FR2693003A1 - Opto-electronic display for three-dimensional objects - uses spatial modulation of light or liquid crystal valve with first and second objectives to generate sequential white beams - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne un dispositif opto-électronique de numérisation de formes tridimensionnelles d'un objet. The present invention relates to an opto-electronic device for digitizing three-dimensional shapes of an object.
Diverses techniques de numérisation de formes tridimensionnelles sont utilisées pour de nombreuses applications pour lesquelles la connaissance précise de la forme d'un objet est une source d'information. Ces techniques permettent la représentation de l'objet physique tridimensionnel par un fichier informatique composé par les coordonnées des points discrétisés de la surface de cet objet. Ce type de représentation est de plus en plus utilisé dans des domaines tels que la conception et fabrication assistées par ordinateur (CFAO) pour la vérification des formes conçues par ordinateur et réalisées par la machine à commande numérique, la mise au point de prothèses adaptées dans le domaine biomédical, ou la copie sans détérioration d'oeuvres artistiques, par exemple. Various techniques for digitizing three-dimensional shapes are used for many applications for which precise knowledge of the shape of an object is a source of information. These techniques allow the representation of the three-dimensional physical object by a computer file composed by the coordinates of the discretized points of the surface of this object. This type of representation is increasingly used in fields such as computer-aided design and manufacturing (CAD / CAM) for the verification of computer-designed shapes produced by the numerically controlled machine, the development of adapted prostheses in the biomedical field, or the copy without deterioration of artistic works, for example.
Pour réaliser cette numérisation, les techniques optiques d'analyse des surfaces d'objets sont les plus adaptées. L'avantage principal offert par ces techniques par rapport aux techniques de moulage ou de palpage mécanique est dû à l'aspect non destructif et temps réel du fait de l'absence de contact entre l'objet et la sonde de numérisation. To achieve this digitization, optical techniques for analyzing the surfaces of objects are the most suitable. The main advantage offered by these techniques compared to molding or mechanical probing techniques is due to the non-destructive and real-time aspect due to the absence of contact between the object and the scanning probe.
Un grand nombre de méthodes de numérisation ont été développées pour des domaines aussi variés que la microtopographie de surfaces d'objets, le relevé de volumes d'objets de grande dimension ou l'analyse tridimensionnelle de scènes pour le guidage de robots. A large number of digitization methods have been developed for fields as varied as the microtopography of object surfaces, the recording of volumes of large objects or the three-dimensional analysis of scenes for guiding robots.
La technique de triangulation optique et balayage de la surface par une raie laser est également très utilisée dans l'industrie dans sa forme la plus simple de mesure de distance sans contact et sera rappelée ultérieurement en référence notamment à la figure 1. La distance d'une cible objet est proportionnelle au décalage de l'image de cette cible sur un détecteur. La méthode de balayage par raie laser est la plus utilisée dans le domaine industriel du fait de sa simplicité de mise en oeuvre. Celle-ci est dérivée de la méthode de base de triangulation optique et a été étendue à la numérisation de reliefs par l'association de deux dispositifs de balayage permettant:
a) un balayage ligne, ou raie laser, pour la mesure simultanée de la distance d'un ensemble de points le long de cette ligne.La figure 2 représente un tel dispositif comprenant une source laser 1 projetant une raie laser 2 sur la surface d'un objet à analyser 3 et un dispositif d'acquisition 4 de la raie laser projetée constitué par une caméra vidéo à détecteur à éléments CCD;
b) un balayage angulaire perpendiculaire à cette ligne permettant de mesurer les distances de l'ensemble des points de la surface considérée de l'objet 3 par rapport à un plan de référence lié au dispositif de mesure comme représenté en figure 3.Comme cela ressort de cette figure, la numérisation totale d'un volume peut être obtenue de deux manières : par rotation de l'objet 3 autour d'un axe y perpendiculaire à l'axe optique de visée O de cet objet ou bien par rotation du dispositif de mesure comprenant la source laser 1 et le dispositif d'acquistion 4 autour de l'objet 3 et dans un plan P contenant l'axe optique de visée O.The technique of optical triangulation and scanning of the surface by a laser line is also widely used in industry in its simplest form of non-contact distance measurement and will be recalled later with reference in particular to FIG. 1. The distance from an object target is proportional to the shift of the image of this target on a detector. The laser line scanning method is the most used in the industrial field because of its simplicity of implementation. This is derived from the basic method of optical triangulation and has been extended to the digitalization of reliefs by the association of two scanning devices allowing:
a) a line scan, or laser line, for the simultaneous measurement of the distance of a set of points along this line. FIG. 2 represents such a device comprising a laser source 1 projecting a laser line 2 onto the surface d an object to be analyzed 3 and a device 4 for acquiring the projected laser line constituted by a CCD element detector video camera;
b) an angular scan perpendicular to this line making it possible to measure the distances of all the points of the considered surface of the object 3 with respect to a reference plane linked to the measuring device as shown in FIG. 3. In this figure, the total digitization of a volume can be obtained in two ways: by rotation of the object 3 around an axis y perpendicular to the optical line of sight O of this object or by rotation of the device measurement comprising the laser source 1 and the acquisition device 4 around the object 3 and in a plane P containing the optical sighting axis O.
