WO2025219683A1 - Mire de calibration pour capteur optique - Google Patents

Mire de calibration pour capteur optique

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WO2025219683A1
WO2025219683A1 PCT/FR2025/050328 FR2025050328W WO2025219683A1 WO 2025219683 A1 WO2025219683 A1 WO 2025219683A1 FR 2025050328 W FR2025050328 W FR 2025050328W WO 2025219683 A1 WO2025219683 A1 WO 2025219683A1
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WO
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zone
camera
calibration target
pattern
plate
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Application number
PCT/FR2025/050328
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English (en)
Inventor
Benoît Vincent Pierre LASJAUNIAS
Samuel Louis Marcel Marie Maillard
Thibaut SCHMOOR
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
Safran Aircraft Engines SAS
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current
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    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/80—Analysis of captured images to determine intrinsic or extrinsic camera parameters, i.e. camera calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/52—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using comparison with reference sources, e.g. disappearing-filament pyrometer
    • G01J5/53—Reference sources, e.g. standard lamps; Black bodies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/80—Calibration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras
    • G06T7/73—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods
    • G06T7/74—Determining position or orientation of objects or cameras using feature-based methods involving reference images or patches

Definitions

  • the present invention relates to the field of optical calibration and more particularly to the calibration of infrared cameras.
  • a common example of application is that of non-destructive testing (NDT) by thermography of a part (e.g. a sheet metal) having a complex surface.
  • NDT non-destructive testing
  • thermography of a part (e.g. a sheet metal) having a complex surface.
  • an infrared camera positioned on the mobile arm of a robot.
  • the part it is also possible for the part to be movable by a robot arm, so as to offer several points of view to a fixed camera.
  • the images from the camera can be projected onto a 3D virtual model of the part.
  • ordinary procedures only provide a very approximate projection of the images onto the three-dimensional virtual model of the part.
  • the different projected images do not perfectly superimpose on the virtual model of the part and discontinuities are observed between them. These discontinuities result, for example, from a gap between two acquisitions, induced by a lack of precision in the knowledge of the position of the camera relative to the subject.
  • a calibration target to precisely determine the position of the camera in relation to the subject. For example, in the case of non-destructive testing, this allows the actual position of the camera to be known in real time in order to precisely assemble several images and thus limit the risk of errors due to imprecise connections.
  • a calibration target comprising a pattern visible by an infrared camera.
  • the pattern being, in one example, a checkerboard whose squares have a different emissivity from the other squares. This difference in emissivity is sufficient, with the addition of heat, for the checkerboard pattern to appear in the infrared image and be used for calibrating the camera.
  • test patterns are not fully satisfactory in terms of image quality. Indeed, it is essential for test patterns, particularly at high precision, to provide a very high contrast image, that is to say on which the area of high emissivity is very “clearly” distinguished from the area of lower emissivity.
  • the present disclosure therefore aims to at least partially overcome the drawbacks of the state of the art cited above.
  • an objective of the present disclosure is to propose a solution which makes it possible both to provide a high-contrast image, making it possible to meet the precision requirements of an industrial application, and at the same time to reduce the noise in the image, hitherto unavoidable on state-of-the-art test charts.
  • a calibration target comprising a face comprising a first zone and a second zone, the first zone being defined by a pattern configured to be detectable by a camera, the first zone comprising a reflectivity factor of at least 94% for which at least 90% of the reflection is diffuse, the second zone comprising an emissivity factor of at least 50% for an emission wavelength range included in the medium and long infrared spectrum, i.e. between 2 and 12 pm.
  • the second zone has an emissivity value (or factor) of at least 75%, or at least 90%, or at least 95%.
  • the inventors determined during research work that the calibration target generates significantly less “noise” in the image when the reflection of the first zone is diffuse, in particular 90% diffuse, and that it retains its highly reflective character, in particular that it includes a reflectivity factor greater than 94%.
  • the calibration target comprises a plate, one face of which comprises the first zone and the second zone, the second zone being defined by a plurality of unitary patterns, preferably circular, produced on said face of the plate, the first zone being defined as the part of the face which is not covered by the plurality of unitary patterns.
  • the calibration target comprises a pattern formed from at least three unitary patterns.
  • the unitary patterns are regularly distributed in a plurality of rows and columns.
  • each unitary pattern is a few mm, or a few cm apart from the other unitary pattern(s).
  • the first zone comprises a material from among: a metal, a polymer.
  • the first zone comprises aluminum.
  • the present disclosure further comprises a method of manufacturing the calibration target described above, comprising:
  • the ink used for printing one or more unitary patterns defining the second zone is an ink polymerized under UV radiation.
  • each unitary pattern has a height, when measured perpendicular to the plate, which is less than or equal to 200 microns, preferably less than or equal to 50 microns.
  • a thickness may correspond to the thickness of the ink. This makes it possible to avoid shadow phenomena generating location errors when taking images.
  • the unitary patterns have an elliptical shape, more advantageously a circular shape.
  • the present disclosure further relates to a method of using a calibration target described above, comprising:
  • thermography installation capable of operating in a mid-infrared wavelength range of between 2 and 12 pm comprising a calibration target as described above, a robot arm and a camera, one or other of the calibration target or the camera being mounted on the robot arm.
  • the camera is an infrared camera, the wavelength of which is between 2 and 5 pm or between 7 and 12 pm.
