FR3011922A1 - Systeme optique pour detection de posture comprenant une source de lumiere a balayage et un coin de cube - Google Patents

Abstract

Le domaine général de l'invention est celui des systèmes de détection de la posture d'un objet mobile dans l'espace. Le système selon l'invention comprend un dispositif électro-optique comprenant une source de lumière (S), un photorécepteur (P) et des moyens d'analyse, et un coin de cube (CC) retro réfléchissant disposé sur l'objet mobile. Le coin de cube comporte un masque (MK1) disposé sur sa face d'entrée. La source émet un pinceau de lumière parallèle ou quasi-parallèle. Le dispositif électro-optique comporte des moyens de déviation (DV) autour d'un point fixe dudit pinceau de lumière d'un angle variant en fonction du temps. Le photorécepteur est agencé pour recevoir le pinceau de lumière rétroréfléchi par le coin de cube. Les moyens d'analyse (Pr) sont agencés de façon à déterminer, à partir du signal issu du photorécepteur, la position d'un nombre de points représentatifs des frontières du masque et, à partir de ces informations de position, la posture du coin de cube dans l'espace.

Description

Système optique pour détection de posture comprenant une source de lumière à balayage et un coin de cube Le domaine de l'invention est celui des dispositifs optiques permettant de mesurer l'orientation d'un objet dans l'espace sans contact. Il existe divers domaines d'applications possibles mais l'application principale est la détection de posture de casque de pilote d'aéronef, permettant ainsi de projeter dans sa visière une image en superposition exacte sur le paysage extérieur ou d'asservir différents systèmes de l'appareil sur son regard. La précision recherchée dans de tels systèmes est de l'ordre du milliradian. Dans ce qui suit, on entend par posture d'un objet sa position et son orientation dans l'espace.

Il existe différentes techniques optiques permettant de faire de la mesure d'orientation sur casque. Généralement, on installe sur le casque des éléments remarquables qui sont repérés par un système de caméras. La position des images de ces éléments remarquables permet de déterminer par calcul l'orientation du casque. Ces éléments peuvent être passifs ou actifs. Les éléments passifs sont éclairés par une source externe. On peut utiliser, à cette fin, des coins de cube rétroréfléchissants ou rétro-réflecteurs. Il suffit de disposer les organes optiques d'émission et de réception sur le même axe.

Ces systèmes à rétro-réflecteurs sont peu sensibles à l'éclairement solaire. Ils peuvent être combinés à une source ponctuelle associée à un capteur matriciel sans objectif optique. Dans cette disposition, le réflecteur est équipé d'un masque transmissif en partie centrale et opaque en périphérie. Ce masque est appliqué sur la face d'entrée du réflecteur. A titre d'exemple, le contour du masque est en forme de parallélogramme, matérialisant ainsi l'orientation de deux directions fixes du casque. L'orientation du casque est calculée par analyse de la forme du contour projeté sur le capteur. L'analyse porte sur les transitions entre les zones lumineuses et obscures du reflet reçu par le capteur. Ce dispositif optique est simple à mettre en oeuvre et a une grande profondeur de champ.

Les figures 1 et 2 illustrent ce type de système de détection. Sur la figure 1, la source ponctuelle S éclaire un coin de cube CC comportant un masque MK. Les flux lumineux réfléchis par ledit coin de cube sont reçus par deux capteurs matriciels photosensibles disposés dans deux plans différents 5 P1 et P2, à proximité de la source S pour limiter la taille de l'image. Ainsi, les points M1 et M2 du masque ont comme projections, dans les plans P1 et P2, respectivement les couples de points M'1, M'2 et M"1 et M"2. L'orientation recherchée des côtés délimités par les points Mi du masque MK est obtenue en combinant les orientations mesurées des côtés des contours délimités par 10 les points M'i et M"i des reflets lumineux sur les plans P1 et P2. La figure 2 représente une variante du système décrit en figure 1. Dans cette variante, on place, au voisinage de la source, un écran occultant EC. On obtient, sur un seul capteur matriciel disposé dans le plan P1, l'image projetée du masque comme précédemment et également le contour sombre 15 de l'écran occultant EC. Ce contour est délimité dans le plan de la figure 2 par les points e'1 et e'2. La position du point SO, symétrique du point S par rapport au sommet O du coin de cube est obtenue à partir des positions mesurées des sommets de l'ombre projetée par l'écran occultant. L'orientation recherchée des côtés du masque MK est alors obtenue en 20 combinant les orientations mesurées des côtés du contour du reflet lumineux sur le plan P1 avec la position de SO mesurée. Cette solution technique présente toutefois certains inconvénients. En premier lieu, la source ponctuelle d'éclairage émet en permanence dans une ouverture angulaire suffisamment large pour couvrir toutes les positions 25 possibles du réflecteur. Une très grande partie du flux lumineux est donc perdue en permanence, puisqu'elle n'atteint pas le réflecteur. Cette partie du flux est, de plus, rayonnée dans l'espace environnant, intérieur et extérieur de la cabine nuisant ainsi à la furtivité de l'aéronef. De plus, dans la projection centrale utilisée pour déterminer 30 l'orientation du réflecteur, le plan de projection est connu, mais pas la position du centre de projection. Pour éliminer cette inconnue, on combine entre elles deux mesures effectuées sur les contours de deux figures projetées différentes obtenues avec le même centre de projection. L'incertitude globale de la mesure d'orientation cumule l'erreur de chacune 35 de ces deux mesures.

