FR3030719A1 - Systeme et procede de mesure de l'epaisseur de givre sur une surface, notamment d'aeronef, a l'aide d'un motif lumineux genere par diffusion dans le givre. - Google Patents
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Abstract
- Procédé et système de mesure de l'épaisseur de givre sur une surface, notamment d'aéronef, à l'aide d'un motif lumineux généré par diffusion dans le givre. - Le système (1) de l'invention vise à fournir une estimation de l'épaisseur du givre (2), quelle que soit la forme de sa surface au niveau de l'interface air/givre. Le système (1) mesure pour cela un profil d'intensité d'un motif lumineux (15) généré par diffusion dans le givre (2), ce qui permet au système (1) de mesurer l'épaisseur du givre (2) même lorsque la surface air/givre n'est pas plane.
Description
DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un système et un procédé d'estimation d'une épaisseur de givre sur une surface, en particulier une surface d'aéronef.
ETAT DE LA TECHNIQUE Il est connu d'évaluer et contrôler la quantité de givre sur une surface d'un aéronef, telle qu'une aile par exemple. Pour cela on utilise un système optique comprenant un appareil photo et un laser. Le faisceau issu du laser traverse le givre et éclaire la surface de l'aéronef en un point central. Les rayons lumineux du faisceau sont ensuite réfléchis dans toutes les directions depuis le point central et une partie de ces rayons réfléchis est réfractée au contact de l'interface givre/air de sorte qu'elle se dirige de nouveau vers la surface de l'aéronef pour former alors une tâche de réfraction sur la surface de l'aéronef à une distance non nulle du point central. Le système mesure ensuite la distance entre la tache de réfraction et le point central et obtient la hauteur du givre en le déduisant de l'angle de réfraction du givre. Cependant, pour que cette méthode, basée sur la réfraction des rayons à l'interface air/givre et donc sur l'angle de réfraction du givre, soit fiable, il est nécessaire que la surface de givre soit plane. En effet, toute déformation de l'interface air/givre entraîne une réfraction des rayons non prévisible et perturbe ainsi la mesure de l'épaisseur du givre. La surface du givre pouvant prendre plusieurs formes sur la surface d'un aéronef, cette méthode ne garantit pas de pouvoir mesurer l'épaisseur du givre en toutes circonstances sur des surfaces d'aéronefs.
EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise à fournir une estimation de l'épaisseur du givre, quelle que soit la forme de sa surface au niveau de l'interface air/givre. La présente invention concerne à cet effet un système de mesure d'une 30 épaisseur de givre sur une surface, en particulier d'aéronef, le système comprenant : - une source de lumière configurée pour projeter un faisceau collimaté sur ladite surface de manière à générer un motif lumineux par diffusion dans ledit givre ; - un dispositif de prise de vue configuré pour acquérir une image du givre comprenant ledit motif lumineux ; - une unité de mesure configurée pour mesurer sur ladite image un profil d'intensité de lumière dudit motif lumineux ; et - une unité de calcul configurée pour estimer l'épaisseur de givre présente sur la surface en fonction dudit profil d'intensité de lumière et d'au moins une table 10 prédéterminée. Grâce à la mesure du profil d'intensité du motif lumineux généré par diffusion, on ne tient plus compte de la réfraction des rayons lumineux sur la surface air/givre dans le givre mais uniquement de la diffusion directe de la lumière dans le givre, ce qui permet au système de mesurer l'épaisseur du givre 15 même lorsque la surface air/givre n'est pas plane. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui peuvent être pris ensemble ou séparément : - la source de lumière présente une longueur d'onde comprise entre 200 nanomètres et 1 micromètre ; 20 - la source de lumière est choisie parmi : - un laser ; - une source de lumière pulsée ; - une source de lumière émettant un rayonnement en dehors de la zone visible ; 25 - une source de lumière émettant un rayonnement de plusieurs longueurs d'onde ; - l'unité de mesure est configurée pour mesurer une largeur du profil d'intensité, l'unité de calcul étant configurée pour estimer ladite épaisseur de givre en fonction de ladite largeur du profil d'intensité ; et 30 - le dispositif de prise de vue est configuré pour réaliser une acquisition à double image ; - le