Les deux balayages suivants les axes x et y de la figure 3 sont obtenus différemment. Ainsi, la formation de la raie laser qui éclaire l'objet 3 le long de l'axe x est obtenue par transformation du faisceau laser au moyen d'une optique sphérocylindrique (non représentée). Cette dernière diverge le faisceau laser suivant un seul axe et produit en sortie un pinceau lumineux. Le mouvement qui effectue le déplacement de la raie laser le long de l'axe x pour couvrir la surface de l'objet à analyser 3 est réalisé de deux façons:
a) par balayage de cette raie au moyen d'un miroir tournant déviant le pinceau lumineux et synchronisé avec le dispositif d'acquisition d'image 4;
b) par translation ou rotation micrométrique du dispositif de mesure (1, 4).The two scans following the x and y axes of Figure 3 are obtained differently. Thus, the formation of the laser line which illuminates the object 3 along the x axis is obtained by transformation of the laser beam by means of a spherocylindrical optic (not shown). The latter diverges the laser beam along a single axis and produces a light brush at the output. The movement which moves the laser line along the x axis to cover the surface of the object to be analyzed 3 is carried out in two ways:
a) by scanning this line by means of a rotating mirror deflecting the light brush and synchronized with the image acquisition device 4;
b) by translation or micrometric rotation of the measuring device (1, 4).
La couverture d'une surface de l'objet à analyser pour chaque numérisation par l'une de ces méthodes nécessite obligatoirement l'addiction d'un mouvement mécanique auxiliaire de rotation ou de translation au dispositif de mesure. Covering a surface of the object to be analyzed for each digitization by one of these methods necessarily requires the addition of an auxiliary mechanical movement of rotation or translation to the measuring device.
La présente invention propose un dispositif permettant de s'affranchir de ce mouvement micrométrique auxiliaire qui est souvent une source d'erreur et de fragilité des appareils en milieu industriel. The present invention provides a device for overcoming this auxiliary micrometric movement which is often a source of error and fragility of devices in an industrial environment.
A cet effet, la présente invention propose un dispositif opto-électronique de numérisation de formes tridimensionnelles d'un objet, du type comprenant des moyens de projection sur l'objet de raies lumineuses, des moyens d'acquisition ou de reprise des raies lumineuses projetées sur l'objet et des moyens de calcul des coordonées des points de chaque raie lumineuse et qui est caractérisé en ce que les moyens de projection comprennent un modulateur spatial de lumière ou valve à cristaux liquides ; une source de lumière; un premier objectif d'éclairement uniforme de la valve à cristaux liquides ; un second objectif de projection de l'image de la valve, comprenant une raie lumineuse, sur l'objet à analyser; et des moyens commandant la valve à cristaux liquides de manière à générer séquentiellement des raies de lumière blanche projetées sur l'objet à analyser. To this end, the present invention provides an opto-electronic device for digitizing three-dimensional shapes of an object, of the type comprising means for projecting onto the object light lines, means for acquiring or recovering the projected light lines. on the object and means for calculating the coordinates of the points of each light line and which is characterized in that the projection means comprise a spatial light modulator or liquid crystal valve; a light source; a first objective for uniform illumination of the liquid crystal valve; a second objective for projecting the image of the valve, comprising a light line, on the object to be analyzed; and means controlling the liquid crystal valve so as to sequentially generate lines of white light projected onto the object to be analyzed.
