FR2672119A1 - Systeme de mesure de surfaces a trois dimensions devant etre representees mathematiquement ainsi qu'un procede de mesure et un gabarit d'etalonnage du systeme de mesure. - Google Patents
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Abstract
Système de mesure de surfaces à trois dimensions devant être représentées mathématiquement, ainsi qu'un procédé de mesure pour la mise en uvre du système de mesure et un gabarit d'étalonnage du système de mesure, système caractérisé en ce qu'il comprend une machine à mesurer (5) définissant un espace à trois dimensions pour la mesure d'une surface à trois dimensions; des dispositifs optiques (10) destinés à générer une image de la surface à trois dimensions devant être mesurée, ces dispositifs optique; (10) étant portés par la machine à mesurer (5) de manière à pouvoir être déplacés et orientés à l'intérieur de l'espace à trois dimensions; et des dispositifs de traitement (1, 6) reliés aux dispositifs optiques et destinés à déterminer les coordonnées de points de la surface à mesurer.
Description
" Système de mesure de surfaces à trois dimensions devant être
représentées mathématiquement, ainsi qu'un procédé de mesure pour la mise en oeuvre du système de mesure et un gabarit d'étalonnage du système de mesure " La présente invention concerne un système de mesure de surfaces à trois dimensions devant être représentées mathématiquement. Comme cela est bien connu, pour représenter mathématiquement des surfaces à trois dimensions, c'est à dire pour représenter par des équations mathématiques des surfaces qui varient dans l'espace, on dispose couramment de systèmes fonctionnant selon deux principales complètement différents: il existe d'une part des systèmes qui détectent les coordonnées15 d'un certain nombre de points sur les surfaces au moyen d'une machine à mesurer munie d'un élément capteur, et il existe d'autre part des systèmes basés sur des principes optiques. En particulier, les systèmes du premier type qui sont les plus courants, assurent la détection des coordonnées de plusieurs points sur la surface puis reconstruisent ensuite les équations de la surface à partir de ces points en utilisant des techniques de calcul appropriées Les systèmes connus fonctionnant25 selon ce principe traditionnel mesurent un grand c nombre de point pour obtenir une précision suffisante dans la représentation mathématique ultérieure, de sorte que ces systèmes fonctionnent à faible vitesse, avec une faible précision et ne permettent pas de répondre aux besoins courants Dans un système connu, plus élaboré, décrit dans un Brevet précédent déposé le 6 octobre 1987 sous le numéro 67848 A/87 par le même auteur que celui de la présente demande, les problèmes de lenteur et de précision sont résolus par la fait que l'opérateur ne définit que les points principaux de la surface à mesurer, tandis que le système assure ensuite de lui-même l'acquisition du nombre de points nécessaires à la représentation du modèle, par un procédé itératif utilisant des approximations successives de manière à obtenir la précision voulue et à compenser les dimensions du palpeur Ce système connu apporte une solution brillante aux tâches indiquées, mais nécessite obligatoirement une participation considérable de la part de l'opérateur lorsqu'il représente mathématiquement des surfaces de grandes dimensions, car la phase initiale dans laquelle se fait la détection des points principaux, est commandée manuellement par l'opérateur De plus, ce système ne peut s'appliquer aux cas dans lesquels le type de surface à mesurer ne permet pas
l'utilisation de palpeurs.
Au contraire, les systèmes optiques effectuent la mesure de la surface en utilisait des caméras de télévision fixes qui observent la surface à trois dimensions Un système connu de ce type itilise par exemple deux caméras de télévision en positions fixes qui observent la surface sous deux angles différents, et une partie de processeur qui reconstruit les équations mathématiques sur la base des deux images Ces systèmes optiques n'ont qie peu de souplesse du fait qu'ils présentent un champ d'action limité et nécessitent le positionnement fixe et précis de la surface à mesurer par rapp Drt aux caméras de télévision, de sorte qu'on ne peut les utiliser pour des surfaces de grandes dimensions, ou les adapter à des surfaces de dimensions très différentes qui nécessiteraient un positionnement différent de la surface par rapport aux caméras de télévision Pour le reste, d'autres systèmes optiques connus ne permettent que la reconnaissance de formes et de figures prédéterminées, et ne sont pas utilisables pour la reconnaissance de formes à trois
dimensions qui ne sont pas connues à l'avance.
Le but de la présente invention est de créer un système de mesure qui solutionne les inconvénients et surmonte les limitations des systèmes connus, en permettant en particulier la reconnaissance de n'importe quelle surface à trois dimensions, sans aucune limitation sur les dimensions et la position de
la surface à mesurer.
La présente invention concerne un système de mesure de surfaces à trois dimensions devait être représentées mathématiquement, en ce qu'il c Dmprend une machine à mesurer définissant un espace i trois dimensions pour la mesure d'une surface à trois dimensions; des dispositifs optiques destinés à générer une image de la surface à trois dimensions devant être mesurée, ces dispositifs optiques étant portés par la machine à mesurer de manière à oouvoir être déplacés et orienter à l'intérieur de l'espace à trois dimensions; et des dispositifs de traitement reliés aux dispositifs optiques et destinés à déterminer les coordonnées de points de la surface à mesurer. autre caractéristique de Selon une l'invention, les dispositifs de traitement comprennent des moyens destinés à positionner des point de fort contraste par rapport à des zones adjacentes pr sentes
sur la surface.
Selon une autre caractéristique enzore de l'invention, les points de fort constraste sont disposés de manière à définir des lignes de limites
fermées de différentes parties de la surface.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, les dispositifs optiques comprennent une
caméra de télévision.
Selon un autre développement de l'invention, le système comprend en outre un capteur de détection tactile de certains au moins des points de fort contraste sur la surface, les dispositifs de traitement comprenant un premier dispositif de traitement et un second dispositif de traitement, le premier dispositif de traitement étant relié aux dispositifs optiques pour recevoir des images de la surface à mesurer, et comprenant des dispositifs destinés à déterminer les coordonnées en deux dimensions des points de fort contraste, et le second dispositif de traitement étant relié au capteur et comprenant des dispositifs destinés à déterminer la troisième coordonnée des points détectés par le capteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs optiques comprennent des moyens destinés à générer deux images différentes de la surface à mesurer, chacune de ces images étant constituée d'un certain nombre de points corrél 5 S à la luminance de points de la surface à mesurer, et en ce que les dispositifs de traitement comprennent des moyens destinés à corréler des paires de points dans les deux images qui correspondent au même point de la surface à mesurer, et des moyens destinés à déterminer les coordonnées en trois dimensi Dns des points de la surface à partir des paires de points, au
moyen d'une transformation de perspective.
Selon un autre développement de l'invention, le système comprend des moyens destinés à déplacer
automatiquement les dispositifs optiques.
Selon un autre développement encore de l'invention, le système comprend en outre un zapteur de détection tactile de certains au moins des points de la surface dont les coordonnées ont été déterminées, et des moyens destinés à corriger les coordonnées déterminées, sur la base de la détection tactile. Selon un autre développement encore de l'invention, le système comprend des moyens destinés à
former un modèle physique de la surface à mesurer.
Selon une autre caractéristique de l'invention, les dispositifs de traitement comprennent une unité d'étalonnage destinée à générer des commandes relativement à la mesure d'une surface de calibre connue et à déterminer des paramètres intrinsèques des dispositifs optiques, une unité d'évaluation et de mesure destinée à évaluer l'attitude des dispositifs optiques et à générer des commandes relatives à la mesure d'une surface, et un processeur d'image destiné à prendre l'image générée par les dispositifs optiques, pour détecter les points de fort contraste et les disposer en chaînes de
points.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, le processeur d'image est destiné à prendre deux images de la surface à mesurer dans deux positions différentes des dispositifs optiques, et les dispositifs de traitement comprennent en outre un processeur stéréo recevant du processeur d'image les chaînes stéréo comprenant des moyens destinés à relier les points des chaînes appartenant aux deux images et correspondant au même point sur la surface à mesurer, et des moyens destinés à déterminer les coordonnées en trois dimensions des points de la surface à partir des points reliés, au moyen d'une transformation de respective. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, la surface de calibre comprend des figures dont les caractéristiques géométriques ne sont pas modifiées par la transformation de perspective, et en ce que l'unité d'étalonnage comprend des moyens destinés à corréler les points de la surface de calibre avec des points de l'image de la surface de
calibre elle-même.
Selon une autre caractéristique enc Dre de l'invention, la surface de calibre est constituée d'un certain nombre de carrés séparés par des parties de surface présentant un fort contraste par rapport aux carrés, les caractères invariables étant constitués
par les intersections des diagonales de ces carrés.
Selon une autre caractéristique enc Dre de l'invention, l'unité d'étalonnage comprend des moyens supplémentaires destinés à détecter la position et l'orientation de la surface de calibre par ra Pport à la machine à mesurer et à calculer les caractéristiques géométriques sur la surface de calibre, des moyens destinés à déterminer les caractéristiques géométriques sur l'image de la surface de calibre, et des moyens destinés à calculer les projections du centre optique sur le plan de l'image, la distance focale et les dimensions des pixels de l'image, à partir des caractéristiques
géométriques de la surface de calibre et de l'i:nage.
Selon une autre caractéristique enc Dre de l'invention, l'unité d'évaluation et de mesure comprend des moyens destinés à détecter la position et l'orientation de la surface de calibre par rapport à la machine à mesurer, des moyens destinés à calculer les caractéristiques géométriques sur la surface de calibre, des moyens destinés à déterminer les caractéristiques géométriques sur l'image de la surface de calibre, et des moyens destinés à calculer la rotation et la translation des dispositifs optiques par rapport à la machine à mesurer, à partir des caractéristiques géométriques de la surface de calibre
et de l'image.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'unité d'évaluation et de mesure comprend des moyens destinés à vérifier la position des dispositifs optiques, des moyens destinés à déclencher le processeur d'image pour la détermination des chaînes de points, des moyens destinés à déterminer les coordonnées en deux dimensions des points des chaînes, et des moyens destinés à commander l'acquisition de la troisième coordonnée des points
des chaînes, au moyen du capteur de détection tactile.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, l'unité d'évaluation et de mesure comprend des moyens destinés à vérifier le positionnement des dispositifs optiques, des moyens destinés à commander le processeur d'image p Dur la détermination d'un premier ensemble et d'un second ensemble des chaînes de points dans une première image et dans une seconde image, correspondant respectivement à des distances différentes entre les dispositifs optiques et la surface à mesurer, et des moyens destinés à commander le processus stéréo pour
la détermination des coordonnées en trois dimensions.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, le processeur d'image comprend des moyens destinés à calculer le gradient de luminance des points de l'image, des moyens destinés à déterminer les points de gradient maximum par rapport aux points voisins, et des moyens de liaison destinés à relier ensemble les points de gradient maximum dans les chaînes de points adjacents, dans les limites d'une
distance prédéterminée.
