FR2629233A1 - Method of reconstituting the spatial coordinates of each of the points of a set of points sampling a three-dimensional surface, and method of producing a three-dimensional image of this surface from the said coordinates - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne, d'une manière générale, le problème de la réalisation d'une image trimensionnelle d'une surface quelconque à partir a'images bi-dimensionnelles de ladite surface. Elle trouve une application importante, mais non exclusive, dans le domaine de la "vidéo sculpture,
L'invention vise notamment un procédé de détermination des coordonnées spatiales de chacun d'un ensemble de points appartenant å ladite surface trimension- nelle et échantillonnant cette dernière, à partir desdites images préenregistrées.Grâce aux données procurées ainsi, l'invention permet une commande optimale d'une machineoutil a commande numérique pour usiner ladite image tridimensionnelle dans un matériau, dans le cadre de son application a la "vidéo sculpture. The present invention relates generally to the problem of making a three-dimensional image of any surface from two-dimensional images of said surface. It finds an important, but not exclusive, application in the field of "video sculpture,
The invention aims in particular at a method for determining the spatial coordinates of each of a set of points belonging to said trimensional surface and sampling the latter from said prerecorded images. Using the data thus provided, the invention makes it possible to control optimal of a numerically controlled machine tool for machining said three-dimensional image in a material, as part of its application to "video sculpture.
On connast un tel procédé permettant, dans l'art antérieur, de réaliser l'image tridimensionnelle d'un buste i partir d'une série images vidéo. Le sujet est assis sur un fauteuil tournant et son buste est éclairé au moyen d'un laser fournissant un faisceau plat lamellaire. Such a method is known which makes it possible, in the prior art, to produce the three-dimensional image of a bust from a series of video images. The subject sits on a rotating chair and his bust is illuminated by a laser providing a lamellar flat beam.
L'intersection du faisceau plat avec le buste du sujet donne une courbe (ou profil) que l'on échantillonne, les coordonnées spatiales des points source des échantillons étant déterminées au moyen d'un procédé de type connu, tel que celui enseigné dans le brevet français 81.24418. Le fauteuil sur lequel est assis le sujet effectue une rotation pas å pas et à chaque fois une courbe est ainsi numérisée. En une rotation complète, on obtient ainsi un nombre prédéterminé de courbes (par exemple 512) échantillonnées chacune en un nombre prédéterminé de points (par exemple 512). Le buste est ainsi numérisé sous la forme des coordonnées X-Y-Z de chacun des points mémorisées (au nombre de 262.144 dans l'exemple ci-dessus).The intersection of the flat beam with the bust of the subject gives a curve (or profile) that is sampled, the spatial coordinates of the source points of the samples being determined by means of a known type of process, such as that taught in the French patent 81.24418. The chair on which the subject sits rotates step by step and each time a curve is scanned. In one complete rotation, a predetermined number of curves (for example 512) each sampled in a predetermined number of points (for example 512) are thus obtained. The bust is thus digitized in the form of the X-Y-Z coordinates of each of the stored points (262.144 in the example above).
L'étape suivante consiste a traiter les points numérisés ainsi obtenus de façon a générer des ordres permettant de commander la machine-outil, de telle sorte que cette dernière sculpte dans une matière solide telle que de l'aluminium ou du bois l'image tridimensionnelle du buste. The next step is to process the digitized points thus obtained so as to generate orders for controlling the machine tool, so that it sculpts in a solid material such as aluminum or wood the three-dimensional image of the bust.
La présente invention apporte notamment un perfectionnement au procédé décrit ci-dessus. The present invention provides in particular an improvement to the process described above.
Le procédé connu jusqu'a présent présente, en effet, un certain nombre d'inconvénients, notamment dans la phase de traitement des informations et de génération des signaux électriques susceptibles de commander la machineoutil, cette phase étant communément appelée dans les milieux spécialisés, phase de CFAO (conception et fabrication assistées par ordinateur). The method known up to now has, in fact, a certain number of disadvantages, particularly in the information processing phase and in the generation of electrical signals capable of controlling the machine tool, this phase being commonly called in specialized environments, phase CAD / CAM (Computer Aided Design and Manufacturing).
Ainsi, le procédé d'éclairement du buste n'est pas parfait en ce sens que la peau ou les cheveux du sujet réfléchissent la lumière émise par le laser de façon variable, ce qui peut se traduire par des points suréclairés ou des points sous-éclairés. Dans certaines circonstances, la peau ou les cheveux du sujet peuvent présenter une faible albébo, ce qui signifie que le point éclairé ne réfléchit pas de lumière. Dans un tel cas, la trace enregistrée par la caméra vidéo comporte des absences de points créant des ruptures de continuité de la trace. On considère alors qu'il existe des points "manquants" qui auraient dû combler les vides ou les ruptures de continuité. Ces points "manquants" correspondent aux points de buste présentant un faible albédo. Thus, the method of illuminating the bust is not perfect in that the skin or the hair of the subject reflects the light emitted by the laser in a variable manner, which can result in over-lit spots or sub-points. enlightened. In some circumstances, the subject's skin or hair may have a low albebo, which means that the illuminated point does not reflect light. In such a case, the track recorded by the video camera includes missing points creating breaks in the continuity of the trace. It is then considered that there are "missing" points that should have filled gaps or breaks in continuity. These "missing" points correspond to the bust points with a low albedo.
A l'inverse, des points de fort albédo peuvent réfléchir la lumière de façon très forte et diffractent la lumière sur d'autres parties du buste, la trace enregistrée n'étant pas continue et comportant en fait divers points extérieurs à la trace normale. Il s'agit dans un tel cas de points que l'on qualifie "d'aberrants". On the other hand, strong albedo points can reflect light very strongly and diffract light from other parts of the bust, the recorded trace not being continuous and having in fact various points outside the normal trace. In such a case, it is a question of what are termed "aberrant" points.
Dans l'un et l'autre cas, l'usinage, sous le contrôle de la CFAO, manque de précision, ce qui génère des erreurs préjudiciables pour la qualité du produit fini. In both cases, the machining, under the control of CAD / CAM, lacks precision, which generates errors that are detrimental to the quality of the finished product.
Une autre série d'inconvénients est également due au fait que le procédé utilisé pour déterminer les coordonnées spatiales à partir des coordonnées des points image enregistrés par la vidéo, fait appel à des formules trigonométriques telles que celles décrites dans le brevet 81.24418 mentionné plus haut. Il s'ensuit un manque de précision. Il est donc souhaitable de disposer d'un procédé de détermination des coordonnéés spatiales des points considérés, plus précis et plus fiable. Another series of drawbacks is also due to the fact that the method used to determine the spatial coordinates from the coordinates of the image points recorded by the video, uses trigonometric formulas such as those described in the patent 81.24418 mentioned above. It follows a lack of precision. It is therefore desirable to have a method for determining the spatial coordinates of the points considered, more precise and more reliable.
Par ailleurs, la Demanderesse a constaté qu'il était souhaitable d'orienter l'outil de telle sorte qu'il attaque la matière sous un angle correspondant a la normale a la surface devant être réalisée, ce qui permet d'obtenir un meilleur fini et un meilleur rendu de la pièce. L'art antérieur ne prévoit pas une telle hypothèse puisque la machine qui est utilisée n'est commandée que selon trois degrés de liberté, ce qui ne permet que de positionner de façon correcte la fraise attaquant la matière, mais ne permet pas de positionner l'angle d'attaque de cette fraise par rapport a la matière. Il est donc souhaitable de disposer d'un procédé permettant de commander et de contrôler autant que possible 1'angle d'attaque de l'outil par rapport a la matière. Moreover, the Applicant has found that it is desirable to orient the tool so that it attacks the material at an angle corresponding to the normal to the surface to be made, which makes it possible to obtain a better finish. and a better rendering of the piece. The prior art does not provide such a hypothesis since the machine which is used is controlled only by three degrees of freedom, which only makes it possible to correctly position the cutter attacking the material, but does not make it possible to position the machine. angle of attack of this mill compared to the material. It is therefore desirable to have a method of controlling and controlling as far as possible the angle of attack of the tool relative to the material.
Enfin, la Demanderesse a constaté que dans certaines zones telles que les yeux ou la bouche, Si l'angle d'attaque de la fraise est normal å la surface à usiner, il risque de se produire une collision entre l'arbre porte-outil et la matière usinée. Par conséquent, dans ces hypothèses, il faut pouvoir rectifier, de façon automatique dans toute la mesure du possible, la position de l'arbre porte-outil de telle sorte que l'outil attaque la matière sous un angle favorable mais que l'on évite, autant que possible, les collisions entre l'arbre porteoutil et la matière. A cet égard, il est donc souhaitable de disposer dans la CFAO d'une phase permettant de déterminer la direction optimale de 1'arbre porte-outil. Finally, the Applicant has found that in certain areas such as the eyes or the mouth, If the angle of attack of the cutter is normal to the surface to be machined, there is a risk of a collision between the tool shaft and the machined material. Consequently, in these hypotheses, it is necessary to be able to rectify, automatically as far as possible, the position of the tool-holding shaft so that the tool attacks the material in a favorable angle but that one avoids, as much as possible, collisions between the tool shaft and the material. In this respect, it is therefore desirable to have in the CAD / CAM a phase for determining the optimum direction of the tool holder shaft.
La présente invention résout l'ensemble de ces problèmes. The present invention solves all of these problems.
Elle vise notamment en effet un procédé de détermination de coordonnées spatiales de chacun des points d'un ensemble de points source appartenant å une surface comportant une étape d'acquisition de données dans laquelle on éclaire avec un faisceau plan de lumière la surface, on enregistre avec au moins une caméra au moins une image de la trace laissée par le faisceau plan sur la surface, la trace laissée par le faisceau plan de lumière sur la surface étant dite "profil source", l'image de cette trace dans un plan image de la caméra étant dite "profil image", on déplace relativement le faisceau plan et la surface et on enregistre avec ladite caméra & nouveau au moins une image de la trace laissée par le faisceau plan sur la surface, on recommence les opérations de déplacement relatif, d'éclairage et d'enregistrement de sorte que l'on enregistre ainsi une pluralité de profils image constituant un échantillonnage de l'image de l'ensemble de la surface, le procédé comportant une étape de traitement au cours de laquelle, notamment, on considère les coordonnées lignescolonne (Col,Lig) d'un ensemble de points image échantillonnant chaque image profil dans le plan image de ladite caméra, procédé caractérisé en ce que, mettant en oeuvre les considérations suivant lesquelles
- dans le plan du faisceau lumineux, on choisit un axe directeur et on affecte des coordonnées dites "spatiales" (R,H), à chaque point dudit plan, R étant la distance entre le point considéré et l'axe directeur, H étant l'ordonnée de ce point sur cet axe ; ;
- on prend en compte les formules suivantes de transformation des coordonnées (Col,Lig) de chacun des points du plan image de la caméra en coordonnées spatiales (R, H) du point source correspondant
a1Lig+a2col+a3 a4tig+a5col+a6 (1) R
a7Lig+a8col+l a7Lig+a8col+l les coefficients ai étant dits "coefficients de transforma- tion" et étant déterminés pour des points du plan image de ladite caméra, à partir de coefficients dits "d'interpolation (bit) eux-mêmes calculés lors d'une phase préalable de calibration du plan image de la caméra au cours de laquelle
on enregistre l'image de séries juxtaposées
de quatre points source de référence situés
dans le plan de la lumière et dont les
coordonnées spatiales (R, H) dans ce plan
sont connues ; on relève les coordonnées
images (col,Lig) de l'image de chacun de ces
points pour chaque série de quatre points
source de référence et on résout la formule
de transformation (1), ce qui donne huit
valeurs de coefficients de transformation ai
par série de quatre points de référence ; on
considère le barycentre de chacune des séries
de quatre points de référence et on affecte à
ce dernier les coefficients de transformation
Qi ainsi déterminés ; on considère des zones
d'interpolation Tk de forme triangulaire
délimitées par des segments de droite
joignant lesdits barycentres de séries
voisines, ces barycentres constituant les
sommets desdites zones triangulaires Tk ; on
utilise la formule d'interpolation suivante
pour chaque coefficient de transformation ai:
(2) ai = sil Col + 8i2 Lig + Big
on détermine vingt-quatre coefficients
d'interpolation (piu) par zone triangulaire
d'interpolation (Tk) en résolvant la formule
d'interpolation (2) pour chacun des coeffi
dents de transformation (ai) affecté & un
sommet de zone triangulaire d'interpolation
Tk;; ce procédé consiste en outre, dans ladite phase de traitement, pour déterminer les coordonnées spatiales (R,H) d'un point source dont on connaît les coordonnées images (Col,Lig) de son image, à effectuer les opérations suivantes
- rechercher, dans une opération de recherche, la zone d'interpolation (Tk) à laquelle le point appartient, ainsi que les coefficients d'interpolation (piu) associés à cette zone.In particular, it aims at a method for determining spatial coordinates of each of the points of a set of source points belonging to a surface comprising a data acquisition step in which the surface of the light is illuminated with a plane of light. with at least one camera at least one image of the trace left by the plane beam on the surface, the trace left by the light plane beam on the surface being said "source profile", the image of this trace in an image plane of the camera being called "image profile", the plane beam and the surface are relatively moved and recorded with said camera & new at least one image of the trace left by the plane beam on the surface, the relative displacement operations are repeated , lighting and recording so that a plurality of image profiles constituting a sampling of the image of the entire surface is recorded, the process comprising a processing step during which, in particular, the column-line coordinates (Col, Lig) of a set of image points sampling each profile image in the image plane of said camera are considered, characterized in that, implementing considerations that
in the plane of the light beam, a direction axis is selected and "spatial" coordinates (R, H) are assigned to each point of said plane, R being the distance between the point considered and the director axis, H being the ordinate of this point on this axis; ;
the following formulas for transforming the coordinates (Col, Lig) of each of the points of the image plane of the camera into spatial coordinates (R, H) of the corresponding source point are taken into account
a1Lig + a2col + a3 a4tig + a5col + a6 (1) R
a7Lig + a8col + l a7Lig + a8col + l the coefficients ai being called "transformation coefficients" and being determined for points of the image plane of said camera, from so-called interpolation coefficients (bit) themselves calculated during a previous phase of calibration of the image plane of the camera during which
we record the image of juxtaposed series
four reference source points located
in the plane of light and whose
spatial coordinates (R, H) in this plane
are known; we find the coordinates
images (col, Lig) of the image of each of these
points for each set of four points
source of reference and we solve the formula
of transformation (1), which gives eight
transformation coefficient values ai
by series of four reference points; we
consider the center of gravity of each series
of four reference points and we assign to
the latter the transformation coefficients
Qi thus determined; we consider zones
triangular Tk interpolation
bounded by straight segments
joining said series centroids
neighboring regions, these centroids constituting the
vertices of said triangular zones Tk; we
uses the following interpolation formula
for each transformation coefficient ai:
(2) ai = sil Col + 8i2 Lig + Big
twenty-four coefficients are determined
Interpolation (piu) by triangular area
interpolation (Tk) solving the formula
Interpolation (2) for each of the coefficients
transformation teeth (ai) assigned to a
triangular zone top of interpolation
Tk ;; this method furthermore consists, in said processing phase, in determining the spatial coordinates (R, H) of a source point whose image coordinates (Col, Lig) of its image are known to perform the following operations
searching, in a search operation, the interpolation zone (Tk) to which the point belongs, as well as the interpolation coefficients (piu) associated with this zone.