  • FIG.l shows a schematic representation of a robot arm supporting a camera, oriented towards a calibration target according to an example of the present disclosure.
  • FIG.2 shows several views 2a, 2b, 2c, 2d illustrating different examples of possible patterns for a calibration target.
  • FIG.3 shows a section of a calibration target according to an example of the present disclosure.
  • FIG.4 shows a first representation 4a of a calibration target whose first zone does not exhibit a diffuse reflection, and a second representation 4b of a calibration target according to an example of the present disclosure whose first zone exhibits a diffuse reflection.
  • FIG. 1 shows an example of a thermography installation.
  • the aim is to know precisely the position of a camera 2 on a robot arm 3 using a calibration target 1 according to an example of the present disclosure.
  • it is essential to know precisely the position parameters of the camera 2 in order to be able, in particular during a non-destructive testing operation, to reconstruct a faithful view of the object being tested by assembling several acquisitions with each other.
  • Inaccuracies in the position of the camera result in inaccuracies at the junctions between the images glued together which can distort or slow down the testing operation.
  • the calibration target 1 comprises a pattern to be detected in the infrared domain by the camera 2, in a medium (2 to 5 pm) or long (7 to 12 pm) infrared wavelength range. It is however possible to adapt the calibration target to other wavelength ranges without departing from the scope of the present disclosure.
  • Such detection can be carried out by an image processing algorithm, executed by a processing unit comprising a processor (not shown).
  • This pattern to be detected can take several forms depending on the camera used: checkerboard, network of points, etc. as shown by way of example in [Fig.2].
  • the calibration target can be composed of several materials (paper, plastic, metal, wood, etc.).
  • the pattern is different from the checkerboard encountered conventionally, and comprises a network of unitary patterns P of circular shape.
  • the calibration target 1 illustrated in [Fig.l] comprises a plate 4, having a first zone 11 of a first emissivity value, the plate 4 also comprising a pattern defining a second zone 12 of a second emissivity value.
  • emissivity it can be considered as inversely proportional to reflectivity. If a body is particularly emissive, it is relatively non-reflective, and vice versa.
  • the first zone 11 can then be characterized in that it is particularly reflective, and the second zone 12 in that it is particularly emissive.
  • the first emissivity value can be of the order of 30%, while the second emissivity value can be of the order of 90%.
  • the first and second zones 11, 12 have different emissivity values.
  • they are significantly different: the greater the difference, the more the calibration target 1 will make it possible to obtain contrasting images in the infrared.
  • the first emissivity value is between 5 and 10%, and for the second emissivity value to be between 70 and 80%.
  • the second zone has an emissivity value of at least 75%, or at least 90%, or at least 95%.
  • the first zone 11 of the calibration target 1 In order to obtain a high contrast for the camera, it is advantageous to use a highly reflective material for the first zone 11 of the calibration target 1.
  • This type of material has, according to DIN 5036, part 3, a total reflection factor of at least 85%, preferably at least 90%.
  • the first zone 11 of the calibration target 1 according to the present disclosure advantageously has a reflectivity factor, in other words a total reflection factor, of at least 94%.
  • the first zone 11 is complementary to the second zone
  • the second zone 12 may typically comprise a plurality of regions distinct from each other.
  • each region is materialized by a unitary pattern P of circular shape.
  • the regions will be squares, possibly in contact by their corners, distributed in a regular checkerboard.
  • regular pattern we mean that it is constructed from one or more repetitions of a unitary pattern.
  • the pattern may comprise unitary patterns which may be identical, i.e. of the same 3D conformation.
  • the second zone 12 is defined on the plate 4 by unitary patterns P, regularly spaced on the plate 4 so as to form a pattern.
  • the background of the plate 4 on which the second zone 12 is defined then defines the first zone 11.
  • FIG. 2 shows different, non-limiting examples of possible patterns.
  • the network of unitary patterns P can comprise a number M of columns and a number N of rows. It is also possible for one or more column(s), or row(s), to have a different number of unitary patterns P. Since the invention is not limited to infrared camera checks, it is possible to use a target formed by any pattern on a background so that there is a contrast between the background and the pattern.
  • the embodiment of the calibration target 1 according to the application cases: the type of camera, the type of operation, etc. It is however advantageous for locating the position of the camera to be calibrated, that the second zone 12 which forms a pattern on the first zone 11 makes it possible to easily and precisely locate the majority of the points appearing in the image.
  • the plates shown by way of non-limiting example in [Fig.l] and 2 are substantially flat, and of generally rectangular or square shape. It is however possible, in other examples, for the plate to be curved. Furthermore, it is also possible for the plate to be of a shape other than a rectangle, for example an ellipse or any shape including or encompassing the pattern.
  • the plate 4 is made of a highly reflective material as defined above, and the second particularly emissive zone 12 is made by adding material to this plate 4, the surface of the plate 4 not covered by the second zone 12 constituting the first zone 11.
  • the plate 4 can be fixed on a more rigid support 5, for example made of a plastic with high mechanical resistance, in particular to bending, or of any other material chosen more for its mechanical properties than for its optical properties.
  • the plate 4 comprises aluminum, the face on which the pattern is made is thus made of aluminum.
  • the plate 4 comprises a polymer.