Selon une autre caractéristique encore de l'invention, le processus d'image comprend en oitre un premier moyen destiné à calculer le barycentre entre paires de points de gradient maximum, un second moyen destiné à calculer des points significatifs par rapport aux points de gradient maximum, et un troisième moyen destiné à déclencher sélectivement le premier moyen ou le second moyen, le premier moyen étant interposé entre les moyens destinés à calculer le gradient, et les moyens de liaison, tandis que le second moyen est interposé en aval des moyens de liaison. Selon une autre caractéristique encore de l'invention, les moyens destinés à déterminer les points de gradient maximum, comprennent des moyens destinés à sélectionner les points de l'image présentant un gradient supérieur à un seuil prédéterminé, des moyens destinés à déterminer la direction du gradient, des moyens destinés à déterminer le gradient de points adjacents aux points sélectionnés de l'image dans la direction déterminée, des moyens destinés à calculer le maximum d'une parabole passant par les points à trois dimensions correspondants au point sélectionné de l'image et aux points déterminés adjacents, et présentant une troisième coordonnée égale aux valeurs de gradient respectives, et à déterminer les coordonnées da point
maximum de la parabole.
Selon une autre caractéristique encire de l'invention, le premier moyen comprend des moyens destinés à déterminer une demi-ligne partant d'un point de gradient maximum, des moyens destinés à rechercher, le long de la demi-ligne, un autre point de gradient maximum dans les limites d'une distance prédéterminée, et des moyens destinés à remplacer le premier point et l'autre point de gradient maximum par leur barycentre si ces points présentent des gradients
de même direction et de sens opposés.
Selon une autre caractéristique enzore de l'invention, le second moyen comprend des moyens destinés à sélectionner des chaînes de points fermées présentant une longueur supérieure à une valeur prédéterminée et définissant le périmètre de formes géométriques, des moyens destinés à déterminer les équations de quatre lignes droites du contour, identifiées par des points de chaque chaîne de points, des moyens destinés à déterminer l'intersection mutuelle de deux lignes droites diagonales reliant chacune deux points d'intersection opposés des lignes droites du contour, et des moyens destinés à orienter
les points significatifs.
Selon une autre caractéristique encire de l'invention, le processus stéréo comprend des moyens d'identification de boucles fermées dans chacune des images traitées par le processus d'image, les moyens d'identification des boucles fermées comprenant des moyens destinés à déterminer l'inclinaison locaile des extrémité des chaînes de points; des moyens destinés à regrouper les extrémités des chaînes de points disposées dans les limites d'une distance prédéterminée entre elles; des moyens destinés à identifier des paires de contours dont les extrémités groupées ont une inclinaison locale de même direction mais de sens opposés; des moyens destinés à prolonger les paires de contours jusqu'à un point commun; des moyens destinés à déterminer l'intersection des paires de contours prolongés; et des moyens destinés à déterminer des chemins fermés comprenant les c Dntours
prolongés et les intersections.
Selon une autre caractéristiqge de l'invention, le processeur stéréo comprend en outre des moyens destinés à coupler des paires de points correspondants appartenant aux boucles fermées des deux images, des moyens destinés à calculer les coordonnées en trois dimensions des paires de points couplés, et à calculer les équations et les zourbes passant par les coordonnées en trois dimensions, et des moyens destinés à calculer les équations de la
surface située entre les courbes.
La présente invention concerne également un procédé de mesure de surfaces à trois dimensions, en ce qu'il génère des lignes de fort contraste sir une surface à mesurer, translate et oriente des dispositifs optiques de prise d'images pour cadrer la surface à mesurer dans un espace à trois dimensions, prend des images de la surface, positionne des points appartenant aux lignes de fort contraste et détermine
les coordonnées de ces points.
L'invention concerne encore un gabarit d'étalonnage du système de mesure de surface qui comprend une surface plate définissant un Certain nombre de carrés disposés régulièrement sur la surface plate et présentant un fort contraste par rapport au
reste de la surface plate.
L'invention concerne enfin un gabarit d'étalonnage dont deux des carrés présentent des il
dimensions supérieures à celles des autres carres.
Le système selon l'invention est donz basé sur la combinaison d'une caméra de télévision (ou autre système optique d'acquisition d'images) avec une machine à mesurer, ce qui permet ainsi d'obtenir une complète liberté de positionnement de la caméra de télévision à l'intérieur du volume de mesure disponible, de manière à pouvoir adapter les caractéristiques de la caméra de télévision à la surface à mesurer, en choisissant simplement de manière convenable la position de la caméra de télévision et en remplaçant éventuellement l'Dptique (système de lentilles) de la caméra de télévision pour
obtenir le maximum de précision possible.
Le système selon l'invention est développé sur quatre niveaux de traitement concernant des degrés croissant d'élaboration dans le traitement des données acquises par la caméra de télévision, et à des
degrés croissants d'automatisation du système, c'est-
à-dire tb 0,50 " premier niveau détection en deux dimensions des coordonnées de la surface à trois dimensions devant être mesurée sur la base d'une image de la surface elle-même acquise au moyen de la caméra de télévision, avec détection de la troisième coordonnée au moyen d'un palpeur et d'un déplacement manuel de la caméra de télévision; second niveau détection en trois dimensions des coordonnées de la surface à trois dimensions, sur la base de d eux images de la surface acquises au moyen de la caméra de télévision dans deux
positions différentes de la caméra de télévision elle-
même; trois niveau détection et composition automatiques des images (mouvement automatique de la caméra de télévision avec reconnaissance du volume de travail); quatre niveau reconstruction de l'intérieur de la surface en n'utilisant que le système de vision. En particulier, le système de mesure qui sera décrit ci-après fonctionne sur une surface à trois dimensions munie de lignes de séparation (de préférence des lignes minces) présentant un fort contraste par rapport au reste de la surface à mesurer, de manière à diviser la surface proprement dite en un certain nombre de "pièces" En particulier, ces lignes qui sont généralement noires sur la surface est blanche ou vice versa, peuvent être tracées sur la surface ou encore être constituées par des bandes adhésives préalablement appliquées sur la surface elle-même, ou même par une grille (sombre ou lumineuse suivant la couleur de la surface à mesurer) projetée
sur la surface elle-même.
Le système extrait ainsi les conteurs à trois dimensions des pièces en déterminant la ligne médiane définie par la ligne de séparation, identifie des boucles fermées pour définir les courbes formant le bord de chaque pièce considérée, trouve la forme mathématique de chaque pièce, relie éventuellement plusieurs pièces adjacentes pour former une surface unique, mesure la surface au moyen d'un capbeur de type traditionnel, suivant les instructions pouvant être réduites du modèle mathématique obtenu, et transfère les données intermédiaires et finales à des systèmes extérieurs ou à des systèmes graphiques interactifs décrits dans le Brevet cité ci-dessus de l'auteur de la présente demande (dans ce cas, en particulier, la mesure au capteur traditionnel qui peut être nécessaire à différents stades du traitement de l'image, suivant les données disponibles, est commandée et effectuée par ce système graphique interactif, comme cela sera décrit plus en détail ci-après) Cette représentation correspond à l'exécution du niveau 2 indiqué ci- dessus, sans que l'invention soit cependant limitée à cette configuration. Pour mieux faire comprendre la présente invention, on décrira maintenant une forme préférée de réalisation, simplement à titre d'exemple non limitatif, en se référant aux dessins ci- joints dans lesquels: la figure 1 est une représentation schématique des éléments formant le présent système; la figure 2 représente un schéma par blocs de l'unité de traitement principale du système de la figure 1; les figures 3 à 6 représentent des organigrammes concernant les opérations de mesure du système selon la présente invention; les figures 7 à 12 sont des exemples d'illustration concernant la mesure d'une surface ou d'une sculpture à trois dimensions; et la figure 13 représente une structure de
référence utilisée pour étalonner le système.
En se référant à la figure 1, uns unité centrale 1 comprend des moyens de traitement St des moyens classiques de communication avec un opérateur tels qu'un clavier 2, un écran vidéo 3, et une souris 4 pouvant être utilisée pour la sélection d'images et d'instructions graphiques sur l'écran 3 LC'unité centrale 1 comprend un processeur d'image affecté qui coopère avec une machine à mesurer 5 et avec une unité 6 destinée à la présentation et à la gestion des résultats, ainsi qu'à la détermination initiale de l'environnement de travail De préférence, l'unité 6 utilise les éléments 2 à 4 de l'unité centrale 1 pour
communiquer avec l'utilisateur.
De façon plus détaillée, la machine à mesurer 5 est fondamentalement de type connu et comporte une tête de mesure 8 pouvant se déplacer sous l'action de chariots à moteur le long de trois axes cartésiens orthogonaux portant un capteur de zontact ou pointe d'écriture 7 du type point pour point A la machine à mesurer est fixée une caméra de télévision de type courant munie d'une ou plusieurs lentilles courantes La caméra de télévision 10 est fixée à la tête 8 de la machine 5 par un élément de fixation 11 orientable de manière répétitive, ce qui permet à la caméra de télévision proprement dite de venir se placer sur tout le volume de la machine à mesurer en rendant par conséquent le système parfaitement souple par rapport aux dimensions et à la position des zones mesurables La machine à mesurer 5 définit une table de travail 9 à laquelle est fixée une surface à trois dimensions (non représentée) destinée à être masurée, et à la machine à mesurer est complétée par des moyens d'éclairage 12 destinés à éclairer convenablement la surface à mesurer et à augmenter le contraste entre
les lignes de séparation et les pièces de surfaze.
L'unité 6 qui, dans l'exemple illustré ici, est constituée par le système graphique interactif
décrit dans la demande de Brevet No 67848 indiqué ci-
dessus, mais qui pourrait être remplacée par d'autres systèmes, sert à l'acquisition des informations nécessaires à la mise en marche initiale du système, c'est-à-dire qu'elle détermine et fournit au système 1 les informations concernant les instruments en état de marche (différentes dispositions du capteur), le système de référence courant, les paramètres nécessaires au traitement, et les plans encombrés c'est-à-dire le volume occupé à l'extérieur duq iel la caméra de télévision peut se déplacer sans rencontrer d'obstacles De plus, l'unité 6 sert à commander le mouvement du capteur 7 pour la mesure tactile de la surface, pour la vérification des résultats comte cela sera décrit ci-après, ainsi que pour la présentation graphique des résultats eux-mêmes à la fois sur son propre moniteur et au moyen d'imprimantes et de traceurs de courbes (non représentés) L'unit: 6 est également capable de commander une machine-outil (non
représentée) si cela est nécessaire.
La figure 2 représente un schéma par blocs détaillé de l'unité centrale 1 et de ses branchements à la machine de mesure 5 et à l'unité 6 Comme indiqué, l'unité centrale 1 est constituée de quatre parties fondamentales à savoir: une unité d'essai et de mesure 15, un processeur d'image 16, un processeur
stéréo 17 et une unité d'étalonnage 18.
Les quatre parties 15 à 18 commuaiquent entre elles et avec l'utilisateur par l'intermédiaire d'une "boîte de messagerie" 19 et d'une unité coordinatrice 20 qui coordonne l'activité de l'unité centrale 1, ces quatre parties étant en outre reliées à un certain nombre de zones de mémoires comprenant: une zone de données commune 21, une zone de données 22 partagée avec l'unité 6, une mémoire de paramètres intrinsèques 23 (c'est-à-dire les paramètres concernant le système de lentilles utilisé pour la caméra de télévision, comme par exemple la projection de l'axe optique de la caméra de télévision sur le plan image dans lequel est recoupée l'image prise par la caméra de télévision et la distance focale), et une mémoire de mode 24 (comprenant les paramètres extrinsèques concernant la position de la canéra de télévision par rapport à la machine à mesurer, et les paramètres nécessaires au traitement, dont la liste est donnée ci-après La mémoire 24 peut également contenir des paramètres concernant les erreurs introduites par les lentilles (aberrations et distorsions géométriques), ainsi que d'autres paramètres prenant en compte des erreurs de montage de
la caméra de télévision.