Selon une caractéristique de l'invention, les moyens de commande précités de la valve à cristaux liquides comprennent un programme de microordinateur formant les moyens de calcul précités apte à générer à partir d'une carte mémoire d'image du micro-ordinateur une raie de lumière blanche de transparence maximale sur un fond noir et à l'afficher sur la valve à cristaux liquides et un algorithme du micro-ordinateur apte à renouveler l'image numérique source de l'image vidéo affichés sur la valve à cristaux liquides en effectuant des déplacements élémentaires de la raie de lumière blanche par intervalles de temps synchronisés avec la fréquence d'acquisition de l'image projetée par les moyens d'acquistion constitués de préférence par une caméra vidéo à capteur CCD. According to a characteristic of the invention, the aforementioned control means of the liquid crystal valve comprise a microcomputer program forming the aforementioned calculation means capable of generating from a picture memory card of the microcomputer a line of white light of maximum transparency on a black background and to display it on the liquid crystal valve and an algorithm of the microcomputer capable of renewing the digital source image of the video image displayed on the liquid crystal valve by performing elementary displacements of the white light line by time intervals synchronized with the acquisition frequency of the projected image by the acquisition means preferably constituted by a video camera with CCD sensor.
Les moyens de projection projettent les raies de lumière blanche sur l'objet à analyser de façon parallèle à l'axe des ordonnées du plan de référence lié à l'objet et sont déplacées séquentiellement sur l'axe des abscisses de ce plan avec un angle d'incidence entre l'axe de projection et l'axe d'acquisition ou de reprise par les moyens d'acquisition, qui est variable. The projection means project the white light lines onto the object to be analyzed parallel to the ordinate axis of the reference plane linked to the object and are moved sequentially on the abscissa axis of this plane with an angle incidence between the projection axis and the axis of acquisition or recovery by the acquisition means, which is variable.
Les coordonnées des raies de lumière blanche dans le plan de référence lié à l'objet sont déterminées par les moyens de calcul à partir de la connaissance de la valeur du grandissement optique et la coordonnée correspondant au relief est calculée par les moyens de calcul pour chaque raie de lumière blanche à partir de l'angle d'incidence 8 selon la formule:
dx
dz' = Cotg 13
m
où m est le grandissement optique et dx est le déplacement élémentaire de la raie de lumière sur l'axe des abscisses dans le plan de la valve à cristaux liquides.The coordinates of the white light lines in the reference plane linked to the object are determined by the calculation means on the basis of knowledge of the value of the optical magnification and the coordinate corresponding to the relief is calculated by the calculation means for each white light line from angle of incidence 8 according to the formula:
dx
dz '= Cotg 13
m
where m is the optical magnification and dx is the elementary displacement of the line of light on the abscissa axis in the plane of the liquid crystal valve.
Les moyens de calcul précités calculent les coordonnées pour chaque raie de lumière blanche par rapport à un plan de référence provisoire passant par l'intersection de l'axe de projection avec l'axe optique des moyens d'acquisition et rapportent ensuite ces calculs à un plan de référence unique. The aforementioned calculation means calculate the coordinates for each line of white light with respect to a provisional reference plane passing through the intersection of the projection axis with the optical axis of the acquisition means and then relate these calculations to a single reference plane.