  • a plate 4 comprising a face defining a first zone 11 having a reflectivity factor of at least 94%, and for which at least 90% of the reflection is diffuse, and on which one or more unitary patterns P are printed, for example with ink, to form a pattern on said first zone 11 of said plate 4, said pattern defining a second zone 12 having an emissivity factor of at least 50%,
  • the plate 4 has a thickness of less than 1 mm, and is glued to a thicker support 5 which makes it possible to stiffen the assembly. It may be advantageous to stiffen the calibration target 1 to prevent it from deforming and losing its flat shape. Indeed, it is not essential but it remains advantageous for the plate to be substantially flat, because this can facilitate image acquisition.
  • the support 5 may also comprise a heating means 6 which makes it possible to further increase the contrast of the image by adding heat, for example during acquisition by the camera 2.
  • the pattern which defines the second zone 12 can be produced by printing an ink, preferably black, on the plate 4.
  • the black color makes it possible in particular to obtain the highest emissivity factor.
  • Such a method using an operation printing is particularly suited to the high precision required for this type of target, particularly for application in the inspection of industrial parts.
  • Printing can be carried out using an ink that hardens upon exposure to UV rays, but can also be carried out with any ink known to those skilled in the art.
  • the pattern may be advantageous for the pattern to have a height of less than 200 micrometers, advantageously less than 50 micrometers. This ensures that no shadow obscures parts of the first zone 11 and makes the learning of the position of the unitary patterns by the camera 2 imprecise.
  • the first zone 11 allows a so-called “diffuse” reflection.
  • a reflection is characterized by the fact that it reflects light in a large number of directions.
  • a reflection that is 100% “diffuse” reflects light, regardless of its direction of incidence, uniformly in all directions.
  • Such a reflection is opposed to a so-called “specular” reflection, in which the light is reflected in a direction that depends on the direction of incidence of the light on the reflecting surface, obeying the Snell-Descartes law.
  • a plane surface reflecting in a perfectly specular manner will return an incident ray in a direction symmetrical with respect to a plane of incidence, normal to the reflecting surface.
  • a surface reflecting in a “diffuse” manner will return an incident ray in a multitude of directions, so that it will not be possible, by perceiving one of the reflected rays, to determine where the source of the incident ray comes from.
  • it is a visual rendering of the type obtained by a surface with a so-called “matte” appearance.
  • a sheet of paper, or a brushed metal coating For example, a sheet of paper, or a brushed metal coating.
  • the materials used for this type of rendering do not have a sufficient reflectivity factor.
  • the calibration target 1 proposes a solution making it possible to overcome this compromise.
  • a representation of such an example of calibration target 1 is shown in part 4b on the right of [Fig.4],
  • the unitary patterns P are an example of a pattern that the camera 2 must detect, and are in principle highly emissive.
  • a unitary pattern P comprises a width 1 of the order of a millimeter.
  • the width 1 is comparable to a diameter of the unitary pattern P if it is circular, the height H of this pattern corresponding to a thickness of ink necessary for the formation of the unitary pattern (We then understand that the surface of the pattern is not smooth) and is controlled so as not to generate shadow phenomena when taking images.
  • FIG.l thus represents a method of using a calibration target 1 according to an example of the present disclosure, the method comprising:
  • the pattern of said calibration target 1 comprising a plurality of distinct unit patterns P,

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Abstract

La présente divulgation concerne une mire de calibration (1) comprenant une face (10) comportant une première zone (11) et une deuxième zone (12), la première zone (11) étant définie par un motif configuré pour être détectable par une caméra (2), la première zone comportant un facteur de réflectivité d'au moins 94% pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse, la deuxième zone comportant un facteur d'émissivité d'au moins 50% pour une plage de longueur d'onde d'émission comprise entre 2 et 12 μm.

Description

Description
Titre de l'invention : Mire de calibration pour capteur optique Domaine technique
[0001] La présente invention concerne le domaine de la calibration optique et plus particulièrement de la calibration de caméras infra-rouge.
[0002] Aux fins de diverses applications, il est connu d’équiper un bras-robot d’une (ou plusieurs) caméra(s) équipée(s) d’un capteur optique matriciel dans le but d’acquérir des données. Comme pour d’autres effecteurs équipant le robot, il est nécessaire de connaître avec précision la position et l’orientation réelles de la caméra, qui sert de repère outil au calculateur du robot et lui permet de positionner correctement la caméra pour les besoins des opérations (généralement de contrôle) à effectuer.
[0003] Un exemple d’application courant est celui du contrôle non destructif (CND) par thermographie d’une pièce (par ex. une tôle) ayant une surface complexe. Sur des pièces de grandes dimensions, il est alors nécessaire de réaliser plusieurs acquisitions optiques depuis différents points de vue à l’aide d’une caméra infrarouge positionnée sur le bras mobile d’un robot. Il est également possible que ce soit la pièce qui soit déplaçable par un bras robot, de façon à offrir plusieurs points de vue à une caméra fixe.
[0004] C’est également le cas sur des pièces de plus petites dimensions, sur lesquels on cherche à détecter de plus petits défauts. Par exemple, pour contrôler des défauts de l’ordre d’une dizaine de microns, il est nécessaire de réaliser une opération de zoom, qui réduit le champs de vision de la caméra. Par exemple, si l’on considère que la caméra présente un champ de vision rectangulaire, celui-ci peut mesurer quelques dizaines de centimètres de côté si l’on n’utilise pas de zoom. La même caméra, avec un zoom, verra son champ de vision réduit jusqu’à par exemple 1 ou 2 centimètre(s) de côté. Il est donc nécessaire d’assembler parfois plusieurs centaines d’acquisitions pour couvrir une pièce.