L'entrée de l'unité coordinatrice est branchée unidirectionnellement au clavier 2 et à la souris 4, tandis que la sortie de l'unité coordinatrice est branchée unidirectionnellemnent à l'écran 3 De préférence, l'entrée de ce même écran 3 est branchée au processeur stéréo 17 et à l'unité 6, bien que, pour des raisons de simplicité et de lisibilité des dessins, on ait représenté deux écrans 3 à la figure 2 Enfin, le processeur d'image 16 est branché bidirectionnellement à une carte d'acquisition 26 dont l'entrée est branchée à la caméra de télévision 10 et dont la sortie est branchée à son propre écran 27, cette carte d'acquisition servant à transformer les signaux fournis par la caméra de télévision en signaux numériques, à les mémoriser et à
gérer les graphiques sur l'écran 27.
De façon plus détaillée, l'unité d'essai et de mesure 15 est déclenchée par l'opérateur à chaque fois qu'on désire utiliser la caméra de télévision pour la mesure d'une surface, et cette unité 15 est interposée entre d'une part l'opérateur et d'autre part la machine à mesurer 15, le processeur d'image 16 et le processeur stéréo 17 De plus, cette unité 15 assure la vérification de position de la caméra de télévision 10 et la lecture/modification des modalités globales du système En particulier, la vérification de position de la caméra de télévision permet de connaître toutes les informations nécessaires pour utiliser les mesures obtenues au moyen de la canéra de télévision, et fournit plus particulièrement la matrice de rotation/translation qui relie la position de la caméra de télévision au système de référence des axes de la machine à mesurer 5 et éventuellement de l'instrument utilisé (pour choisir la position du capteur 7 devant être utilisé par les processus de mesure effectués par cedernier) Cette information est obtenue et mémorisée indépendamment du processus de mesure pendant lequel les données nécessaires à la mesure elle-même, sont simplement lues dans la:némoire 24 A son tour, la lecture/modification des modalités du système permet de mémoriser et de modifier les paramètres nécessaires au traitement des différentes unités du système, c'est-à-dire les paramètres d'étalonnage et d'essai utilisés dans ces deux phases, ainsi que les paramètres de mesure, comme cela sera décrit plus en détails ci- après en se référant à ces
phases.
Pour réaliser ces fonctions, l'unité 15 comprend les blocs suivants: un bloc d'essai 57 dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc coordinateur 20, à la machine à mesurer 5 ainsi qu'à la mémoire 23, et bidirectionnellement à la mémoire 24 ainsi qu'à la boîte de messagerie 19 Le bloc 57 est donc déclenché par le bloc coordinateur 20, reçoit de la mazhine à mesurer 5 les données nécessaires à l'essai de positionnement de la caméra de télévision (p Dsition courante), et reçoit de la mémoire 23 les paramètres intrinsèques, démarre la procédure de prise des images par l'intermédiaire de la boîte de messagerie 19, lit dans la mémoire 24 les paramètres concernant le traitement, et forme la matrice de rotation/translation ainsi qu'éventuellement les paramètres prenant en compte les erreurs du système de lentilles et les erreurs de montage de la caméra de télévision, puis mémorise les paramètres calculas dans la mémoire 24; un bloc de modification 58 destiné à modifier les paramètres concernant le traitement, l'entrée de ce bloc étant branchée unidirectionnellement au bloc coordinateur 20 et bidirectionnellement à la mémoire 24 Le bl Dc 58, lorsqu'il est déclenché par le bloc coordinateur 20, assure la modification des paramètres nécessaires au traitement de l'image mémorisée dans la mémoire 24; un bloc de mesure 59 dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc coordinateur , à la machine à mesurer 5 ainsi qu'aux mémoires 23, 24, et bidirectionnellement à la boîte de messagerie 19 Le bloc 59, lorsqu'il est déclenché par le bloc coordinateur 20, actionne donc la détection des images et le traitement des niveaux haut et bas associés effectué par les processeurs 16 et 17, en leur fournissant, par l'intermédiaire de la boîte de messagerie 19, les commandes et informations nécessaires au traitement telles que la p Dsition courant de la machine, les paramètres intrinsèques et
les modes.
Le processeur d'image 16, déclenché par le bloc 59 ou par l'unité d'étalonnage 18, comme cela sera décrit plus en détails ci-après, s'occupe de tous les services de niveau bas pour l'utilisation de la visicn, et comprend un premier groupe de blocs 28 à , une zone de données locales 31, un second groupe
de blocs 32 à 35 et un bloc de communications 35.
A son tour, le premier groupe de blozs 28 à 30 s'occupe de l'acquisition de l'image et de sa transmission, avec les commandes et paramètres concernant le traitement de niveau bas, vers le second groupe de blocs et comprend un bloc de gestion 28 destiné à gârer la carte d'acquisition d'image, ce bloc étant 'branché bidirectionnellement à la carte 26 et servant à initialiser la carte, à gérer le passage de l'acquisition d'image continue jusqu'à la fin de la formation d'image, à lire l'image acquise et à la transférer au bloc 30; un bloc de gestion de communication 29 branché bidirectionnellement au bloc de communication 36 et au bloc 28, et branché unidirectionnelle:nent au bloc 30; le bloc 29 servant à assurer la communication, suivant un protocole spécifié, avec le bloc 36 lorsque celui-ci commande le déclenchement de l'utilisation d'une formation d'image, et à signaler au bloc 36 la fin du traitement d'une image, ainsi qu à envoyer des commandes de synchronisation entre le bloc 36 et la caméra de télévision, et à envoyer des commande de traitement ainsi que les paramètres nécessaires, provenant du bloc 36, au bloc 31 par l'intermédiaire du bloc 30; un bloc de gestion de processeur 3 D dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 29 ainsi qu'au bloc 28, et dont la sortie est branchée aux blocs 31 à 35; le bloc 30 servant à associer chaque image reçue du bloc 28, aux paramètres associés ainsi qu'aux commandes de traitement reçues du bloc 29, et à les transférer vers la zone de données locales 31; et le bloc 30 communiquant finalement la
disponibilité des données aux blocs 32 à 35.
Le second groupe de blocs sert à effectuer le traitement de niveau bas proprement dit Ce traitement est légèrement différent suivant Élue la partie de surface vue par la caméra de télévision est la surface à mesurer elle-même, ou une surface concernant un objet connu (calibre ou "motif") dont l'image est acquise pour l'étalonnage du système, c'est-à-dire pour mesurer les paramètres intrinsèques
comme on le verra ci-après.
Plus précisément, dans le premier cas, les lignes de séparation fortement contrastées entre les pièces sont vues sous la forme de bandes d'une certaine épaisseur (voir la figure 7 représentant l'image d'une partie de surface) dans laquelle les pièces sont indiquées en 38 tandis que les lignes ou bandes de séparation non représentés à l'échelle par rapport aux pièces sont indiquées en 39) Les bords des bandes doivent ainsi avoir un gradient d'éclairage raide par rapport aux points adjacents appartenant aux pièces ou aux bandes elles-mêmes, et la valeur:naximum du gradient est perpendiculaire au bord ou contour des bandes elles-mêmes De plus, les paires de points situées sur les bords opposés de chaque bande présentent le maximum de gradient opposé, avec une orientation spéculaire par rapport à l'axe de symétrie de la bande elle-même Dans ce cas, le traitement de niveau bas consiste à déterminer les points médians entre paires de points présentant un gradient:iiaximum de valeur opposée (voir la figure 10 dans laquelle les lignes médianes sont tracées en traits interrompus et indiquées en 40), et à regrouper les points médians en listes ou chaînes de points appartenant au même côté du bord ou chaînes de points appartenant au même côté
du bord ou contour de chaque pièce.
Dans le second cas, et dans une forme préférée de réalisation de l'invention, le calibre, représenté à la figure 13 et repéré par la référence 44, est constitué d'un ensemble de carrés 41 et 42 dont les points d'intersection des diagonales sont invariables dans une transformation en perspective, et dont deux carrés (indiqués par la référence 42) présentent de plus grandes dimensions que les autres pour qu'on puisse reconnaître l'orientation du zalibre 44 Dans ce cas, le traitement de niveau bas c Dnsiste à regrouper les points adjacents de gradient:maximum dans des listes concernant chacune le périmètre d'un carré, et à reconnaître, à partir de ces listes, lesquels sont la projection de carrés pour la reconstruction des carrés eux-mêmes et la détermination de l'intersection des diagonales La direction de la droite sur laquelle se trouvent les deux carrés 42, est également choisie de manière à déterminer la transformation qui transforme le système de référence courant (de la machine de mesure) en un
système de référence associé au calibre 44.
Dans les deux cas, les points de gradient maximum sont traités les premiers de manière à déterminer les coordonnées réelles des points d N bord de la bande 39 ou des carrés 41, 42, avec une précision supérieure à la résolution de la camera de télévision (précision supérieure à un Élément d'image). Pour réaliser ces fonctions, le second groupe de blocs comprend: un bloc 32 destiné à l'extraction des points de bords avec une précision supérieure à un ilément d'image, la sortie de ce bloc étant branchée unidirectionnellement aux blocs 33 et 34 auxquels il fournit les coordonnées obtenues; un bloc 33 d'extraction de la carcasse (ou bloc de formation d'ébauche) d Dnt la sortie est branchée unidirectionnellement à un bloc 34 pour lui fournir les coordonnées de la ligne médiane ; ce bloc étant déclenché, comme décrit ci-dessus, suivant les commandes associées à l'image acquise lorsqu'on a besoin du traitement à niveau bas d'une image concernant une surface à mesurer; un bloc 34 de liaison des bords, dont la sortie est branchée unidirectionnellement au bloc 35 et à la boîte de messagerie 19 recevant alternativement les coordonnées de points provenant du bloc 32 ou les coordonnées de points médians provenant du bloc 33 Après groupement de ces coordonnées en listes, dans le cas de points liés pr Dvenant directement du bloc 32 (points de gradient maximum) les listes sont fournies au bloc 35, tandis que, dans le cas contraire (points médians), les listes sont fournies à la boîte de messagerie 19 pour être mises en mémoire dans la zone de données communes 21, et pour un traitement ultérieur; un bloc 35 d'extraction de points importants, dont la sortie est branchée unidirectionnellement à la boîte de messagerie 19 Le bloc 35 cherche à reconstruire des carrés en oartant des lignes de bords déformées par la perspective, détermine les intersections des diagonales de ces carrés ainsi que la direction de la droite sur laquelle se trouvent les deux éléments 42 de plus grandes dimensions, pour déterminer la transformation permettant de passer du système de référence courant au système de référence associé au gabarit Les coordonnées des points obtenus et la transformation déterminée, sont envoyées à la boîte de messagerie 19 pour être mises en mémoire dans la zone de données
communes 21, et pour un traitement ultérieur.
