FR2885686A1

FR2885686A1 - Contact-less dimensional control system for entrance of parking, has camera placed with respect to reference surface, images obtained by lighting, and optical axis parallel to surface, where images from camera are compared with height

Info

Publication number: FR2885686A1
Application number: FR0504815A
Authority: FR
Inventors: Frederic Chazallet; Didier Rabaud
Original assignee: SHAKTIWARE SOC PAR ACTIONS SIM
Current assignee: SHAKTIWARE SOC PAR ACTIONS SIM
Priority date: 2005-05-13
Filing date: 2005-05-13
Publication date: 2006-11-17
Anticipated expiration: 2025-05-13
Also published as: FR2885686B1

Abstract

The system has a camera (31) positioned with respect to a reference surface (33) at a height, where an optical axis (310) of the camera is parallel to the surface. The image obtained by the camera is compared with the corresponding height at the axis. The distance between the surface and the axis is equal to a threshold value. Images are obtained by lighting that is similar to ambient lighting.

Description

ContexteContext

Le domaine de l'invention est le contrôle dimensionnel temps réel sans contact. The field of the invention is the real-time dimensional control without contact.

Il est connu d'utiliser différents capteurs permettant des mesures dimensionnelles: mesures 5 optiques, mesures ultrasonores, mesures X, ... It is known to use different sensors allowing dimensional measurements: optical measurements, ultrasonic measurements, X measurements, etc.

Pour les mesures obtenues par l'utilisation des ultrasons, le principe de base est la mesure du temps de vol, à savoir le temps mis entre le départ d'une impulsion et sa détection après réflexion sur l'objet à mesurer. For the measurements obtained by the use of ultrasound, the basic principle is the measurement of flight time, namely the time taken between the start of a pulse and its detection after reflection on the object to be measured.

Le résultat obtenu n'est pas a proprement parler une mesure dimensionnelle de l'objet mais une mesure de la distance émetteur/récepteur-objet. Pour obtenir une mesure dimensionnelle d'un objet, il est généralement nécessaire de mesurer un deuxième point de cet objet et d'obtenir une distance par différence de ces deux mesures. The result obtained is not, strictly speaking, a dimensional measurement of the object but a measurement of the emitter / receiver-object distance. To obtain a dimensional measurement of an object, it is generally necessary to measure a second point of this object and to obtain a distance by difference of these two measurements.

Un exemple de tel système permettant la mesure de la hauteur d'un véhicule est représenté sur la figure 1. Dans un premier temps, on mesure la distance capteur-surface de référence et cette valeur 1.5 est mémorisée. Il suffit ensuite de mesurer la distance capteur-véhicule pour obi enir, par différence, la hauteur du véhicule. An example of such a system for measuring the height of a vehicle is shown in FIG. 1. In a first step, the reference sensor-surface distance is measured and this value 1.5 is stored. Then simply measure the distance sensor-vehicle obi enir, by difference, the height of the vehicle.

La mesure du plan de référence peut être périodiquement rafraîchie pour s'affranchir des dérives de l'appareil et des conditions environnementales. Avec un échantillonnage temporel de la mesure suffisant, il est possible de reconstituer le profil d'un véhicule et d'en extraire le point le plus haut afin de mesurer sa hauteur maximale. Un exemple d'une telle mesure est fourni dans la figure 2. The measurement of the reference plane can be periodically refreshed to overcome the drifts of the device and the environmental conditions. With sufficient time sampling of the measurement, it is possible to reconstruct the profile of a vehicle and extract the highest point to measure its maximum height. An example of such a measurement is provided in Figure 2.

Des principes optiques peuvent être également utilisés pour des problématiques équivalentes. On peut de manière similaire travailler en mode différentiel et mesure du temps de vol, mais ces techniques sont principalement utilisées en télémétrie et ne sont fiables que pour des distances importantes (> 10m). Optical principles can also be used for equivalent problems. It is also possible to work in differential mode and time of flight measurement, but these techniques are mainly used in telemetry and are reliable only for large distances (> 10m).

D'autres principes sont plus particulièrement utilisés et en particulier la mesure dimensionnelle par traitement d'image. Other principles are more particularly used and in particular the dimensional measurement by image processing.

