FR2913266A1 - Procede de determination des dimensions et/ou du volume d'un objet a distance,et dispositif concu pour la mise en oeuvre dudit procede. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination des dimensions d'un objet à distance et du volume, notamment d'une grume d'arbre sur pied, par lequel un utilisateur éloigné effectue des mesures à distance en visant ledit objet en au moins deux points distincts dudit objet (H et B ), dits haut et bas,ledit procédé comprenant les étapes suivantes :- pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (dh ou dh ) séparant l'utilisateur du point visé (H ou B ),- pour chaque point visé (H ou B), on mesure alphah ou betah, d'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance dh ou dh),- pour chaque point visé (H ou B), on prend par l'intermédiaire d'une unité de vision une image photographique numérique du point visé (H ou B), l'image numérique englobant totalement la section dudit objet à mesurer passant par le point visé (H ou B ),- pour chaque point visé (H ou B), on détermine le diamètre (φh ou φb) de ladite section audit point visé (H ou B) à partir des caractéristiques de l'image numérique et du grandissement obtenu des paramètres de l'unité de vision et de la distance de visée (dh ou db),- on calcule la hauteur (h) dudit objet comprise entre lesdits deux points (H et B ) à partir desdites distances de visée (db et db) et desdits angles d'inclinaison (alphah et betah),- on calcule le volume compris entre les deux sections passant par les points (H et B ) dudit objet à mesurer à partir de ladite hauteur (h) et des deux diamètres (φh et φb) sous une hypothèse tronconique de la forme dudit objet.

Description

L'invention concerne un procédé de détermination des dimensions et/ou du

volume d'un objet à distance, ainsi qu'un dispositif conçu pour la mise en oeuvre dudit procédé. L'invention concerne également l'utilisation d'un tel dispositif, notamment dans le domaine forestier, du bâtiment, de la gestion animalière, etc. Dans ce qui suit, le principe de l'invention sera décrit en s'appuyant sur une de ses utilisations, à savoir la dendrométrie. La dendrométrie a pour objet la mesure des caractéristiques géométriques des arbres, principalement en vue de la gestion forestière. Elle permet en particulier la mesure de volume ou cubage d'une grume d'arbre sur pied. C'est pratiquement le dernier maillon de la chaîne d'exploitation du bois qui ne soit pas encore optimisé. Actuellement, il existe différents types d'appareils optiques utilisés pour ces mesures. Bien que très répandus, ces appareils présentent plusieurs inconvénients. Premièrement, la plupart de ces appareils ne permettent de mesurer que les hauteurs. Deuxièmement, la plupart de ces appareils nécessitent une mise à distance dont la précision de la mesure dépend fortement. L'opérateur utilisant le système de mesure, doit se trouver à une distance standard, typiquement de 15 à 30 m par rapport à la grume pour effectuer la mesure. Troisièmement, certains appareils nécessitent la pose d'une mire sur la grume.

Ces trois points conduisent à une difficulté majeure car le pied de la grume peut être difficilement accessible, non visible, ce qui entraîne une perte de temps donc de rentabilité de l'opération. En outre, ces appareils sont en général d'utilisation complexe, lents, peu fiables et d'une précision très fortement dépendante de la qualité de l'opérateur. Ils ne sont pas informatisés et ne permettent donc pas facilement d'archiver les informations dendrométriques en vue d'un traitement statistique.