Le processeur stéréo 17 effectue à s Dn tour le traitement d'image de niveau élevé, à partir des données traitées par le processeur d'image 16 et mémorisées dans la zone de données communes 21 Plus précisément, le processeur stéréo n'agit que dans le cas du traitement de l'image d'une surface à mesurer, et ne participe pas à l'étalonnage En particulier, pour déterminer les coordonnées en trois dimensions de
la surface à mesurer, on prend deux images de celle-
ci, chacune de ces images concernant une position différente de la caméra de télévision, et les deux images sont acquises dans deux positions de la caméra de télévision obtenues par un déplacement de celle-ci le long de son axe optique Chaque image, pré-traitée dans le processeur 16, est ensuite traitée de:manière à reconstruire des boucles fermées à partir des chaînes de points fournies par le processeur 16, et à coupler chaque côté de la boucle d'une image au côté de la boucle de la seconde image ayant été produite par la même ligne de séparation de la surface à mesurer, afin de déterminer les coordonnées en trois
dimensions des lignes de séparation.
Plus précisément, les chaînes de points
reçues du processeur stéréo 17 (appelées également ci-
après contours) sont disposées d'une manière régulière pour former une grille qui, du fait de la formation d'ébauche, est dépourvue de points d'intersection (voir figure 10) Par suite, pour chaque extrémité d'un contour, on recherche les extrémités voisines d'autres contours à l'intérieur d'une certaine zone de recherche, en rejetant les contours qui ne comportent pas de voisins, puis on prolonge les contours et leurs voisins jusqu'au point d'intersection commun Cette opération est répétée pour tous les contours, -uis on construit un graphique (matrice) à deux dimensions dans lequel les coordonnées de tous les contours prolongés et les points d'intersection sont mémorisés directement ou indirectement, et l'on recherche des boucles fermées On associe ensuite les 'boucles fermées des deux images en recherchant, pour chaque point d'une image et suivant la référence, la point correspondant de l'autre image suivant le modele en perspective, on calcule les coordonnées en trois dimensions des points de la surface à mesurer qui correspondent aux points mutuellement associés des boucles fermées obtenues, et l'on reconstruit les équations mathématiques des courbes du bord des pièces (côtés des boucles) en partant des coordonnées en trois dimensions qui viennent d'être obtenues Enfin, on forme les équations des surfaces comprises entre ces courbes, en utilisant des techniques de calcul
connues (par exemple au moyen de fonctions de Blzier).
Pour réaliser ces fonctions, le professeur stéréo 17 comprend: un bloc 45 de recherche des relations de proximité, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement à la mémoire 23 et à la bzîte de messagerie 19; un bloc 46 de sélection et de prolongement des contours, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 45 et dont la sortie est branchée à l'écran 3; un bloc 47 de construction du graphique en deux dimensions, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 46; un bloc de reconnaissance 48 destiné à reconnaître et à associer les boucles fermées, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 47 et dont la sortie est branchée à l'écran 3; un bloc 49 destiné à calculer les coordonnées en trois dimensions des points des 'boucles et à calculer les courbes en trois dimensions des bords des pièces, l'entrée de ce bloc étant branchée unidirectionnellement au bloc 48 et la sortie de ce bloc étant branchée à l'écran 3 et à la zone de données partagées 22; et un bloc 50 destiné à calculer la surface à trois dimensions de la pièce, la sortie de ce bloc étant branchée unidirectionnellement à l'écran 3 et à
la zone de données partagées 22.
L'unité d'étalonnage 18 fonctionne lorsque l'étalonnage des paramètres intrinsèques est nécessaire (après le démarrage du système, au:inontage d'un nouveau système de lentilles, lors d'une modification du foyer, etc) En pratique, l'u nité 18 mesure les paramètres du système de lentilles en reliant un certain nombre de points extérieurs connus à leurs projections dans l'image lorsqu'on fait varier
la position et l'orientation du système de lentilles.
Pour cela, on utilise le calibre 44 représenté à la figure 13 et déjà décrit ci-dessus, qu'on mesure tout d'abord en commandant manuellement la machine de mesure pour déterminer la position du support fixe du calibre 44 (constitué typiquement par une feuille de plexiglass fixée à la table 9 de la machine de mesure) On prend ensuite différentes images du calibre 44 pour différentes positions de la canéra de télévision (de préférence en déplaçant la caméra de télévision le long de lignes droites), et tous les points ainsi obtenus, concernant les intersections des diagonales des carrés, sont utilisés pour calculer une matrice de paramètres intrinsèques nécessaires au
traitement de l'image de la surface à mesurer.
Par suite, l'unité d'étalonnage 18 comprend: un bloc 52 destiné à déclencher la mesure du calibre, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc coordinateur 20, et bidirectionnellement à la machine de mesure 6; un bloc 53 destiné à déclencher l'acquisition des images, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 52 et à la mémoire 24, et bidirectionnellement à la boîte de messagerie 19 pour la réception des paramètres de traitement d'image provenant de la mémoire 24, l'émission de commandes et des paramètres nécessaires l'acquisition des images du calibre 44, et la réception de points connus pr Dvenant du traitement à bas niveau des images; et un bloc 54 destiné à calculer les paramètres intrinsèques, dont l'entrée est branchée unidirectionnellement au bloc 53 et dont la sortie est branchée à la mémoire 24, pour la détermination et la
mémorisation des paramètres.
La mesure d'une surface à trois dimensions au moyen du système selon la présente invention, est effectuée par les étapes suivantes qui seront dàcrites en se référant aux blocs de fonctionnement des figures
3 à 6, et en se référant également aux figures 7 à 13.
En particulier, dans la description qui
suit, les équations utilisées pour la détermination des paramètres intrinsèques et extrinsèques, ne seront pas présentées en détails, de même que les zalculs utilisés pour la transformation de perspective On se référera pour cela à ce qui est décrit dans les articles suivants: O D Faugeras et G Toscani: Le problème de l'étalonnage pour stéréo, publié dans Proc Computer Vision and Pattern Recognition, pages à 20, Miami Beach, Floride, U S A, 1986; O D. Faugeras and G Toscani: Etalonnage de Caméra pour Vision par Ordinateur 3 D publié dans Proc Of Int. Worksop on Machine Vision and Machine Intelligence, Tokyo, Japon, février 1987; S Ganapathy: Décomposition de matrices de transformation pour
vision par robot, Pattern Recognition Letters, 2:401-
412, décembre 1984; E Previn et J A Webb: Quaternions dans la vision par ordinateur et la robotique, Technical Report CS-82-150, Carnegie-Mellon University, 1982, Y C Shiu et S Ahmad: somment trouver la position de monture d'un détecteur en résolvant une équation de transformation homogène de la forme AX=BX, publié dans IEEE Conferernce on Robotics and Automation, pages 1666 à 1771, Ralaygh, Caroline du Nord, U S A, avril 1987; T M Strat: Récupération des paramètres de caméra dans une:natrice de transformation, pages 93 à 100, Morgan Kaufmann Publishers Inc 1987; R Y Tsai: Technique polyvalente d'étalonnage d'une caméra pour métrologie de vision à haute précision par machine 3 D, en utilisant une caméra TV et des lentilles sur étagères, IEEE Journal of Robotics and Automation, RA-3 (( 34): 323-344, août 1987; R Y Tsai: Résumé des progrès récents sur l'étalonnage d'une caméra pour visi Dn par machine 3 D, publié dans Oussama Khatib, John Carig, et Thomas Lozano-Péres éditeurs, The Robotics Review,
pages 147 à 159 The MIT Presse, 1989.
En se référant à la figure 3, l'opérateur sélectionne initialement, au moyen du clavier 2, le mode de fonctionnement (bloc 70), le démarrage de la procédure d'étalonnage ou de la pr Dcédure
d'essai/mesure, ou la fin des opérations (bloc 71).
Cela correspond respectivement soit au déclenchement, par le bloc coordinateur 20, de l'unité d'étalonnage 18 ou de l'unité d'essai et de mesure 15, soit à la
coupure du système.
Si l'étalonnage est démarré, le pr Dcessus passe du bloc 70 à un bloc 72 pour déclenzher la mesure du gabarit, cette opération étant commandée par l'unité 52 Dans cette phase, on effectue tout d'abord une détection manuelle assistée par l'opérateur, puis ensuite un détection automatique, par le capteur 7, de certains points du bord du gabarit 44 De manière à identifier la position du gabarit lui-même par rapport au système de référence de la machine de mesure 5, et à déterminer par conséquent les coordonnées de points
significatifs du système de référence.
Le processeur passe ensuite du bloc 72 à un
bloc 73 pour déclencher l'acquisition d'une image.
Dans cette phase, la caméra de télévision 10 est orientée manuellement ou automatiquement pour observer le gabarit 44 (de préférence, afin d'obtenir la meilleure précision possible compatible avec la résolution de la caméra de télévision et les limites intrinsèques du système, la position d'observation est choisie de manière à voir d'aussi près que possible la partie de la surface à mesurer constituée dans le cas présent par le gabarit 44), puis le bloc 53 émet la commande d'acquisition d'une image, par l'intermédiaire de la boîte de messagerie 19, en spécifiant les paramètres de détermination des coordonnées réelles des bords, et en demandant la
détection des points significatifs du gabarit 44.
On trouve ensuite un bloc 74 de prise d'une image et de traitement de l'image à bas niveau par le processeur d'image 16, conformément à la spécification fournie Les résultats du traitement (qui seront décrits plus en détails en se référant à la figure 4) sont ensuite mémorisés dans la zone de données communes 31 Les phases de fonctionnement qui correspondent aux blocs 73 et 74 sont de préférence répétées plusieurs fois de manière à obtenir plusieurs images du gabarit 44, et par conséquent plusieurs détections des points significatifs dans différentes positions angulaires de la caméra de télévision, afin d'obtenir une plus grande précision Ensiite, le processus passe à un bloc 75 de calcul des paramètres intrinsèques, dans lequel les points significatifs déterminés pour chaque image sont reliés aux points du gabarit en utilisant un algorithme des moindres carrés. Les évaluations des paramètres intrinsèques ainsi déterminés pour chaque image acquise, sont prises en moyenne de façon qu'on puisse déterminer, pour chaque attitude de la caméra de télévision, la meilleure rotation et la meilleure translation Les paramètres ainsi déterminés sont mémorisés dans la mémoire 23 et sont donc utilisables pour les opérations de vérification d'attitude de la ca:méra de télévision, et pour les opérations de mesure à effectuer sur une surface à trois dimensions inconnues. Si, au contraire, l'opérateur demande la procédure d'essai et de mesure, le processus passe du bloc 70 à un bloc 77 qui déclenche le fonctionnement de l'unité d'essai et de mesure 15 En particulier, le bloc 77 concerne le choix du type de traitement à effectuer, de sorte qu'on présente essentielle:nent à l'opérateur le choix entre la vérification de l'attitude de la caméra de télévision, la mémorisation/modification des paramètres relatifs au
traitement de l'image, et la mesure d'une surfaze.
Si l'opérateur demande la mémorisation/modification des paramètres, le processus passe du bloc 77 à un bloc 78 Ce bloc concerne les étapes de modification des paramètres qui sont partagés de différentes manières par tous les éléments du système et qui peuvent être subdivisés en deux classes: paramètres d'étalonnage/vérificati Dn et
paramètres de mesure.
En particulier, les premiers paramètres (utilisés par les unités 15 et 18) comprennent les paramètres concernant le filtre d'extraction des points de bords (comprenant la dimension de l'opérateur et les seuils de gradient minimu:n et de gradient maximum), les paramètres de liaison des bords (comprenant le seuil minimum sur la longueur d'une chaîne), les paramètres d'évaluation automatique de la qualité d'un groupe d'images (comprenant un seuil
d'erreur maximum).