- calculer, dans une opération de calcul, les coordonnées spatiales (R, H) par application concomitante desdites formules de transformation (1) et d'interpolation (2). calculating, in a calculation operation, the spatial coordinates (R, H) by concomitant application of said transform (1) and interpolation (2) formulas.
Selon un autre aspect de l'invention, il est mis en oeuvre une phase d'homogénéisation au cours de laquelle, pour chacun des points traités (Pi,n), an considère un nombre prédéterminé de points voisins, on calcule les coordonnées moyennes de ces points, si le point traité est absent, ou Si l'une au moins de ses coordonnées diffère de la coordonnée moyenne correspondante d'un écart supérieur à une valeur prédéterminée (E), on affecte au point traité lesdites coordonnées moyennes. According to another aspect of the invention, a homogenization phase is implemented in which, for each of the points treated (Pi, n), year considers a predetermined number of neighboring points, the average coordinates of these points, if the treated point is absent, or if at least one of its coordinates differs from the corresponding average coordinate by a difference greater than a predetermined value (E), the said average coordinates are assigned to the point treated.
Ainsi, grâce à ces dispositions, on dispose d'une méthode fiable et précise pour déterminer et/ou reconstituer les coordonnées spatiales d'un ensemble de points à partir de leurs coordonnées dans le plan image de la caméra. Thus, thanks to these provisions, there is a reliable and accurate method for determining and / or reconstructing the spatial coordinates of a set of points from their coordinates in the image plane of the camera.
De plus, grâce à la phase d'homogénéisation, on pallie les inconvénients liés aux points de faible ou de trop forte albédo sur la surface & reproduire. In addition, thanks to the homogenization phase, it overcomes the disadvantages associated with points of low or too strong albedo on the surface & reproduce.
La présente invention vise également un procédé de vidéo sculpture, notamment du type tel que succinctement rappelé ci-dessus, pouvant, avantageusement, mettre en oeuvre le procédé de détermination et/ou de reconstitution des coordonnées spatiales énoncé ci-dessus, notamment caractérisé en ce qu'il met en oeuvre une machine-outil adaptée à commander un outil selon cinq degrés de liberté, a savoir trois degrés de liberté permettant le positionnement de cet outil dans l'espace, compte tenu desdites coordonnées spatiales et deux degrés de liberté déterminant un angle d'attaque de l'outil de telle sorte que l'outil soit généralement dirigé selon la normale a la surface devant être réalisée et en ce que l'on procède à une détection des parties concaves de la surface, pour corriger l'angle d'attaque de l'outil pour ~ éviter autant que possible une interaction entre l'outil et la matière usinée, au cours de laquelle
- on considère la trace laissée par ladite
surface dans un plan perpendiculaire à un axe directeur
et passant par le point en cours de traitement (Pi,n),
cette trace étant dite sécante (Si),
- on considère également un profil source en
auquel appartient le point traité (Ri, Hi, en)
- on détecte les parties concaves du profil en
effectuant les opérations suivantes
. on considère un vecteur normal (DN, i-I'
ri+l) à chacun des deux points
voisins (Ri~l,Hi l,en) et (Risl,Hi+lten)
du point traité (Ri,Hi,#n)
. on calcule le produit vectoriel desdits vecteurs normaux (Dt en,i-1, DR en,i+1)
profil aux points voisins du point traité
on détermine ainsi un coefficient de
convexité QDi associé au point en traite
ment (Ri, Hi, en),
Si le coefficient de convexité est négatif,
le profil source est concave au point
traité, et on calcule la somme (E# en,i)
desdits vecteurs normaux au profil, aux
deux points voisins du point traité,
(DNen,i-1, DNen,i+1),
. on mémorise ce vecteur somme (ED en i)
. on considère alors l'ensemble des points
traités appartenant à un même profil (en)
on associe à chacun de ces points soit le
vecteur normal au profil au point con
sidéré, lorsque le coefficient de convexité
QD considéré est positif, soit le vecteur
somme, lorsque le coefficient de convexité
(QD) est négatif,
. lorsque l'ensemble des points appartenant å
un même profil est traité, on recommence un
nombre prédéterminé de fois le traitement
du profil en utilisant les vecteurs
effectivement associés (DZ en,i, ED
au point traité (Ri, Hi, en). The present invention also aims at a method of video sculpture, particularly of the type as briefly described above, which can, advantageously, implement the method for determining and / or reconstructing the spatial coordinates stated above, in particular characterized in that that it implements a machine tool adapted to control a tool with five degrees of freedom, namely three degrees of freedom allowing the positioning of this tool in space, taking into account said spatial coordinates and two degrees of freedom determining a angle of attack of the tool so that the tool is generally directed according to the normal to the surface to be achieved and in that one proceeds to a detection of the concave portions of the surface, to correct the angle of attack of the tool to avoid ~ as much as possible an interaction between the tool and the machined material, during which
- the trace left by the said
surface in a plane perpendicular to a director axis
and passing through the point being processed (Pi, n),
this trace being called secant (Si),
- we also consider a source profile in
to which belongs the treated point (Ri, Hi, en)
the concave parts of the profile are detected
performing the following operations
. we consider a normal vector (DN, iI '
ri + l) at each of the two points
neighbors (Ri ~ l, Hi l, en) and (Risl, Hi + lten)
of the treated point (Ri, Hi, # n)
. the vector product of said normal vectors (Dt en, i-1, DR en, i + 1) is calculated
profile at points close to the point
a coefficient of
convexity QDi associated with the point in process
(Ri, Hi, en),
If the convexity coefficient is negative,
the source profile is concave to the point
treated, and we calculate the sum (E # en, i)
said normal vectors to the profile,
two points close to the point
(DNen, i-1, DNen, i + 1),
. this sum vector is stored (ED in i)
. we then consider all the points
treaties belonging to the same profile
we associate with each of these points the
normal vector to cone profile
stunned, when the coefficient of convexity
QD considered is positive, the vector
sum, when the coefficient of convexity
(QD) is negative,
. when all the points belonging to
the same profile is processed, we start again
predetermined number of times the treatment
profile using the vectors
effectively associated (DZ en, i, ED
at the point treated (Ri, Hi, en).
- on procède à un traitement analogue pour
chacune des traces sécantes (Si) et on associe à
chacun des points traités (Ri, Hi, en) un vecteur
correspondant soit à la normale à ladite trace sécante
Si au point traité SN en i, soit à un vecteur somme,
(ES en,i) des vecteurs effectivement associés aux
points voisins (Ri, Hif en-l) (Ri, Hi, en+l) au point
traité (Ri, Hi, en). - a similar treatment is carried out for
each of the secant traces (Si) and we associate with
each of the points treated (Ri, Hi, en) a vector
corresponding to the normal to said secant trace
If at the point treated SN in i, or at a vector sum,
(ES in, i) vectors actually associated with
neighboring points (Ri, Hif en-l) (Ri, Hi, en + l) at the point
treated (Ri, Hi, en).
et, pour chaque point, on dirige l'outil selon la direction des vecteurs effectivement associés audit point, dans la place de son profil (en) et dans celui de la trace sécante (Si) à laquelle il appartient.and, for each point, the tool is directed according to the direction of the vectors effectively associated with said point, in the place of its profile (in) and in that of the secant trace (Si) to which it belongs.
Grâce à ces dispositions, on contrôle de façon optimale l'outil, tout en évitant, de façon automatique le plus souvent, toute interférence entre l'outil et la matière. Thanks to these provisions, it optimally controls the tool, while automatically avoiding, most often, any interference between the tool and the material.
Les caractéristiques et avantages ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique des moyens mettant en oeuvre un procédé de vidéo sculpture conforme a l'invention,
- la figure 2 est une vue schématique illustrant la position relative du laser et des caméras illustrés en figure 1,
- les figures 2a et 2b illustrent une variante de réalisation,
- la figure 3 est une vue schématique d'une surface tridimensionnelle à reproduire,
- la figure 4 illustre, de façon schématique, un profil image tel qu'enregistré par chacune des caméras de la figure 1,
- la figure 5 illustre le profil source correspondant au profil image de la figure 4,
- la figure 6 est un#e vue schématique d'une mire de calibration du système de vision,
- la figure 7 est une vue schématique d'une autre mire de calibration permettant une calibration plus précise de chacune des caméras,
- la figure 8 est un schéma fonctionnel des principaux moyens mis en oeuvre dans le mode de réalisation décrit et représenté,
- la figure 9 est un organigramme simplifié de transformation réalisant l'une des étapes illustrées en figure 8,
- la figure 10 est une illustration de cinq profils source du sujet illustré en figure 3,
- les figures 11 å 13 illustrent un profil source présentant une partie concave et les étapes permettant de corriger la direction de l'outil pour éviter une interaction outil-matière et,
- les figures 14 et 15 illustrent une trace "sécante" présentant une partie concave.The features and advantages will emerge from the following description with reference to the accompanying drawings, in which:
FIG. 1 is a schematic view of the means implementing a video sculpture method according to the invention,
FIG. 2 is a schematic view illustrating the relative position of the laser and the cameras illustrated in FIG. 1;
FIGS. 2a and 2b illustrate an alternative embodiment,
FIG. 3 is a schematic view of a three-dimensional surface to be reproduced;
FIG. 4 schematically illustrates an image profile as recorded by each of the cameras of FIG. 1,
FIG. 5 illustrates the source profile corresponding to the image profile of FIG. 4,
FIG. 6 is a schematic view of a calibration chart of the vision system,
FIG. 7 is a schematic view of another calibration pattern allowing a more precise calibration of each of the cameras,
FIG. 8 is a block diagram of the principal means implemented in the embodiment described and represented,
FIG. 9 is a simplified flow diagram of transformation carrying out one of the steps illustrated in FIG. 8,
FIG. 10 is an illustration of five source profiles of the subject illustrated in FIG. 3,
FIGS. 11 to 13 illustrate a source profile having a concave portion and steps for correcting the direction of the tool to avoid a tool-material interaction and
- Figures 14 and 15 illustrate a "secant" trace having a concave portion.
On va tout d'abord brièvement décrire un mode de réalisation du procédé selon l'invention et les moyens le mettant en oeuvre pour avoir une vue générale. On décrira ensuite plus en détail certaines phases du procédé. We will first briefly describe an embodiment of the method according to the invention and the means implementing it to have a general view. Then will be described in more detail certain phases of the process.
1. Généralités
La figure 1 illustre de façon générale des moyens mettant en oeuvre un procédé de vidéo sculpture comportant le procédé de réalisation d'une image tridimensionnelle selon la présente invention.1. General
FIG. 1 generally illustrates means implementing a video sculpture method comprising the method of producing a three-dimensional image according to the present invention.
Le procédé de vidéo sculpture illustré comporte, de façon classique, trois étapes principales mises en oeuvre par des ensembles de moyens
- l'ensemble A permet l'acquisition de 1information,
- l'ensemble B permet le traitement de l'information,
- l'ensemble C est une utilisation de l'infor- mation, en l'espèce usinage de l'objet copié au moyen d'une machine-outil 18.The illustrated video sculpture method comprises, in a conventional manner, three main steps implemented by sets of means
the set A allows the acquisition of the information,
the set B allows the processing of the information,
the set C is a use of the information, in this case the machining of the object copied by means of a machine tool 18.
L'acquisition de l'information se fait en plaçant l'objet å copier sur une table 10 ou le sujet dont on désire modeler le buste sur un siège 10'. La table 10 et le siège 10' sont rotatifs et entraînés à cet effet par un moteur pas à pas non représenté. Le sujet ou l'objet sont éclairés au moyen d'un laser 12. Dans le mode de réalisation choisi et représenté, un seul laser éclaire le sujet ou l'objet. Deux caméras 13a, 13b filment l'objet ou le sujet alors que la table 10 ou le siège 10' effectue un tour complet. Les pas angulaires de la table ou du siège sont ici de 1 en sorte que deux magnétoscopes 14a, 14b respectivement raccordés aux caméras 13a, 13b enregistrent ainsi chacun 360 images p de l'objet ou du sujet éclairé par le laser 12 (voir figure 3). The acquisition of information is done by placing the object to be copied to a table 10 or the subject whose bust is to be modeled on a seat 10 '. The table 10 and the seat 10 'are rotatable and driven for this purpose by a stepper motor not shown. The subject or object is illuminated by means of a laser 12. In the embodiment chosen and shown, a single laser illuminates the subject or the object. Two cameras 13a, 13b film the object or the subject while the table 10 or the seat 10 'performs a complete turn. The angular steps of the table or seat are here so that two video recorders 14a, 14b respectively connected to the cameras 13a, 13b each record 360 p-images of the object or subject illuminated by the laser 12 (see FIG. ).
Sur la figure 3, on a illustré un sujet 20 et deux traces p laissées par le laser 12. Le double système d'acquisition des données 13a, 14a et 13b, 14b enregistre ainsi une pluralité de traces ou profils p réalisant, de ce fait, un échantillonnage de l'image de l'ensemble de la surface du buste 20 du sujet. FIG. 3 illustrates a subject 20 and two traces p left by the laser 12. The double data acquisition system 13a, 14a and 13b, 14b thus records a plurality of traces or profiles p realizing, thereby , a sampling of the image of the entire surface of the bust 20 of the subject.
Avant de poursuivre la présente description, il est donné les définitions suivantes
- point source" : point appartenant à la
surface extérieure de l'objet ou du sujet que
l'on veut reproduire,
- "profil source" : trace p laissée par le
laser sur le buste 20 ou l'objet à repro
duire,
- "point image" : image d'un point source
enregistré par la caméra 13a et/ou la caméra
13b, dans un "plan image" appartenant à la
caméra considérée. Le point image est carac
térisé par ses coordonnées (Col,Lig) dans le
plan image ainsi quill ressortira du reste de
la description,
- "profil image" : image du profil source dans
le plan image de la caméra considérée.Before continuing this description, the following definitions are given:
- point source ": point belonging to the
outer surface of the object or subject that
we want to reproduce,
- "source profile": trace p left by the
laser on the bust 20 or the object to repro
reduce,
- "image point": image of a source point
recorded by the camera 13a and / or the camera
13b, in an "image plane" belonging to the
camera considered. The image point is carac
by its coordinates (Col, Lig) in the
image plan as well as will stand out from the rest of
the description,
- "image profile": image of the source profile in
the image plane of the considered camera.