Malgré les avantages des systèmes plus évolués qui utilisent pour la mise à distance et la mesure des hauteurs des unités télémétriques, ces appareils ne permettent qu'une estimation grossière du volume de grume par mesure de la hauteur, mesure au compas forestier du diamètre au bas de la grume et estimation visuelle du diamètre en haut de grume, en limite du houppier, zone qui ne se trouve pas forcément visible sans déplacement. Par ailleurs, les dispositifs existants actuellement sur le marché nécessitent d'être en position stable pour effectuer une mesure correcte ce qui requiert la mise en oeuvre d'un procédé de stabilisation donc un coût en temps important pour effectuer une mesure. Le but de l'invention est de proposer un procédé de détermination des dimensions d'un objet à distance qui pallie les inconvénients précités, notamment en ce qui concerne la fiabilité des mesures obtenues, et qui permette l'accès à distance aux grandeurs géométriques caractéristiques, par exemple, d'une grume d'arbre sur pied, ainsi que leur archivage informatique. Un autre but de la présente invention est de proposer un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne tout d'abord un procédé de détermination des dimensions d'un objet à distance et du volume de ce dernier s'il est de forme particulière (section circulaire ou quasi circulaire). Cet objet peut être notamment une grume d'arbre sur pied par lequel un utilisateur éloigné effectue des mesures à distance en visant ledit objet, en au moins deux points distincts dudit objet (H ou B) dits haut et bas. Ce fonctionnement de l'invention est baptisé utilisation 3D . Un fonctionnement simplifié baptisé utilisation 2D permet avec ladite invention de déterminer, pour une cible choisie par l'utilisateur (objet, animal, etc.), les dimensions dans un plan perpendiculaire à la direction de visée. Dans un fonctionnement utilisation 3D , les déterminations de la hauteur et du volume s'effectuent dans le mode le plus simple à partir de la visée d'au moins deux points distincts de ladite grume dits haut et bas (H et B ), permettant la détermination de la hauteur h de grume comprise entre les dits points visés, et de la détermination des deux diamètres Oh et Oh présentés par la grume en ces dits points. Dans le mode le plus simple de l'invention, les déterminations de la hauteur et du volume comprend les étapes suivantes : - pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (d1, ou dh) séparant l'utilisateur du point visé (H ou B ), pour chaque point visé (H ou B), on mesure ah ou Nh , angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance d,; ou dh ), - pour chaque point visé (H ou B), on prend par l'intermédiaire d'une unité de vision une image photographique numérique du point visé (H ou B), l'image numérique englobant totalement la section de ladite grume à mesurer passant par le point visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B ), on détermine le diamètre (O,, ou Oh) de ladite section circulaire audit point visé (H ou B) à partir des caractéristiques de l'image numérique et du grandissement obtenu des paramètres de l'unité de vision et de la distance de visée (dh ou db), on calcule la hauteur h de ladite grume comprise entre lesdits deux points H et B à partir desdites distances de visée (dh et dh) et desdits angles d'inclinaison (a,, et p3h ), - on calcule le volume compris entre les deux sections passant par lesdits deux points H et B de ladite grume à mesurer à partir de ladite hauteur h et des deux diamètres Oh et O,, sous une hypothèse tronconique de la forme de ladite grume. 3 Selon l'invention, clans des modes de fonctionnement plus élaborés, il est possible d'estimer le volume de ladite grume même si celle-ci est en partie masquée par le houppier ou des taillis. Selon l'invention, il est possible d'éliminer du volume cubé de la grume, une certaine quantité de matière située sous la limite du houppier et au-dessus du pied. Cette quantité éliminée pour ne cuber que la partie noble de l'objet est fixée par l'utilisateur. On peut penser à d'autres usages possibles, tels par exemple dans la gestion animalière (pour mesurer à distance, donc sans capture, la taille d'animaux sauvages ou domestiques) ou encore dans le bâtiment et l'architecture (détermination des dimensions d'éléments architecturaux). On utilise alors l'utilisation dite utilisation 2D de l'invention qui, en positionnant des curseurs sur l'image numérique de la cible (l'animal ou l'objet) et connaissant la distance à celle-ci, permet de calculer les dimensions réelles de la cible dans un plan perpendiculaire à la direction de visée. L'invention concerne également un dispositif de mesure utilisé pour la mise en oeuvre du procédé décrit dans la présente invention, comprenant : - des moyens pour mesurer la distance séparant l'utilisateur du point visé sur ledit objet à mesurer (télémètre laser), - des moyens pour mesurer l'angle d'inclinaison entre la direction de visée et l'horizontale (inclinomètre), - des moyens pour prendre l'image numérique des régions environnant les points visés sur ledit objet à mesurer, - des moyens pour visualiser les images numériques, - des moyens pour positionner sur l'image numérique et dans certains modes d'utilisation, des curseurs, des marqueurs, fenêtres ou autres éléments de ce type, - des moyens d'interfaçage et de communication entre les différents éléments constitutifs dudit dispositif, - des moyens électroniques et informatiques pour traiter et archiver les mesures. L'invention concerne en outre l'utilisation d'un tel dispositif dans le domaine forestier et/ou du bâtiment. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 représente les paramètres de mesure de la hauteur h d'une grume selon un premier mode de réalisation (noté mode (2û2 en utilisation 3D , - la figure 2 représente les paramètres de mesure de la hauteur h d'une grume selon un deuxième mode de réalisation (noté mode (4û2)) en utilisation 3D , - la figure 3 représente schématiquement la formation d'une image de la grume par l'intermédiaire de l'unité de vision, - la figure 4 représente schématiquement la détermination du diamètre d'une grume selon la configuration dite manuelle en utilisation 3D , - la figure 5 représente schématiquement la détermination du diamètre d'une grume selon la configuration dite semi-automatique en utilisation 3D , - la figure 6 représente schématiquement la détermination du diamètre d'une grume selon la configuration dite automatique en utilisation 3D , - la figure 7 représente schématiquement les paramètres d'évaluation du volume de la grume en l'absence d'hypothèse tronconique, c'est-à-dire selon le troisième mode de réalisation (noté mode (n+2ûn)) en utilisation 3D , -la figure 8 représente schématiquement le fonctionnement en utilisation 2D , - les figures 9, 10 et 11 représentent respectivement les vues, arrière et avant, latérale et de dessus d'une réalisation possible mais non limitative de l'invention. L'invention concerne tout d'abord un procédé de détermination des dimensions d'un objet à distance et du volume de ce dernier s'il est de forme particulière (section circulaire ou quasi circulaire). Cet objet peut être notamment une grume d'arbre sur pied sur lequel un utilisateur éloigné effectue des mesures à distance en visant ladite grume. Ce fonctionnement de l'invention est baptisé utilisation 3D . Un fonctionnement simplifié baptisé utilisation 2D permet de déterminer avec ladite invention, les dimensions choisies par l'utilisateur d'un objet, d'un animal, etc. dans un plan perpendiculaire à la direction de visée.