[0005] A l’aide des informations disponibles sur la position et l’orientation du robot, pour chaque point de mesure, les images issues de la caméra peuvent être projetées sur un modèle virtuel 3D de la pièce. Cependant, les procédures ordinaires ne fournissent qu’une projection très approximative des images sur le modèle virtuel tridimensionnel de pièce. De fait, les différentes images projetées ne se superposent pas parfaitement au modèle virtuel de la pièce et on observe des discontinuités entre elles. Ces discontinuités résultent par exemple d’un décalage entre deux acquisitions, induit par un défaut de précision sur la connaissance de la position de la caméra par rapport au sujet. [0006] Dans le cas d’une opération de contrôle non destructif, ces discontinuités peuvent être prises pour des défauts par la personne ou l’algorithme en charge de contrôler 1‘image, ce qui peut ralentir l’opération de diagnostic ou même aboutir à des conclusions erronées sur l’état de la pièce en question.
Technique antérieure
[0007] Afin de limiter les décalages entre les images, une solution théorique consiste à déterminer avec précision les dimensions de l’outillage permettant de fixer la caméra au robot afin d’obtenir une meilleure maîtrise de son positionnement. Cependant, la faible tolérance de l’ensemble au positionnement angulaire rend sa mise en œuvre complexe et augmente drastiquement le coût des outillages pour un effet incertain.
[0008] Il est donc préférable d’utiliser une mire de calibration pour déterminer avec précision la position de la caméra par rapport au sujet. Par exemple dans le cas du contrôle non destructif, cela permet de connaitre en temps réel la position effective de la caméra pour assembler avec précision plusieurs images et ainsi limiter les risques d’erreurs dus à des raccords imprécis.
[0009] Il est par exemple connu du document US2012069193 d’utiliser une mire de calibration comprenant un motif visible par une caméra infrarouge. Le motif étant, dans un exemple, un damier dont des carrés présentent une émissivité différente des autres carrés. Cette différence d’émissivité est suffisante, moyennant un apport de chaleur, pour que le motif en damier apparaisse dans l’image infrarouge et serve pour l’étalonnage de la caméra.
[0010] En théorie, utiliser deux émissivités différentes est satisfaisant, notamment pour des mires de grandes tailles. Cependant, il est difficile de maintenir un niveau satisfaisant de précision avec cette solution sur des mires de petites tailles, par exemple de l’ordre de quelques centimètres de côté. De plus, une telle mire de calibration est difficile à fabriquer, puisqu’il s’agit d’apposer une pluralité de carrés de chacun des deux matériaux pour réaliser le damier. En somme, une telle solution n’est pas suffisamment précise pour des besoins industriels.
[0011] Il est également connu de la publication de R. Usamentiaga et al. « Highly accurate geometric calibration for infrared cameras using inexpensive calibration targets », d’ imprimer à l’encre un motif à forte émissivité sur un support métallique à faible émissivité. Le principe d’impression décrit n’apporte pas entière satisfaction, notamment pour des mires de petites tailles. En effet, la position des parties du motif imprimé n’est pas suffisamment précise pour répondre aux besoins industriels.
[0012] Enfin, les mires de l’état de l’art ne sont pas pleinement satisfaisantes en termes de qualité d’image. En effet, il est primordial pour les mires, en particulier à haute précision, de fournir une image à très fort contraste, c’est-à-dire sur laquelle la zone de forte émissivité est très « clairement » distinguée de la zone de plus faible émissivité.
[0013] Pour augmenter le contraste de l’image, il est inévitable d’augmenter le facteur de réflectivité de la zone de plus faible émissivité, de façon qu’elle soit plus contrastée dans l’infrarouge. Le choix se porte donc systématiquement sur des matériaux qui présentent une réflexion dite « spéculaire », car ils offrent la plus forte réflectivité et permettent ainsi d’atteindre des meilleurs niveaux de contraste.
[0014] En revanche, de telles mires sont difficiles à utiliser car elles fournissent des images très « bruitées », de part la brillance des matériaux utilisés. Ces images nécessitent alors d’importants traitements numériques avant d’être exploitées, ce qui ralentit les opérations de contrôle et augmente leur coût.
[0015] L’état de l’art n’est donc pas pleinement satisfaisant en ce qu’il est systématiquement confronté à un compromis inévitable : choisir entre un matériau à fort facteur de réflectivité, mais générant un bruit contraignant, ou un matériau à plus faible facteur de réflectivité, générant peu de bruit, mais produisant des images à faible contraste inutilisables pour des applications de haute précision telles que le contrôle non destructif industriel.
[0016] La présente divulgation a donc pour objectif de pallier au moins en partie les inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus.
[0017] En particulier, un objectif de la présente divulgation est de proposer une solution qui permet à la fois de fournir une image à fort contraste, permettant de répondre aux besoins en précision d’une application industrielle, et à la fois de réduire le bruit dans l’image, jusqu’alors inévitable sur les mires de l’état de l’art.
