caractérisée en ce que l'on vise des points ai successifs d'une ligne L virtuelle (non vue sur le cliché), située à mi-distance des génératrices définissant; le contour de la canalisation visée et qui correspond à l'axe du tube, et où l'on identifie sur le cliché 2 le milieu du segment correspondant à l'intersection de la droIte (Ai) avec les contours de la canalisations.

   Revendication 5:

   Equipement destiné à la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux clichés 1 et 2 sont placés respectivement sur la platine à mouvements croisés de deux microscopes 1 et 2, où chaque image est renvoyée sur un moniteur, dont l'un au moins, permet de faire apparaitre en surimposition les lignes ou courbes qui résultent d'opérations de calcul faites à partir de relevés optiques faits sur l'autre platine.

   Revendication 6:

   Equipement selon les revendications 4 et 5 caractérisé en ce que le logiciel calculant la position de la droîte (A) sur le cliché 2, intègre les déplacements de la platine 2 par rapport à l'axe du microscope 2.

   Revendication 7:

   Disposition facilitant la mise en oeuvre de la méthode selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on utilise comme cibles sur des surfaces de teinte uniformes et de contours mal définis, des lignes L (rubans) disposées de façon quelconques.