FR2910123A1

FR2910123A1 - Procede optico-informatique de mesure 3d de la surface exterieure d'un objet en relief par projection de franges et utilisation d'une methode a decalage de phase, systeme correspondant

Info

Publication number: FR2910123A1
Application number: FR0655661A
Authority: FR
Inventors: Sylvain Fischer
Original assignee: PHOSYLAB SARL
Current assignee: PHOSYLAB SARL
Priority date: 2006-12-19
Filing date: 2006-12-19
Publication date: 2008-06-20
Anticipated expiration: 2026-12-19
Also published as: WO2008081149A2; US20100092040A1; FR2910123B1; EP2095069A2; DE07871965T1; WO2008081149A3; JP2010513894A

Abstract

L'invention concerne un procédé optico-informatique de mesure 3D de la surface extérieure d'un objet en relief par projection de franges sur ledit objet et utilisation d'une méthode à décalage de phase dans lequel on met en oeuvre quatre axes de projection des franges sur l'objet, l'origine de chaque axe de projection étant considéré comme un point d'illumination disposé sensiblement à chacun des quatre sommets d'un tétraèdre virtuel, l'objet étant placé sensiblement au centre dudit tétraèdre, et en ce que l'on réalise les prises de vue à partir de quatre points de prise de vue disposés sensiblement le long de quatre axes de prise de vue, chacun des axes de prise de vue étant la médiane d'un des quatre trièdres formés par les quatre triplets d'axes de projection, les quatre points de prise de vue étant à une distance de l'objet telle qu'en chaque point de prise de vue, chaque image inclut au moins une partie de chacune des trois surfaces de l'objet pouvant être éclairée par les trois points d'illumination du triplet d'axes de projection définissant par sa médiane l'axe de prise de vue dudit point de prise de vue, et en ce que l'on acquière dans l'équipement informatique un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination. Un système correspondant complète l'invention.