Enfin, la posture est calculée après que l'image complète a été acquise et fournie par le ou les capteurs d'images. La durée du cycle de mesure est limitée par la durée d'adressage d'un capteur matriciel d'images, soit environ 16 ms, ce qui peut entraîner une erreur de mesure en cas de rotation rapide de l'objet mobile. Le système de détection de la posture d'un objet mobile selon l'invention ne présente pas ces inconvénients. Il comporte une source de lumière à balayage. On peut ainsi, dans les phases de mesure, centrer le balayage sur la zone utile du rétroréflecteur. On évite ainsi toute perte d'énergie et toute perte de temps de mesure. Plus précisément, l'invention a pour objet un système de détection de la posture d'un objet mobile dans l'espace, ledit système comprenant : un dispositif électro-optique d'orientation connue comprenant une source de lumière ponctuelle, un photorécepteur et des moyens d'analyse de 15 signaux issus dudit photorécepteur ; un ensemble optique comprenant au moins un coin de cube disposé sur l'objet mobile, ledit coin de cube comportant un masque de forme géométrique connue disposé sur sa face d'entrée ; caractérisé en ce que : 20 la source émet un pinceau de lumière parallèle ou quasi-parallèle ; le dispositif électro-optique comporte des moyens de génération d'un pinceau lumineux angulairement contrôlé et tournant autour d'un point fixe ; le photorécepteur étant agencé pour recevoir le pinceau de 25 lumière rétroréfléchi par le coin de cube quand il est éclairé par le pinceau de lumière dévié issu de la source de lumière ; les moyens d'analyse étant agencés de façon à déterminer, à partir du signal issu du photorécepteur, la position d'un nombre de points représentatifs des frontières du masque du coin de cube et, à partir de ces 30 informations de position, la posture du coin de cube dans l'espace. Avantageusement, le photorécepteur est disposé au foyer d'une lentille de focalisation disposée au voisinage de la source de lumière. Avantageusement, le dispositif électro-optique comporte une lame plane semi-réfléchissante permettant de séparer le pinceau de lumière émis 35 du pinceau de lumière rétroréfléchi par le coin de cube.

Avantageusement, le dispositif électro-optique comporte un écran opaque de forme géométrique connue disposé au voisinage de la source d'émission. Avantageusement, la source d'émission est une source laser.