Dans un fonctionnement utilisation 3D , les déterminations de la hauteur et du volume s'effectuent dans le mode le plus simple à partir de la visée d'au moins deux points distincts de ladite grume dits haut et bas (H et B ), permettant la détermination de la hauteur h de grume comprise entre les dits points visés, et de la détermination des deux diamètres 0h et 0h présentés par la grume en ces dits points. Dans le mode le plus simple de l'invention, les déterminations de la hauteur et du volume comprend les étapes suivantes - pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (dh ou dh) séparant l'utilisateur du point visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B), on mesure ah ou ph, angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance d,, ou dh ), - pour chaque point visé (H ou B), on prend par l'intermédiaire d'une unité de vision une image photographique numérique du point visé (H ou B), l'image numérique englobant totalement la section de ladite grume à mesurer passant par le point visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B ), on détermine le diamètre (Oh ou 0h) de ladite section circulaire audit point visé (H ou B) à partir des caractéristiques de l'image numérique et du grandissement obtenu des paramètres de l'unité de vision et de la distance de visée (d,, ou dh ), - on calcule la hauteur h de ladite grume comprise entre lesdits deux points H et B à partir desdites distances de visée (dh et dh) et desdits angles d'inclinaison (a,, et /1, ), - on calcule le volume compris entre les deux sections passant par lesdits deux points H et B de ladite grume à mesurer à partir de ladite hauteur h et des deux diamètres 0 et Oh sous une hypothèse tronconique de la forme de ladite grume. En utilisation 3D , la détermination du volume d'une grume sur pied est effectuée à partir de mesures de hauteurs et de diamètres. La mesure des hauteurs et des diamètres peut s'effectuer selon plusieurs modes et configurations. Trois modes différents sont possibles pour la mesure des hauteurs (mode (2û2), mode (4û2), mode (n+2ûn)) et trois configurations différentes sont possibles pour la mesure des diamètres (manuelle, semi-automatique et automatique).

La détermination de la hauteur s'effectue dans le mode le plus simple, à partir de la visée d'au moins deux points distincts de la grume dits haut et bas (H et B), permettant la détermination de la hauteur h de grume comprise entre lesdits points visés, et de la détermination des deux diamètres 0, et Oh présentés par la grume en ces dits points.

Ce mode de fonctionnement est dénommé mode (2û2), car il nécessite la mesure de deux angles et de deux distances pour déterminer la hauteur h. Ce mode de fonctionnement est illustré à la figure 1. La méthode induisant le moins d'erreurs est celle qui consiste à mesurer, pour chaque point intéressant, essentiellement le haut et le bas de la grume, l'angle par rapport à l'horizontale et la distance entre l'utilisateur et le point visé sur la grume . Dans le mode (2-2), la détermination de la hauteur h comprend les étapes suivantes : - pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (d,, ou dh) séparant l'utilisateur du ipoint visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B), on mesure ah ou A, , l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance dh ou dh ), - on calcule la hauteur h dudit objet à partir desdites distances de visée (d), et dh) et desdits angles d'inclinaison (ah et A ), Les distances d,, et d,, , respectivement distance de visée haute et distance de visée basse de l'arbre, sont données par un télémètre laser et les angles a,, et p3, relatifs à l'horizontale sont donnés par un inclinomètre. La hauteur utile h dudit objet s'en déduit alors selon : h = \/d,; + di; - 2dhdh cos(ah - /3h ) Selon la figure 1, la mesure est effectuée avec ah > 0 et /3h < O. L'expression donnant la hauteur h et donc la mesure reste valable si ah < 0 et Nh < 0 ou si a,, > 0 et /3h > 0 autorisant ainsi des mesures respectivement en plongée ou en contre-plongée.