Les moyens d'acquisition précités saisissent, pour chacune des positions d'une raie dans la valve à cristaux liquides, l'image stationnaire de l'objet à analyser ainsi que l'image de la raie projetée qui lui est superposée et le microordinateur précité comprend une mémoire stockant l'image seule de l'objet à analyser et des moyens pour éliminer L'image de cet objet par extraction du fond stationnaire afin d'isoler l'image de chaque raie projetée. The aforementioned acquisition means capture, for each position of a line in the liquid crystal valve, the stationary image of the object to be analyzed as well as the image of the projected line which is superimposed on it and the aforementioned microcomputer includes a memory storing the only image of the object to be analyzed and means for eliminating the image of this object by extraction from the stationary background in order to isolate the image from each projected line.
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels::
- la figure 1 représente un dispositif optique de numérisation du relief d'un objet à analyser par triangulation optique selon la technique antérieure;
- la figure 2 représente un dispositif de projection d'une raie laser sur la surface de l'objet à analyser et d'acquisition ou de reprise de la raie projetée selon la technique antérieure
- la figure 3 représente un dispositif de numérisation de relief d'un objet par rotation de l'objet ou par rotation du dispositif de mesure à source laser et à dispositif d'acquisition selon la technique antérieure;
- la figure 4 représente le dispositif de projection vidéo conforme à l'invention utilisant une valve à cristaux liquides;;
- la figure 5 représente le principe de projection séquentielle de franges ou raies de lumière générées sur la valve à cristaux liquides à partir d'un microordinateur du dispositif de la figure 4,
- la figure 6 représente le dispositif de numérisation de relief conforme à l'invention par projection vidéo de franges ou raies de lumière séquentielle; et
- la figure 7 représente un plan de référence dans le plan du détecteur
CCD d'une caméra vidéo d'acquisition des raies de lumière projetées sur la surface de l'objet à analyser et servant au calcul des coordonnées pour chaque point de la raie ou frange numérisée.The invention will be better understood and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings given solely by way of example illustrating a mode of realization of the invention and in which:
- Figure 1 shows an optical device for digitizing the relief of an object to be analyzed by optical triangulation according to the prior art;
- Figure 2 shows a device for projecting a laser line on the surface of the object to be analyzed and for acquiring or resuming the line projected according to the prior art
- Figure 3 shows a device for digitizing the relief of an object by rotation of the object or by rotation of the laser source measurement device and acquisition device according to the prior art;
- Figure 4 shows the video projection device according to the invention using a liquid crystal valve ;;
FIG. 5 represents the principle of sequential projection of fringes or lines of light generated on the liquid crystal valve from a microcomputer of the device of FIG. 4,
- Figure 6 shows the relief digitizing device according to the invention by video projection of fringes or lines of sequential light; and
- Figure 7 shows a reference plane in the plane of the detector
CCD of a video camera for acquiring the lines of light projected onto the surface of the object to be analyzed and used for calculating the coordinates for each point of the line or digitized fringe.
Le dispositif opto-électronique de numérisation de formes tridimensionnelles est du type comprenant, comme représenté aux figures 4 à 6, des moyens de projection 1 sur une surface de l'objet à analyser 3 de raies lumineuses, des moyens d'acquisition ou de reprise 4 des raies lumineuses projetées sur l'objet 3 et des moyens 5 de calcul des coordonnées des points de chaque raie lumineuse. The opto-electronic device for digitizing three-dimensional shapes is of the type comprising, as shown in FIGS. 4 to 6, projection means 1 on a surface of the object to be analyzed 3 of light lines, acquisition or recovery means 4 of the light lines projected onto the object 3 and of means 5 for calculating the coordinates of the points of each light line.
Les moyens de projection 1 comprennent un modulateur spatial de lumière SLM (spatial light modulator) ou valve à cristaux liquides 6 ; une source de lumière 7 ; un premier objectif 8 d'éclairement uniforme de la valve à cristaux liquides 6 ; un second objectif 9 de projection de l'image de la valve 6 comprenant une raie lumineuse sur l'objet à analyser 3 et des moyens
commandant la valve à cristaux liquides 6 de manière à générer
séquentiellement des raies de lumière blanche projetées sur l'objet à analyser 3
comme cela sera décrit ultérieurement.The projection means 1 comprise a spatial light modulator SLM (spatial light modulator) or liquid crystal valve 6; a light source 7; a first objective 8 for uniform illumination of the liquid crystal valve 6; a second objective 9 for projecting the image of the valve 6 comprising a light line on the object to be analyzed 3 and means
controlling the liquid crystal valve 6 so as to generate
sequentially white light lines projected on the object to be analyzed 3
as will be described later.
