UNE IMAGE

DOMAINE DE L’INVENTION

L’invention concerne un procédé de détermination des bords saillants d’un objet tridimensionnel sur une image, à partir d’un modèle tridimensionnel de l’objet. L’invention s’inscrit dans un contexte de détection et de suivi d’une cible, notamment dans le cas de rendez-vous aériens ou spatiaux. ETAT DE LA TECHNIQUE

Un exemple d’un rendez-vous aérien est le ravitaillement en vol d’un aéronef, qui requiert de positionner un avion ravitailleur équipé d’une perche de ravitaillement (également appelée boom en anglais) relativement à l’avion à ravitailler.

Un rendez-vous spatial est typiquement l’arrimage d’un véhicule spatial à une cible telle que la Station Spatiale Internationale.

Dans les deux cas, un véhicule d’approche mobile doit se positionner précisément relativement à une cible mobile, dont la structure tridimensionnelle peut être complexe. La navigation du véhicule d’approche est essentiellement basée sur l’analyse des images de la cible mobile prises depuis le véhicule d’approche, afin de déterminer avec exactitude la pose de la cible mobile, c’est-à-dire sa position relative et son orientation par rapport au véhicule d’approche.

Plus précisément, un procédé de traitement d’images pour estimer la pose de la cible comprend une acquisition d’images de la cible depuis le véhicule à une fréquence qui dépend des vitesses du véhicule et de la cible, puis le traitement de chaque image pour déterminer la pose de la cible sur l’image.

Le traitement d’une image comprend classiquement une première étape de détection de la cible sur l’image, et une deuxième étape de détermination de la pose de la cible.

En référence à la figure 1 , selon un procédé connu, la détermination de la pose de la cible sur l’image peut être mise en oeuvre grâce à un modèle tridimensionnel de la cible et une estimation de la pose de la cible sur l’image.

Dans ce cas, une première étape 1 comprend la détermination des bords saillants du modèle de la cible dans la pose correspondant à l’estimation, puis le modèle tridimensionnel est mis en correspondance avec la cible au cours d’une étape 2. Une fois la correspondance obtenue entre le modèle et la cible, on peut déduire que la pose du modèle correspond à la pose de la cible sur l’image. Une étape 3 d’optimisation permet d’affiner l’estimation de la pose.

Concernant la mise en oeuvre de l’étape 1 , on connaît un procédé de détermination des bords saillants d’un objet sur une image, à partir d’un modèle tridimensionnel de l’objet, au cours duquel on projette le modèle tridimensionnel de l’objet selon une pose qui correspond à une première estimation de la pose de l’objet sur l’image, puis on parcourt chacun des pixels de l’image obtenue pour détecter, en fonction des profondeurs relatives des pixels examinés, les bords saillants de l’objet sur cette image.

Cette technique présente plusieurs inconvénients. D’une part, le traitement pixel par pixel de l’image est très lourd en temps de calcul, et implique d’utiliser pour cela un circuit de traitement dédié, qui est typiquement un processeur graphique (également appelé GPU pour l’acronyme anglais de Graphics Processing Unit), pour pouvoir suivre la cadence du flux d’images et mettre à jour la pose en temps- réel.

En outre, le temps de calcul dépend de la taille de l’image, ce qui impose de limiter, voire de dégrader la résolution du flux d’images acquises par rapport aux capacités actuelles des capteurs utilisés.

Il existe donc un besoin pour une alternative dont la complexité est mieux maîtrisée. PRESENTATION DE L’INVENTION

L’invention a pour but de fournir une amélioration aux solutions existantes pour la détection des bords saillants d’un objet sur une image.

Un but de l’invention est de proposer un procédé dont la complexité soit totalement maîtrisée, afin de pouvoir adapter cette complexité aux capacités de calcul disponibles dans un appareil susceptible d’effectuer un rendez-vous spatial ou aérien.

En particulier, un but de l’invention est de proposer un procédé dont la complexité est indépendante de la taille des images.