Résumé
[0018] Les objectifs mentionnés ci-dessus sont atteints notamment par une mire de calibration comprenant une face comportant une première zone et une deuxième zone, la première zone étant définie par un motif configuré pour être détectable par une caméra, la première zone comportant un facteur de réflectivité d'au moins 94% pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse, la deuxième zone comportant un facteur d'émissivité d'au moins 50% pour une plage de longueur d’onde d’émission comprise dans le spectre infrarouge moyen et long, c’est-à-dire comprise entre 2 et 12 pm.
[0019] Dans d’autres exemples, la deuxième zone comporte une valeur (ou un facteur) d'émissivité d'au moins 75%, ou encore d’au moins 90%, ou encore d’au moins 95%.
[0020] En effet, les inventeurs ont déterminé lors de travaux de recherche que la mire de calibration génère significativement moins de « bruit » dans l’image lorsque la réflexion de la première zone est diffuse, notamment à 90% diffuse, et qu’elle conserve son caractère hautement réfléchissant, notamment qu’elle comprend un facteur de réflectivité supérieur à 94%.
[0021] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, optionnellement, être mises en œuvre, indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
[0022] Selon des exemples, la mire de calibration comprend une plaque dont une face comprend la première zone et la deuxième zone, la deuxième zone étant définie par une pluralité de motifs unitaires, de préférence circulaires, réalisés sur ladite face de la plaque, la première zone étant définie comme la partie de la face qui n’est pas recouverte par la pluralité de motifs unitaires.
[0023] Selon des exemples, la mire de calibration comporte un motif formé d’au moins trois motifs unitaires.
[0024] Selon des exemples, les motifs unitaires sont répartis régulièrement en une pluralité de lignes et de colonnes.
[0025] Selon des exemples, chaque motif unitaire est distant de quelques mm, ou de quelques cm du ou des autres motifs unitaires.
[0026] Selon des exemples, la première zone comporte un matériau parmi : un métal, un polymère.
[0027] Selon des exemples, la première zone comporte de l’aluminium.
[0028] La présente divulgation comporte en outre un procédé de fabrication de la mire de calibration décrite ci-avant, comprenant :
- Fourniture d'une plaque comprenant une face définissant une première zone comportant un facteur de réflectivité d’au moins 94%, et pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse,
- Impression, à l'encre, d’un ou plusieurs motifs unitaires pour former un motif sur ladite première zone de ladite plaque, ledit motif définissant une deuxième zone comportant un facteur d’émissivité d’au moins 50%,
[0029] Selon des exemples, l'encre utilisée pour l'impression de l’un ou plusieurs motifs unitaires définissant la deuxième zone est une encre polymérisée sous rayonnement UV.
[0030] Selon des exemples, chaque motif unitaire comporte une hauteur, lorsqu'elle est mesurée perpendiculairement à la plaque, qui est inférieure ou égale à 200 microns, préférentiellement inférieure ou égale à 50 microns. Une telle épaisseur pouvant correspondre à l’épaisseur de l’encre. Cela permet d’éviter les phénomènes d’ombres générant des erreurs de localisation lors de la prise d’images.
[0031] Selon des exemples les motifs unitaires ont une forme d’ellipse, plus avantageusement une forme circulaire. [0032] La présente divulgation concerne en outre un procédé d’utilisation d’une mire de calibration décrite ci-avant, comprenant :
- Fourniture d’un bras robot portant une caméra,
- Fourniture d’une mire de calibration telle que décrite ci-avant, le motif de ladite mire de calibration comportant une pluralité de motifs unitaires distincts,
- Acquisition, au moyen de la caméra, d’une pluralité d’images de la mire selon des orientations et des positions spatiales diverses du bras du robot,
- Calcul, à partir de ladite pluralité d’image et de la position de ladite pluralité de motifs unitaires, des paramètres de calibration de ladite caméra.
[0033] La présente divulgation concerne en outre, une installation de thermographie apte à fonctionner dans une plage de longueur d’onde infrarouge moyen comprise entre 2 et 12 pm comprenant une mire de calibration telle que décrite ci -avant, un bras-robot et une caméra, l’une ou l’autre de la mire de calibration ou de la caméra étant montée sur le bras-robot.
[0034] Selon des exemples, la caméra est une caméra infrarouge, dont la longueur d’onde est comprise entre 2 et 5 pm ou entre 7 et 12 pm.
Brève description des dessins
[0035] D’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci -après, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0036] [Fig.l] montre une représentation schématique d’un bras robot supportant une caméra, orientée vers une mire de calibration selon un exemple de la présente divulgation.
[0037] [Fig.2] montre plusieurs vue 2a, 2b, 2c, 2d illustrant différents exemples de motifs possibles pour une mire de calibration.
[0038] [Fig.3] montre une coupe d’une mire de calibration selon un exemple de la présente divulgation.
[0039] [Fig.4] montre une première représentation 4a d’une mire de calibration dont la première zone ne présente pas une réflexion diffuse, et une deuxième représentation 4b d’une mire de calibration selon un exemple de la présente divulgation dont la première zone présente une réflexion diffuse.
Description des modes de réalisation
[0040] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l’essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente divulgation, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0041] Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires. À fin de concision, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension du mode de réalisation décrit sont représentés sur les figures et sont décrits de manière détaillée dans la suite.