Une valve à cristaux liquides, résultat des avancées de l'électronique et
de la technologie des cristaux liquides, est une matrice composée de N x N
éIéments d'image élémentaires et dont la transparence peut être contrôlée pour
chacun de ces éléments d'image. Une telle valve est analogue à une diapositive
dont on peut modifier la transparence pour chacun de ses points. Cette modulation de transparence est réalisée par la modulation d'un signal vidéo.A liquid crystal valve, the result of advances in electronics and
of liquid crystal technology, is a matrix composed of N x N
elementary image elements whose transparency can be controlled to
each of these picture elements. Such a valve is analogous to a slide
whose transparency can be modified for each of its points. This modulation of transparency is carried out by the modulation of a video signal.
L'utilisation la plus connue actuellement d'une telle valve est l'écran d'affichage
de télévision à cristaux liquides ou bien la projection vidéo sur grand écran.The best known use of such a valve at present is the display screen.
liquid crystal television or video projection on the big screen.
Dans ce type de projecteur vidéo actuellement disponible dans le commerce, à
la place de la diapositive d'un projecteur classique est montée la valve à cristaux
liquides SLM. L'image générée par voie vidéo et provenant d'une caméra, d'un
magnétoscope ou d'une carte mémoire d'image d'un ordinateur, est projetée sur
un écran de grande dimension.In this type of video projector currently commercially available,
the place of the slide of a traditional projector is mounted the crystal valve
SLM liquids. The image generated by video and coming from a camera, a
video recorder or image memory card from a computer, is projected onto
a large screen.
La principale des retombées de cette technologie dans le domaine
scientifique est son utilisation dans les systèmes de reconnaissance de forme par
corrélation optique. Ces techniques de corrélation en temps réel sont
actuellement en développement pour des applications militaires pour la localisation de cibles en vision embarquée: reconnaissance d'avions, de chars,
de bâtiments, etc, mais aussi pour des applications civiles de localisation de pièces en vision robotique.The main impact of this technology in the field
scientific is its use in shape recognition systems by
optical correlation. These real-time correlation techniques are
currently in development for military applications for the localization of targets in on-board vision: recognition of planes, tanks,
of buildings, etc., but also for civil applications for locating parts in robotic vision.
Les moyens de calcul 5 sont constitués par un micro-ordinateur
comportant une carte mémoire image pour le contrôle, la génération de raie à projeter sur le plan de projection PR lié à l'objet, qui peut être la forme numérisée. La génération d'une raie de lumière blanche de transparence maximale sur un fond noir est réalisée par un programme sur la carte image numérique du micro-ordinateur 5 puis est affichée sur la valve à cristaux
liquides 6. Le dispositif optique composé des éléments 7, 8 et 9 projette l'image
de cette "diapositive électronique" sur l'objet à analyser 3. Il produit ainsi une raie de lumière blanche R sur cet objet 3.The calculation means 5 are constituted by a microcomputer
comprising an image memory card for control, the generation of line to be projected onto the projection plane PR linked to the object, which may be the digitized form. The generation of a white light line of maximum transparency on a black background is carried out by a program on the digital image card of the microcomputer 5 then is displayed on the crystal valve.
liquids 6. The optical device made up of elements 7, 8 and 9 projects the image
of this "electronic slide" on the object to be analyzed 3. It thus produces a line of white light R on this object 3.
Ce mode de génération de la raie lumineuse ou frange à projeter sur
l'objet à analyser 3 offre ainsi plusieurs possibilités pour modifier en temps réel
l'orientation, la forme et les dimensions géométriques de cette frange. Cette
flexibilité est d'un apport important pour l'adaptation en fonction de la résolution spatiale recherchée sur l'objet. This mode of generation of the light line or fringe to be projected onto
the object to be analyzed 3 thus offers several possibilities to modify in real time
the orientation, shape and geometric dimensions of this fringe. This
flexibility is an important contribution for adaptation according to the spatial resolution sought on the object.