Cela consiste simplement à utiliser une caméra basée sur un capteur électronique de géométrie connue et à déterminer le facteur permettant de passer de la mesure dans le plan focal à la mesure de l'objet réel. Dans le cas général, les caractéristiques de l'optique de la caméra ainsi que le positionnement quelconque de l'objet dans l'espace ne permettent pas de déterminer simplement le facteur de conversion. This simply involves using a camera based on an electronic sensor of known geometry and determining the factor to move from the measurement in the focal plane to the measurement of the real object. In the general case, the characteristics of the optics of the camera as well as the positioning of any object in space do not allow to simply determine the conversion factor.

La principale technique utilisée pour pallier ces problèmes est l'utilisation d'objectifs télécentriques et la mise sur des plans parallèles de l'objet à mesurer et du plan focal de la caméra. Les inconvénient et limitations de cette méthode sont cependant importants, en particulier: le coût de l'objectif télécentrique, sa gamme de mesure limitée et la nécessité de maîtriser complètement le positionnement de l'objet à mesurer. The main technique used to overcome these problems is the use of telecentric lenses and the placing on parallel planes of the object to be measured and the focal plane of the camera. The disadvantages and limitations of this method are however important, in particular: the cost of the telecentric lens, its limited measuring range and the need to completely control the positioning of the object to be measured.

Invention L'invention proposée permet un contrôle dimensionnel temps réel sans contact simple et économique. Ce contrôle permet en particulier de comparer une dimension d'un objet à une valeur prédéterminée choisie comme seuil. The invention proposes a real-time dimensional control without contact simple and economic. This control makes it possible in particular to compare a dimension of an object with a predetermined value chosen as a threshold.

Un aspect de l'invention est l'utilisation d'un système optique basé sur une car-aéra et un système d'éclairage synchrone. Une implémentation possible de l'invention est donnée sur la figure 3 et consiste en la mesure de hauteur de véhicule se présentant, par exemple, à l'entrée: d'un parking. Une caméra (31) est positionnée, par rapport à la surface de référence (33), à la hauteur h et son axe optique (310) est sensiblement parallèle à la surface de référence. Les images obtenues sont alors telles que tout objet visible par la caméra pourra être comparé à la hauteur correspondant à l'axe optique. Cette correspondance est montrée figure 4 et l'on voit qu'il suffit de connaître la ligne de la caméra correspondant à l'axe optique (42) pour déterminer si l'objet réel est positionné en dessous ou en dessus de cet axe Le passage de cette mesure au positionnement physique ale l'objet nécessite bien sur que la surface de référence soit plane ou sensiblement plane pour que la précision de mesure soit convenable. One aspect of the invention is the use of an aera-aera-based optical system and a synchronous lighting system. A possible implementation of the invention is given in FIG. 3 and consists of the vehicle height measurement, for example, at the entrance of a parking lot. A camera (31) is positioned relative to the reference surface (33) at height h and its optical axis (310) is substantially parallel to the reference surface. The resulting images are such that any object visible by the camera can be compared to the height corresponding to the optical axis. This correspondence is shown in FIG. 4 and it can be seen that it is sufficient to know the line of the camera corresponding to the optical axis (42) to determine whether the real object is positioned below or above this axis. From this measurement to the physical positioning of the object of course requires that the reference surface be planar or substantially planar so that the measurement accuracy is suitable.

Pour des objets situés sur l'axe, la mesure de la hauteur est quasiment parfaite alors que pour des objets hors axe le facteur distance caméraobjet intervient et la précision de la mesure décroît. Il n'en subsiste pas moins que la détermination de la position de l'objet en-dessous ou en-dessus du seuil égal à la hauteur de l'axe optique est complètement valide. For objects located on the axis, the height measurement is almost perfect whereas for off-axis objects the distance factor cameraobjet intervenes and the accuracy of the measurement decreases. Nevertheless, the determination of the position of the object below or above the threshold equal to the height of the optical axis is completely valid.

L'utilisation d'un tel système nécessite que l'objet à mesurer soit clairement identifié dans l'image. Il peut être utilisé des opérations de traitement d'image si l'objet présente des caractéristiques remarquables par rapport à son environnement: couleur, forme, distance, .. . The use of such a system requires that the object to be measured is clearly identified in the image. It can be used image processing operations if the object has outstanding characteristics compared to its environment: color, shape, distance, ...

L'invention proposée permet de résoudre simplement ce problème par différence d'images et utilisation d'un éclairage éventuellement synchrone ou d'un filtre adapté à l'éclairage. 10 Le principe est illustré sur les figures 5 et 6. The proposed invention solves this problem simply by difference of images and use of possibly synchronous lighting or a filter adapted to lighting. The principle is illustrated in Figures 5 and 6.