Avantageusement, les moyens de génération d'un pinceau lumineux angulairement contrôlé comportent un déviateur de faisceau laser à deux axes. Avantageusement, le système comporte deux modes de fonctionnement, le premier mode étant un mode de recherche dans lequel les moyens de génération dévient le pinceau de lumière dans un espace angulaire large de façon à balayer le volume de déplacement maximal du coin de cube ; le second mode étant un mode de mesure dans lequel les moyens 15 de génération dévient le pinceau de lumière dans un espace angulaire faible, suffisant pour couvrir la surface d'entrée du cube. Avantageusement, dans le second mode, les moyens de génération dévient le pinceau de lumière de façon à obtenir par projection sur un plan de référence un certain nombre de radiales centrées sur un point 20 central I, ce point I étant la projection d'une orientation fixe d'un pinceau de lumière pointant sur la face d'entrée du coin de cube, les points représentatifs des frontières du masque du coin de cube étant obtenus par la détermination de la position angulaire de l'extrémité de chaque radiale. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 précédemment commentée représente le synoptique d'un premier système optique selon l'art antérieur ; 30 La figure 2 précédemment commentée représente le synoptique d'un second système optique selon l'art antérieur ; La figure 3 représente le principe de fonctionnement d'un système de détection de la posture selon l'invention ; 301 192 2 5 La figure 4 représente, dans un plan de référence, la figure virtuelle formée par le faisceau de balayage issu de la source et par le faisceau rétroréfléchi par le coin de cube ; La figure 5 représente un mode de séparation optique entre le 5 faisceau de balayage issu de la source et le faisceau rétroréfléchi ; La figure 6 représente une variante du principe de fonctionnement d'un système de détection de la posture selon l'invention, le système comprenant un écran central opaque; La figure 7 représente, dans un plan de référence, la figure 10 virtuelle formée par le faisceau de balayage issu de la source et rétroréfléchi par le coin de cube dans le cas d'un écran central ; La figure 8 représente le mode de recherche du système à balayage selon l'invention ; Les figures 9, 10 et 11 représentent les différentes étapes du 15 mode de mesure selon l'invention dans le cas d'un masque simple ; Les figures 12 et 13 représentent les différentes étapes du mode de mesure selon l'invention dans le cas d'un masque et d'un écran occultant ; La figure 14 représente le synoptique général d'un système de 20 détection de la posture selon l'invention ; La figure 15 représente une variante au synoptique précédent comportant une lame semi-réfléchissante ; La figure 16 représente un système de détection de la posture selon l'invention à très grand champ ; 25 La figure 17 représente un mode de réalisation particulier de la source ponctuelle et de son système de balayage. La figure 3 représente le principe de fonctionnement d'un système de détection de la posture selon l'invention. Le système de détection 30 comporte essentiellement un ensemble fixe de position connue et un ensemble mobile. L'ensemble fixe comporte un dispositif électro-optique d'orientation connue comprenant une source de lumière S, un photorécepteur unique P disposé dans un plan P1 et des moyens d'analyse de signaux issus dudit photorécepteur non représentés sur la figure 3. P1 est 35 parallèle à un plan (x, y). L'ensemble mobile comporte un coin de cube CC disposé sur un objet mobile dont on cherche à déterminer la posture, ledit coin de cube comportant un masque de forme géométrique connue disposé sur sa face d'entrée. L'objet mobile n'est pas représenté sur les différentes figures. Dans le cas d'applications aéronautiques, il s'agit du casque du pilote. La source de lumière S est quasi-ponctuelle. Elle émet un fin pinceau de lumière. Des moyens de balayage assurent le déplacement angulaire autour de S de ce pinceau qui balaie ainsi l'espace dans lequel se trouve le coin de cube CC comportant un masque MK1. Le masque MK1 est, par exemple, un parallélogramme dont M1 est un des sommets. Le masque virtuel MK2, symétrique de MK1 par rapport à O, a pour sommet M2, symétrique de M1. Le point SO est le symétrique de la source S par rapport au sommet O du coin de cube. Le rétro reflet réel sur le plan P1, résultant de la projection de centre SO, a pour contour un quadrilatère représenté en traits pointillés sur la figure 4 dont MI et M'2 sont des sommets. Les côtés du quadrilatère projeté concourants en M'1 sont les projections, par la projection de centre SO, des côtés de MK1 concourants en M1 et les côtés du quadrilatère projeté concourants en M'2 sont les projections, par la projection de centre SO, des côtés de MK2 concourants en M2.

A toute orientation connue à l'instant t du pinceau d'éclairage correspond un point m' de coordonnées x et y connues, projeté virtuellement sur le plan P1 par la projection de centre S. A ce point m' est associé un signal vidéo v(x, y, t), fourni par le détecteur P, détectant le pinceau réel réfléchi. Lors du balayage du pinceau d'éclairage, on inscrit successivement dans une mémoire d'image M.I. représentant un « éclairement virtuel » de P1 la position numérisée (x, y) sur P1 et la vidéo numérisée correspondante v(x, y, t). Après le balayage par le pinceau de tout l'espace angulaire, l'ensemble des points m' « clairs », c'est-à-dire à vidéo non nulle en mémoire 30 d'image M.I. se trouvent à l'intérieur d'une surface. Cette surface virtuelle sur P1, résultant de la projection de centre S, a pour contour un quadrilatère représenté en traits pleins sur la figure 4 dont m'1 et m'2 sont des sommets. Les côtés du quadrilatère projeté concourants en m'2 sont les projections, par la projection de centre S, des côtés de MK2 concourants en 35 M2 et les côtés du quadrilatère projeté concourants en m'1 sont les projections, par la projection de centre S, des côtés de MK1 concourants en M1. Les points de concours e0 et f0 des côtés pris deux à deux du quadrilatère virtuel sont les deux points de fuite des deux directions du contour du masque MK1. Les droites S-e0 et S-f0 sont parallèles aux deux directions du masque MK1 recherchées. Les orientations des côtés du masque sont connues, donc l'orientation du segment M1M2 l'est aussi. Par conséquent, dans le triangle Ml-S-M2 en figure 3 tous les angles sont connus. Comme la longueur 2h du segment M1M2 est connue par construction, le triangle M1-S-M2 est entièrement déterminé et donc la position du milieu O de Ml-M2 aussi. La mesure d'orientation du réflecteur est basée sur les orientations des projections de deux côtés consécutifs du contour de MK1 par rapport aux projections des deux côtés consécutifs de MK2 symétriques des précédents représentés en figure 4, les côtés du contour de MK1 n'ont que deux orientations. Ce principe de mesure est applicable à d'autres formes polygonales de contour comme, par exemple, un contour polygonal à trois orientations, un triangle ou un hexagone convexe à côtés parallèles deux à deux, les côtés étant coplanaires ou non. Les faisceaux émis et réfléchis, par nature même du procédé, ont des incidences voisines. Pour séparer les faisceaux émis des faisceaux rétroréfléchis, le dispositif électro-optique peut comporter une lame semiréfléchissante m disposée devant la source ponctuelle S comme indiqué sur la figure 5 avec l'inconvénient que le flux reçu est quatre fois inférieur au flux émis.