La figure 2 illustre schématiquement' la disposition relative des deux caméras 13a, 13b et du laser 12. L'ensemble est vu du dessus, la tête du sujet portant la référence 20, l'axe 120 du laser 12 et celui (130a, 130b) de chacune des caméras 13a, 13b se coupe sur un axe vertical Z correspondant à l'axe de rotation du siège 10' sur lequel est assis le sujet. L'axe Z est dit, dans la suite de la description, "axe directeur". On observe que l'axe Z débouche de la tête 20 sensiblement au milieu de cette dernière. Les axes 130a, 130b, sont inclinés d'un angle e de 30 par rapport à l'axe 120 du laser 12. Ce dernier émet un faisceau de lumière plan qui laisse une trace, également appelée profil et référencée sur la figure 2 en p, sur la tête et sur le buste du sujet. FIG. 2 schematically illustrates the relative arrangement of the two cameras 13a, 13b and the laser 12. The assembly is seen from above, the head of the subject bearing the reference 20, the axis 120 of the laser 12 and the axis 130a, 130b ) of each of the cameras 13a, 13b is intersected on a vertical axis Z corresponding to the axis of rotation of the seat 10 'on which the subject sits. The Z axis is said, in the following description, "axis director". It is observed that the Z axis opens out of the head 20 substantially in the middle of the latter. The axes 130a, 130b are inclined at an angle e of 30 relative to the axis 120 of the laser 12. The latter emits a plane light beam which leaves a trace, also called a profile and referenced in FIG. , on the subject's head and bust.
On choisit l'une des deux caméras, la caméra 13a en l'espèce, comme caméra directrice. En règle générale, cette dernière voit en permanence et dans sa totalité la trace du faisceau laser sur la tête et le buste du sujet. Cependant, dans certaines zones, la trace p est partiellement cachée, et ne peut être vue de la caméra directrice 13a (voir par exemple la figure 2 : au niveau du nez, la trace p est, pour une portion de son étendue tout au moins, masquée). Aussi, dans un tel cas, on utilisera les données issues de la caméra secondaire 13b, qui, s'agissant de l'exemple illustré en figure 2 tout au moins, voit la portion masquée de la trace p. Plus loin, dans la description, il sera expliqué comment un fichier directeur
FIa, associé à la caméra directrice 13a, est complété par les données issues de la caméra secondaire 13b.We choose one of the two cameras, the camera 13a in this case, as the director camera. As a rule, the latter permanently and in its entirety traces the laser beam on the subject's head and bust. However, in some areas, the trace p is partially hidden, and can not be seen from the director camera 13a (see for example Figure 2: at the nose, the trace p is, for a portion of its extent at least , masked). Also, in such a case, we will use the data from the secondary camera 13b, which, with respect to the example illustrated in Figure 2 at least, sees the masked portion of the trace p. Further, in the description, it will be explained how a master file
FIa, associated with the director camera 13a, is completed by the data from the secondary camera 13b.
Il convient ici d'observer que le mode d'acquisition des données est particulièrement bien adapté à une surface présentant une forme variable sur les 360 de sa périphérie. It should be noted here that the data acquisition mode is particularly well adapted to a surface having a variable shape on the 360 of its periphery.
Cependant, une telle disposition n'est pas impérative. En effet, au lieu de placer l'objet à reproduire sur un plateau tournant, on pourra, par exemple, le disposer sur un plateau animé d'un mouvement de translation de telle sorte que les traces seront alors parallèles entre elles et parallèles à un axe directeur solidaire de l'objet, cet axe se déplaçant parallèlement å lui-même. Ce pourra être le cas lorsque l'objet à reproduire est par exemple une carte en relief dont la représentation mathématique est de la forme : z = f(x, y) et dont seule une face est à reproduire. En revanche, lorsque l'objet doit être reproduit dans son ensemble, on utilisera le procédé du plateau tournant décrit plus haut. However, such a provision is not imperative. Indeed, instead of placing the object to be reproduced on a turntable, it may, for example, be arranged on a moving plate with a translational movement so that the traces will then be parallel to each other and parallel to a director axis integral with the object, this axis moving parallel to itself. This may be the case when the object to be reproduced is for example a relief map whose mathematical representation is of the form: z = f (x, y) and of which only one face is to be reproduced. On the other hand, when the object has to be reproduced as a whole, the method of the turntable described above will be used.
A propos du mode de réalisation illustré, on notera par ailleurs que, avantageusement, compte tenu de la forme de l'objet, ou de la morphologie du sujet, il est possible de paramétrer les déplacements angulaires pour obtenir plus d'images sur les zones de l'objet du sujet dont la surface est sujette & de brusques variations (par exemple le nez du sujet) et moins d'images dans les zones où la surface est plus régulière (par exemple, la nuque du sujet). With regard to the illustrated embodiment, it will be noted moreover that, advantageously, taking into account the shape of the object, or the morphology of the subject, it is possible to parameterize the angular displacements to obtain more images on the zones. the subject's subject whose surface is subject to abrupt variations (eg the subject's nose) and fewer images in areas where the surface is more even (for example, the nape of the subject).
Dans l'exemple illustré, les données' sont enregistrées sur un premier ensemble de magnétoscopes 14a, 14b, un autre ensemble de magnétoscopes 14'a, 14'b étant utilisé pour le traitement de l'information. Ceci permet de décentraliser la phase de traitement par rapport à celle d'acquisition. In the illustrated example, the data is recorded on a first set of video recorders 14a, 14b, another set of video recorders 14'a, 14'b being used for information processing. This makes it possible to decentralize the processing phase relative to the acquisition phase.
En figure 2a, il est illustré une variante de réalisation de l'ensemble d'acquisition de données mettant en oeuvre une seule caméra 13c et deux lasers 12a, 12b. In Figure 2a, there is illustrated an alternative embodiment of the data acquisition assembly implementing a single camera 13c and two lasers 12a, 12b.
Cette figure illustre schdmatiquement la disposition relative des deux lasers et de la caméra. L'ensemble est vu du dessus, la tête du sujet portant aussi la référence 20.This figure schematically illustrates the relative arrangement of the two lasers and the camera. The set is seen from above, the subject's head also bearing the reference 20.
L'axe 130c de la caméra et celui (120a, 120b) de chacun des lasers 12a, 12b se coupent sur un axe vertical Z correspondant à l'axe de rotation du siège 10' sur lequel est assis le sujet. Les axes 120a,- 120b sont inclinés de 30- par rapport à l'axe 130c de la caméra. Les lasers 12a, 12b émettent chacun un faisceau de lumière. Ce faisceau laisse sur la tête du sujet et son buste une trace, référencée sur la figure 2a en p (trace laissée par le laser de gauche 12a) et en p' (trace laissée par le laser de droite 12b).The axis 130c of the camera and that (120a, 120b) of each of the lasers 12a, 12b intersect on a vertical axis Z corresponding to the axis of rotation of the seat 10 'on which the subject is seated. The axes 120a, 120b are inclined 30- with respect to the axis 130c of the camera. The lasers 12a, 12b each emit a beam of light. This beam leaves on the head of the subject and his bust a trace, referenced in Figure 2a in p (trace left by the left laser 12a) and p '(trace left by the right laser 12b).
En règle générale, la caméra voit en permanence les deux traces des lasers sur la tête de la personne. Ces deux traces sont complètement séparées car elles ne peuvent avoir de point commun que sur l'axe de rotation Z. Les moyens électroniques ne prennent en considération que l'une des traces, en l'espèce la trace p', laissée par le laser de droite 12b. Cependant, comme précédemment, dans certaines zones, la trace de droite sera cachée (zone masquée par le nez du sujet, par exemple). Aussi, dans un tel cas, la caméra 13c ne peut voir cette trace ou tout du moins la portion de celle-ci qui est masquée par le nez. As a general rule, the camera constantly sees both traces of lasers on the person's head. These two traces are completely separated because they can not have anything in common except on the axis of rotation Z. The electronic means take into consideration only one of the traces, in this case the trace p ', left by the laser right 12b. However, as previously, in some areas, the right trace will be hidden (masked area by the subject's nose, for example). Also, in such a case, the camera 13c can not see this trace or at least the portion thereof that is hidden by the nose.
Dans ce cas, les moyens électroniques prennent en compte la trace de gauche vue par la caméra lorsque la tête a pivoté de 60 comme illustré en figure 2b. En effet, la trace p laissée par le laser de gauche 12a (de la figure 2b) est identique à celle (p') laissée par le laser de droite 12b de la figure 2a. Grâce à cette disposition, on peut ainsi compenser et retrouver les zones masquées par le nez ou les oreilles par exemple.In this case, the electronic means take into account the left trace seen by the camera when the head has rotated 60 as shown in Figure 2b. Indeed, the trace p left by the left laser 12a (of Figure 2b) is identical to that (p ') left by the right laser 12b of Figure 2a. With this arrangement, it is possible to compensate and find the areas masked by the nose or ears, for example.
Cette variante de réalisation présente pour avantages d'alléger sensiblement le dispositif d'acquisition des données puisque l'on fait l'économie dune deuxième caméra et de deux magnétoscopes. Cependant, cette variante de réalisation présente, par rapport au mode préféré de réalisation choisi, deux inconvénients -: d'une part, la mise en oeuvre de la prise en compte des 60 de décalage complique sensiblement le traitement et, d'autre part, les contraintes mécaniques sont telles que le profil p' (figure 2a) ne coïncide pas parfaitement avec le profil p (figure 2b) une fois que la tête a pivoté de 60' : effet, le sujet est incapable de rester parfaitement immobile pendant ce temps.C'est pourquoi, en définitive, le Demanderesse a préféré mettre en oeuvre le mode de réalisation décrit à l'appui des figures 1 et 2. Cependant, la variante illustrée à l'appui des figures 2a et 2b démontre qu'il existe divers procédés permettant d'en registrer 1'ensemble de la surface a reproduire, y compris les parties cachées. Aussi, la présente invention englobet-elle à cet égard toutes variantes susceptibles d'arriver à ce résultat. This variant embodiment has the advantages of significantly lightening the data acquisition device since the economy of a second camera and two video recorders. However, this embodiment variant has, with respect to the preferred embodiment chosen, two disadvantages: firstly, the implementation of the taking into account of the offset 60 substantially complicates the processing and, secondly, the mechanical stresses are such that the profile p '(Figure 2a) does not coincide perfectly with the profile p (Figure 2b) once the head has rotated 60': effect, the subject is unable to remain perfectly immobile during this time Therefore, in the end, the Applicant has preferred to implement the embodiment described in support of Figures 1 and 2. However, the variant illustrated in support of Figures 2a and 2b demonstrates that there is various methods for registering the entire surface to be reproduced, including hidden parts. Also, the present invention encompasses in this respect any variants likely to achieve this result.
Le signal analogique issu des caméras 13a, 13b enregistré dans les magnétoscopes I4a, - 14b et délivré par les magnétoscopes 14'a, 14'b se présente sous la forme d'une série de courbes (les profils p). Les courbes sont sensiblement continues et présentent des points très éclairés et des points faiblement éclairés. The analog signal from the cameras 13a, 13b recorded in the video recorders 14a, 14b and delivered by the video recorders 14'a, 14'b is in the form of a series of curves (the profiles p). The curves are substantially continuous and have very bright spots and dimly lit spots.
Chacune de ces courbes est numérisée dans les moyens électroniques 15, de façon connue en soi, au moyen d'un convertisseur analogique-numérique qui délivre les coordonnées image (ligne, colonne), d'une suite d'échantillons représentatifs de chacune des courbes. Le brevet français 81.24418 décrit un mode préféré de réalisation permettant de réaliser cette numérisation, et par consé- quent le convertisseur 15 ne sera pas décrit plus en détail ici. Each of these curves is digitized in the electronic means 15, in a manner known per se, by means of an analog-digital converter which delivers the image (line, column) coordinates of a series of samples representative of each of the curves. . French patent 81.24418 describes a preferred embodiment for performing this digitization, and therefore the converter 15 will not be described in more detail here.
Cependant, la Demanderesse a constaté que pour des raisons d'ordre technique et économique, l'objet ou le sujet a reproduire étant disposé sur un support rotatif, les coordonnées les plus facilement exploitables et les plus économiques du point de vue taille mémoire à utiliser sont les coordonnées dites "cylindriques" (R, H, @), R correspondant à la distance entre un point de la surface et l'axe de Z tandis que H correspond à l'ordonnée le long de l'axe des Z et e correspond à la coordonnée angulaire du profil source (intersection d'un axe X' appartenant å un référentiel solidaire du buste 20, figure 3, avec l'axe X dans le plan XY fixe). However, the Applicant has found that for technical and economic reasons, the object or the subject to be reproduced being placed on a rotating support, the most easily usable and most economical coordinates from the point of view memory size to use are the so-called "cylindrical" coordinates (R, H, @), where R is the distance between a point on the surface and the Z axis, while H is the ordinate along the Z and e axis corresponds to the angular coordinate of the source profile (intersection of an axis X 'belonging to a reference integral with the bust 20, FIG. 3, with the axis X in the fixed XY plane).
La coordonnée. e correspond en fait au pas (ou a un nombre de pas prédéterminé et paramétrable) du moteur commandant la rotation du siège 10'. Une impulsion est enregistrée dans la bande son des magnétoscopes 14a, 14b à chaque pas du moteur ; comme par ailleurs, la bande son est synchronisée avec la prise d'image, on connaît la position du moteur (et par conséquent l'angle e) à chaque prise d'image. The coordinate. e corresponds in fact to the pitch (or to a predetermined number of steps and parameterizable) of the motor controlling the rotation of the seat 10 '. A pulse is recorded in the soundtrack of the video recorders 14a, 14b at each step of the motor; as otherwise, the soundtrack is synchronized with the image, we know the position of the motor (and therefore the angle e) at each image.
Les moyens de traitement B de l'invention comportent, outre- les magnétoscopes l4'a, 14'b et le convertisseur 15 des moyens 17 procédant à une reconstitution des coordonnées cylindriques des points source à partir des coordonnées image de chacun des échantillons composant les profils. Le procédé de reconstitution mis en oeuvre par les moyens de transformation 17 est décrit plus loin. The processing means B of the invention comprise, in addition to the video recorders 14a, 14'b and the converter 15 means 17 performing a reconstruction of the cylindrical coordinates of the source points from the image coordinates of each of the samples comprising the profiles. The reconstitution process implemented by the transformation means 17 is described below.
En sortie des moyens de transformation 17, on dispose d'informations portant sur les coordonnées cylindriques d'un nombre prédéterminé de points représentatifs de la surface tridimensionnelle, ici celle du buste 20 à reproduire. At the output of the transformation means 17, information is available relating to the cylindrical coordinates of a predetermined number of points representative of the three-dimensional surface, here that of the bust 20 to be reproduced.
Les moyens de traitement de l'information B comportent un ensemble de CFAO composé de deux modules 16 et 19 raccordé aux moyens de transformation 17. Cet ensemble traite les coordonnées issues des moyens 17 et permet la commande d'une machine-outil 18. Cet ensemble met en oeuvre, notamment par des moyens informatiques, un procédé décrit en détail plus loin. The information processing means B comprise a set of CAD / CAM composed of two modules 16 and 19 connected to the transformation means 17. This set processes the coordinates coming from the means 17 and makes it possible to control a machine tool 18. set implements, including by computer means, a method described in detail below.