Une zone d'intérêt est déterminée par le fait que cette zone appartient au champ de vision et également au champ d'éclairement. La figure 5 montre un exemple typique avec un objet (53) inclus dans cette zone et un objet (52) ne faisant partie que du champ de vision. A zone of interest is determined by the fact that this zone belongs to the field of view and also to the field of illumination. Figure 5 shows a typical example with an object (53) included in this area and an object (52) being only part of the field of view.

Une première image (60) est acquise avec l'éclairage actif. L'objet (53) est dDnc acquis avec un éclairement égal à l'éclairement ambiant (considéré comme constant entre les deux prises d'image) superposé à l'éclairage (51). L'objet (52), quant à lui n'est éclairé que par l'éclairage ambiant. Une deuxième image (61) est ensuite acquise avec l'éclairage (51) inactif et l'image (62) est alors obtenue par soustraction des images (60) et (61). A first image (60) is acquired with the active lighting. The object (53) is Dnc acquired with an illumination equal to the ambient illumination (considered constant between the two images taken) superimposed on the illumination (51). The object (52), meanwhile, is illuminated only by ambient lighting. A second image (61) is then acquired with the illumination (51) inactive and the image (62) is then obtained by subtracting the images (60) and (61).

On voit alors que l'objet (53) est visible du fait de la différence d'éclairement obtenue par le 20 système (51) alors que l'objet (52) disparaît. It can be seen that the object (53) is visible because of the difference in illumination obtained by the system (51) while the object (52) disappears.

La synchronisation de l'éclairage est généralement obtenue par analyse du signal vidéo et extraction du signal de synchronisation trame ou directement à partir de l'alimentation quand celle-ci est alternative et synchronisée sur le secteur. Dans tous les cas, cette synchronisation permet de garantir qu'une des images est obtenue alors que l'éclairage est actif et que l'image suivante est obtenue alors que l'éclairage est inactif. Dans le cas d'utilisation de caméra standard fonctionnant en mode trame paire et impaire, il est également possible de n'éclairer qu'une trame sur deux et de travailler sur les différences des deux images ainsi sous-échantillonné en ligne. The synchronization of the illumination is generally obtained by analyzing the video signal and extracting the frame synchronization signal or directly from the power supply when the latter is alternating and synchronized with the sector. In all cases, this synchronization ensures that one of the images is obtained while the lighting is active and that the next image is obtained while the lighting is inactive. In the case of using a standard camera operating in even and odd frame mode, it is also possible to illuminate only one frame out of two and to work on the differences of the two images thus subsampled online.

Un tel procédé, pour conduite à des résultats optimum, nécessite que le déplacement de l'objet à mesurer soit faible, pour que les effets de bougé dynamiques entre les deux images soient faibles par rapport à l'analyse souhaitée. En effet un déplacement peut apparaître comme un éclairement si celui-ci est supérieur à un pixel et une illustration du phénomène est fournie sur Il figure 7. Des traitements simples peuvent néanmoins atténuer cet effet à savoir: m Dyennage d'images successives, connaissance de l'image éclairée et utilisation de la mise à zéro des pixels négatifs, ... On peut également envisager une prise des deux images simultanée avec deux caméras visant le même champ mais possédant pour l'une d'entre-elles un filtrage spectral pennettant de bloquer l'éclairement émis par le système d'éclairage complémentaire. Such a method, for driving at optimum results, requires that the displacement of the object to be measured is low, so that the dynamic shake effects between the two images are small compared to the desired analysis. Indeed, a displacement can appear as an illumination if it is greater than a pixel and an illustration of the phenomenon is provided on Figure 7. Simple treatments can nevertheless mitigate this effect namely: m Dyennage successive images, knowledge of the illuminated image and use of the zeroing of the negative pixels, ... It is also possible to consider taking two simultaneous images with two cameras targeting the same field but having for one of them a spectral filtering permitting to block the illumination emitted by the complementary lighting system.

Un exemple typique est l'utilisation pour l'éclairage de diodes infrarouges et le positionnement d'un filtre spectral ne laissant passer que la lumière visible pour l'une des deux caméras. Ce système permet donc en une acquisition d'obtenir les images de type (60) et (61) et donc (62). A typical example is the use for the illumination of infrared diodes and the positioning of a spectral filter allowing only visible light to pass for one of the two cameras. This system therefore makes it possible in one acquisition to obtain the images of type (60) and (61) and therefore (62).