Pour réaliser un balayage de la surface de l'objet à analyser 3, il est nécessaire de passer par un déplacement pas-à-pas de la raie sur l'objet afin de couvrir progressivement cette surface. Ce déplacement ou translation de la raie est réalisé numériquement au moyen d'un algorithme du micro-ordinateur 5 permettant le renouvellement de l'image numérique source de l'image vidéo affichée sur la valve à cristaux liquide 6 comme cela est représenté en figure 5. To scan the surface of the object to be analyzed 3, it is necessary to go through a step-by-step movement of the line on the object in order to gradually cover this surface. This displacement or translation of the line is performed digitally by means of a microcomputer algorithm 5 allowing the renewal of the source digital image of the video image displayed on the liquid crystal valve 6 as shown in FIG. 5 .
Cet algorithme permet d'effectuer des translations élémentaires dx suivant l'abscisse du plan de référence xOy lié à la valve à cristaux liquides et parallèlement à l'axe des ordonnées y de ce plan pour chaque frange par intervalles de temps dt synchronisés avec la fréquence d'acquisition de l'image par la caméra à détecteur CCD du dispositif d'acquisition ou de reprise 4. Ainsi, à chacune des positions 1, 2, 3... n de la raie sur la valve à cristaux liquides 6 correspond une nouvelle image R projetée sur l'objet à analyser 3. La valeur du pas ou déplacement élémentaire dx des raies lumineuses détermine sur l'objet 3 le pas de résolution dx', dans le plan de référence PR ou x'0y' liée à l'objet 3 et parallèle au plan x0y, égal à dx
m,
où m est le grandissement de l'optique du dispositif de projection 1.This algorithm makes it possible to carry out elementary translations dx along the abscissa of the reference plane xOy linked to the liquid crystal valve and parallel to the y-axis of this plane for each fringe by time intervals dt synchronized with the frequency image acquisition by the CCD detector camera of the acquisition or recovery device 4. Thus, at each of the positions 1, 2, 3 ... n of the line on the liquid crystal valve 6 corresponds a new image R projected on the object to be analyzed 3. The value of the step or elementary displacement dx of the light lines determines on the object 3 the resolution step dx ', in the reference plane PR or x'0y' linked to l object 3 and parallel to the x0y plane, equal to dx
m,
where m is the magnification of the optics of the projection device 1.
On comprend ainsi que selon le dispositif de projection séquentielle de raies lumineuses générés sur la valve 6 à partir du micro-ordinateur 5, on remplace le mouvement mécanique du miroir tournant ou celui du mouvement de translation micrométrique mentionné précédemment par un renouvellement d'images vidéo portant la translation de la raie générée. Les différents paramètres de balayage tels que la fréquence d'acquisition de l'image par la caméra CCD ou l'intervalle dt, le pas dx ou le recouvrement par passages multiples pour accroître la résolution sont contrôlés par un logiciel spécifique. It is thus understood that according to the device for sequential projection of light lines generated on the valve 6 from the microcomputer 5, the mechanical movement of the rotating mirror or that of the micrometric translation movement mentioned above is replaced by a renewal of video images. carrying the translation of the line generated. The various scanning parameters such as the frequency of acquisition of the image by the CCD camera or the interval dt, the pitch dx or the overlapping by multiple passes to increase the resolution are controlled by specific software.
Pour chacune des positions de la raie de lumière dans la valve à cristaux liquides 6, la caméra du dispositif 4 saisit l'image codée du relief de l'objet 3 qui est stationnaire ainsi que l'image de cette raie projetée qui lui est superposée. For each of the positions of the line of light in the liquid crystal valve 6, the camera of the device 4 captures the coded image of the relief of the object 3 which is stationary as well as the image of this projected line which is superimposed thereon. .