Un autre but de l’invention est de permettre la mise en oeuvre du traitement par un matériel général et ne pas nécessiter l’utilisation du processeur graphique. A cet égard, l’invention a pour objet un procédé de localisation d’une cible tridimensionnelle par rapport à un véhicule, comprenant :

- l’acquisition d’une image de la cible, et

- à partir d’un maillage en trois dimensions de la cible, et d’une estimation de pose de la cible, la détermination d’un ensemble de bords saillants du maillage de la cible dans ladite pose, et

le procédé étant caractérisé en ce que l’étape de détermination des bords saillants du maillage de la cible comprend :

a) le positionnement du maillage de la cible selon la pose,

b) la projection en deux dimensions du maillage ainsi positionné,

c) le balayage de la projection du maillage par une pluralité de lignes de balayage et, pour chaque ligne de balayage :

- la définition d’un ensemble de segments, chaque segment correspondant à l’intersection d’une maille du maillage avec la ligne de balayage et étant défini par ses extrémités,

- l’analyse des profondeurs relatives des extrémités des segments, la profondeur étant la position selon une troisième dimension orthogonale aux deux dimensions de la projection, pour sélectionner un ensemble de points d’extrémités de segments correspondant à des bords saillants du maillage.

Avantageusement, l’étape d’analyse des profondeurs relatives des extrémités des segments comprend, pour chaque extrémité de segment d’une ligne de balayage:

- la détermination de l’ensemble des segments superposés au niveau de ladite extrémité,

- le calcul de la profondeur des points de chacun des segments superposés au niveau de l’extrémité de segment considérée,

- la sélection du point dont la profondeur est minimale,

- la comparaison de la profondeur du point sélectionné à la profondeur du dernier segment visible au niveau du point sélectionné, et

- en cas de différence supérieure à un seuil déterminé, la détermination du point sélectionné comme correspondant à un bord saillant du maillage. Dans un mode de réalisation, chaque segment est en outre défini par la normale à la maille à laquelle appartient le segment,

et l’étape d’analyse des profondeurs relatives des extrémités des segments comprend en outre, si la différence entre la profondeur du point sélectionné et la profondeur du dernier segment visible au niveau du point sélectionné est inférieure audit seuil:

- la comparaison de la direction de la normale à la maille auquel appartient le segment sur lequel se trouve le point sélectionné, avec la direction de la normale à la maille à laquelle appartient le dernier segment visible, et - en cas de différence supérieure à un seuil déterminé, la détermination du point sélectionné comme correspondant à un bord saillant du maillage.

Dans des modes de réalisation, l’étape de projection en deux dimensions du maillage comprend en outre le calcul des normales aux côtés de la projection de chaque maille du maillage.

Avantageusement, l’étape c) de balayage est mise en oeuvre une fois avec des lignes de balayage horizontales, et une fois avec des lignes de balayage verticales. Dans un mode de réalisation, les mailles du maillage sont triangulaires, et définies par les coordonnées spatiales des sommets du triangle.

De préférence, le procédé comprend en outre, une fois les bords saillants du maillage de la cible déterminés, une étape de mise en correspondance des bords saillants du maillage de la cible avec des bords de la cible sur l’image.

Dans un mode de réalisation, l’ensemble des bords saillants du maillage de la cible comprend un ensemble d’éléments du maillage, chaque élément étant défini par :

- les coordonnées spatiales d’un point du maillage,

- les coordonnées de la projection en deux dimensions dudit point du maillage, positionné selon ladite pose, et

la direction de la normale de la maille en deux-dimensions du maillage audit point. Dans ce cas, l’étape de mise en correspondance comprend, la superposition de la projection en deux-dimensions du maillage sur l’image, et, pour chaque élément :

- La définition d’une fenêtre s’étendant le long de la normale de l’élément,

- La détection d’un bord dans la partie de l’image correspondant à la fenêtre, et

La sélection d’un pixel de l’image correspondant au bord détecté comme correspondant à l’élément.

Avantageusement, le procédé comprend en outre une étape de mise à jour de l’estimation de la pose de la cible sur l’image par minimisation de l’écart entre les bords saillants du maillage de la cible et les points de l’image correspondants.

Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en outre :

- pour chaque élément du maillage appartenant à l’ensemble des bords saillants du maillage, la mise à jour des coordonnées de la projection en deux dimensions du point du maillage, puis

- la réitération de l’étape de mise en correspondance entre les bords saillants du maillage et les bords de la cible sur l’image.

L’étape de détermination des bords saillants du maillage peut être mise en œuvre de manière préliminaire par un premier calculateur d’une station au sol.

Le procédé peut également comprendre l’attribution de coefficients de pondération aux éléments de l’ensemble des bords saillants.