Les seconds paramètres de mesure, utilisés par les processeurs 16 et 17, comprennent la distance entre les deux images, les paramètres du filtre d'extraction des bords (comme indiqué ci-dessus), les
paramètres de liaison des bords (comme indiqué ci-
dessus) les paramètres de formation d'ébauche (comprenant un indicateur spécifiant si cette opération est demandée), la distance:naximum acceptable entre deux bords parallèles pour que ces
bords se fondent dans l'ébauche, et le type de profil-
ligne de séparation des pièces à ébaucher (c'est-à-
dire en noir sur un fond blanc ou vice versa), les paramètres de commande du processeur stéréo (concernant la sortie graphique sur l'écran du processeur), et les paramètres concernant la construction des équations mathématiques (comprenant le nombre de points extraits de chaque contour et le nombre de termes du polynômes des courbes du bord et
des surfaces à calculer).
La phase de modification des paramètres est ensuite effectuée sous la commande du bloc 58 qui permet à l'utilisateur de mémoriser ou de modifier l'un ou plusieurs des paramètres dont la liste est donnée ci- dessus, au moyen du clavier 2 et/oi de la souris 4, ainsi que du bloc coordinateur 20, avec
affichage sur le moniteur 3.
Si, au contraire, l'opérateur demande la vérification de l'attitude de la caméra, le processus passe du bloc 77 au bloc 79 concernant les opérations de mise en place initiales Dans cette phase, entre autres, le bloc 57 lit les paramètres intrinsèques dans la mémoire 23, les modes (c'est-à-dire les paramètres concernant le traitement de l'image et les attitudes déjà évaluées de la caméra) dans la:némoire 24, ainsi que le système de référence courant provenant de la machine de mesure 5 et les
instructions concernant les instruments déjà définis.
De plus, le bloc 57 demande à l'opérateur un label identifiant la position à définir (comme par exemple la position angulaire du support de la caméra de télévision), vérifie son existence, demande éventuellement un label identifiant l'instru:nent à
associer à la position, et vérifie son existence.
Le processus passe ensuite du bloc 79 à un bloc 80 permettant au bloc 57 de demander le positionnement manuel de la caméra de télévision par l'opérateur, puis ensuite à un bloc 81 permettant au bloc 57 de lire la position courante de la machine Le processus passe ensuite au bloc 82 concernant le déclenchement des opérations de prise de l'image du gabarit, préalablement fixée par l'opérateur sur la table 9 de la machine de mesure 5 Cette phase provoque l'envoi du bloc 57 vers le processeur d'image 16, des données concernant les opérations à effectuer et les paramètres associés pour la commande de ces opérations, ce qui permet ainsi au processeur d'acquérir l'image On trouve ensuite le bloc 83 concernant le traitement de niveau bas permettant d'obtenir les points significatifs du gabarit, comme cela sera décrit plus en détails ci- après A la fin de ce traitement, la commande retourne au bloc 57 qui, lorsqu'il est prévenu par le processeur d'image 16, se met à lire les résultats mémorisés dans la zone de données communes 21 La séquence décrite en se référant aux blocs 80 à 83, est de préférence répétée plusieurs fois, par exemple trois fois. Le traitement passe ensuite du bloz 83 au bloc 84 (qui, en variante, pourrait précéder le bloc 83 au lieu de le suivre), ce bloc 84 concernant le déclenchement de la mesure du calibre 44 oar le capteur 7, comme décrit ci-dessus d ans le cas du bloc 72. Enfin, le bloc 57, en utilisant les valeurs des paramètres intrinsèques de la caméra de télévision, se met à calculer la meilleure matrice de rotation/translation (bloc 85) Les résultats Dbtenus peuvent ensuite être envoyés au coordinateur 20 pour
être affichés sur l'écran 3.
Si, au contraire, l'opérateur demande la mesure d'une surface à trois dimensions inconnue, le processus passe du bloc 77 au bloc 87 concernant les opérations de mise en place initiales Dans cette phase, entre autres, le bloc 59 lit les paramètres intrinsèques dans la mémoire 23, les modes dans la mémoire 24, ainsi que le système de référence courant provenant de la machine de mesure 5 Bt les
instructions concernant les instruments déjà définis.
De plus, le bloc 59 demande à l'opérateur u:2 label identifiant la position à utiliser, et vérifie son existence L'appareil passe ensuite du bloc 87 au bloc 88 dans lequel on demande le positionnement manuel de la caméra de télévision 10 par l'opérateur (avec le choix de la vue comme décrit en se référant au bloc 73), puis ensuite au bloc 89 dans lequel on mesure la
position courante de la machine.
Ensuite, le processus passe au bloc 90 concernant le déclenchement des opérations de capture de l'image de la surface ayant été préalablement fixée par l'opérateur sur la table 9 de la machine de mesure Après mémorisation de la première image, l'unité 59 commande le positionnement automatique de la caméra de télévision 10 qui se trouve déplacée sous l'effet du déplacement de la tête 8, le long de son axe optique, en S'écartant de la surface d'une distance égale à la valeur sélectionnée par l'opérateur dans les paramètres du système (bloc 91) Le traitement passe ensuite au bloc 92 de lecture de la position courante de la machine, puis ensuite au bloc 93 de priss de la
seconde image de la surface.
On effectue ensuite le traitement à bas niveau de la première image (bloc 94) et de la seconde image (bloc 95) En particulier, les deux étapes de traitement peuvent être effectuées à un moment ne suivant pas immédiatement l'étape de prise corresponde, du fait que le processus de mesure peut être interrompu juste après la prise de la seconde image, et que le traitement ultérieur peut être effectué à n'importe quel autre moment, sans l'intervention de l'opérateur, en rappelant les images prises et convenablement mémorisées Cela permet donc de libérer complètement les opérations d'acquisition d'image du traitement associé (de même que des opérations d'étalonnage, des opérations d'évaluation de la caméra de télévision, et des opérations de modification des paramètres de traitement), ce qui augmente ainsi considérablement la souplesse du système. Après le traitement à bas niveau effectué suivant les blocs 94 et 95 et aboutissant à l'obtention de deux séries de listes de points de contours, comme cela sera décrit plus en détails en se référant à la figure 4, le processus passe au bloc 96 concernant le traitement stéréo, comme cela sera décrit en se référant aux figures 5 et 6, de façon que la commande des opérations soit transmise au processeur stéréo 17 qui calcule les coordonnées en trois dimensions des points du contour de chaque pièce, et détermine les équations des courbes de limites et des surfaces situées entre elles Les données ainsi obtenues sont ensuite mémorisées dans la zone de données partagées 22 A la fin de ces opérations (ou même avant si les résultats des processus intermédiaires ne permettent oas de continuer le traitement sur les données provenant des images, ou dans le cas d'une précision inférieure à celle demandée par l'opérateur), le processus arrive au bloc 97 concernant le transfert de la commande à l'unité 6 de présentation et de gestion des résultats, cette unité mesurant la surface en utilisant les
mémorisées dans la zone de données partagées 22.
L'unité 6 corrige en outre le modèle mathématique sur la base des mesures effectuées par les capteurs 7, tout en affichant et en traçant également le modèle final, comme décrit par exemple dans la demande de
Brevet indiquée ci-dessus.
En se référant à la figure 4 concernant le traitement à bas niveau effectué par le second groupe de blocs 32 à 35 du processeur d'image 16, l'image prise, mémorisée dans la zone de données locales 31 sous la forme d'une matrice d'éléments d'image ou pixels comprenant un certain nombre de rangées (direction X) et de colonnes (direction Y), est traitée initialement de manière à calculer le gradient de luminance de chaque pixel (élément d'image) dans les directions X et Y, en utilisant un filtre de Gauss
de dimensions spécifiées (bloc 100).
Ensuite (bloc 101), on balaye la:natrice pour déterminer les pixels présentant un module de gradient supérieur au seuil prédéterminé, et l'on détermine (bloc 102) pour chacun de ces pixels, deux points placés respectivement en avant et en arrière du pixel en question, suivant la direction du gradient précédemment calculé En particulier, ces points situés de chaque côté du pixel en question sont obtenus à partir des deux intersections entre la direction du gradient et les quatre lignes droites (à X = constante et Y = constante) passant par las huit pixels adjacents au pixel en cours d'examen (en réalité, deux seulement de ces lignes droites zoupent
la direction du gradient).
Ensuite, le bloc 103 calcule le module du gradient de chacun de ces points situés en avant et en arrière, en effectuant une interpolation du module du gradient des deux pixels adjacents au point situé en avant ou en arrière (voir par exemple la figure 8 dans laquelle la référence 200 indique un pixel) présentant un module de gradient supérieur au seuil prédéterminé
dont le gradient est représenté par la flèche 201).
Les références 202 a et 202 b indiquent respectivement les points situés en avant et en arrière, résultant de l'intersection entre la direction du gradient 201 et la ligne droite reliant les points 203 a, 203 b et 203 c, 203 d Enfin, la référence 204 indique la ligne droite
définie par la direction du gradient du pixel 200.
Ensuite, selon le bloc 104, les deux:odules qui viennent d'être calculés, concernant les points situés en avant et en arrière du point en question, sont comparés à la valeur du gradient du pixel considéré Si cette dernière est inférieure à l'une des deux valeurs calculées, le système passe di bloc 104 au bloc 105, de sorte que le pixel considéré est rejeté, car il ne représente pas un point de gradient maximum (point de bord des pièces ou des carrés), puis le traitement passe ensuite au bloc 106 qui vérifie si tous les pixels déterminés dans le bloc 101 Dnt été examinés Si ce n'est pas le cas, le traitement passe
de nouveau au bloc 102 pour un pixel suivant.
Si, au contraire, le bloc 104 détecte que le pixel considéré est un point de gradient maximum, le traitement passe au bloc 107 concernant le calzul de la parabole passant par trois points d'un espace à deux dimensions qui représente la coupe, passant par la direction du gradient, de la fonction à trois dimensions représentant (coordonnées Z) la valeur du module du gradient du pixel de l'image de coordonnées X et Y En particulier, l'équation de la parabole passant par les coordonnées Z (module du gradient) du pixel considéré et par les points qui viennent d'être identifiés en avant et en arrière de celui-ci, est
déterminé et son point maximum est déterminé.
Les coordonnées X, et Y 1 de ce maximum sont alors considérées comme les coordonnées du point de bord avec une précision meilleure que le pixel, et sont ensuite mémorisées comme un décalage par rapport aux coordonnées totales (en pratique, le déplacement nécessaire pour atteindre le point de coordonnées X, et Y 1 venant d'être déterminé à partir du point du pixel considéré, représente le déplacement nécessaire, suivant la direction du gradient, pour positionner le véritable maximum du gradient par rapport au pixel considéré) Cette opération est indiquée à la figure 9 représentant un espace à trois dimensions dans lequel on a illustré le pixel 200, les points 202 a, 202 b et les points correspondants 208 à 210 (sa coordonnée Z représente le module correspondant du gradient), ainsi que la parabole 211 passant par ces trois points La référence 212 indique le maximum de la parabole dont les coordonnées Xl, Y, correspondent au point 213 Le point 213 constitue ainsi le point de bord déterminé
avec une précision meilleure que le pixel).