dispositif de prise de vue est un dispositif d'imagerie à grande gamme dynamique. L'invention concerne également un procédé de mesure d'une épaisseur de givre sur une surface, en particulier d'aéronef, ledit procédé comprenant les étapes suivantes consistant à: - projeter un faisceau collimaté sur ladite surface de manière à générer un motif lumineux par diffusion dans ledit givre ; - acquérir une image dudit givre comprenant ledit motif lumineux ; - mesurer sur ladite image un profil d'intensité de lumière dudit motif lumineux ; et - estimer l'épaisseur de givre présente sur la surface en fonction dudit profil d'intensité de lumière et d'au moins une table prédéterminée. Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui peuvent être pris ensemble ou séparément : - la mesure du profil d'intensité est réalisée perpendiculairement audit motif lumineux ; - le procédé comprend les étapes suivantes consistant à: - mesurer une largeur du profil d'intensité ; et - estimer ladite épaisseur de givre en fonction de ladite largeur du profil d'intensité et de ladite table prédéterminée ; - le procédé comprend une étape consistant à mesurer ladite largeur à la moitié de la hauteur du profil d'intensité ; - le procédé comprend les étapes suivantes consistant à: - acquérir une première sous-image du givre lorsque source de lumière est en fonction et une seconde sous-image du givre lorsque source de lumière est éteinte ; - former ladite image en superposant les première et seconde sous-images. L'invention concerne en outre un aéronef, en particulier un avion de 30 transport, comprenant un système tel que décrit précédemment. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est une vue schématique en perspective d'un aéronef 5 comprenant un système de mesure de l'épaisseur de givre sur une surface de l'aéronef. La figure 2 est une vue schématique en perspective d'un système de mesure de l'épaisseur du givre et d'une surface d'un aéronef sur laquelle se trouve du givre dont l'épaisseur est mesurée. 10 La figure 3 représente, en perspective, une surface sur laquelle se trouve du givre et un motif lumineux généré par diffusion de lumière dans le givre ainsi que des profils d'intensité de lumière du motif lumineux. La figure 4 représente un exemple de profil d'intensité de lumière du motif lumineux sous forme de graphe. 15 La figure 5 représente, sous forme de graphe, un profil d'intensité de lumière du motif lumineux calculé sur une sous-image prise en surexposition. La figure 6 représente, sous forme de graphe, un profil d'intensité de lumière du motif lumineux calculé sur une sous-image prise en sous-exposition. La figure 7 représente, sous forme de graphe, la somme des profils 20 d'intensité des figures 5 et 6. DESCRIPTION DÉTAILLÉE La figure 1 illustre schématiquement un aéronef AC, notamment un avion de transport, auquel peut être appliqué un système de mesure 1 de l'épaisseur de 25 givre 2 sur une surface 3 de l'aéronef AC, par exemple une partie d'une aile comme représenté à la figure 1, d'une gouverne, d'un bec, d'un volet, d'un aileron ou d'une autre partie du fuselage de l'aéronef AC. Le système de mesure 1 (noté ci-après système 1), tel que montré par exemple sur la figure 2, comprend selon l'invention : 30 - une source de lumière 10 configurée pour générer et projeter un faisceau lumineux collimaté 11 sur la surface 3 de manière à générer un motif lumineux 15 par diffusion dans ledit givre 2 ; - un dispositif de prise de vue 20 configuré pour acquérir une image 25 (figure 3) du givre 2 comprenant le motif lumineux 15; - une unité de mesure 30 configurée pour mesurer sur l'image 25 un profil d'intensité 35 de lumière du motif lumineux 15, comme représenté sur la figure 3; et - une unité de calcul 40 configurée pour estimer l'épaisseur de givre 2 présente sur la surface 3 en fonction dudit profil d'intensité 35 de lumière et d'au moins une table prédéterminée. Deux tables prédéterminées sont par exemple établies en fonction du type de givre dont l'épaisseur est mesurée. Pour du givre opaque, la table est établie avec les équations suivantes : Z = 0.1Wm2-ZO ZO= 0.1Wm2,0 Pour le givre transparent, la table est établie avec les équations suivantes : 2, Z 4.2Wm - ZO (2' ZO = 4.2Wm,0 Dans ces équations : - Z est l'épaisseur du givre exprimée en mm ; - Wm est la largeur du profil d'intensité 35; et - Wm,0 est la largeur du profil d'intensité lorsque la surface ne comprend pas de givre.
