FR3014568A1

FR3014568A1 - SYSTEM FOR PANORAMIC IMAGE TAKING OF A CYLINDRICAL OBJECT

Info

Publication number: FR3014568A1
Application number: FR1302875A
Authority: FR
Inventors: Frederic Chazallet
Original assignee: SHAKTI
Current assignee: Arvalis Institut Du Vegetal Fr; Shakti Fr; Limagrain Europe SA
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-12

Abstract

L'invention porte sur un système de prise d'image panoramique d'un objet cylindrique. Il ne comporte pas de pièces en rotation mais au moins une optique réflexive comportant un évidement central. L'image finale est obtenue par traitements d'images élémentaires acquises pendant la translation relative du système imageur et de l'objet imagé.The invention relates to a panoramic image taking system of a cylindrical object. It has no rotating parts but at least one reflective optics with a central recess. The final image is obtained by processing elementary images acquired during the relative translation of the imaging system and the imaged object.

Description

L'objet de l'invention est un système de prise d'image permettant une prise de vue panoramique d'un objet cylindrique. Par objet cylindrique, on entend un objet ayant un axe et pouvant être construit par empilement de tranches le long de cet axe. Chaque tranche peut être de forme quelconque et d'épaisseur quelconque ; considéré comme objet mathématique, l'épaisseur peut être considérée infiniment fine. Cet objet cylindrique peut être fort éloigné du cylindre mathématique obtenu par une surface de référence et une génératrice mais se rapporte au sens commun. La prise de vue panoramique consiste à acquérir l'ensemble de la surface du cylindre ou tout au moins une tranche du cylindre nécessitant ainsi la rotation relative de l'imageur et du cylindre autour de son axe. Un système traditionnel permettant une telle acquisition est l'utilisation d'un imageur ligne parallèle à l'axe du cylindre associé à une rotation du cylindre autours de son axe. La rotation est généralement de 360° permettant l'acquisition de la totalité de la surface du cylindre mais ce secteur angulaire peut éventuellement être réduit. Le résultat d'une telle acquisition est le déplié à plat de la projection du cylindre sur un cylindre extérieure de section circulaire. Si le cylindre acquis présente des génératrices relativement parallèle à l'axe optique et peut être assimilé à un cylindre régulier, l'image ne présente que peu de distorsions. En revanche dans le cas où le cylindre présente des génératrices très perturbées ou ce qui est équivalent des portions de surfaces de normales éloignées à la perpendiculaire de l'axe optique, la projection peut être peu représentative de l'objet réel. Nous nous intéresserons à des objets présentant des perturbations telles que une prise d'image par 20 rotation autour de l'axe de l'objet conduit à une bonne représentation de l'objet. L'objet de l'invention est de proposer un système ne nécessitant pas de rotations autour de l'objet. Le principe de base du système est facilement compris si l'on se réfère à la figure 1. La figure 1 est une représentation en coupe des différents éléments du système. L'objet 1 est le cylindre devant être imagé et le système d'acquisition 2 comporte 4 éléments, a savoir un système 25 d'éclairage [20], un miroir [21], un cylindre [22],un système imageur [23] et un organe de gestion [24]. L'image s'obtient en translatant l'objet à l'intérieur du cylindre[22] et en faisant une succession d'images de tranches élémentaires. L'organe de gestion [24] est généralement basé sur un microcontrolleur qui permet de déclencher des acquisitions successives, de stocker et/ou transmettre les images élémentaires pour leur 30 traitement postérieur. Le système de prise d'image comprend un éclairage permettant d'illuminer la portion du cylindre en cours d'acquisition. Ce système peut éventuellement être omis si l'éclairage naturel est suffisant mais sera généralement utilisé. De nombreuses solutions existent, lampe flash, tube néon, ampoule à incandescence, LED,...Préférentiellement, on utilisera une couronne de LEDs avec un éclairage à -2- travers le miroir [21] qui sera donc partiellement transparent et réfléchissant. L'éclairage peut également être direct si l'on décale l'éclairage par rapport au miroir et qu'on l'incline pour éclairer la zone en cours d'acquisition. Le miroir présentera préférentiellement une transmission et une réflexion toutes deux proches de 50% . Le miroir est sensiblement orienté à 45° afin qu'une portion du cylindre [1] soit visible par le système imageur [23]. La dimension du miroir relève d'un compromis. On peut envisager un miroir couvrant l'intégralité de la hauteur du cylindre [1]. Dans ce cas, il peut suffire d'une seule acquisition pour obtenir l'intégralité de la surface du cylindre. En revanche, cela peut rapidement conduire à des dimensions excessives du système qui deviendrait lourd, coûteux et encombrants.The object of the invention is an image taking system allowing a panoramic shot of a cylindrical object. By cylindrical object is meant an object having an axis and can be constructed by stacking slices along this axis. Each slice may be of any shape and of any thickness; considered as a mathematical object, the thickness can be considered infinitely fine. This cylindrical object can be very far from the mathematical cylinder obtained by a reference surface and a generator but refers to the common sense. Panoramic shooting consists of acquiring the entire surface of the cylinder or at least one slice of the cylinder thus requiring the relative rotation of the imager and the cylinder around its axis. A traditional system for such an acquisition is the use of a line imager parallel to the axis of the cylinder associated with a rotation of the cylinder around its axis. The rotation is generally 360 ° allowing the acquisition of the entire surface of the cylinder, but this angular sector can possibly be reduced. The result of such an acquisition is the unfolded flat of the projection of the cylinder on an outer cylinder of circular section. If the acquired cylinder has generatrices relatively parallel to the optical axis and can be likened to a regular cylinder, the image has few distortions. On the other hand, in the case where the cylinder has very disturbed generatrices or what is equivalent to the portions of normal surfaces distant perpendicular to the optical axis, the projection may be little representative of the real object. We will be interested in objects with disturbances such that a rotating image around the axis of the object leads to a good representation of the object. The object of the invention is to propose a system that does not require rotations around the object. The basic principle of the system is readily understood by reference to FIG. 1. FIG. 1 is a sectional representation of the various elements of the system. The object 1 is the cylinder to be imaged and the acquisition system 2 comprises 4 elements, namely a lighting system [20], a mirror [21], a cylinder [22], an imaging system [23] ] and a management body [24]. The image is obtained by translating the object inside the cylinder [22] and making a succession of images of elementary slices. The management unit [24] is generally based on a microcontroller which makes it possible to trigger successive acquisitions, store and / or transmit the elementary images for their subsequent processing. The image pickup system includes illumination to illuminate the portion of the cylinder being acquired. This system may possibly be omitted if natural lighting is sufficient but will generally be used. Many solutions exist, flash lamp, neon tube, incandescent bulb, LED, ... Preferably, use a crown of LEDs with a -2 ~ through the mirror [21] which will be partially transparent and reflective. Lighting can also be direct if the lighting is shifted from the mirror and tilted to illuminate the area being acquired. The mirror will preferably have a transmission and reflection both close to 50%. The mirror is oriented substantially at 45 ° so that a portion of the cylinder [1] is visible by the imaging system [23]. The dimension of the mirror is a compromise. It is possible to envisage a mirror covering the entire height of the cylinder [1]. In this case, it may be enough for a single acquisition to obtain the entire surface of the cylinder. On the other hand, this can quickly lead to excessive dimensions of the system that would become heavy, expensive and cumbersome.