Aussi, dans une variante de réalisation illustrée sur les figures 6 et 7, on dispose un écran occultant EC polygonal convexe, fixé à l'arrière et à proximité de S. Cet écran ne modifie pas la forme du contour du reflet projeté réel sur P1. Il ne modifie donc pas non plus la forme de sa représentation en mémoire. Cet écran est par exemple constitué par le corps du déviateur 30 utilisé pour la déviation des faisceaux. Comme illustré en figure 6, le contour de l'écran EC passe par deux sommets El et E2 de positions connues. L'ensemble des points à vidéo nulle en mémoire d'image est à l'intérieur d'une surface à contour polygonal qui passe par deux sommets e'l et e'2 et qui est située à l'intérieur du quadrilatère virtuel clair précédent de 35 sommets m'l et m'2 comme illustré en figure 7.

Ces sommets e'l et e'2 correspondent aux directions d'éclairage qui génèrent les rayons retro réfléchis passant par les sommets El et E2 de l'écran EC, c'est-à-dire les rayons SO-El et SO-E2. Les positions des sommets e'l et e'2 en mémoire donnent la direction des rayons SO-El et SO- E2. L'intersection de ces deux rayons donne la position de SO et donc celle du point O recherché, milieu du segment S-SO. La présence de l'écran EC permet ainsi d'améliorer la précision de la mesure de position sans diminuer le flux reçu utile. Le système de détection de la posture selon l'invention fonctionne selon deux modes. Le premier mode de fonctionnement correspond à une phase de recherche. On détermine par un balayage à grand champ angulaire, la position angulaire approximative du réflecteur CC vue depuis la source S. Le second mode de fonctionnement correspond à une phase de mesure. On effectue la mesure précise d'orientation par un balayage spécifique dont la direction centrale est la position angulaire précédemment déterminée. Le balayage est constitué d'une suite continue d'orientations du pinceau d'éclairage, à laquelle correspond un tracé lumineux fin et continu sur un plan de projection. Dans le dispositif selon l'invention, on utilise la représentation en mémoire d'image M.I. du contenu virtuel du plan de projection P1 fourni par le pinceau d'éclairage. La méthode d'analyse consiste à reconstituer la forme des contours de l'image virtuelle, à partir d'un seul tracé « filaire » simplifié et adapté, enregistré en mémoire d'image. Une partie de l'analyse se fait en cours de tracé, une autre partie en fin de tracé. Pendant la phase de recherche, on repère au moins une orientation angulaire du pinceau d'éclairage à laquelle correspond un point m' en mémoire d'image M.I. situé à l'intérieur du quadrilatère à vidéo claire. La totalité de l'amplitude du champ angulaire du déviateur est balayée de façon à obtenir sur le plan P1 la trame d'un tracé de type « télévision », c'est-à-dire un réseau de droites équidistantes et parallèles à un même axe « horizontal », parcouru selon cet axe, alternativement dans un sens puis dans l'autre à vitesse constante et rapide et selon l'axe « vertical » perpendiculaire à l'axe horizontal à vitesse lente et en mode pas à pas. La méthode consiste à détecter deux transitions consécutives de vidéo, sur au moins une ligne horizontale du tracé, c'est-à-dire une transition qui fait passer la vidéo de sombre à claire, suivie sur la même ligne de tracé, de la transition inverse de claire à sombre, indiquant que le système a détecté un point du contour.