La table est enregistrée dans une base de données 41 intégrée par exemple dans l'unité de calcul 40. Le système 1 utilise le fait que, lorsque le faisceau collimaté 11 pénètre dans le givre 2, un phénomène de diffusion se produit, rendant le motif lumineux présent dans le givre 2 différent de celui qui aurait été créé sur une surface 3 de l'aéronef AC ne présentant pas de givre. Grâce à l'utilisation du phénomène de diffusion et à la prise en compte de la table prédéterminée, le système 1 peut mesurer des épaisseurs submillimétriques de givre. Il est possible en outre, pour cela, d'utiliser tous types de sources de lumière collimatées, et notamment de coût réduit. On entend par faisceau collimaté, le fait que les rayons de ce faisceau sont parallèles (ou quasiment parallèles) entre eux.
La source de lumière 10 génère un faisceau lumineux présentant une longueur d'onde comprise entre 200 nanomètres et 1 micromètre. Il s'agit par exemple d'un laser, d'une source de lumière pulsée, d'une source de lumière émettant un rayonnement hors de la zone visible ou d'une source de lumière utilisant de nombreuses longueurs d'onde.
L'unité de mesure 30 est connectée au dispositif de prise de vue 20 par l'intermédiaire d'une liaison 21. L'unité de calcul 40 est connectée à l'unité de mesure 30 par l'intermédiaire d'une liaison 31. Le dispositif de prise de vue est par exemple un appareil photo. Il acquiert 15 les images avec une fréquence faible, notamment de l'ordre de 10Hz. Le dispositif de prise de vue 20 est, de préférence, d'acquisition à double image. Dans ce cas, il est configuré pour acquérir une première sous-image du givre 2 lorsque la source de lumière 10 est en fonction, c'est-à-dire une première sous-image sur laquelle se trouve le motif lumineux 15, et une seconde sous- 20 image du givre 2 lorsque la source de lumière 10 est éteinte, c'est-à-dire une seconde sous-image sur laquelle ne se trouve pas le motif lumineux 15. Le dispositif de prise de vue 20 comprend un élément de traitement intégré qui est configuré pour former ladite image 25 sur laquelle est mesurée le profil d'intensité 35 du motif lumineux 15, en superposant la première sous-image et la 25 seconde sous-image. Cette superposition permet d'éliminer les bruits de fond, qui sont notamment amplifiés par le fait que la lumière ambiante du milieu dans lequel les images sont acquises est irrégulière. Le dispositif de prise de vue 20 pourrait également comprendre des 30 capteurs CMOS ou CDD et/ou des filtres pour limiter voire supprimer les bruits de fond.