Description

1 La présente invention concerne un procédé opticoinformatique de mesure

3D de la surface extérieure complète ou quasi-complète d'un objet en relief par projection de franges et utilisation d'une méthode à décalage de phase ainsi qu'un système de mesure correspondant. Elle a des applications en métrologie et peut être associée à toute application aval utilisant des informations 3D comme par exemple la visualisation 3D ou la commande d'outillage. La caractérisation de surface et la mesure de relief par des procédés optiques sont réalisées grâce à différentes techniques parmi lesquels la triangulation, la photogrammétrie, la technique de Moiré, l'interférométrie, l'holographie et la technique du Speckle . A ce jour, la photogrammétrie est une technique largement employée, mais son utilisation est souvent limitée à cause d'une certaine complexité du processus de mesure et de son coût assez élevé de mise en oeuvre. Une autre technique consiste à projeter des franges lumineuses sur les surfaces à analyser. Ce principe de projection est une méthode optique sans contact dont il est communément reconnu qu'elle possède un fort potentiel pour la mesure et la caractérisation d'objets très variés. Cette méthode fait usage de franges lumineuses parallèles ou divergentes projetées sur la surface d'un objet grâce à un système conventionnel d'imagerie ou par une figure d'interférence en lumière cohérente et un appareil d'acquisition d'image dont l'axe est distinct de celui du système de projection de franges. La distribution résultante de phase des franges lumineuses de l'image acquise contient l'information sur le relief de la surface illuminée de l'objet analysé. Cette distribution de phase est traitée par calcul afin de reconstruire le relief de la surface de l'objet. Dans le cadre des techniques utilisant des franges lumineuses, la méthode à décalage de phase (PSM pour Phase Shifting Method ) est une méthode puissante pour reconstruire la distribution de phase d'un ensemble de franges lumineuses du 2910123 2 fait de sa grande précision et de sa rapidité d'exécution. Elle a été mise en oeuvre avec un transducteur piézo-électrique qui permet d'obtenir un décalage des franges lumineuses c'est à dire module leur distribution de phase. Une autre mise en oeuvre 5 consiste à moduler la longueur d'onde d'une diode laser en pilotant son courant, la diode étant dans un interféromètre non-compensé pour induire le décalage de phase des franges lumineuses. Une autre alternative pour induire ce décalage de phase des franges lumineuses consiste à mettre en oeuvre un 10 masque à cristaux liquide dans le système de projection de franges et à l'illuminer en lumière blanche. Toutefois, le calibrage du système qui induit le décalage de phase dans la technique PSM est une étape très critique. Des algorithmes de calibrage du décalage de phase utilisant quatre 15 ou cinq acquisitions de l'image des franges lumineuses ont été développés. Ces algorithmes sont très utiles pour identifier et compenser les sources d'erreurs de mesure comme le décalage de phase non constant, les harmoniques d'ordre supérieur contenues dans les franges lumineuses et des rapports signal 20 sur bruit très faibles. D'autres méthodes de calibrage du décalage de phase ont été développées mais elles augmentent la quantité de calculs et consomment donc beaucoup plus de ressources et du temps des processeurs. Parmi les techniques PSM, celle à deux points distincts de 25 prise de vue et/ou deux points distincts d'illumination (en fait, le dépouillement de phase peut être effectué avec un point d'illumination et deux points de prise de vue ou, encore, deux points d'illumination et un point de prise de vue ou, encore, deux points d'illumination et deux points de prise de vue) peut être 30 associée à un algorithme de dépouillement de la phase et, ce, dans le but de recouvrer la valeur absolue et non modulo 27[ de la phase, c'est à dire la valeur de la phase sans ambiguïté. Avec cette amélioration, la technique PSM est robuste, produit un nombre très limité d'effets de propagation des erreurs. De plus, 35 cela résout automatiquement les problèmes associés aux 2910123 3 discontinuités des franges lumineuses qui pourrait entacher la précision des résultats ou même empêcher une mesure de phase correcte. L'algorithme de dépouillement est optimisé en terme de consommation de temps et de mémoire et est donc facilement 5 exécuté sur un ordinateur personnel par exemple. La présente invention propose d'améliorer la technique PSM. L'invention est basée sur un système de reconstruction de forme d'un objet par projection de franges lumineuses utilisant la méthode du décalage de phase (système FP-PSM pour Fringe 10 Projection - Phase Shifting Method ) dans lequel on génère un ensemble de franges lumineuses en illuminant un masque avec de la lumière, lequel masque est un écran avec des zones opaques et des zones transparentes à la lumière, lesquelles zones sont distribuées selon un motif défini, lequel motif produit 15 par transmission de la lumière à travers le masque l'ensemble voulu des franges lumineuses et on projète l'ensemble de ces franges lumineuses sur la surface d'un objet à traiter. Des images de l'objet frangé sont acquises avec une caméra et on répète plusieurs fois l'opération d'acquisition en déplaçant dans 20 l'espace et entre chaque acquisition l'ensemble des franges lumineuses de sorte qu'il existe un décalage de phase de la distribution des franges lumineuses entre chaque image acquise de la surface illuminée de l'objet. Les images acquises sont traitées par calcul dans un ordinateur, notamment le décalage de 25 phase de la distribution des franges lumineuses entre chaque image permet de recouvrer les variations distribuées de la hauteur (le relief) de la surface illuminée de l'objet, variations visibles selon le couple axe de projection (axe du faisceau lumineux projeté sur l'objet, encore dit axe d'illumination) versus 30 axe d'acquisition (axe de la caméra d'acquisition des images, encore dit axe de prise de vue). Le relief ainsi recouvré est le relief partiel de la surface illuminée de l'objet qui comporte tous les détails visibles selon le couple axes de projection et d'acquisition. 2910123 4 L'invention porte plus particulièrement sur l'intégration dans le système FP-PSM de quatre voies de projection de franges et quatre voies d'acquisition d'images de la surface d'un objet illuminé par les franges selon une géométrie tétraédrique 5 particulière. A cette fin, les projections des franges sur l'objet se font selon quatre incidences à partir d'au moins un dispositif d'illumination de l'objet par des franges associé(s) avec d'éventuels moyens de commutation et de renvoi du faisceau lumineux de franges vers l'objet et dont on considère les points 10 d'illumination, un point d'illumination étant un point d'où apparaît émerger la lumière permettant l'illumination directe de la surface de l'objet par des franges (chaque point d'illumination est donc le long de l'incidence correspondante, c'est-à-dire le long de l'axe de projection), le dispositif d'illumination en tant qu'entité 15 physique pouvant correspondre au point d'illumination ou être décalée physiquement du point d'illumination et l'illumination renvoyée vers l'objet ou, plus généralement, le dispositif d'illumination peut être réparti en plusieurs éléments dont un peut correspondre au point d'illumination comme on le verra 20 ultérieurement. Dans tous les cas, les quatre points d'illumination sont placés sensiblement aux sommets d'un tétraèdre (aux sommets ou bien près de ces sommets) au centre duquel se trouve l'objet. Ainsi, les droites issues des points d'illumination et passant par le centre du tétraèdre définissent 25 les axes de projection/d'illumination du système (ou incidences indiquées ci-dessus). De plus, les quatre points d'illumination sont à distance suffisante de l'objet de sorte que chaque couple de points d'illumination illumine la surface délimitée par le contour vu selon la pseudo-normale à ladite 30 surface laquelle pseudo-normale est la médiane des deux axes de projection dans le plan qu'ils définissent ensemble. Pour ce qui concerne la prise de vue, on dispose quatre points de prise de vue placés sur les médianes des trièdres formés par les triplets d'axes de projection ou bien proche de ces médianes, les 35 droites issues des points de prise de vue et passant par le 2910123 5 centre du tétraèdre définissent ainsi les axes de prise de vue. De plus, les quatre points de prise de vue sont à distance suffisante de l'objet en sorte que les champs de vision de chaque couple de points de prise de vue incluent la surface définie comme 5 précédemment par le couple des deux axes de projection voisins communs aux deux axes de prise de vue du couple de points de prise de vue. Ainsi, chaque surface incluse dans le contour défini ci-dessus est visible par deux points de prise de vue. Les quatre points d'illumination projètent des franges lumineuses sur l'objet, 10 chacun selon son axe de projection, mais pas obligatoirement le même ensemble de franges lumineuses. On peut acquérir un ensemble d'images de chacune des six surfaces illuminées et définies par les six couples de points d'illumination, lesquelles images permettent de recouvrer les reliefs partiels (vus selon les 15 couples d'axes projection et acquisition définis chacun par un axe de projection et un axe d'acquisition) de chacune des six surfaces illuminées de l'objet, lesquels reliefs partiels permettent de recouvrer fidèlement la quasi-totalité des détails du relief (le relief quasi-intégral) et sans ambiguïté de chacune des six 20 surfaces illuminées de l'objet, lesquels reliefs quasi-intégraux ainsi recouvrés des six surfaces illuminées de l'objet permettent de recouvrer la quasi-intégralité des détails et sans ambiguïté de la surface extérieure complète de l'objet. Plus précisément, l'invention