Les moyens de transformation 17, et l'ensemble
CFAO 16, 19 sont, dans le mode de réalisation préféré présentement décrit, constitués par un micro-ordinateur 21 réalisant les fonctions des moyens 17, 16 et 19 décrites plus loin et contrôlant, de surcroît, le convertisseur 15.The means of transformation 17, and the set
16, 19 are, in the presently preferred embodiment described herein, constituted by a microcomputer 21 performing the functions of the means 17, 16 and 19 described below and controlling, in addition, the converter 15.
Le micro-ordinateur 21 est ici un ordinateur IBM, modèle commercialisé sous la référence AT3. The microcomputer 21 is here an IBM computer, model marketed under the reference AT3.
Enfin, la machine-outil 18 qui, ici, est du type NC-TRIAX-R6-2-TWIST, fabriquée par la Société italienne CMS, permet de sculpter dans un matériau tel que du bois, de la résine ou de l'aluminium, une forme reproduisant sensiblement celle du buste du sujet assis dans le siège 10' ou celle de l'objet à reproduire disposé sur la table 10. Finally, the machine tool 18, which here is of the NC-TRIAX-R6-2-TWIST type, manufactured by the Italian company CMS, makes it possible to carve in a material such as wood, resin or aluminum. , a form substantially reproducing that of the bust of the subject sitting in the seat 10 'or that of the object to be reproduced disposed on the table 10.
En résumé, dans le mode de réalisation présentement décrit, le procédé traitant des données issues du convertisseur 15 comporte trois phases
- une phase de passage des coordonnées image des points image enregistrés aux coordonnées cylindriques de leurs points source. C'est la fonction des moyens de transformation 17,
- une phase d'homogénéisation des points, (fonction du module 16),
- une phase de détermination de la normale å la surface et de correction de cette normale, pour déterminer la direction de l'outil (fonction du module 19).In summary, in the presently described embodiment, the process processing data from the converter 15 has three phases.
a phase of passing the image coordinates of the image points recorded at the cylindrical coordinates of their source points. This is the function of the transformation means 17,
a phase of homogenization of the points, (function of the module 16),
- a phase of determination of the normal to the surface and correction of this normal, to determine the direction of the tool (function of the module 19).
Dans la description qui va suivre, on va décrire en détail chacune de ces trois phases. On commencera par expliquer tout d'abord la structure des données fournies par le système de vision constitué ici par les caméras, les faisceaux laser, les magnétoscopes et le convertisseur. In the description that follows, we will describe in detail each of these three phases. We will begin by explaining first the structure of the data provided by the vision system constituted here by the cameras, the laser beams, the video recorders and the converter.
2. Structure des données en sortie du conver
tisseur 15
Chacune des 360 images enregistrées correspond a un profil source, caractérisé par l'angle en formé entre l'axe X' et l'axe des X dans le plan X-Y.2. Structure of the output data of the conver
weaver 15
Each of the 360 recorded images corresponds to a source profile, characterized by the angle formed between the X 'axis and the X axis in the XY plane.
On notera dans la suite de la description que e désigne tout à la fois la coordonnée angulaire d'un profil source, le plan contenant ce profil source caractérisé "par sa coordonnée angulaire e, et le profil image correspondant au profil source e. La variable e est indicée notamment selon n, n correspondant au numéro d'ordre du profil source ou image considéré. It will be noted in the remainder of the description that e designates all at once the angular coordinate of a source profile, the plane containing this source profile characterized by its angular coordinate e, and the image profile corresponding to the source profile e. e is indexed in particular according to n, n corresponding to the sequence number of the source or image profile considered.
Chaque caméra vidéo 13a, 13b est une caméra par exemple de type THONSON TAV-1033-NEWICON délivrant 316 lignes par image et 1024 pixels par ligne. Aussi, les profils image en sont-ils en fait constitués par une succession de points caractérisés par leur coordonnée dans l'image vidéo enregistrée, ces dernières correspondant en fait à celles du pixel. En effet, pour un pixel donné, on connaît la ligne sur laquelle il est disposé (coordonnée
Lig variant de O à 315) et la position du pixel dans cette ligne (coordonnée Col variant de O å 1023).Each video camera 13a, 13b is a camera for example THONSON type TAV-1033-NEWICON delivering 316 lines per image and 1024 pixels per line. Also, the image profiles are in fact constituted by a succession of points characterized by their coordinate in the recorded video image, the latter actually corresponding to those of the pixel. Indeed, for a given pixel, we know the line on which it is arranged (coordinated
Lig ranging from 0 to 315) and the position of the pixel in this line (Col coordinates varying from 0 to 1023).
Un point quelconque du profil image en est donc défini par ses coordonnées : (Col, Lig, en). Any point of the image profile is therefore defined by its coordinates: (Col, Lig, en).
En figure 4, on a illustré de façon schématique, un profil image en tel qu'enregistré par la caméra vidéo. On a schématisé par une croix le pixel éclairé i l'occasion de la prise d'images. Chaque image est constituée par 316 lignes ordonnées de O à 315, 1024 pixels étant susceptibles d'être éclairés sur une ligne. On a indiqué, à titre indicatif, pour le profil en illustré, le numéro du pixel éclairé au-dessus de la croix schématisant ce pixel. In Figure 4, there is schematically illustrated an image profile as recorded by the video camera. We have schematized by a cross the pixel illuminated on the occasion of the taking of images. Each image consists of 316 rows ordered from 0 to 315, 1024 pixels being capable of being lit on a line. As an indication, for the profile illustrated, the number of the illuminated pixel above the cross schematically this pixel has been indicated.
Ainsi, dans l'exemple illustré en ligne 1, le pixel n 480 est éclairé, en ligne 3, le pixel n 500 est éclairé, etc.Thus, in the example illustrated in line 1, the pixel n 480 is illuminated, in line 3, the pixel n 500 is illuminated, etc.
Pour chaque point du profil en, on dispose donc de ses coordonnées image (Col, Lig, en). A titre d'exemple, celles du point situé sur la sixième ligne de la figure 4 sont : (502,6, en). For each point of the profile in, one thus has its coordinates image (Col, Lig, in). By way of example, those of the point situated on the sixth line of FIG. 4 are: (502.6, in).
Les moyens de transformation 15 mettent en oeuvre un fichier image FI dans lequel les coordonnées image des points constituant les divers profils sont stockées de la manière suivante
- le fichier image contient séquentiellement les ordonnées des pixels du profil, sur une ligne considérée,
- chaque coordonnée est codée sur un mot de 16 bits.The transformation means 15 implement an image file FI in which the image coordinates of the points constituting the various profiles are stored as follows
the image file sequentially contains the ordinates of the pixels of the profile, on a line considered,
each coordinate is coded on a 16-bit word.
Le code d'un point image se fait de la façon suivante
TABIEAU I
N du bit Commentaire
Bit 15 0 séparateur de profil
1 point du profil en cours
Bit 14 0 pas de point dans la
ligne en cours
1 présence d'un point dans
la ligne en cours
Bit 13-Bit 10 0# ces bits ne servent pas
Bits 9 - O Position du pixel éclairé
dans la ligne codée sur 10
bits
A chaque profil image correspond un ensemble séquentiel de 316 mots. Les profils sont séparés par le mot: 0 0 0000 0000000000. Le numéro du profil en cours de lecture est inscrit dans un compteur.The code of an image point is as follows
TABIEAU I
N of the Comment bit
Bit 15 0 profile separator
1 profile point in progress
Bit 14 0 no point in the
current line
1 presence of a point in
the current line
Bit 13-Bit 10 0 # these bits are not used
Bits 9 - O Position of the illuminated pixel
in the line coded on 10
bit
Each image profile corresponds to a sequential set of 316 words. The profiles are separated by the word: 0 0 0000 0000000000. The number of the profile being read is entered in a counter.
Le tableau Il ci-dessous illustre a propos du profil en la structure du fichier FI de la figure 4. Table II below illustrates the profile in the structure of the IF file in Figure 4.
TABLEAU
O 0 0000 0000000000 Séparateur de profil
Profil en 1 0 0000 0000000000 Lig 0, pas de point
1 1 0000 0111100000 Lig 1, col 480
1 0 0000 0000000000 Lig 2, pas de point
1 1 0000 0111110100 Lig 3, col 500
1 1 0000 0111101010 Lig 4, col 490
1 1 OÒoO 1011010000 Lig 5, col 720
1 1 0000 0111110110 Lig 6, col 502
1 1 0000 0111010110 Lig 7, col 470
1 1 0000 0111100110 Lig 308, col 486
1 1 0000 0111110101 Li#g 309, col 501
1 0 0000 0000000000 Lig 310, pas de point
1 1 0000 0111100101 Lig 311, col 485
1 1 0000 0011111010 Lig 312, col 250
1 1 0000 0111100110 Lig 313, col 486
1 1 0000 0111110100 Lig 314, col 500
1 1 0000 0111101111 Lig 315, col 495
O 0 0000 0000000000 Séparateur de profil
Profil en+î 1 1 0000 0111100011 Lig 0, col 483
En se référant à la figure 4 et au tableau Il, on observe que chaque ligne peut comporter soit
- 1 point dans une zone médiane a,
- 1 point dans des zones latérales b,
- aucun point dans ces zones. Il s'agit en
fait de points insuffisamment éclairés pour
les raisons expliquées ci-après. BOARD
O 0 0000 0000000000 Profile separator
Profile in 1 0 0000 0000000000 Lig 0, no point
1 1 0000 0111100000 Lig 1, col 480
1 0 0000 0000000000 Lig 2, no point
1 1 0000 0111110100 Lig 3, col 500
1 1 0000 0111101010 Lig 4, pass 490
1 1 OÒoO 1011010000 Lig 5, col 720
1 1 0000 0111110110 Lig 6, pass 502
1 1 0000 0111010110 Lig 7, pass 470
1 1 0000 0111100110 Lig 308, pass 486
1 1 0000 0111110101 Li # g 309, pass 501
1 0 0000 0000000000 Lig 310, no point
1 1 0000 0111100101 Lig 311, col 485
1 1 0000 0011111010 Lig 312, col 250
1 1 0000 0111100110 Lig 313, pass 486
1 1 0000 0111110100 Lig 314, pass 500
1 1 0000 0111101111 Lig 315, pass 495
O 0 0000 0000000000 Profile separator
Profile in + 1 1 0000 0111100011 Lig 0, col 483
Referring to Figure 4 and Table II, it can be seen that each line may have either
- 1 point in a median area a,
- 1 point in lateral zones b,
- no points in these areas. This is in
made of insufficiently illuminated points for
the reasons explained below.
Ainsi, en lignes 2 et 310, aucun pixel n'est éclairé. En revanche, en lignes 5 et 312, des pixels respectivement 720 et 250 se trouvent situés dans les zones latérales b. Ces points sont dits aberrants. Thus, in lines 2 and 310, no pixel is illuminated. On the other hand, in lines 5 and 312, respectively 720 and 250 pixels are located in the lateral zones b. These points are called aberrant.
En effet, le système de vision utilisé est tel qu'il est possible que certains points de l'objet ou du sujet ne réfléchissent pas suffisamment la lumière laser et, même, au contraire l'absorbent. Ces points sont des points dits "de faible albédo". Dans un tel cas, la lumière réfléchie étant insuffisante, le pixel concerné ne se trouve pas éclairé. CJest pourquoi en lignes 2 et 310, dans l'exemple illustré en figure 4, aucun pixel ne se trouve éclairé. Indeed, the vision system used is such that it is possible that some points of the object or subject do not sufficiently reflect the laser light and, on the contrary, absorb it. These points are so-called "low albedo" points. In such a case, the reflected light being insufficient, the pixel concerned is not lit. This is why in lines 2 and 310, in the example illustrated in FIG. 4, no pixel is illuminated.
En revanche, il est possible que certains pixels se trouvent éclairés, ces pixels ne correspondant pas å des points du sujet appartenant au profil éclairé ce sont ici les points "aberrants" des lignes 5 et 312 (par exemple pour cause de reflet de la lumière laser dans lee cheveux du sujet). On the other hand, it is possible that some pixels are illuminated, these pixels not corresponding to points of the subject belonging to the illuminated profile are here the "aberrant" points of the lines 5 and 312 (for example because of reflection of the light laser in the subject's hair).
On décrit plus loin une caractéristique dz l'invention permettant de reconstituer les points manquant et de détecter les points aberrants. A feature of the invention is described below which makes it possible to reconstruct the missing points and to detect the aberrant points.
En définitive, on observera qu'en sortie d convertisseur 15 et en entrée des moyens de transformatiol 17, on dispose d'un fichier récapitulant de façon séquen tielle les coordonnées (Col, Lig, e) d'ensembles de 31 points appartenant à 360 profils. Finally, it will be observed that at the output of the converter 15 and at the input of the transforming means 17, a file summarizing sequentially the coordinates (Col, Lig, e) of sets of 31 points belonging to 360 is available. profiles.
3. Reconstitution des coordonnées spatiales d
point source de chacun des points imaa
enrecristrés
Le problème posé est celui de permettre 1 passage des coordonnées image d'un point (Col, Lig, e > au coordonnées spatiales de son point source, ces coordonnée spatiales étant en l'espèce choisies de type cylindriqu (R, H, e). 3. Reconstruction of spatial coordinates of
point source of each point imaa
enrecristrés
The problem posed is that of allowing 1 passage of the image coordinates of a point (Col, Lig, e> to the spatial coordinates of its source point, these spatial coordinates being in this case selected of cylindrical type (R, H, e) .
Ce problème n'est pas simple car il s'agit de passer d'un système de coordonnées dans un plan particulièrement réduit, celui de la cellule dé la caméra, & des coordonnées spatiales, en trois dimensions. This problem is not simple because it involves moving from a coordinate system in a particularly small plane, that of the cell of the camera, & spatial coordinates, in three dimensions.
Une première méthode consiste à déterminer, de façon mathématique, pour chaque point du plan image les coordonnées cylindriques (R, H, e) du point source correspondant, étant entendu que l'angle e est celui défini plus haut, ces coordonnées étant mémorisées dans un fichier et la transformation coordonnées image (Col, Lig, e) en coordonnées cylindriques (R, H et @) se faisant par simple lecture du fichier. A first method consists in determining, mathematically, for each point of the image plane the cylindrical coordinates (R, H, e) of the corresponding source point, it being understood that the angle e is the one defined above, these coordinates being stored in a file and image coordinate transformation (Col, Lig, e) in cylindrical coordinates (R, H and @) being done by simply reading the file.
Cette méthode, bien qu'elle entre dans le cadre général de la présente invention, n'est pas satisfaisante techniquement et économiquement au moment du dépôt de la présente demande, car elle exige une taille mémoire particulièrement importante. Il est cependant possible qu'elle soit techniquement et économiquement envisageable dans un proche avenir et que la présente invention englobe une telle méthode. This method, although it comes within the general scope of the present invention, is not technically and economically satisfactory at the time of filing of the present application because it requires a particularly large memory size. However, it is possible that it is technically and economically feasible in the near future and that the present invention encompasses such a method.