Dans un mode de réalisation, le procédé comprend la détermination d’ensembles de bords saillants du maillage positionné selon une pluralité de poses prédéterminées par le premier calculateur, le procédé comprenant en outre la sélection d’un ensemble de bords saillants du maillage selon l’une des poses prédéterminées correspondant le plus à la pose de la cible sur l’image, et la mise en œuvre de l’étape de mise en correspondance sur ledit ensemble sélectionné.

Dans un mode de réalisation, dans lequel le maillage de la cible comprend plusieurs parties distinctes, chaque point du maillage comprenant une identification de la partie du maillage à laquelle il appartient, et les étapes de projection en deux dimensions du maillage et de balayage de la projection du maillage ne sont mise en œuvre que pour les parties du maillage correspondant à des parties de la cible présentes sur l’image.

L’invention a également pour objet un produit programme d’ordinateur, comprenant des instructions pour la mise en œuvre d’un procédé de détermination des bords saillants d’un maillage d’un objet tridimensionnel positionné selon une pose déterminée, comprenant :

a) le positionnement du maillage de l’objet selon la pose,

b) la projection en deux dimensions du maillage ainsi positionné,

c) le balayage de la projection du maillage par une pluralité de lignes de balayage et, pour chaque ligne de balayage :

- la définition d’un ensemble de segments, chaque segment correspondant à l’intersection d’une maille du maillage avec la ligne de balayage et étant défini par ses extrémités,

- l’analyse des profondeurs relatives des extrémités des segments, la profondeur étant la position selon une troisième dimension orthogonale aux deux dimensions de la projection, pour sélectionner un ensemble de points d’extrémités de segments correspondant à des bords saillants du maillage,

quand il est mis en œuvre par un calculateur.

L’invention a pour objet un système de localisation d’une cible tridimensionnelle par rapport à un véhicule, comprenant un capteur adapté pour acquérir des images de la cible, et une unité de contrôle comprenant un calculateur et une mémoire, le système étant caractérisé en ce qu’il est configuré pour mettre en œuvre le procédé selon la description qui précède.

Le procédé selon l’invention permet, par un balayage d’une projection du modèle tridimensionnel de l’objet, par un ensemble de lignes de balayage, de ne considérer que les extrémités de segments correspondant à l’intersection des mailles du modèle avec les lignes de balayage comme des éléments potentiels des bords saillants du modèle.

Ainsi, il n’est pas nécessaire de recréer tous les pixels d’une image correspondant à la projection du modèle tridimensionnel, mais uniquement certains points correspondants à des bords sont considérés. De ce fait, le temps de calcul nécessaire à la mise en oeuvre du procédé est considérablement réduit.

De plus, la complexité du procédé est maîtrisée car elle ne dépend que de la taille du modèle tridimensionnel et du taux d’échantillonnage réalisé avec les lignes de balayage, et donc pas de la taille des images en entrée du procédé.

La mise en oeuvre du procédé ne nécessite donc pas de matériel spécifique tel qu’un processeur graphique, et elle est donc compatible avec du matériel existant, par exemple pour une installation dans des aéronefs déjà exploités. L’indépendance par rapport à la taille de l’image permet également d’utiliser, pour l’acquisition des images, des capteurs présentant une meilleure résolution spatiale que ceux utilisés dans l’art antérieur, ce qui permet d’améliorer la précision globale des traitements d’images qui sont réalisés à partir de ces capteurs.

La réduction du temps de calcul permet également l’ajout de traitements supplémentaires, améliorant par exemple la robustesse, l’intégrité ou la précision de la solution.

DESCRIPTION DES FIGURES

D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels :

La figure 1 , déjà décrite, représente un exemple de contexte d’implémentation de l’invention,

Les figures 2a et 2b représentent schématiquement deux variantes d’un système permettant l’implémentation du procédé.

La figure 3 représente schématiquement les principales étapes d’un procédé selon un mode de réalisation de l’invention.