Dans l'exemple représenté sur la figure 3, le motif lumineux 15 s'étend selon une direction d'extension D. Le profil d'intensité 35 du motif lumineux 15 est obtenu pour une section perpendiculaire au motif lumineux 15, c'est-à-dire perpendiculaire à la direction d'extension D. Le motif lumineux 15 peut présenter différentes formes. En particulier, il peut être formé à partir d'un point, d'une multitude de points (non alignés), d'une ligne comme sur la figure 3 ou d'une pluralité de lignes. L'unité de mesure 30 est configurée pour mesurer une largeur L du profil d'intensité 35. L'unité de calcul 40 est configurée pour estimer l'épaisseur de givre 2 en fonction de la largeur L du profil d'intensité 35 et de la ou des tables prédéterminées. Le faisceau collimaté 11 est projeté sur la surface 3 qui peut comprendre, comme illustré sur la figure 3, des zones dépourvues de givre 2. Le motif lumineux 15 est alors plus étendu dans le givre 2 que dans la partie de la surface ne présentant pas de givre, du fait de sa diffusion dans le givre. Le profil d'intensité 35 du motif lumineux 15 est ainsi plus large lorsque le motif lumineux est généré dans le givre 2 que lorsqu'il est généré sur une partie de surface dépourvue de givre. Comme représenté sur la figure 4, le profil d'intensité 35 est une courbe (notée f(x)) représentant l'intensité I du motif lumineux 15 en fonction de l'endroit X où est effectuée la mesure sur le givre 2. Plus la valeur mesurée est proche du point de pénétration 36 du faisceau collimaté 11 dans le givre 2, plus l'intensité lumineuse I du motif lumineux 15 est élevée, ce qui correspond au sommet du profil d'intensité 35 de lumière, illustré par la hauteur H sur la figure 4. Au contraire, plus la valeur mesurée est éloignée du point de pénétration 36 du faisceau collimaté 11 dans le givre 2, plus l'intensité lumineuse I du profil d'intensité 35 de lumière est réduite, jusqu'à devenir nulle (aux endroits du givre dans lesquels la lumière issue de la source de lumière n'est pas diffusée). L'unité de mesure 30 est configurée pour mesurer, en particulier, une largeur L du profil d'intensité 35, située à la moitié de la hauteur H du profil d'intensité, c'est-à-dire au niveau d'une valeur d'intensité égale à la moitié de l'intensité maximale H du profil d'intensité 35.
La largeur à mi-hauteur L est donc mesurée au niveau de l'ordonnée 1/2H dans l'exemple illustré à la figure 4, et correspond à la distance entre des points X1 et X2. Cette largeur à mi-hauteur L est calculée en normalisant le profil d'intensité entre 0 et 1, c'est-à-dire que la hauteur maximale H du profil d'intensité 35 est 1 et que la largeur à mi-hauteur L se calcule à une hauteur égale à 0.5, puis en utilisant une méthode basée sur des gradients pour trouver les coefficients b et c de l'équation suivante : f (x) - exp( 1 (x-b)2). 2 c La largeur à mi-hauteur L est alors donnée par la relation : L = 2c.,/12 .
Le dispositif de prise de vue 20 peut également être un dispositif d'imagerie à grande gamme dynamique de type HDR (« High Dynamic Range » en anglais). Un tel dispositif permet d'améliorer la précision des mesures dans le cas de saturation de l'image. Le dispositif de vue 20 acquiert une image surexposée de manière à détecter une première partie 53 illustrée à la figure 5 du profil d'intensité 35, qui est faible en intensité. Cette image correspond à la partie 53 du profil d'intensité 35 qui est inférieure à une intensité intermédiaire 11, cette intensité intermédiaire 11 étant inférieure à l'intensité maximale H du profil d'intensité 35. Le dispositif de vue 20 acquiert également une image sous-exposée de manière à détecter une seconde partie 54 illustrée à la figure 6 du profil d'intensité 35, qui présente une intensité élevée. Cette image correspond à la partie 54 du profil d'intensité 35, supérieure à l'intensité intermédiaire 11 du profil d'intensité 35. Comme illustré sur la figure 7, l'unité de calcul réalise ensuite la somme de la première partie 53 et de la deuxième partie 54 dans le but d'obtenir le profil d'intensité 35 entier permettant de calculer l'épaisseur du givre. En additionnant les première et deuxième parties 53 et 54 obtenues respectivement par surexposition et sous-exposition, le dispositif de prise de vue 20 améliore la précision du profil d'intensité 35 et donc la précision des calculs d'épaisseur du givre 2, notamment dans le cas de saturation de l'image.