Cette façon de procéder tient naturellement compte de l'inclinaison possible de la grume clans le plan de la figure. Par contre, dans cette version, l'invention ne peut prendre en compte une inclinaison perpendiculaire au plan de la figure. Ceci ne peut être réalisé que par l'adjonction, au système existant, d'un codeur de type boussole électronique de haute précision. Dans le cas où les points haut et bas, ici la limite du sol et la limite du houppier ne sont pas en visibilité directe du télémètre laser, la mesure ne peut être effectuée selon le mode précédemment décrit (mode (2-2 . La non visibilité peut résulter (et c'est souvent le cas lors de la mesure d'une grume sur pied), de la présence de taillis gênant ainsi la prise de mesure basse ou par le feuillage de branches retombantes empêchant la prise de mesure haute. Dans ce cas selon la présente invention, la hauteur h dudit objet peut être calculée à partir de deux visées en des points H et B en visibilité des moyens pour mesurer la distance de visée, télémètre, et de quatre angles d'inclinaison par rapport à l'horizontale ah,,,,p, ah, /3h et /3pied correspondant respectivement aux angles de la direction de la limite du houppier, de la direction de visée haute au point H , de la direction de visée basse au point B et de la direction de la limite du pied. Ce mode de réalisation est appelé mode (4-2) est illustré à la figure 2 . La hauteur totale h dudit objet est alors obtenue selon : -Id dhoup +d' pied '- houp d piiid cos (ahoup -fi ) pied Dans la formule précédente, on entend par dhQ,,p la distance estimée entre l'invention et la limite du houppier de la grume. De même, on entend par dp,ed, la distance estimée entre l'invention et le pied de la grume. Ces distances sont données à partir des mesures par : dhdh sin(ah -13h ) pies, = dh sin(/3p,e,, - f3h) - d,, sin(f p,e! - ah ) dhdh sin(ah - fh ) dhuup = dh Sin(ahoup ù / h) ù dh sin(ahoup ù ah ) Dans certains cas, on peut chercher à déterminer avec une meilleure précision la forme de la grume et surtout la forme mathématique de sa décroissance métrique. Pour avoir une estimation très précise de la forme de la grume, après avoir effectué une visée haute à la limite du houppier et une visée basse soit le pied de la grume à la limite du sol, une répétition de mesures de diamètres permet d'obtenir un nombre suffisant de valeurs qui pourront être approximées par un polynôme dont l'ordre est fixé par l'utilisateur ; le nombre de diamètres mesurés étant lui aussi fixé par l'utilisateur. Ce mode de fonctionnement est noté mode (n+ 2-n) , c'est-à-dire qu'il nécessite la mesure n+2 angles et de n distances. Les deux visées les plus extrêmes qui ne sont constituées que des mesures d'angle servent au calcul de la hauteur h comme pour le cas du mode (4-2), hauteur donnée par : h= /2 2 dhnup +dpied dhnup dp,ed cos(ahoup û pied Les distances dh,,,,i, et dp1,d intervenant dans l'expression précédente sont ici données par des moyennes : ,=I,n;j =1,n d,a'1 sin(a, - f,) d i sin(/3p,ed -- N j) -- d, sin(f pied ù ai ) ,≠, ,=I,n;j=I,n d,d, /sin(a, - fil) dl sin(ahoap -- N j) -- di sin(ahonp ù a, ) di et dj sont respectivement les distances des visées aux i,cme et feule points de mesure appartenant à la grume, a, et /3, les angles correspondant des directions de visée par rapport à l'horizontale. Le symbole ( ) tient pour moyenne. Selon la présente invention et tel que montré à la figure 3, le diamètre 0 ou dimension transversale A0Bo = q$ de l'objet visé (en particulier une grume) est calculé à partir de la dimension transversale A,B, son image sur l'unité de vision numérique. Plus précisément, A;B; est donné connaissant la taille 1p d'un pixel de l'imageur de l'unité de vision et du nombre de pixels Ni constituant la dimension transversale de l'image de l'objet visé selon A.B. =Nlp. La figure 3 présente la formation de l'image d'une grume par l'unité de vision. La grume est schématisée par le plan objet 1 et l'optique de l'unité de vision est schématisée par la lentille équivalente 2 de distance focale f.

Dans le cas où le plan image 3 coïncide, après une mise au point, avec l'imageur de l'unité de vision, on a dans la description de Snell-Descartes (origine au centre optique O) et tel que montré à la figure 3 : 10 h= 1 1 1 et G = A' B' = 1?; p, po f A,,Bo po p, représente la distance algébrique du centre optique au plan image 3, po la distance algébrique du centre optique de l'unité de vision au centre de la grume 1, f la focale de l'optique 2 de l'unité de vision et G, le grandissement transversal . po est directement donné à partir de la mesure télémétrique Ainsi, dans le cas d'une mise au point (coïncidence de la surface sensible de l'unité de vision et du plan image), le diamètre de la grume est simplement donné par : 0 = AoBa = A,B = 2Nl f u p; En utilisant la description de Newton (origines aux foyers) cette dernière relation peut encore s'écrire (en utilisant x0 = po + f) : f ' p Les diamètres des grumes mesurées pouvant varier de façon importante comme de même la distance de l'invention à la grume, il est 15 nécessaire de prévoir une modification de la focale de la lentille 2 de façon à ce que l'image de la grume occupe une surface la plus importante possible sur l'imageur de l'unité de vision. L'utilisation d'un zoom classique entraînerait une difficulté car la précision sur la mesure du diamètre est proportionnelle à celle sur la valeur 20 de la focale. Le codage de la focale avec une précision suffisante entraînerait un surcoût, un surcroît de poids et d'encombrement et une difficulté supplémentaire en terme d'étalonnage de chaque appareil. Selon l'invention, le choix est donc fait d'un zoom à focales discrètes où seul un nombre limité de valeurs de focale est possible. Sur la 25 gamme des diamètres mesurés, le choix des valeurs de focale est réalisé en imposant que les images données sur l'imageur de l'unité de vision en couvrent au moins une certaine surface. 10 0=A0B0=x Nl Puisqu'à une plage de distances et de diamètres de grume correspond une focale, la donnée télémétrique est utilisée pour un système d'aide à la décision dans le choix de la focale par l'utilisateur. Cette aide peut aller jusqu'à l'automatisation du choix de la focale.