[0042] Il est maintenant fait référence à la [Fig.1], sur laquelle est montré un exemple d’installation de thermographie. Dans cet exemple, le but est de connaître avec précision la position d’une caméra 2 sur un bras robot 3 à l’aide d’une mire de calibration 1 selon un exemple de la présente divulgation. Comme cela a été expliqué plus haut, il est primordial de connaître avec précision les paramètres de position de la caméra 2 pour pouvoir, notamment lors d’une opération de contrôle non destructif, reconstituer une vue fidèle de l’objet contrôlé par assemblage de plusieurs acquisitions les unes avec les autres. Des imprécisions sur la position de la caméra résultent en des imprécisions au niveau des jonctions entre les images collées entre-elles qui peuvent fausser ou ralentir l’opération de contrôle.
[0043] Dans la solution proposée dans le présent document, la mire de calibration 1 comprend un motif à détecter dans le domaine infra-rouge par la caméra 2, dans une plage de longueur d’onde infrarouge moyen (2 à 5 pm) ou long (7 à 12 pm). Il est cependant possible d’adapter la mire de calibration à d’autres plages de longueur d’onde sans pour autant sortir du cadre de la présente divulgation.
[0044] Une telle détection peut être effectuée par un algorithme de traitement d'image, exécuté par une unité de traitement comportant un processeur (non représenté). Ce motif à détecter peut prendre plusieurs formes en fonction de la caméra utilisée : damier, réseau de points, etc. tel que représenté à titre d’exemple en [Fig.2], La mire de calibration peut être composée de plusieurs matériaux (papier, plastique, métal, bois, etc.). Dans le contexte d'une application employant une caméra infrarouge présenté ici à titre d'exemple non limitatif, le motif est différent du damier rencontré classiquement, et comprend un réseau de motifs unitaires P de forme circulaires.
[0045] La mire de calibration 1 illustrée en [Fig.l] comprend une plaque 4, présentant une première zone 11 d’une première valeur d’émissivité, la plaque 4 comprenant également un motif définissant une deuxième zone 12 d’une deuxième valeur d’émissivité.
[0046] Pour mieux comprendre la notion d’émissivité, elle peut être considérée comme proportionnellement inverse à la réflectivité. Si un corps est particulièrement émissif, il est relativement peu réfléchissant, et vice-versa.
[0047] Dans notre cas, selon des exemples, on peut alors caractériser la première zone 11 en ce qu’elle est particulièrement réfléchissante, et la deuxième zone 12 en ce qu’elle est particulièrement émissive. Par exemple, la première valeur d’émissivité peut être de l’ordre de 30%, alors que la deuxième valeur d’émissivité peut être de l’ordre de 90%. Bien que la présente divulgation se focalise sur des configurations dans lesquelles la première zone 11 est réfléchissante et la deuxième zone 12 est émissive, Il est aussi possible de prévoir une configuration inverse, dans laquelle c’est la première zone
11 qui est particulièrement émissive, et la deuxième zone 12 qui est particulièrement réfléchissante. Il est donc implicite dans la description que la configuration inverse est possible. L’essentiel est que les première et deuxième zones 11, 12 présentent des valeurs d’émissivités différentes. Avantageusement, elles sont significativement différentes : plus la différence est importante, plus la mire de calibration 1 permettra d’obtenir des images contrastées dans l’infrarouge.
[0048] Dans d’autres exemples, il est possible que la première valeur d’émissivité soit comprise entre 5 et 10%, et que la deuxième valeur d’émissivité soit comprise entre 70 et 80%.
[0049] Dans d’autres exemples, la deuxième zone comporte une valeur d'émissivité d'au moins 75%, ou encore d’au moins 90%, ou encore d’au moins 95%.
[0050] De façon à obtenir un fort contraste pour la caméra, il est avantageux d’utiliser un matériau hautement réfléchissant pour la première zone 11 de la mire de calibration 1. Ce type de matériaux présentant, selon la norme DIN 5036, partie 3, un facteur de réflexion total d'au moins 85 %, de préférence d'au moins 90 %. La première zone 11 de la mire de calibration 1 selon la présente divulgation présente avantageusement un facteur de réflectivité, autrement dit de réflexion totale, d’au moins 94%.
[0051] Dans des exemples, la première zone 11 est complémentaire de la deuxième zone
12 sur la face 10 de la plaque 4. De cette façon, peu importe sa forme, la deuxième zone 12 est toujours incluse dans le contour de la première zone 11. La deuxième zone 12 peut typiquement comprendre une pluralité de régions distinctes les unes des autres. Dans des exemples, chaque région est matérialisée par un motif unitaire P de forme circulaire. Dans d’autres exemple déjà discuté, les régions seront des carrés, éventuellement en contact par leur coins, répartis en un damier régulier. On entend par motif « régulier » qu’il est construit à partir d’une ou plusieurs répétitions d’un motif unitaire. Le motif peut comporter des motifs unitaires pouvant être identiques, c’est-à- dire de même conformation 3D.
[0052] Dans des exemples représentés en [Fig.l] et en figure 2a et 2b, la deuxième zone 12 est définie sur la plaque 4 par des motifs unitaires P, régulièrement espacés sur la plaque 4 de sorte à former un motif. Le fond de la plaque 4 sur lequel est défini la deuxième zone 12 définit alors la première zone 11. La [Fig.2] représente différents exemples, non limitatifs, de motifs possibles. Classiquement, le réseau de motifs unitaires P peut comprendre un nombre M de colonnes et un nombre N de lignes. Il est également possible qu’une ou plusieurs colonne(s), ou ligne(s), présente un nombre différent de motifs unitaires P. L'invention ne se limitant pas aux contrôles par caméra infrarouge, il est possible d'utiliser une mire formée par un motif quelconque sur un fond de telle sorte qu'il existe un contraste entre le fond et le motif. [0053] Il est finalement possible d’adapter la forme de réalisation de la mire de calibration 1 selon les cas d’application : le type de caméra, le type d’opération, etc. Il est cependant avantageux pour le repérage de la position de la caméra à calibrer, que la deuxième zone 12 qui forme un motif sur la première zone 11 permette de repérer aisément et avec précision la majorité des points apparaissant dans l’image.