Avec le système 1, on est en mesure de choisir librement la position du dispositif de prise de vue 20 par rapport à celle de la source de lumière 10.
Cependant, afin d'éviter que le faisceau collimaté 11 ne pénètre pas le givre 2 ou subisse une réflexion spéculaire, on choisira la position et l'orientation de la source de lumière 10 de manière à éviter le phénomène de réflexion spéculaire. Le système 1 tel que décrit ci-dessus permet de calculer l'épaisseur de tout type de givre, y compris du givre comprenant une partie liquide. Il est important de noter qu'il n'est pas nécessaire de mesurer le temps de retour du faisceau collimaté jusqu'à la source de lumière. Il est donc possible d'utiliser un dispositif de prise de vue 20 usuel de coût réduit. L'invention est décrite à l'exemple d'un aéronef, mais peut être applicable à toute surface, notamment d'un engin mobile, en particulier volant, susceptible d'être soumise à du givre.
Claims (11)
- REVENDICATIONS1. Système (1) de mesure d'une épaisseur de givre (2) sur une surface (3), en particulier d'aéronef (AC), caractérisé en ce qu'il comprend : - une source de lumière (10) configurée pour projeter un faisceau collimaté sur ladite surface (3) de manière à générer un motif lumineux (15) par diffusion dans ledit givre (2) ; - un dispositif de prise de vue (20) configuré pour acquérir une image (25) du givre (2) comprenant ledit motif lumineux (15) ; - une unité de mesure (30) configurée pour mesurer sur ladite image (25) un profil d'intensité (35) de lumière dudit motif lumineux (15) ; et - une unité de calcul (40) configurée pour estimer l'épaisseur de givre (2) présente sur la surface (3) en fonction dudit profil d'intensité (35) de lumière et d'au moins une table prédéterminée.
- 2. Système selon la revendication 1, dans lequel la source de lumière (10) présente une longueur d'onde comprise entre 200 nanomètres et 1 micromètre.
- 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la source de lumière est choisie parmi : - un laser ; - une source de lumière pulsée ; - une source de lumière émettant un rayonnement en dehors de la zone visible ; - une source de lumière émettant un rayonnement de plusieurs longueurs d'onde.
- 4. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'unité de mesure (30) est configurée pour mesurer une largeur (L) du profil d'intensité (35), l'unité de calcul (40) étant configurée pour estimer ladite épaisseur de givre en fonction de ladite largeur (L) du profil d'intensité (35).
- 5. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de prise de vue (20) est configuré pour réaliser une acquisition à double image.
- 6. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif de prise de vue (20) est un dispositif d'imagerie à grande gamme dynamique.
- 7. Procédé de mesure d'une épaisseur de givre (2) sur une surface (3), en particulier d'aéronef (AC), caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes consistant à: - projeter un faisceau collimaté sur ladite surface (3) de manière à générer un motif lumineux (15) par diffusion dans ledit givre (2) ; - acquérir une image (25) dudit givre (2) comprenant ledit motif lumineux (15) ; - mesurer sur ladite image (25) un profil d'intensité (35) de lumière dudit motif lumineux (15) ; et - estimer l'épaisseur de givre (2) présente sur la surface (3) en fonction dudit profil d'intensité (35) de lumière et d'au moins une table prédéterminée.
- 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la mesure du profil d'intensité (35) est réalisée perpendiculairement audit motif lumineux (15).
- 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes consistant à: - mesurer une largeur (L) du profil d'intensité (35) ; - estimer ladite épaisseur de givre (2) en fonction de ladite largeur (L) du profil d'intensité (35) et de ladite table prédéterminée.
- 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant une étape consistant à mesurer ladite largeur (L) à la moitié de la hauteur (H) du profil d'intensité (35).
- 11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le procédé comprend les étapes suivantes consistant à: - acquérir une première sous-image du givre (2) lorsque la source de lumière (10) est en fonction et une seconde sous-image du givre (2) lorsque la source de lumière (10) est éteinte ; - former ladite image (25) en superposant les première et seconde sous-images.
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