La figure 8 représente : - le reflet « théorique » qui serait obtenu en mémoire d'image M.I. avec une trame de balayage dont le pas d'échantillonnage vertical serait infiniment fin, la surface grisée représentant les points à vidéo claire ; - le reflet réel obtenu avec une trame de balayage réel, dont le pas vertical est large. Un trait pointillé sur le tracé indique une vidéo sombre et un trait continu sur le tracé indique une vidéo claire. Quand plusieurs segments à vidéo claire sont détectés comme en figure 8, on choisit le segment le plus long, soit A7-A1. Le point I, milieu du segment A7-A1, est ainsi situé à l'intérieur du quadrilatère à vidéo claire de 15 contour inconnu. L'objet de la phase de mesure est de déterminer les directions des projections des côtés du masque du coin de cube dans le plan du photorécepteur qui permettent ensuite de déterminer la posture du coin de 20 cube. Pour réaliser cette mesure, on exploite les propriétés suivantes pour déterminer le contour polygonal convexe d'une surface lumineuse : - Les points du contour recherché sont caractérisés par une seule transition de vidéo lors d'un tracé quelconque ; - Pour un sens de tracé dirigé de l'intérieur vers l'extérieur du 25 contour, cette transition fait passer la vidéo de l'état clair à l'état sombre ; - Le contour étant polygonal, trois points de transition vidéo alignés déterminent une droite portant un des côtés du contour ; - Le contour étant, par exemple, un quadrilatère, quatre droites 30 distinctes suffisent pour déterminer l'intégralité du contour. Le contour est donc déterminé par au moins douze points de transition vidéo.

Il existe différentes méthodes pour déterminer ces points de transition. Il est clair que le but est d'obtenir la localisation des points de transition avec un minimum de temps de balayage du pinceau. A titre d'exemple, une méthode de détection des points du contour 5 est représentée sur les figures 9 à 13. La méthode décrite sur les figures 9 à 11 concerne un dispositif sans écran occultant. Les figures 12 et 13 illustrent une variante de cette méthode en présence d'écran occultant. La mesure d'orientation débute par un positionnement central du tracé en un point donné à l'intérieur du quadrilatère inconnu. On choisit le 10 milieu I du segment A7-A1 à vidéo claire déterminé précédemment en phase de recherche comme indiqué sur la figure 9. Le contour recherché contient donc les points de transition Al et A7. A partir du point I, on trace une droite oblique à 30 degrés de 15 l'horizontale I-Al. Le tracé est stoppé dès que la transition en vidéo sombre est détectée. On obtient ainsi, comme on le voit sur la figure 10, un troisième point du contour, le point A2. On effectue alors un tracé, de retour, par exemple rectiligne, de A2 à I. Pour minimiser l'énergie émise, l'allumage du pinceau peut être supprimé pendant ce retour, si un tel dispositif d'extinction 20 existe. Pour diminuer le temps total de mesure, le temps de retour peut être écourté, voire annulé, si le dispositif le permet. On répète ce processus pour obtenir au total, comme on le voit sur la figure 10, un tracé de douze radiales dont les extrémités sont numérotées d'Al à Al2, issues de I et pivotées entre elles d'un angle de 30 degrés de façon à couvrir la totalité de l'espace 25 sur 360 degrés. Pour les douze points de transition de vidéo ainsi obtenus, on recherche les groupes d'au moins trois points alignés. Dans l'exemple particulier de la figure 10, le processus de tracé de radiales se continue comme suit. On obtient deux groupes d'au moins trois points alignés, à 30 savoir le groupe Al2-Al-A2-A3 et le groupe A4-A5-A6-A7-A8. Chacun de ces groupes définit un des côtés du contour recherché. Pour les points isolés, c'est-à-dire non alignés avec au moins deux autres points, on ajoute alors des radiales complémentaires. Ces points isolés sont, dans cet exemple, A9, Al 0 et Al 1. On ajoute un tracé d'une 35 première radiale complémentaire pivotée de 15 degrés par rapport à la radiale portant le premier point isolé, soit A9. On obtient alors, comme indiqué en figure 11, le nouveau point de transition vidéo, à savoir B9. Les trois points A9-B9-A10 sont alignés. Pour le point isolé A11, on ajoute un tracé radial pivoté de 15 5 degrés et un autre pivoté de 7,5 degrés. Ces tracés fournissent les deux points complémentaires de transition vidéo B11 et C11. Les trois points de ce dernier groupe A11-C11-B11 sont alignés. On obtient finalement, pour cet exemple, quinze points de transition, répartis en quatre groupes constitués chacun d'au moins trois 10 points alignés. Le processus de tracé de radiales s'arrête. Ces quatre groupes définissent quatre droites concourantes deux à deux. Le contour du quadrilatère recherché est donné par les quatre segments de droites déterminés par les quatre intersections deux à deux de ces quatre droites. Comme indiqué plus haut, les orientations des côtés de ce 15 quadrilatère donnent l'orientation du masque de laquelle on déduit la position du sommet O du réflecteur CC. Par comparaison à l'art antérieur qui nécessite l'enregistrement d'une image complète sur un capteur matriciel, la présente phase de mesure 20 ne dure pratiquement que la durée des tracés successifs des douze radiales, elle peut donc être extrêmement brève. On calcule alors la position du « centre » J du quadrilatère reconstitué. C'est, par exemple, par rapport au quadrilatère, le cercle « inscrit optimal » ou le cercle « circonscrit optimal » ou encore le point de concours 25 des diagonales. Bien entendu, ce point J bouge dans le temps. Cependant, ce point reste un point interne au quadrilatère clair correspondant à la mesure suivante si le décalage temporel entre deux mesures reste suffisamment faible. Si tel est le cas, la mesure d'orientation suivante utilise ce point comme centre I de son tracé de radiales. Elle aboutit alors à la 30 détermination du quadrilatère suivant et de son centre. Si tel n'est pas le cas, la phase de recherche est réinitialisée. Le passage ou le maintien en mode asservi consiste donc à vérifier avant chaque nouveau tracé de radiales, que le point I choisi comme centre des radiales à tracer, à savoir le centre J de la mesure précédente, est bien encore à vidéo claire. 35 Si le dispositif fixe comporte un écran occultant, la méthode précédente est légèrement modifiée. On exploite alors la propriété complémentaire suivante pour déterminer le contour de la surface sombre. Celle-ci est en permanence à l'intérieur du quadrilatère clair.