Le codage de la valeur de la focale utilisée lors d'une prise d'image ne présente pas de difficulté et les différentes valeurs de focale prises par le zoom sont étalonnées lors de la réalisation de l'invention.

Les calculs précédents supposent que l'imageur de l'unité de vision se trouve dans le plan image 3 (plan où se forme l'image nette). Ceci nécessite une mise au point qui est une intervention subjective de l'utilisateur et est donc à éviter. Selon l'invention, pour chaque focale, la position de l'imageur est fixe. Il n'y a pas de mise au point à effectuer. Si la grume visée 1 est à une distance telle que son plan image au travers du système optique ne coïncide pas avec le plan de l'imageur, l'image est floue.

L'existence de la défocalisation ne permet plus d'utiliser la formule précédemment établie pour le calcul du diamètre réel de la grume. Celui-ci est alors donné par : A ùxo(d,+da+f) =0Bp=Nlp f(x0 f) x(, est la distance algébrique du plan focal objet 4 au plan objet qui donnerait une image nette sur l'imageur ; c'est une constante compte tenu que la distance du plan de l'imageur au centre optique O est fixe (pas de mise au point). d, est la distance télémétrique (distance mesurée par le télémètre, d, >0) de la grume et do la distance algébrique du plan de référence 6 du télémètre au centre optique de l'invention.

Si le plan de l'imageur est confondu avec le plan focal image 5 de la lentille équivalente, on a xo = co et l'expression précédente devient : d,+do+f = A0 Bä _ ûN;lp f

Comme il n'y a pas de mise au point, la grume visée est à une distance telle que son plan image 3 au travers du système optique ne coïncide pas avec le plan de l'imageur, l'image obtenue de la grume est floue. Dans la formule précédente donnant le diamètre et tel que montré à la figure 3, il faut en fait utiliser pour valeur de d, non pas la distance télémétrique brute donnée par le télémètre mais la distance télémétrique brute augmentée d'un demi diamètre vu sous l'angle de visée. La détermination du diamètre se fait donc à partir de l'expression précédente de façon itérative jusqu'à ce que la valeur du diamètre déterminé converge. Selon la présente invention, trois configurations possibles sont envisagées pour à la détermination de la valeur du diamètre de la grume sur l'image, c'est-à-dire pour la détermination de la variable N, précédemment introduite soit encore pour la détermination du diamètre de la grume exprimé en pixels de l'imageur. La première configuration ou configuration manuelle (représentée figure 4), est la plus simple et aussi la moins automatisée.

L'utilisateur visualise l'image de la grume sur l'écran de contrôle, et vient placer, à l'aide de la commande de type joystick du panneau de commande de l'invention, deux curseurs 7, 8 marquant les bords de la grume. La validation du placement du deuxième curseur enclenche les calculs nécessaires à la détermination du diamètre réel.

L'avantage par rapport à une mesure via une lunette munie d'un réticule gradué tel qu'utilisé par les dispositifs actuellement sur le marché, est que l'image est parfaitement fixe puisque figée au moment de la prise d'image. Il n'y a pas d'erreur de bougé ni d'erreur de lecture. L'information est immédiatement disponible sous forme numérique et utilisée pour effectuer la suite des calculs. Les curseurs 7, 8 ne sont autorisés à se déplacer que sur une droite passant par le point d'impact 9 de la télémétrie laser. Il ne peut donc y avoir de différence entre la hauteur à laquelle est prise la distance de la grume et la hauteur à laquelle est mesuré le diamètre.

Une deuxième configuration (représentée figure 5), configuration semi-automatique, peut être utilisée lorsque la défocalisation est telle qu'en raison du flou, l'utilisateur ne sait trop où placer les curseurs 7 et 8 de la configuration manuelle. L'utilisateur vient placer deux fenêtres 10 et 11 sur l'image de la grume affichée sur l'écran de contrôle, fenêtres 10 et 11 placées à cheval sur les bords de la grume, telles que montrées à la figure 5.