Le bloc 107 est suivi du bloc 106, puis du bloc 102, jusqu'à ce que tous les pixels déterminés dans le bloc 101 aient été examinés On trouve ensuite un bloc de décision 110 concernant le type de traitement à effectuer, et ce bloc vérifie s'il est nécessaire ou non d'effectuer l'ébauche du profil sur la base de commandes fournies initialement au processeur d'image 16 Dans l'affirmative (sortie OUI du bloc 110) le bloc 32 fournit au bloc 33 de la figure 2 les résultats qui viennent d'être acquis, de sorte que le traitement passe au bl Dc de
fonctionnement 111 à la figure 4.
Dans cette phase, on effectue le balayage de toute l'image acquise et l'on détermine, pour chaque point de bord précédemment déterminé, la ligne droite partant de ce point dans la direction parallèle à la direction du gradient et dans la direction Dpposée déterminée par la couleur de la bande (c'est-à-dire
des points d'un bord de la bande vers l'autre bord).
Ensuite (bloc 112), on recherche un autre point de bord appartenant à la ligne droite venant juste d'être identifiée, et se situant à l'intérieur d'une distance prédéterminée Si l'autre point de bord n'est pas identifié, le traitement passe au bloc 113 selon
lequel le premier point de bord est supprimé (c'est-à-
dire qu'il ne représente pas véritablement un paint de bord d'une bande, mais du bruit tel que par exemple une tache), puis ensuite eu bloc 114 dans lequel on vérifie si tous les points de bord déterminés à la fin des opérations 102 à 106 ont été vérifiés Si tous les points n'ont pas été vérifiés, le traitement revient
au bloc 111.
Au contraire, si le point de bord opposé est identifié, ce qui correspond à la sortie OUI du bloc 112, le traitement passe au bloc 115 dans lequel on vérifie si les deux points de bord identifiés Dnt des gradients anti-parallèles (c'est-à-dire la même direction mais des sens opposés) Dans l'affirmative, le traitement passe au bloc 116 dans lequel las deux points de bord identifiés sont annulés et remplacés par le point de barycentre correspondant Ce cas (passage par les blocs 111, 112, 115 et 115) est représenté à titre d'exemple à la figure 10 dans laquelle la référence 216 indique un point de bord déterminé avec une précision meilleure que le pixel par le bloc 32 pour lequel la ligne droite déterminée 217 rencontre un autre point de bord 218 de gradient anti-parallèle, de sorte que les deux points 216 et 218 appartenant à deux bords opposés d'une baade 39, sont remplacés par le point 19 appartenant à la ligne médiane 40 Le traitement passe alors au bloc 114 Si, au contraire, les deux points qui viennent d'être
identifiés ne présentent pas un gradient anti-
parallèle, le traitement passe du bloc 115 du bloc 113
pour supprimer le point en cours d'examen.
Après avoir examiné tous les points fournis par le bloc 32, on obtient l'ébauche ou carcasse représentée par le contour en traits interrompus 40 de la figure 10, cette ébauche étant dépourvue de points d'intersection Le traitement passe alors au bloc 118 auquel il arrive également dans le cas d'une sortie NON du bloc 110 Cela correspond au transfert d'information et de commande du bloc 33 vers le bloc 34 si l'ébauche est effectuée, ou du bloc 32 vers le bloc 34 si ce n'est pas le cas Dans le bloc 118, on effectue la liaison soit des points d'ébauche s Dit des points de bord Cette opération est effectuée en partant d'un point quelconque et en se dépla;ant de manière à regrouper tous les points adjacents Si le nombre de points adjacents identifiés est inférieur à un seuil prédéterminé, la chaîne est rejetée A la fin de cette opération, on dispose de chaînes de points correspondant chacune à l'ébauche ou au périmètre des
carrés du gabarit.
Le processus passe ensuite au bloc 119 qui vérifie si le traitement met en oeuvre l'extraction de points significatifs Si ce n'est pas le cas (mesure d'une surface inconnue dont l'ébauche a déjà été obtenue), le traitement de niveau bas effectué par le processeur d'image 16 est stoppé et le traitement passe au bloc d'extrémité 120 dans lequel le bloc de liaison 34 mémorise les résultats dans la z Dne de données communes 21 au moyen de la boîte de messagerie 19, et prévient également le bloc de mesure 59 qui a déclenché les opérations (blocs 94 et 95 de la figure 3). Dans le cas opposé (mesure du gabarit, pour laquelle on a sauté l'étape de formation d'ébauche), le traitement passe du bloc 119 au bloc 121 dans lequel le bloc de liaison 34 fait passer les données traitées et la commande dans le bloc 35 de la figure 2 Ce dernier sert à sélectionner, à partir des chaînes de points reçues, les contours qui peuvent constituer le périmètre de carrés, en rejetant les chaînes trop courtes et en vérifiant la fermeture du contour Le traitement passe ensuite au bloc 122 qui, pour chaque contour sélectionné, effectue un processus itératif permettant d'identifier les quatre lignes
droites appartenant aux côtés de chaque carré.
Si ce processus ne converge pas, la bloc d'essai est suivi du bloc 124 qui provoque le rejet de la chaîne considérée, puis conduit de nouveau au bloc 122 pour l'examen d'une nouvelle chaîne, sinon, le traitement passe du bloc 123 au bloc 125 concernant identification de l'intersection entre les quatre lignes droites (c'est-à-dire les coins formés entre les côtés de chaque carré), la détermination des équations des deux diagonales passant par les paires de points d'intersection opposés qui viennent d'être identifiés, et la détermination des longueurs des diagonales et de leurs intersections fournissant les centres des carrés (points-significatifs) Le bloc 126 vérifie ensuite si tous les contours ont été examinés et, si ce n'est pas le cas, le traitement retourne au
bloc 122.
A la fin (sortie OUI du bloc 125), le traitement passe au bloc 127 pour ordonner les points extraits dans lesquels, sur la base de la longueur des diagonales, laquelle est plus grande dans le zas des deux carrés 42 de la figure 13, on détermine la direction de la ligne droite sur laquelle se trouvent les deux carrés 42, puis on applique ensuite une transformation des axes de manière à amener l'axe X sur cette ligne droite et à ordonner les points A la fin de ces opérations, le traitement de niveau bas est terminé et le traitement passe du bloc 127 au bloc 120 correspondant à la mémorisation des données par le bloc 35 dans la zone de données communes 21, et au transfert de la commande pour la ramener au bloz 53 ou 57 de la figure 2 (c'est-à-dire au passage du bloc 74
ou 83 au bloc 75 ou 84 à la figure 3).
En se référant à la figure 5 qui concerne le traitement de niveau élevé effectué par le prozesseur stéréo 17, et la mesure ultérieure par le capteur 7 (blocs 96 et 97 à la figure 3) se trouvant initialement dans le bloc 141, on lit les paramètres intrinsèques et autres informations nécessaires au traitement (concernant par exemple la sortie graphique sur l'écran 3), puis on effectue dans le bloc 142 un traitement de la première image qui sera décrit plus en détails ci-après en se référant à la figure 6, de manière à identifier les boucles fermées se trouvant dans l'image acquise par la caméra de télévision et
ayant déjà été soumise au traitement de niveau bas.
Ensuite, la seconde image est traitée dans le bloc 143 exactement de la même manière que la première image dans le bloc 142 Plus précisément, comme à la figure 6, le traitement de niveau élevé de chaque image (blocs 142 et 143) comprend la lecture initiale de l'image à traiter constituée par les chaînes de points d'un contour (c'est-à-dire typiquement les points de l'ébauche), et la mise en place initiale d'une:iiatrice de support, c'est-à-dire la construction d'une:matrice de dimensions égales à celles de l'image, cette matrice contenant l'adresse d'une chaîne dans toutes les positions qui correspondent à la totalité des coordonnées des points appartenant à cette chaîne (bloc 170) On mémorise donc dans la matrice de support les adresses (de la chaîne) concernant les côtés de l'ébauche, à l'exclusion des intersections qui sont absentes de l'ébauche et doivent être déterminées Dans ce but, on calcule la direction de sortie de tous les contours (inclinaison des deux extrémités de chaque chaîne) dans le bloc 171 et, pour chaque contour, le processus recherche l'existence d'autres extrémités voisines concernant d'autres contours (bloc 172) Si l'une des deux extrémités de la chaîne en cours d'examen n'a pas de voisins (sortie NON), le traitement passe au bloc 173 dans lequel le contour en cours d'examen est supprimé (ces points sont annulés de la matrice de support), piis le traitement passe au bloc 174 dans lequel on effectue des vérifications pour établir si tous les c Dntours ont été examinés Dans la négative, le traitement
retourne du bloc 174 au bloc 172.
Si, au contraire, les extrémités du contour examiné ont des voisins (sortie OUI du bloc 172), le contour examiné est prolongé jusqu'à l'intersection
commune avec les contours voisins, comme décrit ci-
après en se référant à un exemple illustré à la figure 11 dans laquelle sont représentées des lignes concernant plusieurs contours à prolonger En particulier, la référence 230 indique un contour comportant une extrémité 231 pour laquelle, à l'intérieur du carré 245 de dimensions prédéterminées, on a trouve trois extrémités voisines, c'est-à-dire les extrémités 232, 233 et 234 appartenant respectivement aux contours 235, 236 et 237 En 1 suite, pour prolonger les courbes suivant le bloc 175, on identifie les paires de contours dont les extrémités ont la même inclinaison mais des directions ooposées (dans l'exemple illustré ici, la paire de contours 230 et 236 comporte les extrémités 231 et 233 tandis que la paire de contours 235 et 237 comporte les extrémités 232 et 234) Ensuite, dans le bloc 176, on détermine pour chaque paire l'équation passant par plusieurs points des deux contours (dans le présent exemple, on détermine respectivement les équations des parties de courbe 238 et 239) Pour les contours dont les extrémités ne sont pas associées par paires, la courbe est simplement prolongée Ensuite, le bloc 177 recherche l'intersection commune si elle existe (on détermine ainsi le point 240 à la figure 11), DU l'on utilise le point médian du prolongement de la courbe en l'absence d'une intersection Enfin, le bloc 178 mémorise plusieurs points sur chaque partie de la courbe de liaison ainsi obtenue, jusqu'au point d'intersection. Le processus vérifie ensuite par le bloc 174 si tous les contours ont été examinés et, si ce n'est pas le cas, retourne au bloc 172 A la fin des itérations, on dispose d'une structure constituée par les lignes d'intersection (en pratique, les points d'intersection de l'ébauche ont été reconstruits et les cotés isolés ont été supprimés), qu'on peut afficher sur l'écran 3 grâce à la liaison entre le bloc 46 et ce dernier, comme indiqué à la figura 2 Le traitement passe ensuite au bloc 179 concernant la
construction d'un graphique représentant la structure.
Dans ce but, on utilise une matrice dans laquelle sont mémorisés les noeuds du graphique (point d'intersection venant d'être reconstruit) et les branches ou "liaisons" qui relient ces noeuds (contours et prolongements associés) En utilisant cette matrice, le bloc 180 recherche les chemins (boucles) fermés en effectuant une coupe à travers les bas du graphique et en recherchant le chemin:ninimum reliant les deux noeuds ainsi séparés A la fin de cette procédure, des boucles fermées constituées par les contours sont disponibles pour l'image traitée A ce stade, le traitement séparé des deux images est terminé. Ensuite (et en se référant de nouveau à la figure 5), pour chaque boucle fermée ainsi identifiée dans la seconde image (image de référence) qui, dans une forme préférée de réalisation est celle acquise par la caméra de télévision s'écartant plus loin de la surface à mesurer, on recherche la boucle correspondante sur la première image en reliant deux par deux les points des deux images (bloc 144) Cette opération d'accouplement est effectuée d'une manière qui sera maintenant décrite au moyen de la figure 12 dans laquelle sont représentées deux boucles correspondantes 250 et 251, et dans laquelle la boucle de plus grandes dimensions, repérée par la référence 250, est celle concernant la première image (caméra de télévision au plus près) Dans la même figure, la référence 252 indique également la projection, à partir du centre optique, sur le plan de l'image (centre de l'image) Pour chaque point de l'image de référence, on calcule la ligne droite partant du centre 252 de l'image et passant par le point en
question (par exemple le point 253 à la figure 12-
* détermination de la demi-ligne 254 -).
