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Auteur(s)
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Hichem SAHLI : Professeur à la Vrije Universiteit Brussel
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La vision industrielle est une technologie utile et souvent nécessaire dont les performances répondent aux exigences et aux contraintes industrielles. Son développement a bénéficié des progrès rapides et continus des détecteurs solides ponctuels, linéaires ou matriciels, ainsi que de la micro-informatique et de l’électronique de traitement d’images. La vision industrielle peut être définie comme suit : un ensemble autonome implémenté dans un environnement industriel et regroupant une caméra ou tout autre capteur optoélectronique sensible aux longueurs d’onde lumineuses ainsi qu’une unité de traitement d’images, ces deux systèmes permettant de prendre éventuellement une décision automatique.
Un secteur particulièrement concerné par la vision industrielle est la métrologie 2D ou 3D sans contact. De nombreux systèmes de mesure de positions, de formes et de distances sans contact sont utilisés dans l’industrie automobile, l’aéronautique, et surtout en milieu hostile (sous-marin, centrale nucléaire, chaudronnerie, etc.). Un tel système de mesurage est plus compact par rapport à une machine à mesurer tridimensionnelle (palpeur) pour la même résolution. En effet, la précision de mesure obtenue en utilisant des caméras industrielles étalonnées est en général comparable à une machine à mesurer tridimensionnelle.
Le présent article a pour objet de faire le point sur les systèmes de vision 2D pour le positionnement, l’identification et la mesure. En se limitant à un système de mesure 2D (aspect en surface) dans le domaine du visible, l’objet à contrôler possède trois dimensions, dont une sera forcément négligée par rapport aux autres. Cette troisième dimension pourra être contrôlée en synchronisant plusieurs systèmes de prise de vue et en faisant une étude simultanée des images qu’ils fournissent. Cette méthode permet de contrôler des objets de forme complexe, dont aucune dimension ne peut prévaloir sur les autres. L’objet peut être statique ou en mouvement de translation ou de rotation dans le contexte de la chaîne de fabrication. On peut dans certains cas profiter de ce mouvement pour faire plusieurs acquisitions sous des éclairages différents mettant en valeur l’aspect volumique de l’objet. C’est la position de l’objet par rapport à la source incidente qui crée l’effet de contraste recherché dans une image. Les différentes facettes de l’objet doivent apparaître distinctement séparées dans la dynamique de l’image et doivent aussi se distinguer du fond.
Les techniques de vision 3D, qui apportent la possibilité de résoudre des problèmes spécifiques que l’approche 2D ne permet pas de solutionner de façon simple (notamment la détermination des cotes de surfaces gauches) ne seront pas abordées ici. Le lecteur intéressé pourra se reporter à l’article « Perception géométrique tridimensionnelle en robotique » [R 7 750] dans le traité Informatique industrielle.
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2. Étalonnage de caméra
Le calibrage (étalonnage) de caméra consiste à identifier les paramètres qui permettent d’établir la correspondance entre les coordonnées objet et les coordonnées image selon un modèle de caméra choisi. Ce modèle est caractérisé par un certain nombre de paramètres [5] [6].
Il est utile de signaler que lorsque l’on calibre une caméra, on s’intéresse à la modélisation de l’ensemble de la caméra et de la carte d’acquisition. Si on change l’une ou l’autre, il faut recalibrer l’ensemble du système.
2.1 Modèle géométrique de caméra
La méthode d’étalonnage que nous allons considérer utilise le modèle de caméra du sténopé (petit trou ou pinhole ). Il modélise la relation perspective d’un objectif par la projection centrale. Il est composé d’un centre de projection, correspondant au centre optique de l’objectif O, et d’un plan image, correspondant au plan du capteur de la caméra (figure 8). La distance entre le centre de projection et le plan image est appelée distance focale f. Dans ce modèle, tous les rayons lumineux passent par le centre optique intersectant le plan image sans changer de direction. Pour simplifier les notations, on place par convention le plan image du même côté que le plan objet. Cette convention de signe (image non renversée) est respectée sur toutes les figures. Les notations suivantes seront utilisées ultérieurement.
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Repère objet
C’est le repère tridimensionnel du monde réel dans lequel l’objet cible est défini ; il est choisi par l’utilisateur à sa convenance. Les coordonnées d’un point dans ce repère sont notées (X , Y, Z ).
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Repère caméra
C’est le repère tridimensionnel de la caméra, dont l’origine est le centre de projection perspective, l’axe z est confondu avec l’axe optique et les axes x et y sont parallèles aux lignes et colonnes du capteur CCD. Les coordonnées d’un point dans ce repère sont notées (x , y, z ).
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Repère capteur
C’est le repère 2D, dont les axes x et y sont parallèles aux lignes horizontales et verticales du capteur CCD, et dont...
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Étalonnage de caméra
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - HILLAND (D.A.), BATCHELOR (B.G.), HODGSON (D.C.) - Automated visual inspection. - IFS Ltd, North Holland (1985).
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(2) - LAURGEAU (C.) - Guide de choix de caméras industrielles. - ENSMP (1993).
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(3) - COCQUEREZ (J.P.), PHILIPP (S.) - Analyse d’images : filtrage et segmentation. - Masson (1995).
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(4) - BELAID (A.), BELAID (Y) - Reconnaissance des formes. - InterÉditions (1992).
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(5) - HORAUD (R.), MONGA (O.) - Vision par ordinateur. - Hermes (1995).
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(6) - ZHOU (J.) - Contribution aux méthodes d’étalonnage des capteurs d’images. - Thèse de doctorat, École Centrale Paris (1992).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Cette liste offre un panorama de solutions commercialisées de localisation d’objets, de reconnaissance de formes, de contrôle dimensionnel et de contrôle d’aspect. Ce panorama n’est pas exhaustif et rassemble quelques applications telles que le contrôle dimensionnel en industrie automobile et en lunetterie : mesure d’entraxe et mesures sur circuits imprimés, ainsi que quelques entreprises développant et/ou distribuant des « automates de vision industrielle ».
HAUT DE PAGE
ICOS Vision Systems NV (Belgique) http://www.icos.be
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Graftek France http://www.graftek.fr
Cognex http://www.cognex.fr
Imasys http://www.imasys.fr
Noesis http://www.noesisvision.com
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