La Demanderesse a par conséquent utilisé et amélioré une technique permettant de transformer les coordonnées image en coordonnées cylindriques utilisant une taille mémoire relativement restreinte. The Applicant has therefore used and improved a technique for transforming image coordinates into cylindrical coordinates using a relatively small memory size.
En fait, s'agissant des coordonnées cylindriques (R, H, e), le problème se pose essentiellement pour la détermination des coordonnées R et H, l'angle e étant l'angle entre l'axe des X' et l'axe des X (figure 2), cet angle étant donné par la position du moteur pas à pas animant le siège 10'. In fact, with regard to the cylindrical coordinates (R, H, e), the problem arises essentially for the determination of the coordinates R and H, the angle e being the angle between the axis of X 'and the axis X (Figure 2), this angle being given by the position of the stepper motor animating the seat 10 '.
Le modèle mathématique suivant est utilisé
a1tig+a2Col+a3 a4Lig+a5Col+a6 (1) R = H =
a7Lig+a8Col+l a7Lig+a8Col+l
Le problème qui se pose donc ici est donc de déterminer les coefficients de transformation vi i appliquer aux coordonnées ligne-colonne de tous les points de l'espace susceptibles d'être filmés par les caméras 13a, 13b, pour obtenir les coordonnées cylindriques correspondantes pour chacun de ces points.The following mathematical model is used
a1tig + a2Col + a3 a4Lig + a5Col + a6 (1) R = H =
a7Lig + a8Col + l a7Lig + a8Col + l
The problem that arises here therefore is to determine the transformation coefficients vi i apply to the line-column coordinates of all the points in the space likely to be filmed by the cameras 13a, 13b, to obtain the corresponding cylindrical coordinates for each of these points.
A cet effet, on procède a une étape de "calibration" de chacune des caméras 13a, b, in situ. C'est l'objet de la phase de calibration décrite ci-après au paragraphe 3.1. For this purpose, there is proceeded to a "calibration" step of each of the cameras 13a, b, in situ. This is the subject of the calibration phase described below in section 3.1.
Une fois ces coefficients de transformation déterminés comme il sera décrit ci-après, on peut procéder grâce aux équations indiquées sous (1) ci-dessus à la transformation proprement dite des coordonnées lignecolonne des points délivrés par le convertisseur 15 pour chacun des systèmes de vision 13a, 13b. On génère ainsi deux fichiers dits "spatiaux" FSa et FSb (Cf. paragraphe 3.2. ci-après). Once these conversion factors are determined as will be described below, the equations given under (1) above can be used for the actual transformation of the linecolumn coordinates of the points delivered by the converter 15 for each of the vision systems. 13a, 13b. Two so-called "spatial" files FSa and FSb are thus generated (see section 3.2 below).
3.1 Phase de calibration
La méthode de base utilisée pour la calibration est la suivante
On utilise une mire de calibration telle qu'illustrée en figure 6, comportant une plaque rectangulaire 41 de hauteur H et de largeur R dans l'exemple considéré R = H = 50 cm) et d'épaisseur e (1 cm ici). La plaque 41 est munie de quatre piges constituées par des cylindres métalliques (référencées A, B, C, D dans l'exemple) de rayon r et de hauteur h prédéterminés (d,ans l'exemple considéré r = 1 mm et h = 2 cm). On connais la position spatiale des piges A - D et, notamment, leurs coordonnées (RA, HA), (RB, HB), (RC, HC) et (RD, HD).Sur la figure 6, on a illustré l'axe des Z, le long duquel les coordonnées H sont mesurées et un axe R, perpendiculaire å l'axe des Z, le long duquel les coordonnées R peuvent être mesurées. -On a également illustré, sur cette figure, les coordonnées (RA, HA) de la pige A.3.1 Calibration phase
The basic method used for calibration is as follows
We use a calibration chart as shown in Figure 6, comprising a rectangular plate 41 of height H and width R in the example considered R = H = 50 cm) and thickness e (1 cm here). The plate 41 is provided with four pins formed by metal cylinders (referenced A, B, C, D in the example) of radius r and height h predetermined (d, in the example considered r = 1 mm and h = 2 cm). The spatial position of the A-D rods and, in particular, their coordinates (RA, HA), (RB, HB), (RC, HC) and (RD, HD) are known. FIG. 6 illustrates the Z axis, along which the H coordinates are measured and an R axis, perpendicular to the Z axis, along which the R coordinates can be measured. In this figure, the coordinates (RA, HA) of the A peg have also been illustrated.
On filme la mire ainsi constituée au moyen de chacune des caméras 13. On a illustré sur cette figure, sous la référence 42, l'axe de vision de la caméra 13a et sous la référence 43, le plan lamellaire de lumière issu du laser. Ce plan lamellaire est parallèle a la plaque 41, tandis que l'axe de vision 42 de la caméra 13 s'incline de 30' par rapport au plan lamellaire de lumière et intercepte la plaque 41 au barycentre 0 des quatre piges A - D. The pattern thus constituted is filmed by means of each of the cameras 13. This figure, under the reference 42, illustrates the axis of vision of the camera 13a and under reference 43, the lamellar plane of light from the laser. This lamellar plane is parallel to the plate 41, while the axis of vision 42 of the camera 13 tilts 30 'with respect to the lamellar plane of light and intercepts the plate 41 at the centroid 0 of the four pins A - D.
Le système de vision enregistre donc les coordonnées image correspondant aux quatre piges (ColA, LigA), (ColB, LigB), (ColC, LigC) et (ColD, LigD). The vision system thus records the image coordinates corresponding to the four pins (ColA, LigA), (ColB, LigB), (ColC, LigC) and (ColD, LigD).
A partir des équations (1) ci-dessus, il est possible de former un système de huit équations a huit inconnues (les ai) et comme parmi les quatre points A il n'existe aucun sous-ensemble de trois points alignés, le système d'équations admet une solution à la fois unique et non aberrante. From equations (1) above, it is possible to form a system of eight equations with eight unknowns (the ai) and as among the four points A there is no subset of three points aligned, the system of equations admits a solution that is both unique and non-aberrant.
Le modèle mathématique (1) ci-dessus utilisé avec les ai ainsi déterminés donne à l'évidence une solution exacte pour les quatre points A-D. Cependant, à cause des non-linéarités optiques du système de vision, la précision des coordonnées RH pour les autres points se dégrade. On a observé que l'erreur est en fait minimale au barycentre des autres points A-D. The mathematical model (1) above used with the thus determined gives an obvious solution for the four points A-D. However, because of the optical nonlinearities of the vision system, the accuracy of the RH coordinates for the other points is degraded. It has been observed that the error is in fact minimal at the center of the other A-D points.
Pour minimiser cette erreur, selon une caractéristique de cet aspect de l'invention, on procède de la façon suivante. On utilise une mire de calibration se présentant sous la forme d'une plaque carrée 53 dont les dimensions correspondent à la plus grande dimension de l'objet ou du sujet que lton souhaite reproduire en trois dimensions (voir figure 7). Dans l'exemple considéré, la mire présente une hauteur et une largeur de 1 m. On dispose une pluralité de piges 51-en ligne et en colonne de façon å définir une pluralité de carrés 52. Dans le mode de réalisation choisi et représenté, on divise ainsi la plaque 53 de calib#ration en 25 carrés sur chacun des ~ coins desquels une pige de calibration 51 est disposée. Chaque pige est caractérisée par ses coordonnées ligne - colonne (i, j).Ainsi, la pige (i, j) est la pige de la filme li#gne et de la jème colonne. To minimize this error, according to one characteristic of this aspect of the invention, the procedure is as follows. A calibration pattern is used in the form of a square plate 53 whose dimensions correspond to the largest dimension of the object or subject that it wishes to reproduce in three dimensions (see FIG. 7). In the example considered, the pattern has a height and a width of 1 m. A plurality of pins 51 are arranged in-line and in column so as to define a plurality of squares 52. In the embodiment chosen and shown, the calibration plate 53 is thus divided into 25 squares on each of the corners. of which a calibration pin 51 is disposed. Each freelancer is characterized by its line - column coordinates (i, j). Thus, the freelancer (i, j) is the freelance of the linear film and the jth column.
On met en place la mire de calibration 50 comme montré en figure 6. On a illustré sur la figure 7 un axe des Z et un axe R respectivement parallèles à deux côtés perpendiculaires de la mire de calibration 51. En connaissant les coordonnées (R,H) dés piges 51, on peut déterminer, pour chacun des barycentres 54 de chacun des carrés 52, les coefficients ai afférents au carré considéré, en appliquant les équations (1) cí-dessus. On affecte alors à chacun des barycentres 54 les coefficients ai correspondants. The calibration target 50 is set up as shown in FIG. 6. FIG. 7 shows an axis Z and a R axis respectively parallel to two perpendicular sides of the calibration target 51. Knowing the coordinates (R, H) for each of the squares 51, it is possible to determine, for each of the barycentres 54 of each of the squares 52, the coefficients ai relating to the square considered, by applying the equations (1) above. Each of the centers of gravity 54 is then assigned the corresponding coefficients a 1.
On considère ensuite les triangles Tk dont les sommets sont constitués par les baryeentres 54 de carrés voisins. Ces triangles Tk sont illustrés en figure 7 en traits mixtes. Les triangles Tk sont ici au nombre de 32 et sont numérotés (k variant de 1 à 32). We then consider the triangles Tk whose vertices are constituted by the baryentres 54 of neighboring squares. These triangles Tk are illustrated in FIG. 7 in phantom. The triangles Tk are here 32 in number and are numbered (k varying from 1 to 32).
Pour assurer une continuité du modèle mathématique utilisé, il est considéré que les coefficients ai sont des polynomes de degré 1 en Col, Lig sur chacun des triangles Tk. Ainsi, les coefficients eri sont de la forme (2) ai = ssilol + ssi2Lig + Pi3
Pour chacun des triangles Tk, on connaît les coefficients ai permettant de déterminer les coordonnées R,
H de chacun de ses sommets.To ensure a continuity of the mathematical model used, it is considered that the coefficients ai are polynomials of degree 1 in Col, Lig on each of the triangles Tk. Thus, the coefficients eri are of the form (2) ai = ssilol + ssi2Lig + Pi3
For each of the triangles Tk, we know the coefficients ai for determining the coordinates R,
H of each of its summits.
On dispose donc, pour chaque triangle Tk, et pour chaque-ai afférent à un sommet, d'un système de trois équations à trois inconnues (les Pij) que l'on peut résoudre pour déterminer ces inconnues. We therefore have, for each triangle Tk, and for each ai of a vertex, a system of three equations with three unknowns (the Pij) that we can solve to determine these unknowns.
En résumé, la méthode est donc la suivante
- pour chacun des barycentres 54, on détermine les coefficients a1 permettant de déterminer les coordonnées spatiales (R, H), compte tenu des coordonnées image (Col, Lig) enregistrées par le système de vision, et compte tenu du fait que lton connaît les coordonnées spatiales (R, H) des piges 51 visionnées par le système de vision,
- à partir des coefficients ai affectés i chacun des barycentres, on détermine les coefficients Pij pour les triangles Tk considérés.In summary, the method is as follows
for each of the centers of gravity 54, the coefficients a1 are determined for determining the spatial coordinates (R, H), taking into account the image coordinates (Col, Lig) recorded by the vision system, and taking into account the fact that lton knows the spatial coordinates (R, H) of the pins 51 viewed by the vision system,
from the coefficients ai assigned to each of the barycentres, the coefficients Pij for the triangles Tk considered are determined.
Par conséquent, on dispose ainsi d'une méthode d'interpolation permettant de faire varier continuellement les coefficients ai, compte tenu de la position des points disposés à l'intérieur d'un triangle Tk donné et, notamment de leur rapprochement ou de leur éloignement d'un sommet considéré. Consequently, there is thus an interpolation method making it possible to continuously vary the coefficients a 1, taking into account the position of the points arranged inside a given triangle Tk and, in particular, their approximation or their distance. of a summit considered.
Avec chacune des caméras 13a, 13b, on filme la mire 50 une fois pour toutes, et on procède aux calculs des coefficients Pij afférents à chacune des caméras. With each of the cameras 13a, 13b, the test pattern 50 is filmed once and for all, and the coefficients Pij relating to each of the cameras are calculated.
Une fois que les coèfficients Pij ont été déterminés pour les deux caméras, celles-ci sont alors "calibrées" et on peut transformer les coordonnées (Col,
Lig) issues du convertisseur 15 en coordonnées spatiales (R,H).Once the Pij coefficients have been determined for the two cameras, they are then "calibrated" and we can transform the coordinates (Col,
Lig) from the converter 15 in spatial coordinates (R, H).
3.2. Constitution des fichiers associés à
chaque caméra
Comme expliqué plus haut, chaque caméra 13a, 13b filme une série de profils source, chacun des profils image résultant étant échantillonné par le convertisseur 15 de telle sorte qu'en sortie de ce convertisseur, on dispose des coordonnées (Col,Lig) d'un ensemble d'échantillons permettant de reconstituer chacun des profils considérés.3.2. Constitution of files associated with
each camera
As explained above, each camera 13a, 13b films a series of source profiles, each of the resulting image profiles being sampled by the converter 15 so that at the output of this converter, the coordinates (Col, Lig) of a set of samples to reconstitute each of the profiles considered.
La figure 8 est un schéma fonctionnel des principaux moyens mis ici en oeuvre. La fonction des caméras 13a, 13b et celle de leurs magnétoscopes associés 14a, 14'a, 14b, 14'b y ont été représentés de façon schématique. Sur cette figure, on a également représenté schématiquement les fonctions principales effectuées par le convertisseur 15 et les moyens de transformation 17. Figure 8 is a block diagram of the main means implemented here. The function of the cameras 13a, 13b and that of their associated video recorders 14a, 14'a, 14b, 14'b have been shown schematically. This figure also schematically shows the main functions performed by the converter 15 and the transformation means 17.
Le convertisseur 15 comporte essentiellement des moyens de conversion analogique-numérique fonctionnant selon le principe décrit dans le brevet français 81.24418 cité plus haut. Ces moyens de conversion portent la référence 151. Les coordonnées (Col,Lig) pour chacun des points des profils image délivrées par chacune des caméras sont en fait enregistrées dans deux fichiers image FIa,
FIb. Le fichier FIa est associé au systeme de vision comportant la caméra 13a, le magnétoscope 14a et le magnétoscope 14'a, tandis que le fichier FIb est associé au deuxième système de vision (caméra 13b, magnétoscopes 14b et 14'b). Ainsi, seules les coordonnées des points en provenance de ce second système de vision sont enregistrées dans le fichier FIb, tandis que seules les coordonnées des points issus du premier système de vision sont enregistrées dans le fichier FIa.The converter 15 essentially comprises analog-digital conversion means operating according to the principle described in the French patent 81.24418 cited above. These conversion means carry the reference 151. The coordinates (Col, Lig) for each of the points of the image profiles delivered by each of the cameras are in fact recorded in two image files FIa,
FIb. The file FIa is associated with the vision system comprising the camera 13a, the video recorder 14a and the video recorder 14'a, while the file FIb is associated with the second vision system (camera 13b, video recorders 14b and 14'b). Thus, only the coordinates of the points from this second vision system are recorded in the FIb file, while only the coordinates of the points from the first vision system are recorded in the FIa file.