L'ensemble de ces images compose ainsi une image codée optiquement. Avant toute étape de traitement pour le calcul de triangulation applicable sur cette raie, un prétraitement est nécessaire pour éliminer l'image de l'objet 3. Ce prétraitement est réalisé par une méthode connue d'extraction du fond stationnaire. Selon cette méthode, une image de l'objet 3 sans projection de raie ou frange est mémorisée dans une mémoire du micro-ordinateur 5. Cette image sert de référence. Lorsqu'une image suivante comportant une raie ou frange est enregistrée, un décodage par soustraction est effectué. Cette procédure est réalisée par soustraction point par point sur les niveaux de gris homologues des images.Pour chaque point P (xi, y), on calcule son niveau de gris de codage par:
Pdec (xi, yi) = Pcod (xi, Yi) - Pref (xi, yi)
avec
Pdec : l'image décodée
Pcod: l'image codée enregistrée
Pref: l'image de référence.All of these images thus compose an optically coded image. Before any processing step for the triangulation calculation applicable on this line, a pretreatment is necessary to eliminate the image of the object 3. This pretreatment is carried out by a known method of extraction of the stationary background. According to this method, an image of the object 3 without projection of line or fringe is stored in a memory of the microcomputer 5. This image serves as a reference. When a next image with a stripe or fringe is recorded, subtraction decoding is performed. This procedure is carried out by point by point subtraction on the gray levels homologous to the images. For each point P (xi, y), its coding gray level is calculated by:
Pdec (xi, yi) = Pcod (xi, Yi) - Pref (xi, yi)
with
Pdec: the decoded image
Pcod: the recorded coded image
Pref: the reference image.
L'image décodée Pdec est constituée en fin de traitement d'un fond noir et de la raie d'intensité maximale. Le calcul de triangulation est effectué suivant les points composant la ligne moyenne (squelette) de cette raie déformée par l'objet à analyser 3. The Pdec decoded image consists of a black background and the maximum intensity line at the end of the processing. The triangulation calculation is carried out according to the points making up the mean line (skeleton) of this line deformed by the object to be analyzed 3.
Les coordonnées des points Pi (xi, yi, zi) d'une raie sont déterminées dans le repère (x', y', z') lié à l'objet 3 à partir des paramètres du système optique d'imagerie et de la triangulation comme cela va être expliqué en référence aux figures 1 et 7. The coordinates of the points Pi (xi, yi, zi) of a line are determined in the reference frame (x ', y', z ') linked to the object 3 from the parameters of the optical imaging system and the triangulation as will be explained with reference to Figures 1 and 7.
Un rayon laser oblique issu d'une source laser 1 rencontre un plan de référence Pref en un point Po (voir figure 1). Le dispositif d'acquisition ou de reprise dont l'axe optique est disposé perpendiculairement au plan de référence donne une image Zo sur le détecteur D de la caméra formant le dispositif d'acquisition. An oblique laser beam from a laser source 1 meets a Pref reference plane at a point Po (see Figure 1). The acquisition or recovery device whose optical axis is arranged perpendicular to the reference plane gives an image Zo on the detector D of the camera forming the acquisition device.
Si le rayon laser initial rencontre un objet 3 ou 3' en P1 ou en P2, l'image de ce point sera en Z1 ou Z2 sur le détecteur D. Connaissant la position dx de Z1 et Z2 et le grandissement m de l'optique de reprise, on calcule l'abscisse dx' du point d'impact , on calcule ensuite le relief dz' connaissant l'angle @ du rayon incident par rapport à l'axe de l'optique de reprise. On en déduit alors:
dx
dz'= Cotez
m
Pour un autre rayon incident, on change de plan de référence et on prend comme plan de référence provisoire celui qui passe par l'intersection du rayon incident et l'axe de l'optique de reprise. Quand les calculs sont effectués, on revient au plan de référence initial. If the initial laser beam meets an object 3 or 3 'in P1 or in P2, the image of this point will be in Z1 or Z2 on the detector D. Knowing the position dx of Z1 and Z2 and the magnification m of the optics of recovery, we calculate the abscissa dx 'of the point of impact, we then calculate the relief dz' knowing the angle @ of the incident ray with respect to the axis of the recovery optics. We then deduce:
dx
dz '= Rate
m
For another incident ray, the reference plane is changed and the one passing through the intersection of the incident ray and the axis of the recovery optic is taken as the provisional reference plane. When the calculations are made, we return to the initial reference plane.