L'objectif consiste à repérer au moins une orientation angulaire du pinceau d'éclairage à laquelle correspond un point m' en mémoire d'image M.I. situé non seulement à l'intérieur du quadrilatère à vidéo claire, mais également à l'intérieur de l'ombre virtuelle interne au quadrilatère clair précèdent. De cette façon, toutes les radiales, et non pas seulement certaines, ayant ce point pour origine subissent, par rapport au processus simplifié précédent, une transition supplémentaire de vidéo, à savoir une transition sombre/claire. La méthode consiste à détecter, comme indiqué en figure 12, quatre transitions de vidéo, sur au moins une ligne horizontale du tracé, c'est-à-dire l'existence à l'intérieur de la séquence initiale, à savoir une transition sombre/claire suivie d'une transition claire/sombre de la séquence inverse, d'une transition sombre/claire suivie d'une transition claire/sombre. Dans le cas où seul un tracé à deux transitions est détecté correspondant aux points A'l et A'7, de façon à obtenir un tracé à quatre transitions, une seconde trame de balayage horizontal est réalisée. Elle est centrée à proximité de ce tracé A'7-A'1, elle est à pas vertical plus serré et d'amplitude verticale plus faible de façon à déterminer les points Al et A7. La mesure est semblable à la mesure du processus simplifié. Elle est représentée en figure 13. Les particularités de cette mesure sont les suivantes. Le tracé de chaque radiale commence en I, par une vidéo sombre. Le tracé de chaque radiale n'est interrompu que, lorsqu'après une transition sombre/claire, survient une transition claire/sombre. On obtient finalement le contour du quadrilatère extérieur limitant la surface claire. L'orientation des côtés de son contour donne l'orientation du réflecteur CC de laquelle on déduit la position du sommet O du coin de cube. Le regroupement des points intermédiaires de transition vidéo sombre /claire sur les radiales par groupe d'au moins trois points alignés permet de reconstituer le contour polygonal de l'ombre centrale. A défaut, des radiales complémentaires, limitées en longueur à ce contour, sont ajoutées. On obtient finalement le contour du polygone intérieur qui délimite la surface sombre. La position d'au moins deux de ses sommets donne la position du réflecteur CC. On calcule la position J du « centre » du polygone sombre reconstitué. Le point J de la mesure précédente est un point interne au quadrilatère sombre calculé. Ce point reste également un point interne au quadrilatère sombre de la mesure suivante, à condition que le décalage entre ces deux quadrilatères soit suffisamment faible. Si tel est le cas, la mesure d'orientation suivante utilise ce point comme centre I de son tracé de radiales; elle aboutit alors, comme indiqué précédemment, à la détermination du quadrilatère sombre suivant et de son centre. Si tel n'est pas le cas, la phase de recherche est réinitialisée.

Le passage ou le maintien en mode asservi consiste donc à vérifier, avant de commencer chaque nouveau tracé complet de la prochaine mesure, que ce nouveau centre I est compris dans l'ombre centrale, c'est-à-dire que ce nouveau centre I des radiales est bien encore à vidéo sombre et que, sur la radiale horizontale qui le contient, il est précédé d'une transition claire/sombre et qu'il est suivi de la transition inverse. La mémoire d'image utilisée permet d'enregistrer en continu la vidéo en fonction des deux coordonnées x et y représentant la position sur le plan de projection P1. Une analyse bidimensionnelle des tracés peut ainsi être réalisée pour déterminer au mieux la position des points de transition vidéo prenant en compte les échantillonnages spatial et temporel et le diamètre du pinceau projeté. Si, par simplification, seule une analyse unidimensionnelle, le long de chaque tracé, est réalisée ou encore si aucune analyse n'est réalisée, l'organisation et la capacité de la mémoire contenant le tracé peuvent être considérablement allégées. Par exemple, pour le processus réel en mode asservi, on peut, pour chaque cycle de mesure, n'enregistrer que les paramètres suivants : - les coordonnées du centre des radiales ; - les cordonnées des deux transitions de vidéo sur chaque radiale ; - les coordonnées du centre du quadrilatère mesuré. La figure 14 représente le synoptique général d'un système de détection de la posture selon l'invention. La source d'éclairage S est 35 constituée d'un pinceau laser défléchi par un déviateur DV à deux axes. A titre d'exemple, le déviateur peut être de type acousto-optique ou à miroirs galvanométriques. Le plan P1 est le plan commun par rapport auquel sont repérées l'orientation instantanée a(t) du pinceau d'éclairage et la présence d'un pinceau réfléchi.