Le placement des fenêtres 10 et 11 se fait comme précédemment via le panneau de commande. Les fenêtres 10 et 11 sont asservies à ne se déplacer que sur l'axe par lequel passe le point d'impact de la télémétrie laser 9. La validation du placement de la deuxième fenêtre enclenche dans un premier temps, l'exécution du programme de traitement d'images qui détecte les bords 12 et 13 de la grume puis dans un deuxième temps, la détermination du diamètre réel à partir du diamètre exprimé en pixels. L'avantage de cette configuration est que la précision de la mesure est indépendante de l'opérateur puisque c'est le programme qui détermine la position des bords de la grume. Selon la troisième configuration ou configuration automatique (représentée figure 6), c'est le système seul qui, une fois l'image numérique acquise lance le programme de traitement de l'image afin de déterminer les positions des bords 12 et 13 puis les diamètres en pixel sur l'image et réel de la grume. La recherche des bords 12 et 13 de la grume se fait toujours sur la ligne passant par le point d'impact laser 9 tel qu'illustré à la figure 6. Dans les configurations semi-automatique et automatique, la présence d'une forte inclinaison de la grume est prise en compte par le programme. Selon la présente invention, la détermination du volume d'une grume peut s'effectuer avec ou sans l'hypothèse de forme tronconique. La détermination du volume sous l'hypothèse tronconique s'effectue après mesure de la hauteur utile h de la grume par un des modes (2û2) ou (4û2) et de deux diamètres selon une des trois configurations possibles de détermination des diamètres, telles que décrites plus haut.

Si le mode (2ù2) de détermination de la hauteur est utilisé, les données disponibles sont O,, , 0,, ah , Nh , d,, et dh (voir figure 1). Les diamètres haut (Oh) et bas (Oh) mesurés correspondent aux diamètres à prendre en compte pour le calcul du volume de la grume qui est alors donné par : v = 1 7Th 2 (0n + OhOh + 2 ) La hauteur utile h a été préalablement définie dans le mode (2ù2) de calcul de la hauteur utile et est donnée par h = \/dh + dh ù 2dhd,, cos(ah ù /h) . La décroissance métrique de la grurne est donnée par m = (çh ù Ol, )/h Si le mode (4ù2) est utilisé, le diamètre Oh mesuré n'est pas On e,/ , diamètre à la hauteur du pied, et le diamètre haut 0, n'est pas Oi,o,,p , diamètre en limite du houppier (voir figure 2). Les données disponibles sont Oh , ah,,,,p , ~3p , , ah , , d,, et dh . Omet, et 0h0äp doivent être extrapolés à partir des valeurs O,, et O, mesurées ainsi que des données de télémétrie selon l'expression suivante : et = (hh - h) h ù(hh - h) h hh ù Les hauteurs intervenant dans les deux expressions précédentes sont données par : h = r dhoup + d2 pied dh sin(ahoup ,3h) ù dh sin(ahop ù al, ) d,,dh sin(ah ù/3h) hhOh ù h,, Oh Y'houp = hh ù h,, 2 houpd pied COS(LL'houp ù /~ /J p7eri )i j2 hh ù [dhoä p + dh2 ù 2dhoupd,, cos(ahoup ù ah ) hh = ~dâoäp + di,2 - 2dh,,,,pdh cos(ahoäp - Nb )] dhdh sin(ah ù ~n ) haup = d= ne,/ d,, sin( /p, ,, ù E3h) ù dh sin(f p,,d ù Le volume de la grume est alors donné par : = 7rh 12 (0hoap + Y'hn pY' piec! + Y pied ) La décroissance métrique de la grume est donnée par m = (Op,ed û 0h,,,,p)/h . Dans le cas où le mode (n + 2 û n) a été sélectionné, on dispose de n triplets de valeurs (distance, angle, diamètre) et de deux angles supplémentaires a,,,,,,,, et Cesdonnées sont utilisées pour déterminer les variables manquantes tel que montré à la figure 7 à savoir les diamètres et One,/ , la hauteur totale h et les distances h, à partir de la limite du houppier des n diamètres mesurés.

On détermine ensuite le meilleur polynôme d'interpolation d'ordre nnrdre décrivant l'évolution du diamètre avec la hauteur dans la grume, soit :