Si le miroir ne couvre pas toute la hauteur du cylindre [1], l'image est obtenue pas des acquisitions successives et un traitement d'image permettant de raccorder les différentes tranches acquises. A contrario du cas précédent, on peut considérer un miroir de taille minimale permettant d'obtenir un système compact et de coût moindre. La limite qui apparaît cependant est qu'une taille trop réduite rend le processus de traitement d'image complexe et peut conduire à une vitesse de translation entre l'objet [1] et le cylindre [22] faible pour garantir que chaque tranche du cylindre est correctement acquise et permet un recouvrement avec les images précédentes et suivantes. La caractéristique de ce miroir est qu'il est de révolution et qu'il comporte une occultation centrale du au fait qu'il présente un évidement central dans sa partie centrale pour que l'objet [1] puisse être translaté à travers cet espace. Il est à noter que le cylindre n'est pas obligatoire dans le principe mais facilite grandement le fonctionnement du dispositif. Ce miroir comporte de nombreux modes de réalisation possible parmi lesquelles un tronc de cône évidé avec un traitement réfléchissant externe ou un tronc de cylindre avec un alésage conique et un traitement réfléchissant interne. Il peut également être constitué d'une paroi conique avec un traitement réfléchissant interne. Lors des prises d'images élémentaires, il apparaît également les compromis classiques de l'imagerie en mouvement entre l'éclairage, le temps d'exposition et le déplacement de l'objet durant la prise d'image. Les capteurs actuels de type CCD ou CMOS associés à des éclairage à LEDs permettent des fréquence d'acquisitions typiques de plusieurs centaines de Hz pour des tailles d'image de plusieurs Mpixels et sont parfaitement adaptés pour l'invention. A titre d'exemple et dans un mode particulier de réalisation non limitatif, on peut considérer un dispositif comportant un cylindre de 30 cm de haut pour un diamètre de 8 cm et un miroir incliné à 45° imageant une tranche de 2 cm de haut. En considérant une résolution le long de l'axe de translation de 1001am et un temps d'exposition de lms, la vitesse de translation doit être inférieure à 10cm/s. Pour que le raccordement d'image soit aisée, on peut considérer que les images successives doivent présenter 25% de recouvrement. A la vitesse de 10cm/s, la fréquence d'acquisition doit -3- donc être supérieure à 7Hz. Le traitement d'image peut être effectué en temps réel et fournir des indications sur une vitesse de translation incorrecte ou être effectué à postériori de manière locale via un organe de traitement embarqué ou via un organe de traitement externe après transfert des images acquises. Tous ces différents modes de fonctionnement sont inclus dans l'invention et ne relèvent que de compromis techniques et financiers dépendant des applications particulières envisagées. Le système imageur [23] pour acquérir l'image transmise par le miroir [21] doit être de large diamètre et fonctionner de manière proche d'un objectif télécentrique. Cela impose donc un objectif de grand diamètre pour une image présentant un faible champ utile par rapport à la surface totale.If the mirror does not cover the entire height of the cylinder [1], the image is obtained not successive acquisitions and an image processing to connect the different tranches acquired. In contrast to the previous case, we can consider a minimal size mirror to obtain a compact system and lower cost. The limitation that appears however is that a size that is too small makes the image processing process complex and can lead to a translational speed between the object [1] and the weak cylinder [22] to ensure that each slice of the cylinder is correctly acquired and allows recovery with previous and subsequent images. The characteristic of this mirror is that it is of revolution and that it includes a central occultation of the fact that it has a central recess in its central part so that the object [1] can be translated through this space. It should be noted that the cylinder is not mandatory in principle but greatly facilitates the operation of the device. This mirror has many possible embodiments among which a hollow cone frustum with an external reflective treatment or a cylinder trunk with a conical bore and an internal reflective treatment. It may also consist of a conical wall with an internal reflective treatment. When taking basic images, there are also classic trade-offs in moving imagery between lighting, exposure time, and moving the object during imaging. Current CCD or CMOS type sensors associated with LED lighting allow typical acquisition rates of several hundred Hz for image sizes of several Mpixels and are perfectly suitable for the invention. By way of example and in a particular nonlimiting embodiment, a device may be considered comprising a cylinder of 30 cm high for a diameter of 8 cm and a mirror inclined at 45 ° imaging a slice of 2 cm high. Considering a resolution along the translation axis of 1001am and an exposure time of lms, the translational speed must be less than 10cm / s. In order for the image connection to be easy, it can be considered that the successive images must have 25% overlap. At a speed of 10 cm / s, the acquisition frequency must therefore be greater than 7 Hz. The image processing can be carried out in real time and provide indications on an incorrect translation speed or can be carried out a posteriori locally via an on-board processing unit or via an external processing unit after transfer of the acquired images. All these different modes of operation are included in the invention and are only technical and financial compromises depending on the particular applications envisaged. The imaging system [23] for acquiring the image transmitted by the mirror [21] must be of large diameter and operate in a manner close to a telecentric lens. This therefore imposes a large diameter lens for an image with a small field of view relative to the total area.