concerne en premier lieu un 25 procédé optico-informatique de mesure 3D de la surface extérieure d'un objet en relief par projection de franges sur ledit objet et utilisation d'une méthode à décalage de phase, les franges étant projetées sur l'objet par au moins un dispositif d'illumination, des images de l'objet frangé étant prises selon 30 plusieurs axes de prise de vue avec au moins un moyen de prise de vue, lesdites images étant transmises à un équipement informatique comportant un programme de calcul de relief à partir des images. Selon l'invention, on met en oeuvre quatre axes de 35 projection (trajet optique final des franges vers l'objet) des 2910123 6 franges sur l'objet, l'origine (réelle ou virtuelle selon la structure du/des dispositifs d'illumination) de chaque axe de projection étant considéré comme un point d'illumination disposé sensiblement à chacun des quatre sommets d'un tétraèdre 5 virtuel, l'objet étant placé sensiblement au centre dudit tétraèdre, et on réalise les prises de vue à partir de quatre points de prise de vue disposés sensiblement le long de quatre axes de prise de vue, chacun des axes de prise de vue étant la médiane (issue du centre du tétraèdre) d'un des quatre trièdres 10 formés par les quatre triplets d'axes de projection, les quatre points de prise de vue étant à une distance de l'objet telle qu'en chaque point de prise de vue, chaque image inclut au moins une partie de chacune des trois surfaces de l'objet pouvant être éclairée par les trois points d'illumination du triplet d'axes de 15 projection définissant par sa médiane l'axe de prise de vue dudit point de prise de vue, on acquière dans l'équipement informatique un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination. 20 Les termes sensiblement signifient que les points sont sur l'axe correspondant ou à son voisinage. La mesure de la surface extérieure doit être comprise comme signifiant la mesure de la surface sur laquelle les franges apparaissent projetées pour les moyens optiques d'acquisition, d'éventuelles épaisseurs 25 transparentes en surface ne pouvant être prises en compte puisque les franges d'illumination les traversent. Dans divers modes de mise en oeuvre de l'invention, les moyens suivants pouvant être utilisés seuls ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont employés : 30 - on répète les six possibilités d'éclairage avec des motifs de franges différents à chaque fois, - les quatre points d'illumination proviennent d'au moins un et jusqu'à quatre dispositifs d'illumination par des franges, et en ce que l'on dispose ledit/lesdits dispositif aux points d'illumination 35 et/ou le/les illuminations dudit/desdits moyens sont redirigées 2910123 7 par au moins un miroir et/ou ledit/lesdits moyens sont déplaçables physiquement, - les quatre points d'illumination proviennent de quatre dispositifs d'illumination indépendants, lesdits dispositifs étant 5 disposés aux points d'illumination ou les illuminations étant redirigées vers l'objet, - l'illumination est redirigée vers l'objet par au moins un miroir, - les quatre points d'illumination proviennent de trois dispositifs d'illumination indépendants, 10 - les quatre points d'illumination proviennent de deux dispositifs d'illumination indépendants, - les quatre points d'illumination proviennent d'un seul dispositif d'illumination, - les quatre points d'illumination proviennent d'un seul dispositif 15 d'illumination, et en ce que l'on redirige l'illumination dudit moyen le long de l'axe de projection correspondant par un ensemble de miroirs, -le/les miroirs sont actifs, (les miroirs font office de commutateur de faisceau à quatre sorties) 20 - le/les miroirs sont commandés par l'équipement informatique, - on met en oeuvre pour chaque dispositif d'illumination une source lumineuse, un élargisseur de faisceau et un écran à cristaux liquide commandé par l'équipement informatique pour y former un motif de franges, 25 - on met en oeuvre pour chaque dispositif d'illumination, dans l'ordre en allant vers l'objet, une source lumineuse, un élargisseur de faisceau et un écran à cristaux liquide commandé par l'équipement informatique pour y former un motif de franges, - on met en oeuvre des franges lumineuses qui sont analogiques, 30 (la transition entre une bande claire et une bande sombre est sensiblement continue par dégradé de niveau de gris) - on met en oeuvre quatre moyens de prise de vue indépendants et fixes, qui sont disposés aux points de prise de vue, -on met en oeuvre quatre moyens de prise de vue indépendants 35 et fixes, qui sont disposés en dehors des points de prise de vue, 2910123 8 des moyens de renvoi de type miroirs étant placés aux points de prise de vue pour renvoyer les images vers le moyen de prise de vue correspondant, - on met en oeuvre trois moyens de prise de vue indépendants et 5 d'axe de prise de vue déplaçable pour au moins l'un d'entre eux, - on met en oeuvre deux moyens de prise de vue indépendants et d'axe de prise de vue déplaçable pour au moins l'un d'entre eux, - on met en oeuvre un seul moyen de prise de vue et d'axe de prise de vue déplaçable, 10 - l'axe de prise de vue est déplaçable par déplacement physique du moyen de prise de vue correspondant, - l'axe de prise de vue est déplaçable par redirection par un jeu de miroirs, - le moyen de prise de vue est de type caméra ou appareil photo 15 et permet de capter des images qui peut être transmises à l'équipement informatique, - pour les prises de vue on illumine séquentiellement l'objet selon les quatre axes de projection, pour acquérir un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et 20 définies par six couples de points d'illumination, L'invention concerne en second lieu un système de mesure 3D de la surface extérieure d'un objet en relief pour la mise en oeuvre du procédé de l'une quelconque des revendications précédentes, qui est caractérisé en ce qu'il comporte au moins 25 un dispositif d'illumination de l'objet par des franges et une partie d'acquisition d'images et de calcul de relief dans un équipement informatique comportant un programme à partir desdites images acquises par au moins un moyen de prise de vue, le/les dispositifs d'illumination permettant la projection sur 30 l'objet de franges selon quatre axes de projection (trajet optique final des franges vers l'objet), l'origine (réelle ou virtuelle selon la structure du/des dispositifs d'illumination) de chaque axe de projection étant considéré comme un point d'illumination disposé sensiblement à chacun des quatre sommets d'un tétraèdre 35 virtuel, l'objet étant placé sensiblement au centre dudit 2910123 9 tétraèdre, et les prises de vue sont effectuées à quatre points de prise de vue disposés sensiblement le long de quatre axes de prise de vue, chacun des axes de prise de vue étant la médiane (issue du centre du tétraèdre) d'un des quatre trièdres formés 5 par les quatre triplets d'axes de projection, les quatre points de prise de vue étant à une distance de l'objet telle qu'en chaque point de prise de vue, chaque image inclut au moins une partie de chacune des trois surfaces de l'objet pouvant être éclairée par les trois points d'illumination du triplet d'axes de projection 10 définissant par sa médiane l'axe de prise de vue dudit point de prise de vue, et en ce que l'équipement informatique comporte des moyens pour acquérir un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination. 15 Dans une variante de mise en oeuvre du système, le dispositif d'illumination comporte une source lumineuse, un élargisseur de faisceau et un écran à cristaux liquide commandé par l'équipement informatique pour y former un motif de franges. La combinaison d'une instrumentation rapide et facilement 20 transportable et d'un logiciel robuste étend la possibilité de mise en oeuvre de la technique de projection de franges et de la méthode du décalage de phase pour la reconstruction du relief d'un objet jusqu'aux sites de production. Ainsi elle a l'avantage de pouvoir être utilisée dans des systèmes de tri rapide d'objets 25 avec un taux d'erreur quasiment nul des industries de recyclage (par exemple tri par type et recyclage des cartouches d'encre d'imprimantes), des systèmes de contrôle-qualité en ligne et en temps réel des industries de la mécanique de précision (par exemple presses rapides de précision) ou pour répondre aux 30 besoins en systèmes de contrôle-qualité rapide des industries produisant sur chaînes d'assemblage (par exemple contrôle de la justesse du montage des éléments à assembler dans le compartiment moteur ou l'habitacle d'un véhicule dans l'industrie automobile). 