0(h) = a, h"',,' +aä -~hde-H +...+ah+a0 L'ordre du polynôme est fixé par l'utilisateur sous la contrainte nnrdre < n . La décroissance métrique n'est alors rien d'autre que la dérivée du polynôme précédent, soit : m(h) = nnrdreanäd,ehn,,d,e +(nard,.e -1)a,, ,,,.-,h~,.,d,e-2 +...+ai Le volume V de la grume s'obtient par simple intégration numérique selon : V 12 8hI [O2 (pôh)+O(psh)O((p+1)âh)+02 ((P +1)8h)] Dans l'expression précédente 5h = h/N représente le pas de l'intégration numérique. Selon la présente invention, quel que soit le mode utilisé mode (2-2), mode (4û2) ou mode (n + 2 û n) , l'utilisateur peut choisir de prendre plus ou moins en compte la zone de la limite du houppier, où les branches les plus grosses prennent naissance, et la zone du pied et de la naissance des racines. Généralement et dans le cas d'une exploitation noble de la grume, la hauteur utile de ladite grume n'est prise qu'à partir d'une certaine hauteur notée ici h,, au-dessus du niveau du sol. De même, on peut choisir 25 d'éliminer de l'estimation du volume de la partie noble qui sera exploitée, une certaine quantité de grume sur une hauteur h, en dessous de la limite du houppier. C'est l'utilisateur qui fixe les valeurs h1. et hn , et donc les hauteurs et volume utiles de la grume qu'il mesure. Ces quantités sont des variables fixées à chaque mesure d'une grume ou pour toute une série de mesures. Le fonctionnement utilisation 2D est un mode de fonctionnement simplifié par rapport au fonctionnement utilisation 3D précédemment décrit mais dont les applications sont autres. Il s'agit d'estimer les dimensions transversales de l'objet visé à partir de la donnée télémétrique et de l'image numérique de cet objet. Cet objet peut être : - un animal dans le cas de l'utilisation de l'invention dans le domaine de l'observation et de la gestion animalière, - un élément d'architecture dans le cas de l'utilisation de l'invention dans les domaines du bâtiment, des travaux publiques et de leur contrôle, - une branche d'arbre horizontale de bonne taille qui ne pourrait donc être cubée en utilisation 3D de l'invention dans le cas d'une utilisation en gestion forestière, - toute autre utilisation que pourrait envisager l'utilisateur de l'invention. Dans un fonctionnement utilisation 2D , une seule visée permet d'enregistrer une image numérique de l'objet visé et sa distance à l'invention. La détermination de la dimension transversale AoBo de l'objet visé intéressant l'utilisateur se fait en plaçant deux marqueurs 14 et 15 sur l'image dudit objet tel que montré à Ila figure 8. Le placement de ces marqueurs permet d'estimer la taille A,B sur l'imageur. La donnée télémétrique est utilisée comme précédemment en utilisation 3D pour calculer le grandissement du système d'imagerie et en déduire AoBo selon : A B = A B x (d` +d +f)

f(f-x Comme précédemment si le plan de l'imageur est confondu avec le plan focal image 5 de la lentille équivalente 2, on a : AB =-AB d +do+ f f En fonctionnement utilisation 2D , il n'y a pas la même contrainte qu'en fonctionnement utilisation 3D et le segment A B; n'intercepte pas obligatoirement le point d'impact 9 de la télémétrie laser. Selon la présente invention et afin de mettre en oeuvre le procédé tel que décrit précédemment, on utilise un dispositif de mesure comprenant : - des moyens pour mesurer la distance d,, ou dh séparant l'utilisateur du point visé sur l'objet à mesurer H ou B , - des moyens pour mesurer l'angle d'inclinaison ah ou /3h entre la direction de visée et l'horizontale,

- des moyens pour prendre à chaque visée l'image photographique numérique des régions environnant les points visés sur ledit objet à mesurer,

- des moyens pour visualiser les images numériques,

- des moyens pour positionner, sur l'image numérique et dans certains modes d'utilisation, des curseurs, marqueurs, fenêtres ou autres éléments de ce type,

- des moyens d'interfaçage et de communication entre les différents éléments constitutifs dudit dispositif.

- des moyens électroniques et informatiques pour traiter et archiver les mesures,

Les moyens pour mesurer la distance de visée et l'angle d'inclinaison sont constitués respectivement d'une unité de télémétrie laser et 25 d'une unité d'inclinométrie (non représentés). Les moyens pour prendre l'image photographique sont constitués d'une unité de vision numérique et de son optique de type zoom à focale discrètes et sans mise au point (non représentés).

Les moyens pour visualiser les images sont constitués d'une unité de visualisation des irnages, mais aussi des modes de mesures, curseurs, paramètres, etc. (non représentés). Les moyens d'interfaçage et de communication entre les différents éléments constitutifs dudit dispositif sont constitués d'une unité d'interfaçage et de communication de ces différents éléments (non représentés). Les moyens pour traiter et archiver les mesures sont constitués d'une unité informatique de traitement et d'archivage des mesures (non représentés).