La figure 4 représente un exemple de balayage d’un maillage par des lignes de balayage horizontales. DESCRIPTION DETAILLEE D’AU MOINS UN MODE DE REALISATION DE L’INVENTION

On va maintenant décrire les principales étapes d’un procédé de détermination des bords saillants d’un objet dans une image. En référence aux figures 2a et 2b, ce procédé s’inscrit avantageusement dans un contexte de rendez- vous spatial ou aérien, où un véhicule tel qu’un vaisseau spatial ou un aéronef acquiert un flux d’images d’une cible dont il se rapproche, détermine la pose de la cible par une analyse en temps-réel des images acquises, et adapte en temps-réel les commandes de navigation du véhicule en fonction de la pose ainsi déterminée.

Comme on le verra plus en détails par la suite, ce procédé est donc avantageusement mis en oeuvre en temps-réel sur un flux d’images, à une fréquence correspondant à la fréquence d’acquisition des images, cette fréquence étant comprise entre 10 et 100 Hz, par exemple entre 30 et 60Hz.

Sur la figure 2a on a représenté un premier mode de réalisation d’un système pour la mise en oeuvre du procédé. Ce système comprend un capteur 10, embarqué dans un véhicule V et adapté pour acquérir des images de la cible C. Le capteur 10 peut être un dispositif de télédétection par laser ou LIDAR (acronyme de la terminologie anglais « Llght Détection And Ranging »), ou une caméra monoculaire ou stéréo.

Le système comprend en outre une unité de contrôle 20 comprenant au moins un calculateur 21 et une mémoire 22. Le calculateur est par exemple un processeur ou un microprocesseur.

La mémoire stocke les instructions de code nécessaires à la mise en oeuvre de tout ou partie du procédé, et le calculateur est adapté pour exécuter ces instructions de code.

Dans une variante de réalisation représentée sur la figure 2b, une partie du procédé peut être mise en oeuvre au sol pour alléger encore les calculs mis en oeuvre par le calculateur 21 embarqué, et le cas échéant permettre la mise en oeuvre de traitements supplémentaires qui ne pourraient pas être réalisés par le calculateur 21 . Ceci peut également permettre une uniformité des traitements mis en oeuvre par le système au sol pour plusieurs véhicules embarqués équipés de capacités de traitement différentes.

Dans ce cas, le système comprend en outre une unité de traitement 30 au sol, comprenant une mémoire 32 et un calculateur 31 . Le calculateur 31 et la mémoire 32 peuvent alors présenter des performances et des caractéristiques supérieures au calculateur 21 et à la mémoire 22, car ils ne sont pas contraints par les mêmes problématiques d’intégration et d’alimentation que dans le véhicule V.

Avantageusement, le système peut en outre comprendre des moyens de communication entre l’unité de traitement au sol 30 et l’unité de traitement embarquée 20, ces moyens de communication comprenant avantageusement de part et d’autre des interfaces de connexion sans-fil 23,33, à un réseau T de communication tel qu’internet, par exemple par Wi-Fi, 3G, 4G ou encore par communication satellitaire.

En référence à la figure 3, on a représenté les principales étapes du procédé de détermination des bords saillants d’un objet.

Les données d’entrée du procédé comprennent une image acquise par le capteur 10 à bord du véhicule V, sur laquelle figure la cible C, la cible étant l’objet dont on souhaite identifier les bords saillants. En variante, l’image sur laquelle le procédé est mise en oeuvre peut également provenir d’une bibliothèque d’images stockée au sol, ou encore peut avoir été générée en fonction d’une hypothèse initiale de positions relatives entre le véhicule et la cible.

Les données d’entrée comprennent également un modèle tridimensionnel de la cible, ainsi qu’une estimation, éventuellement approximative, de la pose de la cible sur l’image. Cette estimation de la pose peut provenir d’une étape de détection de la cible mise en oeuvre auparavant (voir figure 1 ), ou peut provenir d’une itération précédente du procédé, ou encore peut provenir d’une simulation des positions relatives du véhicule et de la cible d’après la trajectoire théorique du véhicule.

Le modèle tridimensionnel de la cible est avantageusement un maillage de la cible, c’est-à-dire un ensemble de mailles formant la surface de la cible. Les mailles sont des formes géométriques, l’ensemble du maillage étant réalisé avec la même forme géométrique. Par exemple, les mailles peuvent être triangulaires ou polygonales, et sont alors définies par les coordonnées en trois dimensions de leurs sommets. En variante, les mailles peuvent être des sphères ou des sphéroïdes (c’est-à-dire un ellipsoïde de révolution), et sont alors définies par les coordonnées en trois dimensions de leur centre et leur rayon.