2910123 10 Grâce à l'invention, le motif initial de la distribution de phase des franges lumineuses est déterminé de façon logicielle et peut être notamment modifié (sans modification matérielle dans la version préférée) par un opérateur formé ou un logiciel 5 qui détermine le motif optimal pour un traitement donné moyennant quelques informations saisies par l'opérateur et portant sur la taille de l'objet, la nature de sa surface, les zones de sa surface à traiter etc, voire modifié automatiquement par une série de mesures itératives d'adaptation. De plus, le 10 décalage de phase est commandé par le processeur et induit par le masque dans un délai extrêmement rapide ce qui permet de procéder à plusieurs acquisitions d'images en quelques millisecondes. Ainsi, la rapidité d'acquisition et de traitement place le système de l'invention dans la catégorie des systèmes 15 temps réel ce qui permet sa mise en oeuvre sur les chaînes de production. Enfin, ce système sans contact est bien adapté aux environnements hostiles (saleté, vibrations) et ne nécessite aucun positionnement absolu de l'objet. La présente invention va maintenant être exemplifiée sans 20 pour autant en être limitée avec la description qui suit en relation avec les figures suivantes: la Figure 1 qui est un système connu de mesure à un seul canal de la surface extérieure d'un objet, la Figure 2 qui est un exemple d'algorithme pour un système à 25 deux canaux avec un point d'illumination et deux points de prise de vue (1 PI/2PV), la Figure 3 qui est un exemple d'algorithme pour un système à deux canaux avec deux points d'illumination et un point de prise de vue (2PI/1 PV), 30 la Figure 4 qui représente schématiquement, par rapport à un objet, les points d'illumination et les axes de projection pour ce qui concerne les moyens d'illumination de l'objet par des franges ainsi que les axes de prise de vue sur lesquels sont placés les points de prise de vue dans le cas du système multi-canaux 35 tétraédrique de l'invention, et 2910123 11 La figure 5 qui représente le système tétraèdrique en trois dimensions avec, dans sa version la plus simple, quatre écrans à cristaux liquides placés aux quatre points d'illumination et d'où émergent les franges lumineuses projetées selon chaque axe de 5 projection/illumination et quatre caméras placées aux quatre points de prise de vue. Le principe général à la base de l'invention va maintenant être présenté. Un ensemble de franges lumineuses distribuées dans la section droite d'un faisceau lumineux (le faisceau ) 10 selon un motif initial connu est généré. Le motif étant connu, la distribution des franges peut être modélisée par une distribution en deux dimensions de la phase de l'intensité lumineuse ou phase des franges lumineuses dans la section droite du faisceau. Une fonction mathématique ç décrit alors 15 complètement cette distribution de phase. L'ensemble des franges lumineuses est projeté sur la surface d'un objet dont on veut reconstruire le relief. L'ensemble des franges lumineuses forme sur la surface illuminée de l'objet une image déformée du motif initial de l'ensemble des franges 20 lumineuses. Les variations de la hauteur, c'est à dire le relief de la surface illuminée, provoquent cette déformation du motif initial. L'image ainsi formée sur la surface est une distribution de la phase des franges lumineuses qui résulte de la modulation de la distribution de la phase des franges lumineuses du motif initial 25 par le relief de la surface illuminée. Il est possible de déduire de plusieurs images formées sur la surface illuminée de l'objet et par le calcul, la distribution de la phase des franges lumineuses du motif déformé en prenant soin d'induire un décalage (dans l'espace) connu de la 30 distribution de la phase des franges lumineuses entre chaque image formée sur la surface. A cette fin des méthodes de calcul connues peuvent être mises en oeuvre. Parmi ces méthodes de dérivation de la distribution des franges lumineuses à partir de plusieurs images projetées avec un décalage induit de la phase 35 de ces mêmes franges, on peut citer celles mentionnées dans : 2910123 12 - P.S Huang, C. Zhang and F.P. chiang, "High-speed 3-D shape measurement based on digital fringe projection", Opt. Eng. 42(1), 163-168, 2003; - L. Salas, E. Luna, J. Salinas, V. Garçia and M. Servin, 5 "Profilometry by fringe projection", Opt. Eng. 42(11) 3307-3314, 2003; - I. Yamaguchi, S. Ohta, and J. Kato, "Surface contouring by phase-shifting digital holography", Optics and Lasers in Engineering 36, 417-428, 2001; et 10 - G. S. Spagnolo, D. Ambrosinib, D. Paolettib and G. Accardo, "Fibre optic projected fringes for monitoring marble surface status", J. Cuit. Heritage 1 S337-S343, 2000. De cette distribution de phase du motif déformé, il est possible de déduire par une méthode de calcul connue, le relief 15 de la surface illuminée de l'objet. Une telle méthode a notamment été mentionnées dans : - Hu and al, "Calibration of a three dimensional shape measurement system", Opt. Eng. 42(2), pp 487-493, 2003; et - H. Zhang, F. Wu, M. J. Lalor and D. R. Burton, "Spatiotemporal 20 phase unwrapping and its application in fringe projection fiber optic phase-shifting profilometry", Opt. Eng. 39(7) 1958-1964, 2000. Un système connu à un seul canal permettant une reconstitution du relief partiel de la surface illuminée par un 25 motif de franges est représenté Figure 1 et comprend pour le dispositif d'illumination de l'objet 6 par des franges : - une source 1 lumineuse uniforme, encore appelée source , la plus homogène possible (homogénéité de la distribution de la puissance lumineuse dans la section droite du faisceau émis), 30 - un élargisseur 2 de faisceau encore appelé élargisseur produisant, ici, un faisceau parallèle 4, - un écran 3 à cristaux liquides encore appelé masque , -éventuellement un miroir de renvoi 10, le dispositif d'illumination permettant ainsi de produire un 35 faisceau d'illumination selon un axe d'illumination 5, et 2910123 13 pour la partie d'acquisition et de traitement : - une caméra 8 type CCD permettant d'acquérir des images de l'objet 6 illuminé par les franges selon un axe de prise de vue 7, - un équipement informatique 9 (ordinateur/micro-ordinateur) 5 comportant un processeur capable d'effectuer des calculs selon des algorithmes sur des données dont les images acquises par la caméra, ainsi que de piloter le masque pour définir le motif de franges. La source lumineuse génère la lumière nécessaire à 10 l'illumination à travers le masque de la surface de l'objet dont le système doit reconstituer le relief de la surface illuminée. L'élargisseur de faisceau donne une section parallèle du faisceau lumineux avec les dimensions requises pour illuminer correctement le masque puis la surface à illuminer de l'objet. 15 La position de la source 1 par rapport à l'élargisseur 2 détermine la divergence ou non du faisceau lumineux qui traverse le masque et éclaire l'objet. Ainsi les dimensions de la surface illuminée ne sont pas forcement limitées aux dimensions du masque et peuvent être plus ou moins grandes que ces 20 dernières. Toutefois, un faisceau d'illumination parallèle, comme représenté Figure 1, permet de simplifier les calculs. Si l'axe du système optique constitué de la source, de l'élargisseur et du masque qui est également l'axe de propagation du faisceau lumineux est orienté de telle sorte que 25 la surface de l'objet est illuminée directement (illumination directe), aucun autre composant n'est nécessaire entre le masque et l'objet. Si, dans une variante, cet axe est initialement orienté dans une direction qui ne passe pas par l'objet, alors un miroir est placé entre le masque et l'objet et orienté pour 30 rediriger le faisceau lumineux initial vers l'objet afin d'illuminer correctement sa surface avec les franges (illumination indirecte). Cette double possibilité d'illumination explique l'introduction de la notion de point d'illumination pour qualifier une origine virtuelle du faisceau final d'illumination de l'objet par les 35 franges, point d'illumination qui peut correspondre physiquement 2910123 14 au dispositif d'illumination de l'objet par des franges si l'illumination est directe ou ne pas correspondre si l'illumination est indirecte. On comprend que cette notion d'illumination directe ou 5 indirecte peut également s'appliquer par analogie à la partie d'acquisition, la caméra pouvant recevoir directement les images de l'objet (la caméra est sur l'axe de prise de vue 7 comme représenté Figure 1) ou indirectement, les images étant renvoyées par un miroir vers une caméra qui n'est pas sur l'axe 10 de prise de vue 7. Ceci explique par analogie l'introduction de la notion de point de prise de vue qui est sur l'axe de prise de vue. Le processeur 9 pilote le masque 3 pour générer l'ensemble des franges lumineuses selon le motif souhaité, pilote la caméra 8 et stocke les images acquises par la caméra et 15 procède aux calculs nécessaires à la détermination du relief de la surface illuminée de l'objet pour par exemple reconstruction visuelle 3D sur un écran. Ce système est dit à un seul canal car il ne comporte qu'un couple ou duet depoint d'illumination et de point de prise de 20 vue. Pour une reconstitution du relief quasi-intégral de la surface illuminée par un motif de franges, on peut mettre en oeuvre un système à deux canaux. Un système à deux canaux comprend, par exemple, d'une part, une source lumineuse 25 uniforme la plus homogène possible, un élargisseur de faisceau, un écran à cristaux liquides (le masque), un commutateur de faisceau optique et plusieurs miroirs, et, d'autre part, deux caméras et un processeur. Ce type de système à deux canaux comporte un point d'illumination et deux caméras et est 30 symbolisé 1 PI/2PV. Les miroirs sont répartis et distribués dans l'espace de sorte qu'ils peuvent infléchir un faisceau lumineux selon l'un ou l'autre de deux chemins possibles chaque chemin étant défini par un système de miroirs qui permet d'illuminer la surface de 35 l'objet selon un axe de projection propre au chemin. 