Un deuxième aspect de l'invention est de réduire le champ pour augmenter le rapport image utile/image totale et permettre l'utilisation d'objectif de diamètre standard. Pour cela, on propose un schéma optique tel que décrit dans la figure 2. Le système imageur comprend donc 2 miroirs coniques [230][231] qui permettent un repliement des faisceaux et un système optique classique [232] de type appareil photo ou caméra possédant une optique transmissive et un capteur associé. Tout point de l'image est donc obtenu après trois réflexions et le champ image vu par le système imageur [232] présente un faible diamètre et un grand rapport image utile/image totale. Ces trois miroirs peuvent correspondre à des troncs de cône d'angle de génératrice proche de 45° avec les miroirs [21] et [230] correspondant à une réflexion interne et le miroir [231] à une réflexion externe.A second aspect of the invention is to reduce the field to increase the useful image / total image ratio and allow the use of standard diameter lens. For this, an optical diagram is proposed as described in FIG. 2. The imaging system therefore comprises two conical mirrors [230] [231] which allow a folding of the beams and a conventional optical system [232] of the camera or camera type. having a transmissive optics and an associated sensor. Every point of the image is thus obtained after three reflections and the image field seen by the imaging system [232] has a small diameter and a large useful image / total image ratio. These three mirrors can correspond to truncated cones of generator angle close to 45 ° with the mirrors [21] and [230] corresponding to an internal reflection and the mirror [231] to an external reflection.