Dans la suite, le procédé est décrit en prenant l’exemple non-limitatif d’un maillage tridimensionnel dont les mailles sont triangulaires. On note alors M(a,b,c) le triangle M défini par ses sommets a,b,c, chaque sommet correspondant à un vertex tridimensionnel.

En référence à la figure 2b, les coordonnées d’un point du maillage sont définies dans un repère orthonormé dont les axes X et Y définissent le plan de l’image acquise par le capteur, et l’axe Z correspond à l’axe optique du capteur, qui est orienté vers les Z positifs. La position d’un point sur l’axe Z correspond à sa proximité par rapport au capteur, de sorte que plus Z est faible et plus l’objet est proche du capteur. Z peut éventuellement être négatif, par exemple dans le cas de l’amarrage d’un vaisseau à la station spatiale internationale. On appellera par la suite profondeur la position d’un point ou d’un objet sur l’axe Z.

De manière préliminaire, les données d’entrée (image de la cible et maillage tridimensionnel) sont chargées ou acquises par le calculateur 21 ou 31 pour la mise en oeuvre du procédé. Le procédé comprend ensuite une étape 100 de détermination des bords saillants du maillage de l’objet dans la pose fournie en entrée.

Cette étape comprend d’abord le positionnement 1 10 du maillage tridimensionnel de l’objet selon ladite pose.

La pose p de l’objet comprend à la fois l’orientation de l’objet et sa position par rapport au véhicule, elle comprend donc une matrice 3x3 de rotation notée R, et un vecteur colonne de dimension 3 noté T, correspondant à la translation. On note par la suite p = (R, T).

L’étape 1 10 comprend alors la transposition de chaque maille du modèle selon la pose (R, T) ce qui correspond, pour un maillage triangulaire, à calculer pour chaque triangle M :

M'(a', b', c') = KR * M(a, b, c ) + KT

Où M’ est le triangle repositionné correspondant à M, et a’, b’, c’, sont ses coordonnées, qui sont de préférence ordonnées par rapport à leur position sur l’axe Z. K est une matrice 3x3 de correction obtenue par calibration du capteur 10, elle est supposée connue et constante.

Avantageusement, mais facultativement, le procédé comprend ensuite une étape de filtrage 120 des mailles du maillage tridimensionnel qui sont considérées comme non visibles dans la pose adoptée à l’étape 1 10 par le maillage, parce que ces mailles se situent en dehors de l’espace délimité par le champ de vision du capteur ou en amont du capteur par rapport à l’axe Z.

Cette étape comprend le calcul préliminaire, pour chaque maille, de la normale à la maille. Dans le cas d’un triangle M(a, b, c), ce calcul est mis en œuvre par :

n = (b— a) A (c— a)

La normale de chaque maille est ajustée selon la pose de l’objet :

n' = R * n

L’étape de filtrage 120 comprend ensuite :

- Le filtrage des mailles dont la normale n’est pas orientée vers le capteur, c’est-à-dire des mailles pour lesquelles la relation suivante est respectée :

n'. (ff * a + G) > 0

Puis, un paramètre Z _near étant défini correspondant à la position minimale sur l’axe Z d’un point pour qu’il soit visible par le capteur, l’étape 120 comprend également le filtrage des mailles pour lesquelles le point de profondeur la plus importante Zmax est inférieur :

^ 7 max <— ^7 near

Pour toutes les autres mailles, on conserve la maille si elle est intégralement visible, et sinon on découpe la maille pour ne conserver que les parties visibles.

Dans l’exemple d’une maille triangulaire, on compare la profondeur Z _min du point de profondeur minimale à Z _near , et on conserve les mailles pour lesquelles :

^ 7 near < ^ ^7 min

Dans le cas contraire :

- Si les deux autres sommets présentent une profondeur supérieure à Z _near , la maille est divisée en trois sous-triangles définis avec deux nouvelles coordonnées de sorte que deux des trois sous-triangles sont visibles, et les deux sous-triangles ont au moins un de leurs sommets à une profondeur Z=Z _near, et on conserve ces derniers,

- Si un seul autre sommet présente une profondeur supérieure à Z _near , la maille est divisée en trois sous-triangles définis avec deux nouvelles coordonnées tels qu’un des trois sous-triangles est visible et présente au moins un de ses sommets à une profondeur Z=Z _near , et on conserve ce dernier. Le procédé comprend ensuite une étape 130 de projection du maillage tridimensionnel de l’objet ainsi positionné dans le plan (X,Y) de l’image. En considérant un triangle M’(a’,b’,c’), cette étape est mise en oeuvre en calculant les coordonnées du triangle projeté M”(A’, B’,C’) comme suit :

OÙ a' _x , a' _y et a' _z sont les coordonnées en X, Y et Z de a’. Le même calcul est réalisé mutatis mutandis pour B’ et C’.