2910123 15 Le commutateur de faisceau optique est piloté par l'ordinateur et dirige le faisceau lumineux issu du masque vers l'un ou l'autre des systèmes de miroirs. Ainsi, la surface de l'objet est illuminée de façon séquentielle selon les deux couples 5 possibles d'axes de projection et d'acquisition du système à deux canaux. Le processeur procède à la reconstitution de deux reliefs partiels distincts puis grâce à ces deux reliefs à la reconstitution du relief quasi-intégral de la surface illuminée de l'objet. En 10 effet, les deux reliefs partiels reconstruits selon deux, au choix, des quatre couples possibles d'axes de projection et d'acquisition étant distincts, il est possible de reconstruire sans ambiguïté le relief de la surface illuminée de l'objet grâce à une technique de dépouillement de la phase. Ce relief est alors le 15 relief quasi-intégral de la surface illuminée de l'objet. Dans le système à deux canaux, une fois que le faisceau est généré par la source et mis, par l'élargisseur, aux dimensions requises par l'illumination de la surface de l'objet, le masque façonne le motif initial de la distribution de phase des 20 franges lumineuses. Le processeur détermine quels pixels du masque doivent être opaques ou transparents à la lumière du faisceau qui le traverse. Après transmission par le masque du faisceau, le motif initial est formé, de préférence, dans une section parallèle de ce même faisceau (faisceau droit non 25 divergent et non convergent). Dans une variante, le faisceau d'illumination peut être divergent mais cela complique le procédé puisqu'il faut connaître la divergence pour en tenir compte afin de corriger les calculs de mesure de surface. Le faisceau illumine la surface de l'objet et est soit 30 réfléchi par la surface (surface opaque à la lumière du faisceau, fonctionnement en réflexion) soit transmis à travers l'objet (objet transparent à la lumière du faisceau, fonctionnement en transmission). Dans ce dernier cas, on doit noter que les objets transparents (il faut toutefois qu'un motif de franges soit déposé 35 sur une surface de l'objet et y soit visible) sont mesurables en 2910123 16 transmission sous réserve qu'une des deux faces traversées entre le/les PI et les/le PV ne déforme pas le motif des franges qui s'est formé sur l'autre, sinon, l'information n'est plus fiable car il n'est pas possible de distinguer entre les déformations de 5 l'une ou de l'autre face de l'objet. Les images formées sur la surface de l'objet et vues selon les deux points de vue des deux caméras sont acquises et numérisées par les deux caméras qui les transmettent au processeur. 10 Avant de procéder aux calculs, le processeur acquière plusieurs images des surfaces illuminées de l'objet. Entre chaque acquisition, le processeur pilote le masque de telle sorte que le motif initial de la distribution de phase des franges lumineuse soit décalé dans l'espace c'est à dire que la 15 distribution de la phase subit un décalage de phase voulu et donc connu. Le processeur peut alors procéder aux calculs nécessaires: il calcule les variations de phase de la distribution de phase des franges lumineuse puis procède au dépouillement de cette phase 20 grâce aux deux points de vues (c'est à dire qu'il en détermine la valeur absolue et non pas modulo 2n) ce qui permet d'obtenir le relief exact de la surface de l'objet c'est à dire sans ambiguïté. De plus, les parties de la surface non visibles par un canal sont visibles par l'autre ce qui permet de reconstituer la quasi- 25 intégralité de la surface illuminée par les deux incidences d'illumination. Un exemple d'algorithme utilisable pour un tel système à deux canaux 1 PI/2PV est donné Figure 2. Un système à deux canaux peut, en variante, comporter 30 deux points d'illumination et une caméra. Il est alors symbolisé 2PI/1 PV. Un exemple d'algorithme utilisable pour un tel système à deux canaux 2PI/1 PV est donné Figure 3. Pour une reconstitution du relief quasi-intégral de la surface extérieure quasi-complète de l'objet on peut mettre en 35 oeuvre le système multi-canaux tétraédrique à quatre points 2910123 17 d'illumination et quatre points de prise de vue de l'invention. Le système comprend par exemple, d'une part, pour le dispositif d'illumination de l'objet par des franges, de préférence : - une source lumineuse uniforme la plus homogène possible, 5 - un élargisseur de faisceau, - un écran à cristaux liquides (le masque ), - un commutateur de faisceau optique à quatre sorties, - plusieurs miroirs de renvoi vers l'objet, (dans des variantes le système d'illumination peut comporter d'autres dispositions, 10 notamment en nombre de sources, élargisseurs, écrans et commutateurs dont le type est adapté en conséquence) et, d'autre part, pour la partie d'acquisition et de traitement, de préférence : - quatre caméras, (dans des variantes le nombre de caméras 15 peut être réduit) - un processeur. Les miroirs sont répartis entre quatre systèmes de miroirs et distribués dans l'espace de sorte qu'ils peuvent infléchir un faisceau lumineux selon l'une ou l'autre de quatre incidences 20 possibles, chaque incidence étant définie par un système de miroirs qui permet d'illuminer la surface de l'objet selon un axe de projection/d'illumination propre. Le commutateur de faisceau optique est piloté par l'ordinateur et dirige le faisceau lumineux issu du masque vers 25 l'un ou l'autre des systèmes de miroirs. Ainsi, la surface de l'objet est illuminée de façon séquentielle selon les quatre axes de projection/d'incidence possibles du système multi-canaux tétraédrique de l'invention. Un axe de projection/d'incidence est défini par le segment 30 issu du centre du dernier miroir de chaque chemin possible (lequel miroir réfléchit les franges lumineuses directement sur l'objet pour l'illuminer de franges) et le centre de la surface illuminée. Chaque dernier miroir définit un point d'illumination. Les quatre points d'illumination sont placés aux sommets d'un 35 tétraèdre (ou bien près de ces sommets) au centre duquel se 2910123 18 trouve l'objet à illuminer. Les arêtes issues des points d'illumination et passant par le centre du tétraèdre se confondent avec les axes de projection du système. Les quatre points d'illumination sont à distance suffisante de l'objet en sorte que 5 chaque couple de points d'illumination illumine la surface délimitée par le contour vu selon la pseudo-normale à ladite surface, laquelle pseudo-normale est la médiane des deux axes de projection dans le plan qu'ils définissent ensemble. Chacune des quatre caméras (ou un miroir de renvoi vers 10 une caméra) est placée en un point situé sur une des quatre médianes (issues du centre du tétraèdre précédemment défini, avec une caméra par médiane) des quatre trièdres formés par les quatre triplets d'axes de projection ou bien est placée proche d'une de ces quatre médianes. Chaque caméra est ainsi placée 15 en un point de prise de vue. Les arêtes issues des points de prise de vue et passant par le centre du tétraèdre définissent les axes de prise de vue du système. Les quatre points de prise de vue sont à distance suffisante de l'objet en sorte que les champs de vision de 20 chaque couple de points de prise de vue incluent la surface définie comme précédemment par le couple des deux axes de projection voisins communs aux deux axes de prise de vue du couple de points de prise de vue. Cette disposition est représentée schématiquement Figure 25 4 dans laquelle un objet est place au centre O d'un tétraèdre dont les quatre sommets P11, PI2, PI3 et PI4 forment les quatre points d'illumination. De ces quatre points d'illumination partent le long d'axes de projection/d'illumination P11-O, PI2-O, PI3-O et PI4-O, les faisceaux lumineux porteurs de franges et dirigés vers 30 le centre du tétraèdre et, donc, illuminant l'objet avec des franges. Les quatre axes d'illumination permettent de définir quatre trièdres formés par des triplets d'axes de projection (triplets au nombre de quatre). La médiane de chaque trièdre est le support d'un axe de prise de vue et on a donc quatre axes de 35 prise de vue ainsi définis, PV1,2, PV2,3, PV3,4 et PV1,4. 2910123 19 Le processeur procède à la reconstitution des reliefs partiels distincts définit par chaque couple d'axes de projection et de prise de vue puis grâce à ces reliefs à la reconstitution sans ambiguïté du relief quasi-intégral des différentes surfaces 5 illuminées de l'objet. Grâce à la reconstruction sans ambiguïté et quasi-intégrale de ces surfaces illuminées, le processeur procède à la reconstruction sans ambiguïté du relief quasi-intégral de la surface complète extérieure de l'objet illuminé. Les quatre axes de projection permettent de projeter des 10 franges sur l'objet mais pas obligatoirement le même ensemble de franges lumineuses pour tous les axes. On acquière un ensemble d'images de chacune des six surfaces illuminées et définies par les six couples de points d'illumination. Ces images permettent de recouvrer les reliefs partiels (vus selon les deux 15 couples d'axes projection et acquisition définis par deux axes de projection et un axe d'acquisition ou, encore, un axe de projection et deux axes d'acquisition ou, enfin, un axe de projection et un axe de prise de vue et un autre axe de projection et un autre axe de prise de vue tous les quatre voisins 20 ensembles) de chacune des six surfaces illuminées de l'objet. Ces reliefs partiels permettent de recouvrer sans ambiguïtés la quasi-totalité des détails du relief, c'est-à-dire le relief quasi-intégral, de chacune des six surfaces illuminées de l'objet. Les reliefs quasi-intégraux ainsi recouvrés sans ambiguïté des six 25 possibilités de surfaces illuminées de l'objet permettent de recouvrer sans ambiguïtés également la quasi-intégralité des détails de la surface extérieure complète de l'objet. Il faut noter que le terme quasi (quasi-intégral) est utilisé pour tenir compte des cas généralement exceptionnels où 30 certaines petites parties de l'objet ne recevraient pas d'illumination ou seraient invisibles du fait d'un obstacle de surface comme par exemple un replis, une gorge profonde inclinée par rapport à l'axe d'illumination ou de prise de vue, etc., l'invention permettant, lorsque l'illumination et la 2910123 20 visualisation complètes de la surface sont possibles, de retrouver l'intégralité des détails de surface. On peut également noter que les franges lumineuses mises en oeuvre sont analogiques au sens où la transition entre le 5 minimum de luminosité et le maximum de luminosité est continue c'est à dire est un dégradé de niveaux de gris et non pas un transition abrupte qui serait appelée numérique . Afin d'obtenir de telles franges analogiques , on met en oeuvre un masque/écran à cristaux liquides contrôlable en niveaux de gris. 10 Ceci permet d'améliorer la précision de la reconstruction du relief de la surface illuminée de l'objet. On peut également noter que le pas des franges lumineuses détermine la précision/résolution de la mesure du relief. Plus ce pas est petit, meilleure peut être la précision de mesure de la

