Manuscrit auteur, publié dans « 3ème colloque francophone Méthodes et techniques optiques pour l’industrie, SFO-CEMOI, Saint Aubin du Médoc : France (2002) »

Faisabilit´ d’un capteur 3D bas´ sur l’analyse du e e ?ou optique sur les images
Thierry Simon(1),Christophe Simon(2), Fr´d´rique Bicking(2) e e
(1) (2) ESSTIN,

Equipe PERCEVAL, IUT de Figeac, Dpt GMP, Avenue de Nayrac, 46100 FigeacUniversit´ Henri Poincar´ Nancy 1, 2 Rue Jean Lamour, 54519 Vandœuvre-l`s-Nancy Cedex e e e

[email protected], {Christophe.Simon;Frederique.Bicking}@esstin.uhp-nancy.fr

I.

Introduction

Le d´veloppement de capteurs et notamment e de capteurs intelligents pour la mesure est un axe d’initiative de recherche pertinent tant pour les laboratoires que pour l’industrie. En outre, ledomaine de la mesure tridimensionnelle sans contact est particuli`rement ouvert e puisque les dispositifs de mesure actuels sont de type ponctuel ou lin´aire et que tr`s peu de e e dispositifs s’att`lent au probl`me du mesurage e e 3D direct. Dans ce domaine, les cam´ras sont e les corps d’´preuve privil´gi´s, il reste alors a e e e ` les mettre en œuvre habilement pour aboutir a un syst`me demesure en trois dimensions. ` e De nombreuses m´thodes ont ´t´ d´velopp´es e ee e e pour obtenir ces coordonn´es. Elles reposent e toutes sur une exploitation des variations des conditions de prise de vue de plusieurs images. Les param`tres du syst`me d’acquisition ou de e e l’environnement lumineux, contrˆl´ ou non, sont oe les informations essentielles a l’´tablissement ` e de la relation entrel’image et la sc`ne r´elle. e e Deux grandes cat´gories d’approches peuvent e e e u ˆtre d´?nies. Les approches multi-oculaires o` une mˆme sc`ne est capt´e selon plusieurs points e e e de vue et les approches monoculaires o` la sc`ne u e est capt´e selon le mˆme point de vue. La e e premi`re cat´gorie est extrˆmement d´velopp´e e e e e e mais les techniques pr´sentent l’inconv´nient e e majeur d’unlourd traitement de l’information pour apparier des points a?n de trianguler leur position. N´anmoins, un bon appariement cone duira a une mesure 3D pr´cise. La seconde ` e cat´gorie regroupe les techniques utilisant le e ?ou optique comme information de profondeur. Le probl`me d’appariement n’existe plus, mais e le niveau de pr´cision d´pend fortement des e e 1

conditions de prise de vue. Cestechniques se composent de deux groupes. Le premier groupe recherche dans l’image les zones de nettet´ et les lient a la profondeur par les e ` relations classiques de l’optique g´om´trique. e e Nomm´es Depth From Focus ou DFF ([1]; [2]; e [3]), elles pr´sentent l’inconv´nient majeur d’un e e temps prohibitif d’obtention d’une carte des profondeurs. Le second groupe exploite le ?ou optiqueperceptible sur les zones non homog`nes e de l’image correspondant a des contours ou a ` ` des textures. Ces techniques, appel´es Depth e From Defocus ou DFD ([4]; [5]; [6]), utilisent au moins deux images d’une mˆme sc`ne ace e quises avec des r´glages di?´rents des param`tres e e e du syst`me optique. Les principales techniques e exploitent soit le contenu spatial de l’image par les caract´ristiquesg´om´triques ([4]) ou e e e la forme des objets dans la sc`ne ([2]) soit le e contenu fr´quentiel par une analyse de Fourier e ([7]). Cette analyse est toujours tr`s couteuse e en temps de calcul. Elle est donc peu appropri´e au d´veloppement d’un capteur. C’est e e pourquoi nous avons pr´f´r´ une approche spaeee tiale localis´e sur des ´l´ments caract´ristiques e ee e e e des objets de la sc`neobserv´e. Dans cette article, nous pr´sentons le d´veloppement th´orique e e e e de notre m´thode de perception de la profondeur e dans une sc`ne en rappelant le processus de formation des images ?oues, en explicitant en quel sens le ?ou optique est une information sur la profondeur et en pr´cisant les mod`les e e e e math´matiques utilis´s. Nous analysons ensuite les constituants de la m´thode,…