L'avantage de ce système de prise de vue par rapport à un système latéral est que la distance entre l'objet et le système imageur est relativement importante et que cela permet d'avoir une profondeur de champ importante. De ce fait, on peut calculer des conditions optiques pour que tout objet introduit dans le cylindre [22] présente une netteté acceptable. Si le système imageur ne permet pas d'obtenir une netteté suffisante, on pourra systématiquement prendre des prises de vues successives avec des mises au point différentes. Cela nécessite d'avoir une mise au point automatique pour le système imageur [232] et une vitesse de mise au point compatible avec la vitesse de translation de l'objet [1] dans le cylindre [22]. La distance de mise au point sera donc périodique et permettra de balayer en focus l'intérieur du cylindre. Si l'on considère l'exemple précédent, on peut considérer par exemple que le focus sera effectué sur 30 le premier bord du cylindre, sur le centre du cylindre, sur le bord opposé du cylindre, sur le centre du cylindre et enfin sur le premier bord du cylindre. Les acquisitions d'images et les mises au point se feront alors à une fréquence de 35Hz, ce qui ne présente aucune difficulté technologique. Le traitement d'images permettant la restitution de l'image panoramique pourra utiliser localement la prise de vue présentant la meilleure résolution pour obtenir la meilleure image finale. Ce -4- traitement prendra en compte les distorsions apportées par le système de repliement des faisceaux pour fournir une image la plus fidèle possible au développé du cylindre. Une aide au traitement peut être apportée par apport d'un ou plusieurs capteurs de position permettant de déterminer la distance entre le point moyen de la tranche imagée et le bord du cylindre. En considérant qu'une tranche d'image est proche d'un disque rond, trois capteurs disposés à 120° autour de l'axe optique sont suffisants. A titre d'exemple non limitatif, la figure 3 montre le positionnement d'un tel capteur qui peut utiliser un émetteur laser [3], une optique transmissive [4] et un récepteur [5] qui peut être une photodiode 2 quadrants ou une barrette CCD.The advantage of this system of shooting compared to a lateral system is that the distance between the object and the imaging system is relatively large and that allows to have a large depth of field. As a result, optical conditions can be calculated such that any object introduced into the cylinder [22] has an acceptable sharpness. If the imaging system does not provide enough sharpness, we can systematically take successive shots with different focus. This requires having an autofocus for the imaging system [232] and a focusing speed compatible with the speed of translation of the object [1] in the cylinder [22]. The focusing distance will therefore be periodic and will allow to focus the inside of the cylinder. If we consider the previous example, we can consider for example that the focus will be on the first edge of the cylinder, on the center of the cylinder, on the opposite edge of the cylinder, on the center of the cylinder and finally on the first edge of the cylinder. Images acquisition and tuning will be done at a frequency of 35Hz, which presents no technological difficulty. The image processing allowing the restitution of the panoramic image can use locally the shooting presenting the best resolution to obtain the best final image. This processing will take into account the distortions brought about by the beam folding system to provide an image as accurate as possible to the cylinder development. A processing aid may be provided by providing one or more position sensors for determining the distance between the midpoint of the image wafer and the edge of the cylinder. Considering that an image slice is close to a round disk, three sensors arranged at 120 ° around the optical axis are sufficient. By way of nonlimiting example, FIG. 3 shows the positioning of such a sensor which can use a laser emitter [3], transmissive optics [4] and a receiver [5] which can be a quadrant photodiode or a CCD bar.

Claims

CLAIMS1) Panoramic image taking system of a cylindrical object [1] characterized in that it comprises at least one reflective optical revolution [2] having a central optical occultation

2) Panoramic image taking system of a cylindrical object according to claim 1) characterized in that it comprises at least one reflective optical revolution having a central hole

3) panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) and 2) characterized in that the total image is obtained by relative translation of the cylinder [1] through the central hole of at least one optical

4) panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) to 3) characterized in that it comprises an illumination system passing through a reflective optics having a partial transmission

5) panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) to 3) characterized in that it comprises at least one sensor for measuring the distance between the midpoint of the image slice and the edge of the cylinder

6) Panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) to 3) characterized in that it comprises at least 2 reflective optics of revolution which allow a folding of the beams

7) panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) to 3) characterized in that it comprises at least 3 reflective optics of revolution and at least one transmissive optics

8) panoramic image taking system of a cylindrical object according to claims 1) to 3) characterized in that it comprises an automatic focusing device actuated periodically during the acquisition phase of elementary images .