Le procédé comprend ensuite une étape 140 de traitement de l’image par balayage de la projection du maillage avec un ensemble de lignes de balayage. Cette étape est de préférence mise en oeuvre deux fois, une fois avec des lignes de balayage s’étendant selon l’axe X, et une fois avec des lignes de balayage s’étendant selon l’axe Y.

Pour la description détaillée de la mise en oeuvre de cette étape, on prend l’exemple de lignes de balayage s’étendant selon l’axe Y, la transposition pour des lignes de balayage s’étendant selon l’axe X étant faite en remplaçant X par Y et réciproquement.

Avant de mettre en oeuvre cette étape de balayage, les coordonnées de chaque maille projetée du maillage sont ordonnées selon l’axe de la ligne de balayage, c'est-à-dire selon l’axe Y dans l’exemple que l’on développe. De plus, les normales aux côtés de chaque maille projetée dans le plan (X,Y) sont également calculées.

Lors de l’étape de balayage, l’image du maillage projeté selon la pose p=(R,T) est parcourue par un ensemble de lignes de balayage à un taux d’échantillonnage défini au préalable, ou adapté dynamiquement en fonction d’une contrainte à respecter en termes de complexité du traitement. Par exemple, on peut prévoir autant de lignes de balayages que de pixels sur l’axe Y, ou une ligne sur deux, ou encore une sur trois.

L’étape de traitement par balayage comprend une étape 141 représentée schématiquement sur la figure 4, et lors de laquelle, pour chaque ligne de balayage, un ensemble de segments est défini à l’intersection entre la ligne de balayage et une maille du maillage. Chaque segment est défini par : les coordonnées en trois dimensions de ses extrémités, la profondeur (position en Z) étant déterminée à partir des coordonnées des sommets de la maille à laquelle appartient l’extrémité, et l’une des deux autres coordonnées étant déterminée à partir de la ligne de balayage ayant permis d’obtenir le segment,

- Les normales aux côtés des mailles projetées auxquelles les extrémités appartiennent respectivement,

- Une normale en trois dimensions à la maille à laquelle appartient le segment, et

- Un identifiant du segment.

Sur l’exemple représenté sur la figure 4, on obtient donc ainsi :

Lors du balayage par la ligne a, deux segments [a ₀ , a ₂ ] et [a _{1 ;} a3],

- Lors du balayage par la ligne b, deux segments [b ₀ , bi] et [b ₂ , b ₃ ], et

- Lors du balayage par la ligne c, un segment [c ₀ , Ci].

On comprend donc que chaque segment est défini dans l’espace, car ses extrémités ont des coordonnées en trois dimensions, mais il est obtenu à partir de l’intersection d’une ligne de balayage et d’une projection en deux dimensions du maillage.

Les extrémités des segments ainsi définis sont donc candidates pour correspondre aux bords saillants du maillage de l’objet dans la pose (R, T).

Le procédé comprend ensuite la sélection 142 des extrémités des segments correspondant aux bords saillants par l’analyse des profondeurs relatives desdites extrémités et des normales associées.

Pour chaque ligne de balayage, les coordonnées de l’ensemble des extrémités des segments définis pour la ligne de balayage considérée sont ordonnées sur l’axe orthogonal à l’axe de la ligne, c’est-à-dire l’axe X dans l’exemple développé.

Pour reprendre l’exemple qui précède, les extrémités des segments de la ligne de balayage a sont ordonnées comme suit : a ₀ , a a ₂ , a ₃ .

Puis chaque ligne de balayage est à nouveau parcourue depuis l’origine. A chaque extrémité de segment rencontrée, on détermine au cours d’une sous-étape 1420 les segments qui sont empilés au niveau de ladite extrémité en associant à ladite extrémité l’identifiant des segments superposés ainsi que la position recalculée en Z de chacun des segments empilés au niveau de ladite extrémité. Ceci peut être fait en créant un ensemble auquel on ajoute l’identifiant du segment et la position en Z quand l’extrémité rencontrée ouvre le segment, et en retirant ces données lorsque l’extrémité rencontrée ferme le segment.