Ce dispositif se présente, par exemple, comme un fusil (figure 9 : vue avant 91 et arrière 92, figure 10 : vue latérale et figure 11 : vue de dessus) intégrant la télémétrie laser, l'inclinométrie et l'unité de vision numérique ainsi qu'un écran 16 et l'informatique embarquée nécessaire. Cette forme avec crosse et poignée permet d'assurer une bonne stabilité lors de la prise de mesure. Une lunette intensificatrice 18 à la longueur d'onde du laser utilisé permet de mieux visualiser, à grande distance, le point d'impact du faisceau laser sur l'objet visé. L'écran 16 permet de visualiser soit les menus et paramètres d'utilisation, soit l'image de l'objet viisé. Un panneau de commande des menus 19 muni d'un dispositif de type joystick permet de naviguer dans ces menus ou de venir positionner curseurs et fenêtres sur l'image de l'objet visé. Afin de ne pas alourdir le dendromètre, l'unité d'alimentation par batterie rechargeable est séparée de celui-ci et portée en bandoulière ou à la ceinture par l'opérateur. Un simple câble réalise la liaison d'alimentation au dendromètre. Un tel dispositif présente en outre une trappe d'accès au port de communication 20, un objectif de prise d'images 21, un objectif télémétrique 22 et un émetteur laser 23, tel que rnontré aux figures 9, 10 et 11. Le dispositif présente également, tel que montré aux figures 10 et 11 une gâchette de prise de mesure 24 et une connexion de l'alimentation 25. Un tel dispositif, et selon la présente invention, peut être utilisé dans tout domaine où il est nécessaire de mesurer la hauteur et/ou le volume d'un objet, et notamment dans le domaine forestier et/ou du bâtiment. Naturellement, d'autres modes de mises en oeuvre à la portée de l'homme de l'art comme par exemple bâti à partir de jumelles numériques, peuvent être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1) Procédé de détermination des dimensions d'un objet à distance et du volume, notamment d'une grume d'arbre sur pied, par lequel un utilisateur éloigné effectue des mesures à distance en visant ledit objet, ou au moins deux points distincts dudit objet (H ou B ), dits haut et bas, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (d,, ou dh) séparant l'utilisateur du point visé (H ou B ), -pour chaque point visé (H ou B), on mesure ah ou i8h , d'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance d,; ou d,, ), - pour chaque point visé (H ou B), on prend par l'intermédiaire d'une unité de vision une image photographique numérique du point visé (H ou B), l'image numérique englobant totalement la section dudit objet à mesurer passant par le point visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B ), on détermine le diamètre (0h ou qh) de ladite section audit point visé (H ou B) à partir des caractéristiques de l'image numérique et du grandissement obtenu des paramètres de l'unité de vision et de la distance de visée (dh ou dh ), -on calcule la hauteur (h) dudit objet comprise entre lesdits deux points (H et B) à partir desdites distances de visée (d,, et dh) et desdits angles d'inclinaison (ah et ,8h ), - on calcule le volume compris entre les deux sections passant par les points (H et B) dudit objet à mesurer à partir de ladite hauteur (h) et des deux diamètres (O,, et 0h) sous une hypothèse tronconique de la forme dudit objet.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la détermination de la hauteur (h) comprend les étapes suivantes : - pour chaque point visé (H ou B ), on mesure la distance (dhou dh) séparant l'utilisateur du point visé (H ou B ), - pour chaque point visé (H ou B), on mesure a,, ou A , l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizontale de la direction de visée (correspondant à la distance d,, ou dh ), - on calcule la hauteur (h) dudit objet à partir desdites distances de visée (d,, et dh) et desdits angles d'inclinaison (ah et Nh 8),

3) Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la hauteur (h) dudit objet est obtenue selon l'équation : h = \/di, +d12, û 2dhdh cos(ah -- f,))

4) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la hauteur (h) est calculée à partir de deux visées aux points (H et B) sur visibilité des moyens pour mesurer la distance de visée et de quatre angles d'inclinaison par rapport à l'horizontale ah, lh et fip,ed, dans lequel ah, Nh et pr,e,, correspond respectivement aux angles de la direction de la limite du houppier, de la direction de visée haute au point (H ), de la direction de visée basse au point (B) et de la direction de la limite du pied.

5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la hauteur (h) dudit objet à mesurer est obtenue selon l'équation : h= dhoup +d pied -2d hni~p d pied cos (ahuap ù flpied )

6) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le calcul du volume dudit objet est donné par : V = 12 (Y h + Y'h 0h + ob

7) Dispositif de mesure pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit dispositif 25 comprenant : - des moyens pour mesurer la distance (d,, ou di, ) séparant l'utilisateur du point visé sur l'objet à mesurer (H ou B ),- des moyens pour mesurer à chaque visée l'angle d'inclinaison (ah et A) entre la direction de visée et l'horizontale, - des moyens pour prendre l'image numérique des régions environnant les points visés sur ledit objet à mesurer, - des moyens pour visualiser les images numériques, - des moyens pour positionner, sur l'image numérique et dans certains modes d'utilisation, des curseurs, marqueurs, fenêtres ou autres éléments de ce type, - des moyens d'interfaçage et de communication entre les différents éléments constitutifs dudit dispositif. - des moyens électroniques et informatiques pour traiter et archiver les mesures,

8) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que : -les moyens pour mesurer la distance de visée sont constitués d'une unité de télémétrie laser, - les moyens pour mesurer l'angle d'inclinaison sont constitués d'une unité d'inclinornétrie, - les moyens pour prendre l'image photographique sont constitués d'une unité de vision numérique et de son optique de type zoom à focale discrètes et sans mise au point, - les moyens pour visualiser les images sont constitués d'une unité de visualisation des images, - les moyens d'interfaçage et de communication entre les différents éléments constitutifs dudit dispositif sont constitués d'une unité d'interfaçage et de communication de ces différents éléments, - les moyens pour traiter et archiver les mesures sont constitués d'une unité informatique de traitement et d'archivage des mesures.

9) Utilisation du dispositif tel que décrit à la revendication 8 dans le domaine forestier et/ou du bâtiment.

10) Utilisation selon la revendication 9 pour mesurer une 24grume d'arbre sur pied.