L'intérêt de cette répartition spectrale et que l'éclairement ne vient par perturber ou aveugler des personnes physiques éventuellement présentes. Un autre critère de sélection es: que l'éclairement complémentaire doit être le plus efficace possible vis à vis de l'éclairage ambiant. Par exemple, si l'éclairage ambiant provient de la lumière naturelle du soleil, il peut être inténcssant de travailler dans des bandes infra-rouges correspondant à l'absorption du spectre solaire par l'atmosphère. The interest of this spectral distribution and that the illumination does not disturb or blind any natural persons possibly present. Another selection criterion is that the complementary illumination must be as effective as possible with regard to ambient lighting. For example, if ambient lighting comes from natural sunlight, it may be interesting to work in infra-red bands corresponding to the absorption of the solar spectrum by the atmosphere.

D'autres méthodes peuvent également être envisagées, le principe de l'invention étant qu'il convient d'acquérir deux images incluant le volume d'intérêt pour la mesure, l'une d'entre-elles étant éclairée uniquement par l'éclairage ambiant et la seconde par l'éclairage ambiant et un système d'éclairage complémentaire. Other methods can also be envisaged, the principle of the invention being that it is necessary to acquire two images including the volume of interest for the measurement, one of them being illuminated only by the lighting ambient and the second by ambient lighting and a complementary lighting system.

Un autre aspect de l'invention est l'utilisation potentielle de plusieurs capteurs afin de gérer un 50 ensemble d'informations. Cette mise en commun d'informations peut permette de recouper les informations et d'augmenter ainsi la fiabilité du système global. Another aspect of the invention is the potential use of multiple sensors to manage a set of information. This pooling of information can be used to cross-check information and thereby increase the reliability of the overall system.

En considérant l'exemple de la mesure de hauteurs de véhicules, les informations délivrées par la métrologie ultrasons concernent essentiellement les surfaces planes telles les toits de véhicules tandis que la mesure optique fournit des informations complémentaires sur de: objets de formes diverses: objets sur le toit, aileron, ... Considering the example of the measurement of vehicle heights, the information delivered by ultrasonic metrology concerns mainly flat surfaces such as vehicle roofs while the optical measurement provides additional information on: objects of various shapes: objects on the roof, fin, ...

Aux deux capteurs précédemment décrits, peut être adjoint un capteur supplémentaire qui permet de détecter les passages d'objet supérieur à un seuil. Un exemple de tel capter est une barrière lumineuse infra-rouge qui détecte toute coupure de faisceau par des objets sl. périeurs au seuil h. Cette barrière consiste généralement en un faisceau étroit émis par une diode infra-rouge qui est recueilli après réflexion éventuelle sur une photodiode. En cas de coupure de cette liaison optique par un objet opaque, la barrière fournit un signal logique pouvant être interfacé avec un système informatique de gestion et supervision. To the two sensors described above, can be added an additional sensor that can detect the object passes greater than a threshold. An example of such a sensor is an infra-red light barrier which detects any beam cut by sl objects. on the threshold h. This barrier generally consists of a narrow beam emitted by an infra-red diode which is collected after possible reflection on a photodiode. In the event of the optical link being cut off by an opaque object, the barrier provides a logic signal that can be interfaced with a management and supervision computer system.

Un système comprenant par exemple trois capteurs est représenté sur la figure 8 A system comprising, for example, three sensors is shown in FIG. 8

Description des figuresDescription of figures

Figure 1: exemple de mesure dimensionnelle de hauteur d'un véhicule par utilisation d'un faisceau 5 ultrasons 10: émetteur/récepteur 11: faisceau ultrasonore émis 12: véhicule à mesurer Une mesure de la distance émetteur/récepteur sol est effectuée au préalable ou à la suite de la 10 mesure du véhicule. La hauteur du véhicule est obtenue par différence des deux valeurs calculées par l'émetteur/récepteur. FIG. 1: example of dimensional measurement of height of a vehicle by use of an ultrasound beam 10: transmitter / receiver 11: emitted ultrasonic beam 12: vehicle to be measured A measurement of the transmitter / receiver ground distance is carried out beforehand or following the measurement of the vehicle. The height of the vehicle is obtained by difference of the two values calculated by the transmitter / receiver.

Figure 2: exemple de courbe obtenue par mesure et trace de la distance émetteur/récepteur-objet en fonction du temps. La courbe présente un résultat typique obtenu lors du passage; d'un véhicule sous 15 le dispositif montré en figure 1. Figure 2: Example of curve obtained by measurement and trace of the emitter / receiver-object distance as a function of time. The curve shows a typical result obtained during the passage; of a vehicle under the device shown in FIG.