méthode

PSM. 15 Cette précision est toutefois également déterminée par la qualité des autres composants du système comme par exemple le pas des niveaux de gris que la caméra d'acquisition peut distinguer et la résolution de la caméra d'acquisition, à savoir le pas de périodicité de ses pixels. Enfin, la qualité de l'algorithme de 20 traitement des images détermine encore et la résolution et la précision de mesure de la méthode PSM. On va maintenant décrire plus concrètement des exemples de mise en oeuvre de l'invention. On considère tout d'abord un objet qui est sensiblement 25 sphérique dont la surface est accidentée (relief complexe) et est illuminée par le système multi-canaux tétraédrique. Le recouvrement de sa surface est complet. Pour permettre l'illumination (et la visualisation) de l'objet au centre du tétraèdre, par le dessous, on peut le poser sur un support 30 transparent (par exemple une lame transparente sur laquelle l'illumination ne peut se réaliser/déposer et qui laisse passer le motif de franges sans le déformer ou dont la déformation peut être prise en compte) ou le maintenir en l'air par un/des fils ou rubans ou, dans une alternative plus complexe, l'amener en 35 rotation contrôlée par le processeur pour l'éclairer de frange et 2910123 21 l'observer sur toutes ses faces. Pour le niveau de précision souhaité dans cet exemple, cinq systèmes de franges décalées par surface illuminée sont nécessaires. La succession des prises de vue est alors la suivante (en référence à la Figures): 5 - P11 illumine avec le système de franges F1, et PV123, PV124 PV134 acquièrent simultanément trois images de franges projetées {IMF1 123 , IMF1 124 , IMF1 134 i}i = 1, ... , 3, les reliefs partiels R123, R124 et R134 de la surface illuminée sont recouvrés selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV décrit 10 précédemment pour chaque triplets un point d'illumination/deux points de prise de vue contenu dans le quadruplet (Pli, PV123, PV124, PV134). - PI2 illumine avec le système de franges F2 et PV123, PV124, PV234 acquièrent simultanément trois images de franges 15 projetées {IMF2 123 , IMF2 124 , IMF2 234 i}i = 1, ... , 3, les reliefs partiels R123, R124 et R234 de la surface illuminée sont recouvrés selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV décrit précédemment pour chaque triplets un point d'illumination/deux points de prise de vue contenu dans le quadruplet (PI2, PV123, 20 PV124, PV234). - PI3 illumine avec le système de franges F3 et PV123, PV134, PV234 acquièrent simultanément trois images de franges projetées {IMF3 123 , IMF3 134 , IMF3 234 i}i = 1,

. , 3, les reliefs partiels R123, R134 et R234 de la surface illuminée sont 25 recouvrés selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV décrit précédemment pour chaque triplets un point d'illumination/deux points de prise de vue contenu dans le quadruplet (PI3, PV123, PV134, PV234). - PI4 illumine avec le système de franges F4 et PV124, PV134, 30 PV234 acquièrent simultanément trois images de franges projetées {IMF4 124 , IMF4 134 , IMF4 234 i}i = 1, ... , 3, les reliefs partiels R124, R134 et R234 de la surface illuminée sont recouvrés selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV décrit précédemment pour chaque triplets un point d'illumination/deux 2910123 22 points de prise de vue contenu dans le quadruplet (PI4, PV124, PV134, PV234). - Chaque triplet de reliefs partiels permet de recouvrer la surface quasi-intégrale d'un hémisphère de la sphère, chaque 5 hémisphère étant illuminé par un point d'illumination car ce point est suffisamment éloigné de la sphère pour cela. II y a quatre surfaces d'hémisphère orientées à 120 les unes de autres. Elles permettent le recouvrement de la surface quasi-intégrale et complète de la sphère.

10 Cet exemple d'un objet de type sphérique correspond à une mise en oeuvre destinée plus généralement au traitement d'un objet dont le relief de la surface n'est a priori pas connu. Cette mise en oeuvre nécessite un phasage complexe et est relativement lourde.

15 On considère maintenant un objet qui est une plaque lisse. Seuls les reliefs de sa surface supérieure et de sa surface inférieure font l'objet du traitement dans cet exemple de mise en oeuvre. Cette plaque est perpendiculaire à l'axe de projection issu du point d'illumination P11. Cette mise en oeuvre, plus 20 simple que la précédente, ne requière que trois systèmes de franges décalées par surface illuminée. La succession des prises de vue est alors la suivante: - P11 illumine avec le système de franges F1 et PV123, PV134 acquièrent simultanément trois images de franges projetées 25 {IMF1 123 i; IMF1 134 }; = 1, ... , 3; le relief intégral (la surface est lisse, sans aspérité ni zone d'ombre) de la surface supérieure de la plaque est recouvré selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV. - PI2 illumine avec le système de franges F2 et PV234 acquière trois images de franges projetées {IMF2 234 ;}; = 1, ... , 3; puis 30 PI3 illumine avec le système de franges F3, PV234 acquière trois images de franges projetées {IMF3 234 ;}; = 1, ... , 3, avec l'ensemble d'images {IMF2 234 j; IMF3 234 }; = 1, ... , 3 , le relief intégral de la surface inférieure de la plaque est recouvré selon l'algorithme à deux canaux 2PI/1 PV.

2910123 23 Cet exemple, dont le phasage est assez simple, est mis en oeuvre lorsque l'application traite un objet dont le relief de la surface est a priori connu (identification d'un objet attendu ou mesure de la conformité du relief par rapport à un modèle 5 donné). On considère maintenant un objet qui est une plaque lisse comportant un relief sur une de ses faces. Seuls les reliefs de sa surface supérieure et de sa surface inférieure font l'objet du traitement dans cet exemple de mise en oeuvre. Cette plaque est 10 perpendiculaire à l'axe de projection issu du point d'illumination P11. La surface supérieure porte un petit promontoire (parallélépipède). Cette mise en oeuvre est encore relativement simple et ne requière que trois systèmes de franges décalées par surface illuminée. La succession des prises de vue est alors 15 la suivante: - P11 illumine avec le système de franges F1 et PV123, PV124, PV134 acquièrent simultanément trois images de franges projetées {IMF1 123 i; IMF1 124 i; IMF1 134 i}i = 1, ... , 3; les reliefs partiels R123, R124 et R134 de la surface illuminées sont 20 recouvrés selon l'algorithme à deux canaux 1 PI/2PV décrit précédemment pour chaque triplet un point d'illumination/deux points de prise de vue contenu dans le quadruplet (Pli, PV123, PV124, PV134); puis, le relief intégral de la surface supérieure de la plaque est recouvré grâce aux trois reliefs partiels. 25 - PI2 illumine avec le système de franges F2, PV234 acquière trois images de franges projetées {IMF2 234 ;}; = 1, ... , 3; puis PI3 illumine avec le système de franges F3, PV234 acquière trois images de franges projetées {IMF3 234 ;}; = 1, ... , 3; avec l'ensemble d'images {IMF2 234 j; IMF3 234 }; = 1, ... , 3 , le relief intégral de la 30 surface inférieure de la plaque est recouvré selon l'algorithme à deux canaux 2PI/1 PV. Cet exemple de mise en oeuvre, dont le phasage est encore assez simple, a nécessité une acquisition supplémentaire par rapport à l'exemple précédent à cause de zones partiellement 35 aveugles (c'est à dire aveugle pour un seul duet : point 2910123 24 d'illumination / point de prise de vue) causées par le promontoire pour chaque triplet 1 PI/2PV qui traite la surface supérieure. On voit donc que dans le système multi-canaux tétraédrique de l'invention, aucun ajustement matériel n'est nécessaire (pas de 5 déplacement des points d'illumination/de prise de vue ou de l'objet). Seul un changement dans le traitement des images a été requis. Le système multi-canaux tétraédrique de l'invention est donc flexible et complet. On doit remarquer que si les points d'illumination sont 10 placés à distance suffisante de l'objet traité, chaque axe d'illumination illumine une étendue définie de la surface de l'objet traité laquelle étendue recoupe généralement une partie de l'étendue illuminée par chacun des trois autres axes d'illumination sauf géométrie exceptionnellement défavorable de 15 l'objet traité. On comprend qu'il est souhaitable qu'il en soit ainsi afin de ne laisser aucune étendue de la surface de l'objet traité non illuminée et donc non traitée. Il est également préférable de ne pas laisser plusieurs canaux illuminer en même temps une même surface de l'objet 20 traité afin de ne pas détruire l'information portée par les images frangées de chaque canal d'illumination. Toutefois, il est possible de multiplexer ces différentes images par la couleur d'illumination des franges comme cela sera indiqué ultérieurement.