Le déviateur DV reçoit les deux paramètres d'orientation du faisceau ax(t) et ay(t) issus d'un générateur de balayage BAL. Ces deux paramètres déterminent également l'adresse d'écriture Ad en mémoire d'image M.I. La donnée D inscrite en mémoire est la vidéo v(t) fournie par le photodétecteur Ph. Le processeur Pr pilote le générateur de balayage BAL, analyse les données inscrites en mémoire M.I. et effectue les calculs qui fournissent l'orientation et la position, c'est-à-dire la posture Pcc du réflecteur CC. Le photodétecteur détecte la limite des orientations périphériques du pinceau d'éclairage à partir desquelles le pinceau réfléchi s'éteint. La 15 forme de cette limite permet de calculer l'orientation, puis la position du coin de cube et de son masque. Le corps du déviateur DV de forme connue n'occulte que les pinceaux réfléchis correspondants à des pinceaux d'éclairage de faible déviation par rapport à la direction S-SO. Ceux-ci ne participent pas à la 20 détermination de la limite précédente. Ces pinceaux de faible déviation participent en revanche à la détermination de la limite des orientations centrales en dessous desquelles le pinceau réfléchi s'éteint. La forme de cette limite permet d'augmenter la précision de la position du coin de cube CC. 25 De façon à utiliser un détecteur Ph de petites dimensions, par exemple une photodiode, celui-ci est placé à proximité du foyer d'une lentille convergente L de focalisation, elle-même placée dans le plan P1 de détection. La qualité de cette lentille et le positionnement du photodétecteur par rapport à celle-ci ne sont pas critiques dans la mesure où le détecteur est 30 avant tout un collecteur de flux lumineux. Dans une variante de réalisation illustrée en figure 15, on sépare les voies émission et réception au moyen d'un miroir m. L'orientation du plan P1 sur lequel est repérée l'orientation du pinceau d'éclairage est différente de celle du plan P2 sur lequel est mesurée la présence d'un pinceau réfléchi. 35 Un miroir spécifique m de renvoi combine ces deux orientations. La couche réfléchissante du miroir m est épargnée au centre selon une surface de contour et de position connues de façon à laisser passer le faisceau d'émission de la source d'éclairage S. Le centre de déviation du déviateur DV est proche du centre de cette surface, à l'arrière du miroir m.

Comme précédemment, l'épargne ne supprime que les pinceaux réfléchis correspondant à des pinceaux d'éclairage de faible déviation. Ceux-ci ne participent pas à la mesure d'orientation du coin de cube, mais permettent l'amélioration la mesure de sa position. Dans tous les cas, la forme connue de l'épargne permet de 10 mesurer la position du coin de cube. Le champ de positions possibles du réflecteur CC est nécessairement limité par le champ angulaire a du déviateur DV centré en S. Pour augmenter ce champ de positions, dans une variante de réalisation illustrée en figure 16, on interpose un miroir pivotant MP sur deux axes entre 15 le centre S du déviateur DV et le coin de cube. Son rôle est de suivre les variations de position du réflecteur, de façon que la mesure d'orientation précise opérée par le déviateur DV se fasse en permanence au voisinage du centre de son champ angulaire. Le champ final p est plus important que le champ initial du déviateur.