[0054] Les plaques représentées à titre d’exemple non limitatif en [Fig.l] et 2 sont sensiblement planes, et de forme générale rectangulaire ou carré. Il est cependant possible, dans d’autres exemples, que la plaque soit incurvée. Par ailleurs, il est également possible que la plaque soit de forme différente d’un rectangle, par exemple d’une ellipse ou d’une forme quelconque incluant ou englobant le motif.
[0055] Dans un exemple, la plaque 4 est réalisée en un matériau hautement réfléchissant tel que défini plus haut, et la deuxième zone 12 particulièrement émissive est réalisée par ajout de matière sur cette plaque 4, la surface de la plaque 4 non recouverte par la deuxième zone 12 constituant la première zone 11. Un tel exemple est notamment représenté [Fig.3]. La plaque 4 peut être fixée sur un support 5 plus rigide, par exemple réalisé en un plastique à forte résistance mécanique, notamment à la flexion, ou en tout autre matériau choisi plutôt pour ses propriétés mécaniques que pour ses propriétés optiques. Selon un exemple préféré, la plaque 4 comprend de l’aluminium, la face sur laquelle est réalisé le motif est ainsi en aluminium. Selon un autre exemple, la plaque 4 comprend un polymère.
[0056] Selon un exemple de procédé de fabrication de la mire de calibration 1, dont la [Fig.3] représente un exemple de produit obtenu, on fournit une plaque 4 comprenant une face définissant une première zone 11 comportant un facteur de réflectivité d’au moins 94%, et pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse, et sur laquelle on imprime, par exemple à l'encre, un ou plusieurs motifs unitaires P pour former un motif sur ladite première zone 11 de ladite plaque 4, ledit motif définissant une deuxième zone 12 comportant un facteur d’émissivité d’au moins 50%,
[0057] Dans un exemple, la plaque 4 présente une épaisseur inférieure à 1mm, et est collée sur un support 5 plus épais qui permet de rigidifier l’ensemble. Il peut être avantageux de rigidifier la mire de calibration 1 pour éviter qu’elle ne se déforme et perde sa forme plane. En effet, il n’est pas essentiel mais il reste avantageux que la plaque soit sensiblement plane, car cela peut faciliter l’acquisition d’image.
[0058] Le support 5 peut également comprendre un moyen de chauffage 6 qui permet d’augmenter encore davantage le contraste de l’image par un apport de chaleur, par exemple pendant l’acquisition par la caméra 2.
[0059] Le motif qui définit la deuxième zone 12 peut être réalisé par impression d’une encre, préférentiellement noire, sur la plaque 4. La couleur noire permet notamment d’obtenir le plus grand facteur d’émissivité. Un tel procédé utilisant une opération d’impression est particulièrement adapté à la grande précision nécessaire à ce type de mire, notamment pour une application dans le contrôle de pièces industrielles. Il est cependant possible de réaliser le motif définissant la zone de forte émissivité de toute autre manière connue de l’homme de l’art.
[0060] L’impression peut être réalisée à l’aide d’une encre durcissant à l’exposition aux rayons UV, mais peut aussi être réalisé avec toute encre connue de l’homme de l’art.
[0061] Il peut être avantageux que le motif présente une hauteur inférieure à 200 micromètres, avantageusement inférieure à 50 micromètres. Cela permet d’assurer qu’aucune ombre n’obscurcisse des parties de la première zone 11 et rende imprécis l’apprentissage de la position des motifs unitaires par la caméra 2.
[0062] Il est maintenant fait référence à la [Fig.4], Selon la présente divulgation, la première zone 11 permet une réflexion dite « diffuse ». Une telle réflexion est caractérisée par le fait qu’elle réfléchit la lumière dans un grand nombre de directions. Idéalement, une réflexion qui est à 100% « diffuse » réfléchit la lumière, peu importe sa direction d’incidence, uniformément dans toutes les directions. Une telle réflexion est opposée à une réflexion dite « spéculaire », dans laquelle la lumière est réfléchit dans une direction qui dépend de la direction d’incidence de la lumière sur la surface réfléchissante, en obéissant à la loi de Snell-Descartes. En d’autres termes, une surface plane réfléchissant de manière parfaitement spéculaire renverra un rayon incident dans une direction symétrique par rapport à un plan d’incidence, normal à la surface réfléchissante. C’est le cas par exemple d’un miroir, ou des mires de calibration connues dont un exemple est représenté en partie 4a à gauche de la [Fig.4], A l’inverse, une surface réfléchissante de manière « diffuse » renverra un rayon incident dans une multitude de directions, si bien qu’il ne sera pas possible, en percevant l’un des rayons réfléchis, de déterminer d’où vient la source du rayon incident. En d’autres termes, il s’agit d’un rendu visuel du type obtenu par une surface d’aspect dit « mat ». Par exemple une feuille de papier, ou un revêtement en métal brossé. Cependant, les matériaux utilisés pour ce type de rendu n’ont pas un facteur de réflectivité suffisant. D’autre part, sur des matériaux suffisamment réfléchissants à l’origine, les traitements de surface utilisés pour obtenir cet aspect dégradent leur facteur de réflectivité ne constituent donc pas non plus une solution au problème posé. La mire de calibration 1 selon la présente divulgation propose une solution permettant de lever ce compromis. Une représentation d’un tel exemple de mire de calibration 1 est représenté en partie 4b à droite de la [Fig.4],
[0063] Les motifs unitaires P sont un exemple de réalisation de motif que la caméra 2 doit détecter, et sont en principe fortement émissifs. En particulier, un motif unitaire P comprend une largeur 1 de l’ordre du millimètre. Préférentiellement, la largeur 1, est assimilable à un diamètre du motif unitaire P s’il est circulaire, la hauteur H de ce motif correspondant à une épaisseur d’encre nécessaire à la formation du motif unitaire (On comprend alors que la surface du motif n’est pas lisse) et est maitrisée pour ne pas générer de phénomènes d’ombres lors de la prise d’images.