25 On va maintenant donner quelques exemples de configurations matérielles du système multi-canaux tétraédrique de l'invention. Une première configuration, dite triviale comporte quatre sources de lumière, quatre élargisseurs de faisceau, 30 quatre écrans à cristaux liquides et quatre caméras. Dans cette configuration triviale , la précision de la mesure est la meilleure car la projection des motifs et l'acquisition par les caméras sont directes et donc sans déformations de l'image frangées par des composants intermédiaires. Toutefois, cette 35 configuration matérielle est d'un coût relativement élevé.

2910123 25 Une deuxième configuration, dite économique comporte une source de lumière, un élargisseur de faisceau, un écran à cristaux liquides placé immédiatement après l'élargisseur de faisceau, une caméra, trois commutateurs optiques à une entrée 5 et deux sorties (1X2) et trois commutateurs à deux entrées et une sortie (2X1). Les trois commutateurs 1X2 sont destinés à commuter la lumière émise par la source vers un des quatre chemins menant chacun à un des quatre points d'illumination en plaçant un commutateur 1X2 à chaque sortie du commutateur 10 1X2 dont l'entrée capte la lumière émise par la source, les sorties de deux commutateurs en aval alimentant chacune un des chemins menant à un des quatre points d'illumination. Les trois commutateurs 2X1 sont destinés à commuter la lumière issue de chaque point de prise de vue vers la caméra en plaçant 15 un commutateur 2X1 en sorte qu'il capte la lumière issue de deux chemins venant de deux points de prise de vue et un commutateur 2X1 en sorte qu'il capte la lumière issue des deux autres chemins venant des deux autres points de prise de vue et en plaçant le troisième commutateur 2X1 en sorte qu'il capte la 20 lumière issue des sorties des deux commutateurs 2X1 précédents et que sa sortie illumine la caméra. Enfin, un jeu de miroirs (de préférence presque parfaits ) complète la configuration pour orienter les quatre chemins amenant la lumière aux quatre points d'illumination et les quatre chemins 25 venant des quatre points de prise de vue. Dans une variante de cette deuxième configuration, on utilise à la place des commutateurs 1X2 et 2X1 précédemment indiqués, des commutateurs qui sont un commutateur à une entrée et quatre sorties (1X4) et un commutateur à quatre 30 entrées et une sortie (4X1). Le commutateur 1X4 commute la lumière émise par la source vers l'un des quatre chemins menant chacun à un des quatre points d'illumination et le commutateur 4X1 commute la lumière issue de chacun des quatre chemins venant chacun des quatre points de prise de vue vers la caméra.

35 De même que précédemment, un jeu de miroirs complète cette 2910123 26 configuration afin d'orienter les quatre chemins amenant la lumière aux quatre points d'illumination et les quatre chemins venant des quatre points de prise de vue. Ces deuxièmes configurations donnent une précision de 5 mesure légèrement moindre que celle de la première configuration à cause des petites déformations des images introduites par l'imperfection des miroirs et c'est donc pour cela que, de préférence, on utilise des miroirs presque parfaits . On peut noter qu'une étape d'étalonnage sur un objet étalon peut 10 permettre de prendre en compte ces imperfections (et/ou d'autres) et d'effectuer des corrections lors des mesures sur les objets à mesurer. En contrepartie, le coût de ces deuxièmes configurations matérielles est moindre que pour la première. Une troisième configuration matérielle est dérivée des 15 deuxièmes configurations et comporte les mêmes éléments sauf qu'il y a quatre écrans à cristaux liquides au lieu d'un seul, chaque écran étant placé entre l'un des quatre points d'illumination et l'objet traité. La précision de la mesure est meilleure que celle des deuxièmes configurations grâce à 20 l'absence de déformations des motifs projetés, absence due à l'élimination des composants intermédiaires entre les écrans à cristaux liquides et la surface de l'objet traité. Le coût de cette troisième configuration matérielle est bas mais un peu plus élevé que le coût des deuxièmes configurations.

25 Une quatrième configuration matérielle est dérivée des deuxièmes configurations et permet d'obtenir un compromis entre le coût et la précision. Cette quatrième configuration comporte les mêmes éléments que ceux des deuxièmes configurations mais avec quatre caméras placées chacune en un 30 des quatre points de prise de vue et seulement trois commutateurs 1X2 ou un commutateur 1X4 qui commutent la lumière émise par la source vers l'un des quatre chemins menant aux quatre points d'illumination à la fois. La précision de la mesure obtenue en est meilleure que celle des deuxièmes et 35 troisième configurations car l'acquisition par les caméras est 2910123 27 directe et donc sans déformations de l'image frangées par des composants intermédiaires. Toutefois, le coût en est un peu plus élevé que ceux des deuxièmes et troisième configurations mais moins élevé que celui de la première configuration.

5 Une cinquième configuration matérielle est dérivée de la quatrième configuration et permet d'obtenir également un compromis entre le coût et la précision. Cette cinquième configuration comporte les mêmes éléments que ceux de la quatrième configuration mais avec quatre écrans à cristaux 10 liquides placés chacun entre un des quatre points d'illumination et la surface de l'objet traité. La précision de la mesure obtenue en est meilleure que celle de la quatrième configuration car la projection des motifs et l'acquisition par les caméras sont directes et donc sans déformations de l'image frangées par des 15 composants intermédiaires. Toutefois, le coût en est un peu plus élevé que celui de la quatrième configuration mais moins élevé que celui de la première configuration. On va maintenant décrire plus en détail les modalités de pilotage pour mise en oeuvre de l'invention.

20 Il existe trois modalités de pilotages possibles pour le système multi-canaux tétraédrique de l'invention. Chaque modalité de pilotage comporte différentes phases d'illuminations / acquisitions dont quelques exemples sont fournis dans la suite. Une première modalité consiste en un pilotage complet 25 dans lequel tous les quadruplets définis par un point d'illumination et trois points de prise de vue fonctionnent et, cela, les uns après les autres (une illumination et trois ensembles d'acquisitions). Ainsi, pour chaque axe de projection, trois ensembles d'images acquises sont disponibles pour 30 traitement, un ensemble par axe de prise de vue. L'information obtenue est la plus complète possible mais le temps d'acquisition est le moins optimisé et l'utilisation des ressources informatiques est la plus lourde. Toutefois, les trois points de prise de vue fonctionnant simultanément, le temps d'acquisition 35 par quadruplet est le même que pour un système à un canal 2910123 28 simple (un point d'illumination, un point de prise de vue) mais, par contre, le temps de traitement est plus long car il y a plus d'information à traiter. Il est à noter que les quadruplets peuventêtre, dans une 5 variante, définis par un point de prise de vue et trois points d'illumination adjacents. Ainsi, pour chaque axe de prise de vue, trois ensembles d'images acquises sont disponibles pour traitement, un ensemble par axe de projection. Toutefois et au contraire de l'exemple de quadruplets précédent où les trois 10 points de prise de vue peuvent acquérir leurs images simultanément, les quadruplets trois points d'illumination / un point de prise de vue oblige le point de prise de vue à acquérir toutes ces images séquentiellement, chaque point d'illumination illuminant l'un après l'autre afin de ne pas détruire les motifs de 15 franges projetés par chacun des différents points d'illumination. Ce dernier mode de pilotage présente toutefois peu d'intérêt notamment en ce qui concerne le temps d'acquisition qui est le plus long pour le système multi-canaux tétraédrique de l'invention. (sauf multiplexage colorimétrique).