20 La phase de recherche opérée par le déviateur DV n'est alors plus nécessaire, elle est remplacée par une phase de recherche à plus grand champ angulaire opérée par le miroir pivotant MP. En phase de recherche, le déviateur DV immobilise le pinceau d'éclairage au centre de son champ angulaire, la déviation du pinceau lumineux en mode TV est faite par la 25 rotation du seul miroir MP. Une fois que le photodétecteur Ph a détecté un segment horizontal clair de dimension maximale tel que le segment A7-A1 précédemment décrit, l'orientation du miroir MP est fixée au centre de ce segment. En phase de mesure, la déviation du pinceau lumineux en mode 30 tracé de radiales est faite par le déviateur DV seul. La position et l'orientation connues de MP interviennent dans le calcul d'orientation et de position du coin de cube. Dans une variante de réalisation, on remplace la source laser et 35 son système à balayage par un imageur. La source et les moyens de déviation sont constitués par un imageur constitué de pixels et disposé au foyer d'une lentille de faible diamètre, à un instant donné, un pixel ou un ensemble faible de pixels de positions connues étant adressé sur ledit imageur. Cette disposition est illustrée en figure 17. Le dispositif de génération du pinceau lumineux en rotation comprend alors : - un imageur lm à adressage non multiplexé. Cet imageur peut être un tube cathodique adressé en mode « cavalier » sur l'écran duquel est tracée la figuration qui génère les balayages lumineux décrits précédemment ; - une lentille convergente LO de focale f. Le centre de rotation du pinceau émis est le centre de LO. Le pixel allumé de l'imageur à l'instant t donne l'orientation instantanée du pinceau lumineux émis. Chaque pixel de dimension p produit un pinceau lumineux de diamètre D et de divergence da = p/f La part du flux lumineux émis Fe rapporté au flux lumineux F produit par un pixel de l'écran supposé lambertien est fonction de l'angle solide S2 d'émission à travers la lentille LO. On a la relation : Fe/F= Cltrr = (iTD2/4-iff2) = D2/4f2 = [D2. (da)2] /4p2 , ce rapport est d'autant plus faible que le diamètre D et la divergence da du pinceau sont 20 faibles. L'encombrement de ce dispositif le rend plus adapté au montage à miroir de renvoi précédemment décrit. Dans cette variante de réalisation, la faible valeur du champ de déviation totale peut être compensée par l'emploi d'un miroir pivotant complémentaire comme décrit précédemment. 25

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Système de détection de la posture d'un objet mobile dans l'espace, ledit système comprenant : un dispositif électro-optique d'orientation connue comprenant une source de lumière (S), un photorécepteur (P) et des moyens d'analyse du 5 signal issu dudit photorécepteur ; un ensemble optique comprenant au moins un coin de cube (CC) disposé sur l'objet mobile, ledit coin de cube comportant un masque (MK1) de forme géométrique connue disposé sur sa face d'entrée ; caractérisé en ce que : 10 la source émet un pinceau de lumière parallèle ou quasi-parallèle ; le dispositif électro-optique comporte des moyens de génération d'un pinceau lumineux angulairement contrôlé et tournant autour d'un point fixe ; le photorécepteur étant agencé pour recevoir le pinceau de 15 lumière rétroréfléchi par le coin de cube quand il est éclairé par le pinceau de lumière dévié issu de la source de lumière, les moyens d'analyse étant agencés de façon à déterminer, à partir du signal issu du photorécepteur, la position d'un nombre de points représentatifs des frontières du masque du coin de cube et, à partir de ces 20 informations de position, la posture du coin de cube dans l'espace.
2. 2. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le photorécepteur est disposé au foyer d'une lentille (L) de focalisation disposée au voisinage de la source de 25 lumière.
3. 3. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif électro-optique comporte une lame (m) plane semi-réfléchissante permettant de séparer le pinceau de 30 lumière émis du pinceau de lumière rétroréfléchi par le coin de cube.
4. 4. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif électro-optique comporte un écran opaque (EC) de forme géométrique connue disposé au voisinage de la source d'émission.
5. 5. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source d'émission est une source laser.
6. 6. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de génération d'un pinceau lumineux angulairement contrôlé comportent un déviateur (DV) de faisceau laser à deux axes.
7. 7. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la source et les moyens de génération sont constitués par un imageur (lm) constitué de pixels et disposé au foyer d'une lentille (LO) de faible diamètre, à un instant donné, un pixel ou un ensemble faible de pixels de positions connues étant adressé sur ledit imageur.
8. 8. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système comporte deux modes de fonctionnement, le premier mode étant un mode de recherche dans lequel les moyens de génération dévient le pinceau de lumière dans un espace angulaire large de façon à balayer le volume de déplacement maximal du coin de cube ; le second mode étant un mode de mesure dans lequel les moyens 30 de génération dévient le pinceau de lumière dans un espace angulaire faible, suffisant pour couvrir la surface d'entrée du cube.
9. 9. Système de détection de la posture d'un objet mobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que, dans le second mode, les moyens de 35 génération dévient le pinceau de lumière de façon à obtenir par projectionsur un plan de référence un certain nombre de radiales centrées sur un point central (I), ce point (I) étant la projection fixe d'un pinceau de lumière pointant sur la face d'entrée du coin de cube, les points représentatifs des frontières du masque du coin de cube étant obtenus par la détermination de la position angulaire de l'extrémité de chaque radiale.