Les moyens de transformation 17 comportent un fichier de transformation 171a (171b) associé à chacune des caméras 13a, 13b. Chaque fichier 171a (171b) continent un nombre d'enregistrements égal au nombre de triangles Tk considéré (ici 32). Chaque enregistrement comporte
- le numéro du triangle Tk considéré,
- les coordonnées de chacun des sommets de ce triangle (barycentres 54),
- les coefficients Pij associés à ce triangle pour la caméra considérée 13a(13b) (obtenus lors de la calibration de ces caméras). Comme exposé plus haut, la calibration de chaque caméra est faite in situ préalablement i toute exploitation commerciale du procédé. Sur la figure 8, la calibration des caméras, permettant de constituer les fichiers 171a, 171b, est schématisée en Ca et Cb). The transformation means 17 comprise a transformation file 171a (171b) associated with each of the cameras 13a, 13b. Each file 171a (171b) maintains a number of records equal to the number of triangles Tk considered (here 32). Each record includes
the number of the triangle Tk considered,
the coordinates of each of the vertices of this triangle (centroids 54),
the coefficients Pij associated with this triangle for the camera considered 13a (13b) (obtained during the calibration of these cameras). As explained above, the calibration of each camera is done in situ prior to any commercial operation of the process. In FIG. 8, the calibration of the cameras, making it possible to constitute the files 171a, 171b, is schematized in Ca and Cb).
Les moyens de transformation 17 comportent également, d'une part un fichier spatial FSa constitué des coordonnées cylindriques obtenues après transformation des coordonnées image contenues dans le fichier image FIa et, d'autre part, un fichier FSb constitué des coordonnées cylindriques obtenues après transformation des coordonnées image dans le fichier image FIb. The transformation means 17 also comprise, on the one hand, a spatial file FSa constituted by the cylindrical coordinates obtained after transformation of the image coordinates contained in the image file FIa and, on the other hand, a file FSb constituted by the cylindrical coordinates obtained after transformation of the images. image coordinates in the FIb image file.
A partir des coordonnées image d'un point quelconque, contenues dans l'un des fichiers FIa ou FIb, on calcule, au moyen d'une méthode itérative, les coordonnées spatiales R, H correspondant à ce point. From the image coordinates of any point contained in one of the FIa or FIb files, it is calculated, by means of an iterative method, the spatial coordinates R, H corresponding to this point.
En figure 8, 1'étape itérative de transformation a été schématisée en 172a, pour les coordonnées issues du fichier FIa, et en 172b pour les coordonnées issues du fichier FIb. La figure 9 représente un organigramme simplifié de transformation, réalisant l'étape 172a ou 172b. On ne décrira que l'étape 172a, l'étape 172b étant identique. In FIG. 8, the iterative transformation step has been schematized in 172a, for the coordinates coming from the file FIa, and in 172b for the coordinates coming from the file FIb. Fig. 9 shows a simplified flow chart of transformation, performing step 172a or 172b. Only step 172a will be described, step 172b being identical.
On traite chacun des points contenus dans le fichier FIa de façon séquentielle. Le traitement d'un point déterminé, ayant des coordonnées (Lig, Col) comporte une lecture dans le fichier FIa, et une inscription en mémoire, comme schématisé en 180. L'étape de transformation décrite vise à calculer les coordonnées (R, H) correspondant aux coordonnées (Lig, Col). Pour ce faire, lors d'une première étape d'initialisation 181, on initialise au départ de chaque traitement d'un point image déterminé, en mettant la mémoire qui doit contenir les coordonnées du point source (R,H) à zéro.Le processus itératif est alors le suivant le suivant: en 182, lors d'une seconde étape d'initialisation, on initialise deux variables intermédiaires (Rot Ho) en mettant ces variables intermédiaires égales au contenu de la mémoire (R,H). La variable K, qui correspond au numéro du triangle est, elle aussi, initialisée à zéro. En 183, on incrémente cette variable k. En 184, on vient lire dans le fichier 171a les coordonnées du triangle Tk, ainsi que le jeu du coefficient Pij associé au triangle Tk considéré. Each of the points contained in the FIa file is processed sequentially. The treatment of a given point, having coordinates (Lig, Col) comprises a reading in the file FIa, and an inscription in memory, as schematized in 180. The transformation step described aims to calculate the coordinates (R, H ) corresponding to the coordinates (Lig, Col). To do this, during a first initialization step 181, initialization of each processing of a given image point is initialized, putting the memory which must contain the coordinates of the source point (R, H) to zero. The iterative process is then as follows: in 182, during a second initialization step, two intermediate variables (Rot Ho) are initialized by putting these intermediate variables equal to the contents of the memory (R, H). The variable K, which corresponds to the number of the triangle, is also initialized to zero. In 183, this variable k is incremented. In 184, we read in the file 171a the coordinates of the triangle Tk, and the set of coefficient Pij associated with the triangle Tk considered.
En 185, on procède à un test d'appartenance pour déterminer si le point ayant pour coordonnées les variables intermédiaires (roof Ho) appartient ou non au triangle Tk. Pour ce faire, on fait des tests de com-. In 185, a membership test is carried out to determine whether the point whose coordinates are the intermediate variables (roof Ho) belongs to the triangle Tk or not. To do this, we do com tests.
paraisons successives de coordonnées selon une méthode de recherche classique bien connue de 1'homme de l'art qui sait, connaissant les coordonnées d'un point dans un plan déterminé, à quelle région de ce plan appartient ce point.successive parisons of coordinates according to a conventional search method well known to those skilled in the art who knows, knowing the coordinates of a point in a given plane, to which region of this plane belongs this point.
Si le test 185 est négatif, on revient en 183 où l'on incrémente la variable k. Lorsque le test est positif, c'est-à-dire que l'on a déterminé le triangle Tk auquel appartient le point ayant les coordonnées intermédiaires (#, Ho) on passe à une étape de transformation 186.If the test 185 is negative, it returns to 183 where the variable k is incremented. When the test is positive, that is to say that the triangle Tk to which the point having the intermediate coordinates (#, Ho) has been determined, we pass to a transformation step 186.
En 186, on affecte aux coordonnées (R, H) contenues en mémoire de nouvelles valeurs correspondant à la transformée des coordonnées (Col,Lig), au moyen des équations (1) et (2) écrites plus haut, permettant de calculer à partir des coefficients Pij lus en 184 les coordonnées (R, H) considérées. In 186, the coordinates (R, H) contained in memory are assigned new values corresponding to the coordinate transform (Col, Lig), by means of the equations (1) and (2) written above, making it possible to calculate from coefficients Pij read at 184 the coordinates (R, H) considered.
En 187, on procède au test consistant å déterminer si les coordonnées (R, H) sont respectivement égales ou non aux coordonnées intermédiaires (Rot Ho) Dans la négative, on revient à l'étape 182 ; si le test 187 est positif, cela signifie que les coordonnées (R, H) en mémoire sont effectivement celles du point source du point image (Lig, Col) traité. In 187, the test consisting in determining whether the coordinates (R, H) are respectively equal or not to the intermediate coordinates (Rot Ho) is carried out. In the negative, step 182 is returned; if the test 187 is positive, it means that the coordinates (R, H) in memory are actually those of the source point of the image point (Lig, Col) processed.
On inscrit ces coordonnées (R, H) dans ) le fichier spatial FSa. These coordinates (R, H) are written in the spatial file FSa.
En résumé, au cours de l'étape itérative de transformation, il est effectué les opérations suivantes
- une opération de recherche au cours de laquelle on recherche la zone -d'interpolation Tk a laquelle le point source appartient, ainsi que les coefficients d'interpolation Pij associés à cette zone. On observera qu'au lieu d'effectuer cette recherche dans l'espace source, comme dans le mode de réalisation décrit, il est possible, sans sortir du cadre de l'invention, de l'effectuer dans le plan image de la caméra 13a ou 13b,
- une opération de calcul au cours de laquelle on calcule les coordonnées spatiales (R,H) par application concomitante des formules de transformation (1) et d'interpolation (2).In summary, during the iterative transformation step, the following operations are performed:
a search operation during which the search-zone Tk at which the source point belongs is searched, as well as the interpolation coefficients Pij associated with this zone. It will be observed that instead of performing this search in the source space, as in the embodiment described, it is possible, without departing from the scope of the invention, to perform it in the image plane of the camera 13a. or 13b,
a calculation operation during which the spatial coordinates (R, H) are calculated by concurrent application of the transform (1) and interpolation (2) formulas.
On constitue de même un fichier spatial FSb à partir des coordonnées contenues dans le fichier FIb. One likewise constitutes a spatial file FSb from the coordinates contained in the FIb file.
I1 convient d'observer que pour un même point spatial, les coordonnées cylindriques déterminées à partir des coordonnées image dans le fichier FIa et dans le fichier FIb devraient être les mêmes. En pratique, elles seront identiques aux erreurs optiques et d'arrondi près. It should be noted that for the same spatial point, the cylindrical coordinates determined from the image coordinates in the FIa file and in the FIb file should be the same. In practice, they will be identical to optical errors and rounding up.
On observera que le procédé de transformation décrit ci-dessus utilise peu de mémoire puisqu'en l'espèce, il suffit de mémoriser par triangle Tk
- son -numé;ro (une information),
- les coordonnées spatiales de ses sommets (six informations),
- les Pij associés (24 informations), soit trente et une informations par triangle. I1 y a donc un total de 992 informations à mémoriser, ce qui est relativement faible à comparer aux informations qui devraient être mémorisées s'il fallait mémoriser dans une seule mémoire les coordonnées transformées pour chacun des 1024 pixels de chacune des 316 lignes des caméras 13, soit au total 323.584 informations).It will be observed that the transformation method described above uses little memory since in this case, it is sufficient to memorize by triangle Tk
- his -numble; ro (information),
- the spatial coordinates of its vertices (six pieces of information),
- The associated Pij (24 pieces of information), ie thirty-one pieces of information per triangle. There is therefore a total of 992 pieces of information to be memorized, which is relatively small compared to the information that should be stored if the transformed coordinates for each of the 1024 pixels of each of the 316 lines of the cameras were to be stored in a single memory. , totaling 323,584 pieces of information).
Les coordonnées spatiales contenues dans les fichiers FSa et FSb sont fusionnées en 173 en un seul fichier FS. Cette fusion permet de compléter avec les coordonnées des points de l'non des fichiers les coordonnées absentes dans l'autre. The spatial coordinates contained in the FSa and FSb files are merged into 173 into a single FS file. This merge allows to complete with the coordinates of the points of the no files the coordinates absent in the other.
C'est à ce niveau du procédé qu'est solutionné le problème des points qui n'ont pu être filmés par les deux caméras (parties cachées) :- les parties cachées pour une caméra ont pu être filmées par l'autre (voir figure 2). It is at this level of the process that the problem of the points that could not be filmed by the two cameras (hidden parts) was solved: - the hidden parts for one camera could be filmed by the other (see figure 2).
En procédant a la fusion des fichiers -FSa et FSb, on réalise un fichier unique FS dans lequel en théorie l'ensemble de la surface du buste est échantillonné (sous réserve des points manquants ou aberrants dans les deux fichiers pour les raisons mentionnées plus haut).By merging the -FSa and FSb files, a single FS file is created in which in theory the entire area of the bust is sampled (subject to missing or aberrant points in both files for the reasons mentioned above). ).
La fusion s'opère en utilisant l'un des fichiers, le fichier FSa, comme fichier pilote et en complétant les coordonnées manquantes dans ce fichier par celles existant éventuellement dans le fichier FSb. The merge takes place using one of the files, the FSa file, as a pilot file and completing the missing coordinates in this file by those possibly existing in the FSb file.
4. Homogénéisation des points d'un profil
Comme expliqué plus haut, à l'appui de la #figure 4, chaque profil en peut
- soit présenter des absences de points,
--soit comporter des points aberrants.4. Homogenization of the points of a profile
As explained above, in support of #figure 4, each profile can
- present missing points,
--it include aberrant points.
Le but de l'étape présentement décrite, qui est dite d'homogénéisation, est d'éliminer les points aberrants et de reconstituer les coordonnées des points manquants. Cette étape comporte une opération dite "d' intégration", une opération de "filtrage" et une opération dite de "reconstitution". The purpose of the presently described step, which is called homogenization, is to eliminate the outliers and reconstruct the coordinates of the missing points. This step comprises an operation called "integration", a "filtering" operation and a so-called "reconstitution" operation.
4.1 Opération d'intégration
En figure 10, il est illustré cinq profils source (8nez r en#î, en, enalr en+2). On observe que ces profils concernent cinq positions successives du siège 10'.4.1 Integration operation
In Figure 10, there are five source profiles (8 r in # 1, en, enalr in + 2). It can be seen that these profiles concern five successive positions of the seat 10 '.
Ils ont été illustrés dans le référentiel associé au buste 20 (X', Y', Z).They have been illustrated in the reference associated with the bust 20 (X ', Y', Z).
Le profil source en cours de traitement est le profil en. Pour chacun des points traités
Pi,n = (Ri, Hui,8,), on effectue les opérations suivantes
- on détermine tout-d'abord les points voisins du point (Ri, Hi, en) considéré. A cet égard, on considère les 2p+1 profils allant de en#p å en+p. Dans l'exemple illustré en figure 10, p = 2 et par conséquent, on considère les cinq profils allant de en-2 à en+2. The source profile being processed is the profile in. For each of the points treated
Pi, n = (Ri, Hui, 8,), the following operations are carried out
- First determine the neighboring points of the point (Ri, Hi, en) considered. In this respect, we consider the 2p + 1 profiles ranging from # p å to + p. In the example illustrated in FIG. 10, p = 2 and consequently, the five profiles ranging from en-2 to + 2 are considered.
Sur chaque profil source ej ainsi considéré, on sélectionne les 2k + 1 points allant de (Ri-k Hi#k, e; ) a (Ri+k, Hi+k, e;). Dans l'exemple considéré, en figure 10, on a choisi pour valeur de k : k = 2. On each source profile ej thus considered, one selects the 2k + 1 points going from (Ri-k Hi # k, e;) a (Ri + k, Hi + k, e;). In the example under consideration, in FIG. 10, k = k = 2 was chosen.
Cela détermine ainsi (2p+l) x (2k+1) points voisins de (Ri, Hi, en) y compris ce point en cours de traitement. This thus determines (2p + 1) x (2k + 1) points close to (Ri, Hi, en) including this point being processed.
Dans le mode de réalisation représenté, il y a donc un total théorique de 25 points voisins au point Pi,n en cours de traitement, y compris ce dernier. In the embodiment shown, there is therefore a theoretical total of 25 neighboring points at the point Pi, n being processed, including the latter.
On calcule ensuite la moyenne R des ordonnées en R et la moyenne H des ordonnées en Z de chacun de ces 25 points. The average R of the ordinates in R and the average H of the ordinates in Z of each of these 25 points are then calculated.