On peut ainsi en décalant séquentiellement le rayon incident déterminer les coordonées dx' et dz' de l'objet. It is thus possible by sequentially shifting the incident ray to determine the coordinates dx 'and dz' of the object.
Si on remplace le rayon incident par une raie perpendiculaire à l'axe x on peut, pour chacun des points de la raie image, déterminer les coordonnées dx' et dy connaissant le grandissement de l'optique et la coordonnée dz' par la connaissance de l'angle d'incidence. If we replace the incident ray by a line perpendicular to the x axis we can, for each point of the image line, determine the coordinates dx 'and dy knowing the magnification of the optics and the coordinate dz' by the knowledge of the angle of incidence.
De ce qui précède, les coordonnées des points Pi (xi, yi, Zi) d'une raie déterminée dans le repère (x', y', z') lié à l'objet sont:
dx' = dx/m
dy'=dy/m
dz' = dz/m (Cotg (3)
où m est le grandissement de l'optique et e l'angle entre l'axe optique de projection et l'axe de reprise par la caméra CCD du dispositif d'acquisition 4.From the above, the coordinates of the points Pi (xi, yi, Zi) of a line determined in the coordinate system (x ', y', z ') linked to the object are:
dx '= dx / m
dy '= dy / m
dz '= dz / m (Cotg (3)
where m is the magnification of the optics and e the angle between the optical projection axis and the axis of recovery by the CCD camera of the acquisition device 4.
Le calcul successif des points du relief avec des raies translatées induit donc un décalage du plan de référence. Cette variation de la référence, qui est une fonction de l'angle f3i i suivant l'ordre de la raie ou frange considérée, correspond à sa distance à l'axe optique de projection. Ces décalages sont stationnaires et sont résolus par calibration de l'instrument. The successive calculation of the points of the relief with translated lines therefore induces a shift of the reference plane. This variation of the reference, which is a function of the angle f3i i according to the order of the line or fringe considered, corresponds to its distance from the optical projection axis. These offsets are stationary and are resolved by calibrating the instrument.
La détermination de l'ensemble des points individuels des raies successives projetées sur l'objet 3 donne en fin de traitement un fichier des coordonnées tridimentionnelles P (x, y, z) du relief numérisé par rapport à un plan de référence (plan du détecteur CCD de la caméra) parallèle au plan contenant les axes x' et y'. The determination of the set of individual points of the successive lines projected on the object 3 gives at the end of the processing a file of the three-dimensional coordinates P (x, y, z) of the relief digitized with respect to a reference plane (plane of the detector CCD of the camera) parallel to the plane containing the axes x 'and y'.
Le dispositif conforme à l'invention prévoit avantageusement comme cela ressort de la description qui en a été faite ci-dessus un seul dispositif électronique qui remplace simultanément les deux parties que sont la formation d'une raie lumineuse et le balayage mécanique décrits en référence aux dispositifs antérieurs. The device according to the invention advantageously provides, as is apparent from the description which has been given above, of a single electronic device which simultaneously replaces the two parts, namely the formation of a light line and the mechanical scanning described with reference to previous devices.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9208046A FR2693003A1 (en) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | Opto-electronic display for three-dimensional objects - uses spatial modulation of light or liquid crystal valve with first and second objectives to generate sequential white beams |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9208046A FR2693003A1 (en) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | Opto-electronic display for three-dimensional objects - uses spatial modulation of light or liquid crystal valve with first and second objectives to generate sequential white beams |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2693003A1 true FR2693003A1 (en) | 1993-12-31 |
Family
ID=9431360
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9208046A Pending FR2693003A1 (en) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | Opto-electronic display for three-dimensional objects - uses spatial modulation of light or liquid crystal valve with first and second objectives to generate sequential white beams |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2693003A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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1992
- 1992-06-30 FR FR9208046A patent/FR2693003A1/en active Pending
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