On recherche ensuite l'existence de points limites appartenant à l'autre image et se trouvant sur la même demi-ligne dans les limites d'une distance prédéterminée à partir du point en question (dans le cas illustré ici, on détermine le point 255 appartenant à la boucle 250) On peut éventuellement affiner la recherche du second point en formant l'équation de la variation locale de la courbe passant par les points de la seconde image, et en recherchant le point le plus près de la demi-ligne de la recherche (demi-ligne 254) On calcule enfin le rapport entre les distances séparant le centre de l'image des deux points couplés ainsi identifiés (R/r o r concerne le point de l'image de référence et R concerne le point de la première image) A la fin des opérations de couplage de boucles effectuées par le bloc 48 à la figure 2, les résultats peuvent être affichés sur
l'écran 3.
Ensuite, (bloc 145), en partant du rapport déterminé ci-dessus, et éventuellement après avoir soumis celui-ci au filtrage par filtre de Gauss, on calcule les coordonnées en trois dimensions des points du profil (contours des pièces) en appliquant un modèle de la projection en perspective Plus précisément, les coordonnées Xt, Yt et Zt des points du profil sont calculées dans le système de référence de la caméra de télévision, en utilisant les équations suivantes: Xt = (Xi Xo) * Zt/a Yt = (Yi Yo) * Zt/b Zt = (-Dz)* R/r dans lesquelles (Xo, Yo) sont les coordonnées du centre de l'image, a, b sont les valeurs du foyer aux pixels X et Y, Dz est la variation de hauteur des deux images le long de l'axe
optique, (Xi, Yi) sont les coordonnées, obtenues ci-
dessus, du point de l'image de référence, et *R/r est
le rapport venant d'être déterminé.
Ensuite, les coordonnées ainsi calculées sont transformées dans le système de référence de la machine de mesure 5, puis on calcule les équations des courbes de bords passant par les points i trois dimensions qui viennent d'être déterminés Le résultat de cette opération effectuée par le bloc 49 à la
figure 2, peut également être affiché sur l'ézran 3.
De plus, ce résultat peut être mémorisé dans 1 l zone de données partagées 22 pour être utilisé par l'unité 6. Ensuite, pour les boucles comportant quatre côtés, la surface à trois dimensions sous-tendue par les courbes obtenues, est reconstruite par le bloc 146 en utilisant des techniques de calcul numériques connues Eventuellement, si cette opération a été effectuée pour plus d'une seule boucle, en fournissant ainsi plusieurs surfaces à trois dimensions, ces surfaces peuvent être reliées entre elles Le résultat de ces opérations effectuées par le bloc 50 à la figure 2, est également affiché sur l'écran 3 et
mémorisé dans la zone de données partagées 22.
Ensuite, dans le bloc 147, la commande est transmise à l'unité 6 qui mesure physiquement, au moyen du capteur 7, les coordonnées de plusieurs points de la surface à partir des résultats du traitement précédent, de manière à augmenter la précision des résultats eux-mêmes et à achever le traitement lorsque les données de traitement de l'image intermédiaire ne permettant pas la reconstruction des courbes et/ou de la surfaze La procédure de mesure utilisant le capteur peut être mise en oeuvre avec le système décrit dans le Brevet indiqué ci-dessus, en effectuant cette procédure après le traitement décrit en se référant à la figure 8 de ce Brevet (vérification relative au bloc 64), ou encore, si la détermination des équations à partir de l'image unique n'est pas possible, en effectuant la procédure avant le traitement relatif à la figure 5 de ce Brevet antérieur (la phase de fonctionnement
concernant le bloc 61).
Enfin, dans le bloc 148, le processus vérifie si toutes les boucles carrées des images ont été mesurées et, si ce n'est pas le cas, le traitement effectué dans les blocs 144 à 147 est répété pour toutes les boucles, les données obtenues étant éventuellement retraitées pour obtenir la continuité entre boucles adjacentes, puis on met fin au processus
(bloc 150).
Les avantages que le système sel Dn la
présente invention permet d'obtenir sont les suivants.
Grâce à l'utilisation d'une caméra de télévision mobile associée à la machine à:mesurer pouvant se déplacer par rapport à la surface à mesurer, sans limitations sur les positions mutuelles, il est possible de mesurer des surfaces de différentes dimensions allant de dimensions très petites à des dimensions très grandes, en faisant varier la largeur de l'espace couvert et en adaptant le système de vision à l'objet à mesurer (par exemple en faisant varier l'optique utilisée) De plus, grâce à cette souplesse dans le choix de la position de la caméra de télévision par rapport à la surface, et grâce à son adaptabilité à l'objet à mesurer, le système est capable de mesurer des surfaces à trois dimensions sans limitations de forme et sans contraintes rigoureuses en ce qui concerne la position de cette surface par rapport au dispositif de prise des images
(caméra de télévision).
Le système décrit ici permet de mesurer des surfaces de forme inconnue sans être limité à la reconnaissance de formes prédéterminées comme dans les systèmes optiques courants, et facilite en même temps considérablement le travail de l'opérateir en remplaçant la mesure point par point manuelle de la surface et la définition des chemins, par un zadrage simple de la partie à examiner En fait, dans le système décrit ici, la mesure pouvant être effectuée par le capteur pour vérifier la surface, se fait de
manière automatique.
Dans le système décrit ici, il est p Dssible d'organiser et de programmer les opérations relatives à la mesure de la surface de manière à les adapter aux nécessités éventuelles concernant par exemple la temps disponible ou la mesure de surfaces différentes: en particulier, il est possible de prendre en une seule fois l'image (ou les deux images) de la surface à mesurer, et d'effectuer tout ou partie du traitement ultérieur à des moments différents, éventuellement
même sans la commande directe de l'opérateur.
Le système est particulièrement souple grâce à son organisation sur quatre niveaux lui permettant de s'adapter de lui-même aux besoins En particulier, si le système n'a pas à effectuer des traitements fréquents et nombreux, de sorte que l'intervention de l'opérateur n'est pas particulièrement onéreuse, il est possible de modifier le système décrit ici de façon qu'il travaille suivant le premier niveau, avec détection des coordonnées en deux dimensions au moyen de la caméra télévision (qui, dans ce cas, peut également être équipée d'une lentille à montage télécentrique), et détection de la troisième
coordonnée spatiale au moyen du capteur.
La mise en oeuvre du second niveau, comme décrit ci-dessus, nécessite l'utilisation d'une caméra de télévision munie d'une lentille non téléce 2 trique (pour maintenir les déformations de perspective utilisée pour la reconstruction de la troisième coordonnée) La mise en oeuvre du troisième niveau, avec déplacement automatique de la caméra de télévision, réduit encore la participation de l'opérateur du fait que l'opération de cadrage de la surface par la caméra de télévision se fait automatiquement, tandis que, dans le cas du quatrième niveau, avec reconstruction de l'intérieur des pièces en utilisant une caméra de télévision unique, il est possible de se passer du capteur et des phases de vérification associées, ce qui rend la mesure plus
rapide et moins chère.
Enfin, il est clair qu'on peut apporter des modifications et des variantes au système décrit et illustré ici, sans sortir du cadre de la présenteinvention En particulier de même que la mise en oeuvre des principes servant de base à la présente invention, est possible aux différents niveaux déjà décrits ci-dessus, le système selon l'invention peut être modifié de manière à permettre une intervention directe de l'opérateur dans les différentes phases qui nécessitent une décision, afin de prendre en compte des besoins particuliers ou de simplifier le
traitement par le système lui-même.
L'unité centrale 1 et l'unité 6, au lieu d'être mises en oeuvre chacune séparément par des unités de commande et de traitement séparées, - peuvent être incorporées dans un système unique muni d'une unité de commande centrale unique qui gère une représentation mathématique de la surface dans toutes
les phases.
Enfin, tout le traitement à bas niveau et à haut niveau de l'image, permettant d'obtenir, à partir de l'image ou des images prises par la caméra de télévision, les coordonnées en trois dimensions des points de la surface, peut être modifié et amélioré en utilisant des techniques de calcul appropriées, en tenant compte éventuellement de développements et de méthodologies futures, ainsi que du matériel disponible En particulier, la caméra de télévision peut éventuellement être remplacée par n'importe quel système électronique de détection et de mémorisation d'image capable d'acquérir une image de la surface examinée, et de mémoriser cette image sous la f rme de points caractérisés par le niveau d'éclairage des points correspondants de la surface De plus, les organigrammes des opérations et du traitement effectués par l'unité centrale 1, peuvent être modifiés de manière à permettre l'intervention de l'opérateur lorsque cela est nécessaire, Du de supprimer certains stades de fonctionnement (par exemple du fait qu'ils ont été effectués à un autre moment), ou même d'effectuer un transfert différent de la commandes des opérations entre les différents blocs
représentés à la figure 2.
Il faut enfin souligner que le calibre utilisé peut être réalisé d'une manière différente de celle décrite et illustrée ici En particulier, les éléments de calibre pourraient avoir des formes différentes (comme par exemple des formes de cercles), ou seuls les éléments utilisés pour l'orientation du calibre pourraient avoir une forme différente des autres De plus, le calibre pourrait être de type à trois dimensions, avec des figures ou éléments placés sur des plans différents, ou avec des structures à
trois dimensions (comme par exemple une sphère).
Claims (6)
1 ) Système de mesure de surfaces à trois dimensions devant être représentées mathématiquement, système caractérisé en ce qu'il comprend une mazhine à mesurer ( 5) définissant un espace à trois dimensions pour la mesure d'une surface à trois dimensions; des dispositifs optiques ( 10) destinés à générer une image de la surface à trois dimensions devant être mesurée, ces dispositifs optiques ( 10) étant portés par la machine à mesurer ( 5) de manière à pouvoir être déplacés et orientés à l'intérieur de l'espace à trois dimensions; et des dispositifs de traitement ( 1, 6) reliés aux dispositifs optiques et destinés à déterminer les coordonnées de points de la surface à
mesurer.
) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs de traitement ( 1, 6) comprennent des moyens destinés à positionner des points de fort contraste ( 39, 41, 42) par rapport
à des zones adjacentes présentes sur la surface.
) Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les points de fort contraste ( 39) sont disposés de manière à définir des lignes de
limites fermées de différentes parties de la surface.
40) Système selon l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les
dispositifs optiques comprennent une caméra de
télévision ( 10).
) Système selon l'une quelconque des
revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend
en outre un capteur ( 7) de détection tactile de certains au moins des points de fort contraste ( 39) sur la surface, les dispositifs de traitement comprenant un premier dispositif de traitement ( 1) et un second dispositif de traitement ( 6), le premier dispositif de traitement ( 1) étant reliés aux dispositifs optiques ( 10) pour recevoir des images de la surface à mesurer, et comprenant des dispositifs ( 16) destinés à déterminer les coordonnées an deux dimensions des points de fort contraste ( 39), et le second dispositif de traitement ( 6) étant relié au capteur ( 7) et comprenant des dispositifs destinés à déterminer la troisième coordonnée des points
détectés par le capteur.