Figure 3: exemple d'implantation 30: Poteau supportant les éléments 31 et 32 31: camera 310: axe optique de la camera parallèle au sol 33 et situé à la hauteur h égal au seuil de détection souhaité 311: champ de vision de la caméra 32: système d'éclairage pulsé 320: champ d'éclairage 2.5 33: sol. 3: implantation example 30: Pole supporting the elements 31 and 32 31: camera 310: optical axis of the camera parallel to the ground 33 and located at the height h equal to the desired detection threshold 311: field of view of the camera 32: pulsed lighting system 320: lighting field 2.5 33: ground.

Figure 4: correspondance entre la scène vue par la caméra et le plan focal de la caméra 40: plan focal de la camera 41: plan objet 410: objet situé au dessus de l'axe optique 411: objet situé sur l'axe optique 412: objet situé sous l'axe optique 42: axe optique Figure 5: positions des champs de vision et d'éclairage et création d'une zone d'analyse par recoupement des deux champs 50: camera 501: champ de vision de la camera 51: système d'éclairage 510: champ d'éclairement 52: objet situé dans le champ de vision de la caméra et hors du champ d'éclairement 53: objet situé dans le champ de vision de la caméra et dans le champ d'éclairement 54 zone d'analyse Figure 6: images obtenues avec un système selon configuration figure 5 60: image obtenue avec le système d'éclairement actif 61: image obtenue avec le système d'éclairage inactif 62: image obtenue par différence des images 60 et 61 Figure 7: problème de fausse détection sur un phénomène de bougé entre deux images successives 70: image obtenue avec le système d'éclairement actif 71: image postérieure obtenue avec le système d'éclairage inactif 72: image obtenue par différence des images 70 et 71 Figure 8: exemple de système de mesure de hauteur de véhicules implémentant trois capteurs 80: cellule infra-rouge donnant une information a postériori après passage 81: système d'ultrasons 82: éclairage permettant de définir un volume d'analyse pour la video 83: plan optique du système video FIG. 4: correspondence between the scene seen by the camera and the focal plane of the camera 40: focal plane of the camera 41: object plane 410: object located above the optical axis 411: object located on the optical axis 412 : object located under the optical axis 42: optical axis Figure 5: positions of the fields of vision and illumination and creation of an analysis zone by cross-checking the two fields 50: camera 501: field of view of the camera 51 : illumination system 510: illumination field 52: object situated in the field of view of the camera and outside the illumination field 53: object located in the field of view of the camera and in the field of illumination 54 analysis zone FIG. 6: images obtained with a system according to configuration FIG. 60: image obtained with the active illumination system 61: image obtained with the inactive lighting system 62: image obtained by difference of the images 60 and 61 FIG. 7: problem of false detection on a phenomenon of movement between two i successive images 70: image obtained with the active illumination system 71: posterior image obtained with the inactive lighting system 72: image obtained by difference of the images 70 and 71 Figure 8: example of a vehicle height measuring system implementing three sensors 80: infra-red cell giving information a posteriori after passage 81: ultrasound system 82: lighting to define a volume of analysis for the video 83: optical plane of the video system

Claims

claims

1) A system for the non-contact dimensional control of an object, namely the comparison of one of the dimensions of the object with a threshold value, characterized in that: the object is positioned on a substantially flat reference surface (33) the system uses at least one camera positioned such that the optical axis of the camera (310) is substantially parallel to the reference surface the distance between the reference surface and the optical axis of the camera is substantially equal to the threshold value (34)

2) A system according to claim 1) characterized in that it comprises a lighting (51) 15 for defining an analysis zone (53)

3) A system according to one of claims 1) to 2) characterized in that the comparison of the dimension with the threshold value uses the difference of two substantially identical images of the analysis zone (62), one of the images being obtained essentially with the ambient lighting (61) and the other being obtained with ambient lighting and additional lighting (60)

4) A system according to one of claims 1) to 3) characterized in that the lighting system is synchronous with the image taking 2.5

5) A system according to one of claims 1) to 4) characterized in that the lighting system produces a radiation essentially in the infra field. red

6) A system according to one of claims 1) to 5) characterized in that the system 30 comprises at least one measuring system using ultrasound (10)

7) A system according to one of claims 1) to 6) characterized in that the system comprises at least one infrared barrier (80)

8) A system according to one of claims 1) to 7) characterized in that the controlled objects are road vehicles (12)

9) A system according to one of claims 1) to 8) characterized in that the system is used to measure the height of vehicles wanting to access a parking