Essais & Simulations - N° 118

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DOSSIER Industrie Lyon Principe de la mesure 3D à l’aide des déformations de la lumière structurée sur des objets 3D > La combinaison des deux méthodes La méthode de la stéréovision fonctionne d’autant mieux que les caractéristiques de l’objet à mesurer sont spécifiques et nombreuses. En particulier, les pièces en tôle de grande taille, polies ou même peintes peuvent poser problème. Toutefois, si l’on projette une lumière structurée sur la surface, la méthode de stéréovision trouve la quantité de points correspondants nécessaire à la mesure 3D détaillée. Dans le cas de pièces complexes, il peut arriver que la lumière structurée tombe sur une zone qui n’est pas visible pour la caméra. Il est ici préférable d’utiliser une deuxième caméra qui visualise la projection depuis une autre direction. Si l’on combine donc les deux méthodes de mesure 3D, leurs points faibles sont ainsi mutuellement compensés. > Lumière structurée Lors de mesures 3D avec lumière structurée, on met à profit l’effet suivant : si l’on projette un motif quelconque mais connu sur un objet tridimensionnel, le motif sera déformé. Si l’on a, par exemple, un motif composé de bandes droites parallèles sur un objet rond, on obtient des courbures et des écartements différents à la surface de l’objet qui sont alors capturés par la caméra. En utilisant ces déformations de la lumière structurée et en tenant compte de l’angle et de la distance entre le projecteur et la caméra, on peut calculer les informations de profondeur à partir d’une image bidimensionnelle. > Stéréovision Cette méthode utilise le même principe que l’homme : deux yeux ou caméras et une unité de traitement centrale (voir ci-après). Si l’on prend la même scène en même temps à partir de deux angles de vue différents, les caractéristiques (par ex. objets) de la scène sont légèrement décalées dans les deux images. Ce décalage permet de calculer la position des objets dans l’espace en tenant compte de la distance et de l’angle des deux caméras. La stéréovision utilise le même principe que l’homme pour déterminer les informations de profondeur de deux images de la même scène. Problème d’occlusion de la lumière structurée en cas d’utilisation d’une seule caméra EXIGENCES POUR LES SYSTÈMES DE MESURE Ce chapitre présente les différentes exigences fonctionnelles pour un système de mesure 3D optique, également appelé imageur 3D, et montre comment celles-ci peuvent être remplies le plus efficacement possible grâce à la projection de lumière structurée combinée à la stéréovision. > Précision La précision que l’on peut atteindre avec les méthodes de mesure optique présentées dépend en particulier de la résolution de la caméra et du projecteur ainsi que de la qualité optique des objectifs de la caméra et du projecteur. Les caméras doivent également disposer d’un bon rapport signal-bruit pour obtenir des résultats de mesure précis et répétables. Plus la résolution du projecteur est élevée, plus il est possible de projeter des structures fines sur les objets à mesurer et plus l’imageur 3D est à même de livrer des points de mesure avec une prise de vue. L’image 3D produite de l’objet à mesurer est d’autant plus riche en détails. 38 IESSAIS & SIMULATIONS • <strong>N°</strong>128 • Mars-Avril 2017
Le Magazine de la Réalité Virtuelle & Augmentée LE MAGAZINE DE L'INNOVATION 22 26 MARS 2017 Vu que la distance et l’angle entre les différentes caméras et le projecteur sont décisifs pour le calcul des coordonnées 3D des points de la surface, ils doivent être soigneusement calibrés et rester ensuite constants. Cela nécessite une rigidité mécanique correspondante de l’agencement même en cas d’écarts de température légers, telle qu’on l’atteint par exemple en utilisant des matériaux composites. L’idéal serait que l’imageur 3D puisse contrôler lui-même sa propre précision de mesure. Cela est notamment possible avec le rapprochement des résultats de mesure issus des procédés de lumière structurée et de la stéréovision : si les procédés de mesure livrent des valeurs très différentes, cela indique un éventuel besoin en maintenance ou réparation. Les conditions requises pour une précision élevée sont : une résolution élevée des caméras et du projecteur, un très bon rapport signal-bruit des caméras, une faible distorsion optique des objectifs, un calibrage précis et un boîtier rigide, et une détection automatique des imprécisions de mesure. SALON e LE PLUS GRAND SALON AU MONDE DES TECHNOLOGIES DU VIRTUEL + 200 EXPOSANTS 6000 M 2 D’EXPOSITION 120 SPEAKERS > Solidité face à des conditions d’éclairage et des textures de pièces variables Les systèmes de mesure optique ont besoin d’un éclairage suffisant et ce de façon la plus constante possible. Ils peuvent alors être réglés de manière optimale par rapport à celui-ci. Les conditions ambiantes dans les installations de fabrication industrielles sont néanmoins très diverses en fonction du domaine et souvent peu constantes. Parfois le soleil brille à travers les fenêtres du toit du hall de fabrication, parfois on trouve des postes de soudage à proximité de la station de mesure. Le système doit donc être conçu le plus solidement possible face aux influences de l’éclairage ambiant. La méthode de l’éclairage structuré fonctionne d’autant mieux que l’éclairage structuré est riche en contrastes sur la surface de l’objet. Le comportement est similaire dans le cas de la vision stéréo : là aussi, les formes caractéristiques qui s’attribuent les unes aux autres de façon univoque dans les deux images doivent être présentes. Cela est bien souvent difficile sur les objets aux surfaces fortement réfléchissantes. Il s’est avéré que l’éclairage LED bleu clair et l’usage de filtres optiques correspondants sur les objectifs des caméras sont à même de résoudre parfaitement les problèmes évoqués. Par ailleurs, les caméras doivent adapter entièrement automatiquement leur temps d’exposition à l’intensité lumineuse et disposer d’une dynamique élevée afin de pouvoir réaliser des prises de vue contrastées aussi bien des zones claires que sombres d’un objet. Les conditions requises pour une solidité élevée en termes d’éclairage et de texture sont : un éclairage LED bleu clair à bandes étroites, des filtres couleur optiques RÉALITÉ VIRTUELLE, RÉALITÉ AUGMENTÉE, MOTION CAPTURE... des solutions innovAntes pour toutes vos Activités ! FORMATION, MAINTENANCE, SANTÉ, SPORT, TOURISME... www.diaboloimprimservices.com • 02 43 53 21 00
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