Dans l'hypothèse où des points sont manquants, la moyenne est effectuée en diminuant le diviseur commun (25 dans un cas normal), d'autant d'unités que de points sont manquants. In the event that points are missing, the average is done by decreasing the common divisor (25 in a normal case), with as many units as there are points missing.
Si le point "traite" Pi n n'est pas manquant (bit 14 à 1 dans le tableau I), on effectue l'opération de filtrage. If the point "processes" Pi n is not missing (bit 14 to 1 in Table I), the filtering operation is carried out.
4.2 Opération de filtrage
Le filtrage a pour but de permettre leélimina- tion des points aberrants. Pour chacun des points traités, on calcule la valeur absolue 1R1 - R 1.4.2 Filtering operation
The purpose of filtering is to allow the elimination of outliers. For each of the treated points, the absolute value 1R1 - R 1 is calculated.
Si cette valeur est supérieure à une valeur d'erreur donnée E, paramétrable, on élimine le point (R1, H11 #n). If this value is greater than a given error value E, parameterizable, the point (R1, H11 #n) is eliminated.
La valeur donnée E est déterminée par l'expérience, compte tenu de l'objet que l'on cherche à reproduire. S'agissant par exemple du visage d'une personne, pour certaines zones, on sait que le risque d'obtenir des points aberrants est particulièrement élevé et que ces points aberrants risquent d'être disposés à une distance relativement importante du profil. Dans un tel cas, on choisira pour valeur E, une valeur de quelques centimètres, 3 cm par exemple. The given value E is determined by the experiment, considering the object that one seeks to reproduce. For example, with regard to the face of a person, for certain areas, it is known that the risk of obtaining aberrant points is particularly high and that these aberrant points may be arranged at a relatively large distance from the profile. In such a case, one will choose for value E, a value of a few centimeters, 3 cm for example.
En revanche, dans d'autres cas, les erreurs et les points aberrants seront peu nombre et en tous cas relativement proches du profil. Dans un tel cas, on choisira comme valeur E, une valeur faible de l'ordre de quelques millimètres, 3 mm par exemple. On the other hand, in other cases, errors and outliers will be few and in any case relatively close to the profile. In such a case, we will choose as a value E, a low value of the order of a few millimeters, 3 mm for example.
On observera en plus, selon une caractéristique de l'invention, que ladite valeur donnée E peut être paramétrable compte tenu du profil analysé. Ainsi, dans certaines zones du visage, telles que le nez, on choisira une valeur E relativement importante, puisque le profil est susceptible d'avoir d'importantes variations de sa coordonnée R, tandis que, pour les profils concernant la nuque, on choisira une valeur E relativement faible, puisque le profil n'a que des variations de sa coordonnée R de faible amplitude. In addition, according to a characteristic of the invention, it will be observed that said given value E can be parameterizable taking into account the profile analyzed. Thus, in certain areas of the face, such as the nose, a relatively large value E will be chosen, since the profile is likely to have significant variations in its R-coordinate, whereas, for the profiles relating to the nape, one will choose a relatively low value E, since the profile only has variations in its low amplitude coordinate R.
4.3 Opération de reconstitution
Dans le cas où le point (Ri, Hi, en) traite est manquant (bit 14 à 0, Cf. tableau I), ou s'il est filtré, comme exposé ci-dessus, on effectue l'opération dite de reconstitution au cours de laquelle on affecte au point (Ri, Hi, on) les valeurs moyennes calculées R, H, lors de l'étape d'initialisation.4.3 Reconstitution operation
In the case where the point (Ri, Hi, en) is missing (bit 14 to 0, see Table I), or if it is filtered, as explained above, the so-called reconstitution operation is carried out at during which the calculated mean values R, H are determined at the point (Ri, Hi, on) during the initialization step.
La figure 5 est une vue correspondant à la figure 4, dans laquelle les points représentés sont les points source en coordonnées cylindriques, et dans laquelle les points aberrants et manquants ont été reconstitués, comme exposé ci-dessus (points Pr). FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 4, in which the points represented are the source points in cylindrical coordinates, and in which the aberrant and missing points have been reconstructed, as explained above (points Pr).
Le fichier FS, est complété au fur et à mesure du traitement des points (Ri, Hi, on) par les coordonnées de tous les points Pr reconstitués. The file FS, is completed as the processing of the points (Ri, Hi, on) by the coordinates of all the points Pr reconstituted.
On notera que l'étape d'homogénéisation d'un profil en qui vient d'être décrite met en oeuvre les coordonnées cylindriques, après reconstitution des coordonnées cylindriques du point source à partir des coordonnées de son image. It will be noted that the step of homogenizing a profile that has just been described implements the cylindrical coordinates, after reconstitution of the cylindrical coordinates of the source point from the coordinates of its image.
Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, il est tout à fait envisageable d'intervertir les étapes de reconstitution et d'homogénéi- sation et de procéder à l'étape d'homogénéisation en coordonnées image puis de procéder ensuite à une transformat ion ou à la reconstitution des coordonnées cylindriques de l'ensemble des points source à partir des points image d'origine ou des points "image" reconstitués.On observera en effet que, d'une manière générale, la phase d'homogénéisation est une phase au cours de laquelle pour chaque point traité (que ce dernier soit considéré dans l'espace source ou dans le plan image) , on considère un nombre prédéterminé de points voisins, on calcule les coordonnées moyennes de ces points, si le point traité est absent, ou si l'une au moins de ses cooordonnées diffère de la coordonnée moyenne correspondante d'un écart supérieur à une valeur prédéterminée (E), on affecte au point traité lesdites coordonnées moyennes. In another embodiment of the present invention, it is quite possible to invert the steps of reconstitution and homogenization and proceed to the homogenization step in image coordinates and then proceed to a transformat. ion or the reconstitution of the cylindrical coordinates of all the source points from the original image points or reconstituted "image" points. In fact, it will be observed that, in general, the homogenization phase is a phase during which for each treated point (that it is considered in the source space or in the image plane), we consider a predetermined number of neighboring points, we calculate the average coordinates of these points, if the treated point is absent, or if at least one of its co-ordinates differs from the corresponding mean coordinate by a difference greater than a predetermined value (E), the point average data.
5. Détermination de la direction de l'arbre
torte-outil
L'outil utilisé se présente essentiellement sous la forme d'une fraise disposée en bout d'un arbre appartenant à un robot susceptible de commander la position de cet arbre dans l'espace.5. Determination of the direction of the tree
Torte tool
The tool used is essentially in the form of a cutter disposed at the end of a tree belonging to a robot that can control the position of this tree in space.
On conçoit que la position de la fraise doit être déterminée au moins par trois coordonnées. En l'espèce, les coordonnées (R, H, e) seront utilisées. It is conceivable that the position of the cutter must be determined by at least three coordinates. In this case, the coordinates (R, H, e) will be used.
Mais il faut, de surcroît, que l'arbre portant la fraise soit disposé selon une direction sensiblement normale à la surface à reproduire, de telle sorte que la matière soit attaquée sous un angle favorable. But it is necessary, moreover, that the shaft bearing the cutter is disposed in a direction substantially normal to the surface to be reproduced, so that the material is attacked at a favorable angle.
Pour ce faire, le robot doit être capable de déterminer non seulement la position de la fraise selon les trois coordonnées cylindriques, mais en plus la direction générale de l'arbre (deux degrés de liberté supplémentaires). To do this, the robot must be able to determine not only the position of the cutter along the three cylindrical coordinates, but in addition the general direction of the shaft (two additional degrees of freedom).
L'arbre porte-outil sera orienté selon une direction dite normale à la surface si deux conditions ae trouvent réunies
- d'une part, il faut que la projection de l'arbre dans le plan en auquel appartient le point traité:
Pi,n : (Ri, Hi, en) soit normale au profil auquel appartient ce point,
- et, d'autre part, que la projection de l'arbre dans un plan perpendiculaire sécant Si, passant par le point traité Pi,n soit également normale à la trace de la surface à reproduire dans ce plan sécant. Dans la suite, on appellera "trace sécante la trace laissée dans le plan
Si par la surface à reproduire.The tool shaft will be oriented in a direction normal to the surface if two conditions are found together
- on the one hand, it is necessary that the projection of the tree in the plane in which belongs the treated point:
Pi, n: (Ri, Hi, en) is normal to the profile to which this point belongs,
and, on the other hand, that the projection of the tree in a secant perpendicular plane Si passing through the treated point Pi, n is also normal to the trace of the surface to be reproduced in this secant plane. In the following, we will call "trace secant the trace left in the plane
If by the surface to reproduce.
En figure 11, on a illustré sous la référence DNe > n, i la projection dans le plan en de la normale à la surface au point Pi,n, tandis qu'en figure 15, on a représenté sous la référence SNe > n,i la projection de la normale à cette surface au point Pi n dans le plan Si. In FIG. 11, the projection in the plane of the normal to the surface at the point Pi, n is illustrated under the reference DNe> n, whereas in FIG. 15, the reference SNe> n is represented, i the projection of the normal to this surface at the point Pi n in the plane Si.
Ainsi, en plus des trois degrés de liberté nécessaires pour commander la position de l'axe de l'outil, le robot qui commande cette position, ainsi que la position de l'arbre, doit être capable de maîtriser deux degrés de liberté supplémentaires. Les- deux coordonnées supplé;en- taires que le robot doit maîtriser sont des rotations. Thus, in addition to the three degrees of freedom needed to control the position of the tool axis, the robot that controls this position, as well as the position of the shaft, must be able to control two additional degrees of freedom. The two additional coordinates that the robot must control are rotations.
L'une autour de l'axe des Z (perpendiculaire au plan Si), 1'autre autour d'un axe perpendiculaire à l'axe des Z, l'axe Y en l'espèce.One around the Z axis (perpendicular to the Si plane), the other around an axis perpendicular to the Z axis, the Y axis in this case.
Le robot et l'outil utilisés sont ici du type
NC-TRIAX-R6-2-TWIST, fabriqué par la Société italienne CMS . The robot and the tool used are here of the type
NC-TRIAX-R6-2-TWIST, manufactured by the Italian company CMS.
Un problème se pose lorsque la surface à usiner comporte plusieurs parties concaves, l'une de celles-ci étant représentée en figures 12 et 14. En effet, dans une telle partie concave, il risque de se produire une collision outil-matière. Ainsi, figure 12, au point critique Pc, la direction de la projection de la normale est D. Or, cette direction intercepte le profil non seulement au point Pc mais également au point Pin de telle sorte que si l'arbre de l'outil prenait une telle direction, il y aurait collision avec la matière. A problem arises when the surface to be machined has several concave parts, one of which is shown in FIGS. 12 and 14. Indeed, in such a concave part, there is a risk of a tool-material collision. Thus, in Figure 12, at the critical point Pc, the direction of projection of the normal is D. Now, this direction intercepts the profile not only at the point Pc but also at the point Pin so that if the tool shaft took such a direction, there would be collision with matter.
Le même problème se pose d'ailleurs dans le plan Si, figure 14. The same problem arises in the Si plane, figure 14.
Pour pallier cet inconvénient, il faut déterminer une direction dite de "normale rectifiée" permettant d'éviter cette collision et, dans ce but, s'écartant de la normale. Cette direction a été illustrée pour le point Pc en figure 13, sous la référence#E#en,i et en figure 14 (dans le plan Si) sous la référence ESen,i. En conséquence, l'étape de détermination de la direction de l'outil se décompose en trois sous-étapes
- estimation de la normale Nen ix
- détection des parties concaves dans le plan en et calcul de la direction de la projection des normales rectifiées dans le plan en,
- détection des parties concaves dans le plan
Si et calcul de la direction de la projection des normales rectifiées dans le plan Si.To overcome this disadvantage, it is necessary to determine a so-called "normal rectified" direction to avoid this collision and, for this purpose, deviating from the normal. This direction has been illustrated for the point Pc in FIG. 13, under the reference # E # en, i and in FIG. 14 (in the plane Si) under the reference ESen, i. As a result, the step of determining the direction of the tool is broken down into three sub-steps
- estimate of normal Nen ix
detection of the concave parts in the plane and calculation of the direction of projection of the rectified normals in the plane in
- detection of concave parts in the plane
If and calculation of the direction of the projection of the normals rectified in the plane Si.
5.1. Estimation de la normale
La détermination de la normale du point traité Pi n va se faire, compte tenu des quatre points les plus proches P2-P5, figure 10. Pour déterminer cette normale on procède au calcul des produits vectoriels suivants :
Nl = Pt P2 PtP4
N2 = PtP4 > PtP3
N3 = PtP3
N4 = PtP# PtP2
On norme les vecteurs N1 - N4 ce qui donne les
Wi > vecteurs NM1 - 4 (NRi =
liNili
On calcule la somme des quatre vecteurs normés: NM; + NM2 + NM3- + NM4 ce qui permet d'obtenir un vecteur de direction moyenne aux quatre vecteurs normés précédents La direction du vecteur résultant est considérée comme étant la "normale" à la surface au point en cours de traitement Pi,n.5.1. Estimate of normal
The determination of the normal of the treated point Pi n will be done, taking into account the four closest points P2-P5, figure 10. To determine this normal one proceeds to the computation of the following vector products:
Nl = Pt P2 PtP4
N2 = PtP4> PtP3
N3 = PtP3
N4 = PtP # PtP2
The vectors N1 - N4 are standard, which gives the
Wi> NM1 - 4 vectors (NRi =
liNili
The sum of the four normed vectors is calculated: NM; + NM2 + NM3- + NM4 which makes it possible to obtain a mean direction vector to the four preceding normed vectors The direction of the resulting vector is considered to be the "normal" at the surface at the point being processed Pi, n.
Le vecteur résultant est ensuite normé, ce qui donne le vecteur N en,i
Le traitement ci-dessus s'effectue pour chacun des points (Ri, Hi, #n) du fichier FS.The resulting vector is then normalized, giving the vector N in, i
The above processing is done for each of the points (Ri, Hi, #n) of the FS file.
On crée un fichier FN comportant, pour chacun des points Pi ,t les coordonnées du vecteur associé en,i
5.2 Détermination des Darties concaves dans en
et calcul de la projection de la normale
rectifiée dans ce Plan
On considère les vecteurs et les coordonnées suivants
- DN en i : projection normée de N#n,i dans le
plan en,
- RNi et #Ni : - les composantes de ce vecteur
dans le plan en (figure 11).An FN file is created, with, for each of the points Pi, t, the coordinates of the associated vector at, i
5.2 Determination of Concave Darties in
and calculating the projection of the normal
rectified in this Plan
We consider the following vectors and coordinates
- DN in i: normalized projection of N # n, i in the
plan in,
- RNi and #Ni: - the components of this vector
in the plane in (Figure 11).
On considère les deux points voisins de (Ri, Hi, en) respectivement (Ri-lt 8,) en) et (Ri+1 Hi+lr en) sur le profil en et la projection normée DNen,i-1 et DNe > n,i+î associée à ces points. We consider the two neighboring points of (Ri, Hi, en) respectively (Ri-lt 8,) en) and (Ri + 1 Hi + lr en) on the profile en and the normed projection DNen, i-1 and DNe> n, i + i associated with these points.