60) Système selon l'une quelconque des
revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les
dispositifs optiques ( 10 comprennent des moyens destinés à générer deux images différentes de la surface à mesurer, chacune de ces images étant constituée d'un certain nombre de points ( 200, 203 a à 203 d) corrélés à la luminance de points de la surface à mesurer, et en ce que les dispositifs de traitement ( 1) comprennent des moyens ( 48) destinés à corréler des paires de points dans les deux images qui correspondent au même point de la surface à mesurer, et des moyens ( 49) destinés à déterminer les coordonnées en trois dimensions des points de la surface à partir des paires de points, au moyen d'une
transformation de perspective.
70) Système selon l'une quelconque des
revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend
des moyens ( 8, 11) destinés à déplacer automatiquement
les dispositifs optiques ( 10).
) Système selon l'une quelconque des
revendications 6 et 7, caractérisé en ce qu'il
comprend en outre un capteur ( 7) de détection tactile de certains au moins des points de la surface d Dnt les coordonnées ont été déterminées, et des moyeas ( 6) destinés à corriger les coordonnées déterminées, sur
la base de la détection tactile.
) Système selon l'une quelconque des
revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il
comprend des moyens ( 50, 6) destinés à forner un
modèle physique de la surface à mesurer.
10 ) Système selon l'une quelconque des
revendications 2 à 9, caractérisé en ce que les
dispositifs de traitement ( 1) comprennent une unité d'étalonnage ( 18) destinée à générer des commandes relatives à la mesure d'une surface de calibre connue ( 44) et à déterminer des paramètres intrinsèques des dispositifs optiques ( 10), une unité d'évaluation et de mesure ( 15) destinée à évaluer l'attitude des moyens optiques et à générer des commandes relatives à la mesure d'une surface, et un processeur d'image ( 16) destiné à prendre l'image générée par les dispositifs optiques, pour détecter les points de fort contraste
( 39, 41, 42) et les disposer en chaînes de points.
) Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que le processeur d'image ( 15) est destiné à prendre deux images de la surface à mesurer dans deux positions différentes des dispositifs optiques ( 10), et en ce que les dispositifs de traitement ( 1) comprennent en outre un processeur stéréo ( 17) recevant du processeur d'image ( 16) les chaînes de points relatives aux deux images, le processeur stéréo comprenant des moyens ( 48) destinés à relier les points des chaînes appartenant aux deux images et correspondant au même point sur la surface à mesurer, et des moyens ( 49) destinés à déterminer les coordonnées en trois dimensions des points de la surface à partir des points reliés, au moyen d'une
transformation de perspective.
) Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface de calibre ( 44) comprend des figures ( 41, 42) dont les caractéristiques géométriques ne sont pas modifiées par la transformation de perspective, et en ze que l'unité d'étalonnage ( 18) comprend des moyens ( 54) destinés à corréler les points de la surface de calibre ( 44) avec des points de l'image de la surface
de calibre elle-même.
) Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que la surface de calibre ( 44) est constituée d'un certain nombre de carrés ( 41, 42) séparés par des parties de surface présentant un fort contraste par rapport aux carrés, les caractères invariables étant constitués par les intersections des
diagonales de ces carrés.
14 ) Système selon l'une quelconque des
revendications 12 et 13, caractérisé en ce que l'unité
d'étalonnage ( 18) comprend des moyens supplémentaires ( 52, 72) destinés à détecter la position et l'orientation de la surface de calibre par rapport à la machine à mesurer ( 5) et à calculer les caractéristiques géométriques sur la surface de calibre ( 44), des moyens ( 73) destinés à déterminer les caractéristiques géométriques sur l'image de la surface de calibre, et des moyens ( 54, 75) destinés à calculer les projections du centre optique sur le plan de l'image, la distance focale et les dimensions des pixels de l'image, à partir des caractéristiques
géométriques de la surface de calibre et de l'image.
) Système selon l'une quelconque des
revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'unité
d'évaluation et de mesure comprend des moyens destinés à détecter la position et l'orientation de la surface de calibre par rapport à la machine à mesurer des moyens destinés à calculer les caractéristiques géométriques sur la surface de calibre, des moyens destinés à déterminer les caractéristiques géométriques sur l'image de la surface de calibre, et des moyens destinés à calculer la rotation et la translation des dispositifs optiques par rapport à la machine à mesurer, à partir des caractéristiques géométriques de la surface de calibre et de l'i:nage. ) Système selon la revendication 10 et
selon l'une quelconque des revendications 12 à 15,
caractérisé en ce que l'unité d'évaluation et de mesure ( 15) comprend des moyens ( 88) destinés à vérifier la position des dispositifs optiques ( 10), des moyens ( 90) destinés à déclencher le prozesseur d'image ( 16) pour la détermination des chaînes de points, des moyens destinés à déterminer les coordonnées en deux dimensions des points des chaînes, et des moyens ( 97) destinés à commander l'acquisition de la troisième coordonnée des points des chaînes, au
moyen d'un capteur de détection tactile ( 7).
) Système selon l'une quelconque des
revendications 10 à 15, caractérisé en ce que l'unité
d'évaluation et de mesure ( 15) comprend des moyens ( 88, 91) destinés à vérifier le positionnement des dispositifs optiques ( 10), des moyens ( 90, 93) destinés à commander le processeur d'image ( 16) pour la détermination d'un premier ensemble et d'un second ensemble des chaînes de points dans une première image et dans une seconde image, correspondant respectivement à des distances différentes entre les dispositifs optiques ( 10) et la surface à mesurer, et des moyens ( 96) destinés à commander le processeur stéréo ( 17) pour la détermination des coordonnées en
trois dimensions.
) Système selon l'une quelconque des
revendications 10 à 17, caractérisé en ce que le
processeur d'image ( 16) comprend des moyens ( 32, 100) destinés à calculer le gradient de luminance des points de l'image, des moyens ( 32, 101 à 107) destinés à déterminer les points de gradient maximum par rapport aux points voisins, et des moyens de liaison ( 34, 118) destinés à relier ensemble les points de gradient maximum dans les chaînes de points adjacents,
dans les limites d'une distance prédéterminée.
) Système selon la revendication 18, caractérisé en ce que le processeur d'image ( 16) comprend en outre un premier moyen ( 33, 11 à 116) destiné à calculer le barycentre entre paires de points de gradient maximum, un second moyen ( 35, 121 à 127) destiné à calculer des points significatifs par rapport aux points de gradient maximum, et un troisième moyen ( 110, 119) destiné à déclencher sélectivement le premier moyen ou le second moyen, le premier moyen ( 33, 111 à 116) étant interposé entre les moyens ( 32, 100) destinés à calculer le gradient, et les moyens de liaison ( 34, 118), tandis que le second moyen ( 35, 121 à 127) est interposé en a-val des
moyens de liaison ( 34, 118).
) Système selon l'une quelconqge des
revendications 18 et 19, caractérisé en ce que les
moyens ( 32, 101 à 107) destinés à déterminer les points de gradient maximum, comprennent des moyens ( 10) destinés à sélectionner les points de l'image présentant un gradient supérieur à un seuil prédéterminé, des moyens ( 102) destinés à déterminer la direction du gradient, des moyens ( 103) destinés à déterminer le gradient de points adjacents aux points sélectionnés de l'image dans la direction déterminée, des moyens ( 107) destinés à calculer le maximu:n d'une parabole passant par les points à trois dimensions correspondant au point sélectionné de l'image et aux points déterminés adjacents, et présentant une troisième coordonnée égale aux valeurs de gradient respectives, et à déterminer les coordonnées da point
maximum de la parabole.
21 ) Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que le premier moyen ( 33, 111 à 116) comprend des moyens ( 111) destinés à déterminer une demi-ligne partant d'un point de gradient maximum, des moyens ( 112) destinés à rechercher, le long de la demi-ligne, un autre point de gradient maximum dans les limites d'une distance prédéterminée, et des moyens ( 115, 116) destinés à remplacer le premier point et l'autre point de gradient maximum par leur barycentre si ces points présentent des gradients de
même direction et de sens opposés.
220) Système selon la revendication 19, caractérisé en ce que le second moyen ( 33, 121 à 126) comprend des moyens ( 121) destinés à sélectionner des chaînes de points fermées présentant une langueur supérieure à une valeur prédéterminée et définissant le périmètre de formes géométriques, des moyens ( 122 à 124) destinés à déterminer les équations de quatre lignes droites du contour, identifiées par des points de chaque chaîne de points, des moyens ( 125) destinés à déterminer l'intersection mutuelle de deux lignes droites diagonales reliant chacune deux points d'intersection opposés des lignes droites du contour, et des moyens ( 126) destinés à orienter les points significatifs. 23 ) Système selon l'une quelconque des
revendications I 1 à 15 et 17 à 22, caractérisé en ce
que le processeur stéréo ( 17) comprend des moyens ( 45 à 48) d'identification de boucles fermées dans zhacune des images traitées par le processeur d'image ( 16), les moyens d'identification des boucles fermées comprenant des moyens ( 45, 171) destinés à déterminer l'inclinaison locale des extrémités des chaînes de points; des moyens ( 45, 172) destinés à regrouper les extrémités des chaînes de points disposées dans les limites d'une distance prédéterminée entre elles; des moyens ( 46, 175) destinés à identifier des paires de contours dont les extrémités groupées ont une inclinaison locale de même direction mais de sens opposés; des moyens ( 46, 176) destinés à prolonger les paires de contours jusqu'à un point commun; des moyens ( 47, 177) destinés à déterminer l'intersection des paires de contours prolongés; et des moyens ( 48, ) destinés à déterminer des chemins fermés comprenant les contours prolongés et les intersections. 240) Système selon la revendication 23, caractérisé en ce que le processeur stéréD ( 17) comprend en outre des moyens ( 48, 114) destinés à coupler des paires de points correspondants appartenant aux boucles fermées des deux images, des moyens ( 49, 145) destinés à calculer les coordonnées en trois dimensions des paires de points couplés, et à calculer les équations et les courbes passant par les coordonnées en trois dimensions, et des moyens ( 50, 146) destinés à calculer les équations de la surface
située entre les courbes.
25 *) Procédé de mesure de surfaces à trois dimensions, procédé caractérisé en ce qu'il génère des lignes de fort contraste ( 39) sur une surface à mesurer, translate et oriente ( 80, 88, 91) des dispositifs optiques ( 10) de prise d'image pour cadrer la surface à mesurer dans un espace à trois dimensions, prend ( 82, 90, 93) des images de la surface, positionne ( 83, 94, 95) des points appartenant aux lignes de fort contraste et détermine
( 96) les coordonnées de ces points.
260) Gabarit ( 44) pour l'étalonnage du système de mesure selon l'une quelconque des
revendications 1 à 24, gabarit caractérisé en ce qu'il
comprend une surface plate définissant un certain nombre de carrés ( 41, 42) disposés régulièrement sur la surface plate et présentant un fort contraste par
rapport au reste de la surface plate.
27 ) Structure selon la revendication 26, caractérisée en ce que deux ( 42) des carrés présentent des dimensions supérieures à celles des autres carrés
( 41).
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