20 Une deuxième modalité consiste en un pilotage semicomplet. Cette modalité correspond à la précédente sauf que certains ou tous les quadruplets sont réduits à des triplets (un point d'illumination et seulement deux points de prise de vue adjacents) et que seuls les quadruplets ou triplets nécessaires 25 au recouvrement du relief quasi-intégral de la surface complète de l'objet traité fonctionnent afin d'éviter toute information redondante inutile. Le temps d'acquisition et l'utilisation des ressources informatiques sont améliorés. Le degré de complexité du relief de la surface de l'objet traité et le degré de complexité 30 de la géométrie de ce même objet déterminent le nombre de quadruplets et/ou de triplets nécessaires au traitement voulu. Une troisième modalité consiste en un pilotage optimisé dans lequel un canal d'illumination et une caméra d'un axe de prise de vue adjacent fonctionnent à la fois, les différents 35 couples ou duets points d'illumination/point de prise de vue 2910123 29 fonctionnant les uns après les autres. Les duets axe d'illumination/axe de prise de vue sont choisis de telle sorte que l'information nécessaire au traitement de la surface de l'objet traité soit suffisante pour recouvrir le relief quasi-intégral de 5 cette surface complète mais soit aussi réduite au minimum nécessaire pour cela. Toutefois, si deux duets ont un point d'illumination en commun et que cela est nécessaire au bon recouvrement de relief quasi-intégral de la surface illuminée, il est clair que ces deux duets doivent fonctionner en même temps, 10 c'est à dire constituer à nouveau un triplet. De même pour trois duets avec un point d'illumination en commun: ils se rassemblent en un quadruplet. Ainsi, le temps d'acquisition est optimisé et l'utilisation des ressources informatiques également. Cette procédure de pilotage n'est réalisable que si le relief et la 15 géométrie de l'objet traité sont suffisamment simples. On comprend que l'invention peut être déclinée de nombreuses manières sans pour autant sortir du cadre défini par l'objet de ses revendications. Ainsi, bien que la méthode FP-PSM soit la plus adaptée 20 pour le système multi-canaux tétraédrique de l'invention, d'autres méthodes peuvent être mises en oeuvre avec un tel système pour résolution du relief intégral (ou quasi intégral) de la surface extérieure complète d'un objet en trois dimensions. De même en ce qui concerne la structure du système, le nombre de 25 sources lumineuses, d'élargisseurs et d'écrans à cristaux liquides pour génération des franges peut être compris entre un (comme décrit ci-dessus) et quatre, le/les systèmes de commutation de faisceaux d'illumination par franges et miroirs de renvoi vers l'objet étant prévus en conséquence. Il peut en être 30 de même pour le nombre de caméra(s), compris entre une et quatre, et avec moins de quatre caméras, des moyens (miroir(s) commutable(s), déplacement(s) de caméra(s)...) pour permettre des prises de vues à partir des quatre emplacements sont prévus pour permettre la répartition géométrique décrite. De plus le/les 35 systèmes de commutation de faisceaux d'illumination peuvent, 2910123 30 dans certaines variantes de réalisation, être combinés aux miroirs, le miroir jouant le rôle de moyen de commutation de faisceau. Enfin, en aval de la mesure, de nombreuses applications sont possibles, simple visualisation 3D sur écran 5 2D, visualisation dans l'espace par moyens de visualisation 3D, pilotage d'une machine de photo-polymérisation d'objets 3D ou d'une machine d'usinage... Par ailleurs, si, de préférence, les franges lumineuses sont noires et blanches avec niveaux de gris intermédiaire (franges 10 analogiques), on peut appliquer l'invention à des franges de couleurs, plusieurs dispositifs d'illumination, chacun d'une couleur spécifique, étant mis en oeuvre pour multiplexage colorimétrique, la/les caméras couleurs et l'équipement informatique pouvant différentier les franges d'illumination en 15 fonction de la couleur lors d'illuminations simultanées de l'objet à partir de plusieurs points d'illumination. On peut également répéter les mesures avec des dispositions et structures de franges différentes (orientation et/ou fréquence du motif et/ou fréquence différente selon la position sur la surface de l'objet... 20 suite à un processus itératif d'adaptation pour rechercher une amélioration de la précision notamment dans des zones de surface particulière de l'objet) notamment pour améliorer la qualité des résultats. Enfin, une ou plusieurs étapes d'étalonnage avec des objets étalon peuvent permettre de 25 prendre en compte et corriger des aberrations optiques diverses et/ou de légers décalages dans la disposition des éléments du système lors des mesures ultérieures sur les objets à mesurer...FT: PROCEDE OPTICO-INFORMATIQUE DE MESURE 3D DE LA SURFACE EXTERIEURE D'UN OBJET EN RELIEF PAR PROJECTION DE FRANGES ET UTILISATION D'UNE METHODE A DECALAGE DE PHASE, SYSTEME CORRESPONDANT

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé optico-informatique de mesure 3D de la surface extérieure d'un objet en relief par projection de franges sur ledit objet et utilisation d'une méthode à décalage de phase, les franges étant projetées sur l'objet par au moins un dispositif d'illumination, des images de l'objet frangé étant prises selon plusieurs axes de prise de vue avec au moins un moyen de prise de vue, lesdites images étant transmises à un équipement informatique comportant un programme de calcul de relief à partir des images, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre quatre axes de projection des franges sur l'objet, l'origine de chaque axe de projection étant considéré comme un point d'illumination disposé sensiblement à chacun des quatre sommets d'un tétraèdre virtuel, l'objet étant placé sensiblement au centre dudit tétraèdre, et en ce que l'on réalise les prises de vue à partir de quatre points de prise de vue disposés sensiblement le long de quatre axes de prise de vue, chacun des axes de prise de vue étant la médiane d'un des quatre trièdres formés par les quatre triplets d'axes de projection, les quatre points de prise de vue étant à une distance de l'objet telle qu'en chaque point de prise de vue, chaque image inclut au moins une partie de chacune des trois surfaces de l'objet pouvant être éclairée par les trois points d'illumination du triplet d'axes de projection définissant par sa médiane l'axe de prise de vue dudit point de prise de vue, et en ce que l'on acquière dans l'équipement informatique un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les quatre points d'illumination proviennent d'au moins un et jusqu'à quatre dispositifs d'illumination par des franges, et en ce que l'on dispose ledit/lesdits dispositif aux points d'illumination et/ou le/les illuminations dudit/desdits moyens sont redirigées 2910123 32 par au moins un miroir et/ou ledit/lesdits moyens sont déplaçables physiquement.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les quatre points d'illumination proviennent d'un seul dispositif 5 d'illumination, et en ce que l'on redirige l'illumination dudit moyen le long de l'axe de projection correspondant par un ensemble de miroirs.

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le/les miroirs sont commandés par l'équipement 10 informatique.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre pour chaque dispositif d'illumination une source lumineuse, un élargisseur de faisceau et un écran à cristaux liquide commandé 15 par l'équipement informatique pour y former un motif de franges.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre des franges lumineuses qui sont analogiques.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que l'on met en oeuvre quatre moyens de prise de vue indépendants et fixes, qui sont disposés aux points de prise de vue.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour les prises de vue on 25 illumine séquentiellement l'objet selon les quatre axes de projection, pour acquérir un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination.

9. Système de mesure 3D de la surface extérieure d'un 30 objet pour la mise en oeuvre du procédé de l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif d'illumination de l'objet par des franges et une partie d'acquisition d'images et de calcul de relief dans un équipement informatique comportant un programme à partir desdites images acquises par au moins un moyen de prise de 2910123 33 vue, le/les dispositifs d'illumination permettant la projection sur l'objet de franges selon quatre axes de projection, l'origine de chaque axe de projection étant considéré comme un point d'illumination disposé sensiblement à chacun des quatre 5 sommets d'un tétraèdre virtuel, l'objet étant placé sensiblement au centre dudit tétraèdre, et les prises de vue sont effectuées à quatre points de prise de vue disposés sensiblement le long de quatre axes de prise de vue, chacun des axes de prise de vue étant la médiane d'un des quatre trièdres formés par les quatre 10 triplets d'axes de projection, les quatre points de prise de vue étant à une distance de l'objet telle qu'en chaque point de prise de vue, chaque image inclut au moins une partie de chacune des trois surfaces de l'objet pouvant être éclairée par les trois points d'illumination du triplet d'axes de projection définissant par sa 15 médiane l'axe de prise de vue dudit point de prise de vue, et en ce que l'équipement informatique comporte des moyens pour acquérir un ensemble d'images de chacune des six surfaces pouvant être illuminées et définies par six couples de points d'illumination. 20

10. Système de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif d'illumination comporte une source lumineuse, un élargisseur de faisceau et un écran à cristaux liquide commandé par l'équipement informatique pour y former un motif de franges.