On calcule le produit vectoriel suivant (DNe > n, 1+1 en,i-l) ce qui permet d'obtenir un coefficient de convexité QDi associé au point en traitement (Ri, Hi, en);
QDi = (RNi+1 * HN i-1) - (RNi#î * HNi*F1) (3.1)
Si le coefficient QDi est positif, cela signifie que le méridien est convexe au point traité. S'il est négatif, cela signifie que le méridien est concave.The following vector product is calculated (DNe> n, 1 + 1 in, il) which makes it possible to obtain a convexity coefficient QDi associated with the point in treatment (Ri, Hi, en);
QDi = (RNi + 1 * HN i-1) - (RNi # 1 * HNi * F1) (3.1)
If the coefficient QDi is positive, it means that the meridian is convex at the point being treated. If it is negative, it means that the meridian is concave.
Si le méridien est convexe, on inscrit dans le fichier FS les coordonnées du vecteur DN > en,i- associé au point traité (Ri, Hi, en). If the meridian is convex, write in the FS file the coordinates of the vector DN> in, i- associated with the treated point (Ri, Hi, en).
Si le coefficient QDi est négatif, on calcule le vecteur :
DN en,i-l + DN en,i+l (3.2)
On norme ce vecteur, ce qui donne le vecteur
Ex envi
On inscrit dans le fichier FS les coordonnées du vecteur ED#en,i. If the coefficient QDi is negative, the vector is calculated:
DN in, il + DN in, i + l (3.2)
This vector is standard, which gives the vector
Ex envi
The coordinates of the vector ED # in, i, are written in the file FS.
On traite tous les points Pi n du fichier FS. We treat all the points Pi n of the FS file.
On dispose à ce moment d'un fichier FS comportant, d'une part les coordonnées spatiales de chacun des points Pi n et, d'autre part associées à chacun des points considérés, les coordonnées
- soit de la projection DN > en,i de la normale en i dans le plan en,
- soit du vecteur ED en i qui est une estimation de la direction de la projection de la direction de l'arbre porte-outil dans le -plan en, pour minimiser le risque d'interférence entre porte-outil et matière, mentionné plus haut. ED > en,1 est appelé "normale rectifiée dans le plan en".At that moment, an FS file is available, comprising, on the one hand, the spatial coordinates of each of the points Pi n and, on the other hand, associated with each of the points considered, the coordinates
either of the projection DN> in, i of the normal in i in the plane in,
or the vector ED i which is an estimate of the direction of the projection of the direction of the tool-holder shaft in the plane, to minimize the risk of interference between tool holder and material, mentioned above. . ED> en, 1 is called "normal rectified in the plane to".
Lorsque l'ensemble des points est traité, on recommence le traitement ci-dessus, en utilisant, dans les formules (3.1) et (3.2) ci-dessus, soit les coordonnées du vecteur DN#n,i ou E en i associées à chacun des points et on modifie, dans le fichier FS, les valeurs des vecteurs
EPen, i.When the set of points is processed, the above treatment is repeated, using, in the formulas (3.1) and (3.2) above, the coordinates of the vector DN # n, i or E in i associated with each of the points and we modify, in the file FS, the values of the vectors
EPen, i.
Ce processus est recommencé un nombre prédéterminé de fois (trois dans cet exemple) En réalité, la direction Eten,i, estimée au point considéré après trois itérations, est telle que le risque de collision outilmatière mentionné plus haut, dû à la concavité du méridien au point considéré, est minimisé. This process is repeated a predetermined number of times (three in this example) In reality, the direction Eten, i, estimated at the point considered after three iterations, is such that the risk of collision toolmatière mentioned above, due to the concavity of the meridian at the point considered, is minimized.
5.3 Détermination des narties concaves dans Si
et calcul de la protection de la normale
rectifiée dans ce plan
On rappelle tout d'abord que le plan Si est un plan perpendiculaire aux divers plans en et interceptant l'axe des Z au niveau de la coordonnée Hi, figures 14 et 15. Ce plan est parallèle au plan XY illustré en figure 3.5.3 Determination of concave narties in Si
and calculating the protection of the normal
rectified in this plan
It is recalled first of all that the plane Si is a plane perpendicular to the various planes and intercepting the Z axis at the coordinate Hi, FIGS. 14 and 15. This plane is parallel to the plane XY illustrated in FIG.
On considère également la trace sécante laissée par la surface du buste 20 dans le- plan Si: Si désignant donc soit le plan, soit la trace sécante. We also consider the secant trace left by the surface of the bust 20 in the plane Si: Si thus designating either the plane or the secant trace.
On considère les vecteurs et les coordonnées suivantes
- SNen : projection normée-de en i dans le
plan Si,
- RSi et Y51 les composantes de ce vecteur dans
le plan Si. We consider the following vectors and coordinates
- SNen: normalized projection-of i in the
If,
- RSi and Y51 the components of this vector in
the Si plan.
On considère un point traité (Ri, Hi, en). On considère les deux points voisins de ce point respective ment (Ri, Hi, 8n-1) et (Ri, Hi, On+l) sur la trace sécante
Si et la projection normée SNen~l,i et SNen+l,i associée è ces points.Consider a treated point (Ri, Hi, en). We consider the two neighboring points of this point respectively (Ri, Hi, 8n-1) and (Ri, Hi, On + 1) on the secant trace
If and the normed projection SNen ~ l, i and SNen + l, i associated with these points.
On calcule le produit vectoriel suivant
SN,e,+l ce qui permet d'obtenir un coefficient QSi associé au poini en traitement Ri, Hi, en
Qsi = (RSi-l * YS1+1) - (RSi+l * YSi,l) (4.1
Si le coefficient QSi est positif, cel; signifie que la trace sécante est convexe au point traité.The following vector product is calculated
SN, e, + l which makes it possible to obtain a coefficient QSi associated with the point in treatment Ri, Hi, in
Qsi = (RSi-1 * YS1 + 1) - (RSi + l * YSi, l) (4.1)
If the QSi coefficient is positive, that is; means that the secant trace is convex to the treated point.
S'il est négatif, cela signifie que la trace est concave.If it is negative, it means that the trace is concave.
Si la trace est convexe, on inscrit dans le fichier FS les coordonnées du vecteur Su envi associé au point traité (Rn, Hi, en). If the trace is convex, the coordinates of the vector Su envi associated with the treated point (Rn, Hi, en) are written in the file FS.
Si le coefficient QSi est négatif, on calcule le vecteur
SNC8n-l,i + SN en+l,i
On nomme ce vecteur, ce qui donne le vecteur ES en,i
On inscrit dans le fichier FS les coordonnées du vecteur
On traite tous les points Pi n du fichier FS.If the QSi coefficient is negative, we calculate the vector
SNC8n-1, i + SN in + 1, i
We call this vector, which gives the vector ES in, i
We write in the file FS the coordinates of the vector
We treat all the points Pi n of the FS file.
On dispose à ce moment d'un fichier FS comportant, d'une part les coordonnées spatiales de chacun des points, et les coordonnées de -la projection dans le plan en de la normale réelle ou rectifiée, (respectivement DNen,i et EDenti, et, d'autre part, les coordonnées
- soit de la projectior; SN en i de la normale de en i dans le plan Si,
- soit du vecteur ES#en,i qui est une estimation de la direction de la projection de la direction de l'arbre porte-outil dans le plan Si minimisant le risque d'interférence entre le porte-outil et la matière mentionnée plus haut. ES en i est appelé "normale rectifiée dans le plan Si". At that moment, an FS file is available, comprising, on the one hand, the spatial coordinates of each of the points, and the coordinates of the projection in the plane of the real or rectified normal, (respectively DNen, i and EDenti, and, on the other hand, the coordinates
- the projectior; SN in i of the normal of in i in the plane Si,
or of the vector ES #, i which is an estimate of the direction of projection of the direction of the tool-holder shaft in the plane Si minimizing the risk of interference between the tool-holder and the material mentioned above . ES at i is called "normal rectified in the Si plane".
Comme précédemment, ce processus est recommencé un nombre prédéterminé de fois (trois dans cet exemple). As before, this process is restarted a predetermined number of times (three in this example).
Ainsi, la direction ESen i estimée au point considéré, après trois itérations, est telle que le risque de collision outil-matière mentionné plus haut est minimisé.Thus, the direction ESen i estimated at the point considered, after three iterations, is such that the risk of tool-material collision mentioned above is minimized.
5.4 Détermination finale de la direction de
l'arbre porte-outil
Lorsque l'étape définie au paragraphe 5.3 précédent est terminée, le fichier FS comporte finalement pour chaque point Pc n :
- les trois coordonnées du point
PI,n (Ri, Hi, en)
- les deux coordonnées dans le plan en du vecteur DNen,i ou du vecteur rectifié EDe > n,i. Ces deux coordonnées définissent la direction de l'outil dans le plan en. 5.4 Final determination of the direction of
the tool shaft
When the step defined in the preceding paragraph 5.3 is finished, the file FS finally includes for each point Pc n:
- the three coordinates of the point
PI, n (Ri, Hi, in)
the two coordinates in the plane of the vector DNen, i or of the rectified vector EDe> n, i. These two coordinates define the direction of the tool in the plane in.
- les deux coordonnées dans le plan Si du vecteur SNen i ou du vecteur rectifié E7e > n,i. Ces deux coordonnées définissent la direction de l'outil dans le plan Si. the two coordinates in the plane Si of the vector SNen i or the corrected vector E7e> n, i. These two coordinates define the direction of the tool in the plane Si.
Ce fichier est alors transféré dans la machineoutil 18. This file is then transferred to machine tool 18.
La machine-outil 18 sera donc pilotée à partir des trois coordonnées (Ri, Hi, On) et des deux directions susmentionnées. Il est à noter que la machine-outil CMS utilisée ici est tout à fait adaptée pour être pilotée de façon automatique dès lors que les coordonnées ci-dessus lui sont délivrées sous un format équivalent et approprié bien connu de l'homme de l'art, notamment celui familier des post-processeurs. The machine tool 18 will therefore be driven from the three coordinates (Ri, Hi, On) and the two directions mentioned above. It should be noted that the CMS machine tool used here is entirely adapted to be driven automatically when the above coordinates are delivered to it in an equivalent and appropriate format well known to those skilled in the art. , especially the familiar post-processor.
Grâce à ces caractéristiques, l'outil attaquera la matière selon l'angle le plus favorable tout en évitant, ou, å tout le moins, en minimisant les risques de collisions porte-outil - matière mentionnés plus haut. With these features, the tool will attack the material at the most favorable angle while avoiding, or, at the very least, minimizing the risk of toolholder-material collisions mentioned above.
Il faut toutefois observer que dans certains cas (rares) de forte concavité, les coefficients QDi et QSi calculés après trois itérations ne seront pas positif, et que dans de tels cas, une collision outil-matière est susceptible de se produire. La Demanderesse a constaté que ces cas sont rares, et, en pratique, s'agissant de vidéo sculpture d'un visage, inexistants. Cependant, pour la reproduction de volumes très tourmentés, il est possible de prévoir une alarme avec intervention manuelle permettant de corriger la direction de l'arbre porte-outil en cas de très forte concavité (cas d'une cavité par exemple). Il n'en reste pas moins que, grâce à l'invention, ces cas d'intervention manuelle restent fortement minimisés. It should be noted, however, that in some cases (rare) of high concavity, the QDi and QSi coefficients calculated after three iterations will not be positive, and that in such cases a tool-matter collision is likely to occur. The Applicant has found that these cases are rare, and in practice, in the case of video sculpture of a face, nonexistent. However, for the reproduction of very tormented volumes, it is possible to provide an alarm with manual intervention to correct the direction of the tool shaft in case of very high concavity (case of a cavity for example). Nevertheless, thanks to the invention, these cases of manual intervention remain highly minimized.
L'ensemble des étapes de calcul décrites depuis le paragraphe 3 ci-dessus, de même que, d'une façon générale, la gestion de l'ensemble du procédé et notamment le contrôle et la commande des fonctions et des processus décrits à l'appui des figures 8 et 9, ainsi que celles de la machine outil, sont assurés par le micro-ordinateur 21. The set of calculation steps described in paragraph 3 above, as well as, in general, the management of the entire process and in particular the control and control of the functions and processes described in Figures 8 and 9, as well as those of the machine tool, are provided by the microcomputer 21.
Ce contrôle et cette gestion sont de nature classique, quoique adaptée au procédé qui vient d'être décrit. C'est pourquoi, ils ne seront pas décrits plus en détail ici.This control and management are of a conventional nature, although adapted to the process just described. Therefore, they will not be described in more detail here.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. Bien au contraire, en plus des variantes déjà indiquées, elle englobe toute autre variante à la portée de l'homme de l'art. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described and shown. On the contrary, in addition to the variants already indicated, it encompasses any other variant within the reach of those skilled in the art.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8813982A FR2629233B1 (en) | 1988-03-25 | 1988-10-26 | METHOD FOR RECONSTITUTING THE SPATIAL COORDINATES OF EACH POINT FROM A SET OF POINTS SAMPLING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE, AND METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF THIS SURFACE FROM SAID COORDINATES |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8803991A FR2629198B1 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | METHOD FOR DETERMINING AND RECONSTRUCTING THE SPATIAL COORDINATES OF EACH POINT OF A SET OF POINTS SAMPLING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE, AND METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF THIS SURFACE FROM COORDINATE DETAILS |
FR8813982A FR2629233B1 (en) | 1988-03-25 | 1988-10-26 | METHOD FOR RECONSTITUTING THE SPATIAL COORDINATES OF EACH POINT FROM A SET OF POINTS SAMPLING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE, AND METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF THIS SURFACE FROM SAID COORDINATES |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR2629233A1 true FR2629233A1 (en) | 1989-09-29 |
FR2629233B1 FR2629233B1 (en) | 1991-05-31 |
Family
ID=26226584
Family Applications (1)
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FR8813982A Expired - Fee Related FR2629233B1 (en) | 1988-03-25 | 1988-10-26 | METHOD FOR RECONSTITUTING THE SPATIAL COORDINATES OF EACH POINT FROM A SET OF POINTS SAMPLING A THREE-DIMENSIONAL SURFACE, AND METHOD FOR PRODUCING A THREE-DIMENSIONAL IMAGE OF THIS SURFACE FROM SAID COORDINATES |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
FR (1) | FR2629233B1 (en) |
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PROCEEDINGS IECON '85 - 1985 INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, CONTROL AND INSTRUMENTATION, San Francisco, California, 18-22 novembre 1985, "Industrial Applications of Mini, Micro & Personal Computers", vol. 1, pages 299-302, IEEE; J.MOCHIZUKI et al.: "Unpositioned workpieces handling robot with visual and force sensors" * |
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EP1391686A1 (en) * | 2002-08-08 | 2004-02-25 | Visio Nerf | Method and device for locating an object using a vision measurement technique |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2629233B1 (en) | 1991-05-31 |
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