[0064] La [Fig.l] représente ainsi un procédé d’utilisation d’une mire de calibration 1 selon un exemple de la présente divulgation, le procédé comprenant :
- La fourniture d’un bras robot 3 portant une caméra 2, la caméra pouvant être une caméra infrarouge,
- La fourniture d’une mire de calibration 1 selon la présente divulgation, le motif de ladite mire de calibration 1 comportant une pluralité de motifs unitaires P distincts,
- L’acquisition, au moyen de la caméra 2, d’une pluralité d’images de la mire
1 selon des orientations et des positions spatiales diverse du bras du robot 3,
- Le calcul, à partir de ladite pluralité d’image et de la position de ladite pluralité de motifs unitaires P, des paramètres de calibration de ladite caméra
2 en vue de connaître avec précision sa position.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Mire de calibration (1 ) comprenant une face (10) comportant une première zone (1 1 ) et une deuxième zone (12), la première zone (1 1 ) étant définie par un motif configuré pour être détectable par une caméra (2), la première zone comportant un facteur de réflectivité d'au moins 94% pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse, la deuxième zone comportant un facteur d'émissivité d'au moins 50% pour une plage de longueur d’onde d’émission comprise entre 2 et 12 pm.
[Revendication 2] Mire de calibration (1 ) selon la revendication 1 , comprenant une plaque (4) dont une face (10) comprend la première zone (1 1 ) et la deuxième zone (12), la deuxième zone (12) étant définie par une pluralité de motifs unitaires (P), de préférence circulaires, réalisés sur ladite face (10) de la plaque (4), la première zone (1 1 ) étant définie comme la partie de la face (10) qui n’est pas recouverte par la pluralité de motifs unitaires (P).
[Revendication 3] Mire de calibration (1 ) selon l’une des revendications 1 à 2, dans laquelle la première zone (1 1 ) comporte un matériau parmi : un métal, un polymère.
[Revendication 4] Mire de calibration (1 ) selon la revendication 3, dans laquelle la première zone (1 1 ) comporte de l’aluminium.
[Revendication 5] Procédé de fabrication de la mire de calibration (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4 comprenant :
Fourniture d'une plaque (4) comprenant une face définissant une première zone (1 1 ) comportant un facteur de réflectivité d’au moins 94%, et pour laquelle au moins 90% de la réflexion est diffuse,
Impression, à l'encre, d’un ou plusieurs motifs unitaires (P) pour former un motif sur ladite première zone (1 1 ) de ladite plaque (4), ledit motif définissant une deuxième zone (12) comportant un facteur d’émissivité d’au moins 50%,
[Revendication 6] Procédé selon la revendication 5, dans lequel l'encre utilisée pour l'impression de l’un ou plusieurs motifs unitaires (P) définissant la deuxième zone (12) est une encre polymérisée sous rayonnement UV.
[Revendication 7] Procédé selon l’une des revendications 5 à 6, dans lequel chaque motif unitaire (P) comporte une hauteur (H), lorsqu'elle est mesurée perpendiculairement à la plaque (4), qui est inférieure ou égale à 50 microns [Revendication 8] Procédé d’utilisation d’une mire de calibration (1 ) selon l’une des revendications 1 à 4, comprenant :
Fourniture d’un bras robot (3) portant une caméra (2),
Fourniture d’une mire de calibration (1 ) selon l’une des revendications 1 à 5, le motif de ladite mire de calibration (1 ) comportant une pluralité de motifs unitaires P distincts,
Acquisition, au moyen de la caméra (2), d’une pluralité d’images de la mire (1 ) selon des orientations et des positions spatiales diverses du bras du robot (3),
Calcul, à partir de ladite pluralité d’image et de la position de ladite pluralité de motifs unitaires (P), des paramètres de calibration de ladite caméra (2). [Revendication 9] Installation de thermographie apte à fonctionner dans une plage de longueur d’onde comprise entre 2 et 12 pm comprenant une mire de calibration (1 ) selon les revendications 1 à 5, un bras-robot (3) et une caméra (2), l’une ou l’autre de la mire de calibration (1 ) ou de la caméra (2) étant montée sur le bras-robot (3).
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