Toujours lors du parcours d’une ligne de balayage, le procédé comprend, pour chaque extrémité rencontrée, la sélection 1421 du point du segment le plus proche du capteur parmi les segments empilés à cette extrémité, c’est-à-dire le point dont la coordonnée en Z est minimale : c’est ce point qui est visible par le capteur, même s’il ne correspond pas nécessairement à un bord saillant de l’objet.

Pour reprendre l’exemple décrit en référence à la figure 4, pour la ligne de balayage a les points d’extrémités a ₀ , a _! et a ₃ sont retenus.

Le procédé comprend ensuite une étape 1422 de sélection, parmi les bords visibles, ceux qui sont saillants. Cette étape est mise en oeuvre lors du même parcours de la ligne de balayage que les étapes 1420 et 1421.

Pour déterminer si un point sélectionné est un bord saillant de l’objet, on compare la coordonnée en Z du point sélectionné à la coordonnée en Z au même point du dernier segment considéré comme visible au cours du balayage de la ligne. S’il existe une différence entre ces coordonnées supérieure à un seuil prédéterminé, alors une rupture de continuité de profondeur est détectée et le point correspond à un bord saillant. Le seuil prédéterminé est ajusté pour ne tenir compte que des ruptures franches de continuité et éviter de sélectionner des détails non pertinents. Dans l’exemple décrit ci-avant, les points a ₀ , a _! et a ₃ appartiennent tous à des bords saillants car ils se situent à des ruptures de continuité de profondeur des mailles correspondantes. Lors de l’initialisation, le premier point croisé est considéré comme visible.

Sinon, on compare la direction de la normale du point sélectionné avec la direction de la normale à la maille auquel le dernier segment visible appartient. La « normale du point sélectionné » est la normale à la maille à laquelle appartient le segment sur lequel se trouve le point sélectionné. Cette comparaison est typiquement réalisée par calcul du produit scalaire entre les normales et comparaison du résultat à un seuil prédéterminé.

S’il existe une différence entre ces directions supérieure à un seuil prédéterminé, alors une discontinuité d’orientation des mailles auxquelles appartiennent les points est détectée, et le point correspond à un bord saillant. Si elles sont identiques, alors le point correspond à un bord commun et non saillant entre deux mailles.

Chaque point considéré comme un bord saillant du modèle est ajouté à un ensemble E sous la forme d’un élément e, =(X,, proj _p (Xi), n,) du maillage défini par les données suivantes :

- Les coordonnées en trois dimensions du point X, dans le maillage,

- Les coordonnées du point dans la projection en deux dimensions du maillage proj _p (Xi), et

- La normale n, à la projection en deux dimensions du côté de la maille auquel le point appartient.

Dans certains modes de réalisation, les éléments de l’ensemble peuvent également comprendre des informations complémentaires, comme par exemple un élément d’identification, un indice de confiance ou un coefficient de pondération, etc.

Les éléments de l’ensemble sont mémorisés dans la mémoire 22 ou dans la mémoire 32 selon le mode de réalisation de l’invention.

A l’issue de l’étape 100, un ensemble de bords saillants du modèle dans la pose (R, T) de l’objet sur l’image a donc été construit, uniquement à partir d’extrémités de segments à l’intersection des mailles et de lignes de balayage. Le procédé décrit ci- avant permet d’éviter de reconstruire l’intégralité des segments ainsi défini et d’étudier, pixel par pixel, quelles mailles sont visibles dans la pose considérée. Le procédé est donc particulièrement peu coûteux en temps de calcul.

Selon une variante avantageuse de l’invention, cette étape 100 est mise en œuvre par une station au sol (comme sur la figure 2b), de manière préliminaire à toute opération de rendez-vous.

On peut en effet, en fonction de la trajectoire d’approche d’un objet, prévoir une pose prévisible que la cible aura sur l’image acquise depuis le véhicule d’approche, cette pose étant utilisée pour la mise en œuvre de l’étape 100. Ceci permet typiquement de mettre en œuvre d’autres traitements, par exemple la sélection, par un opérateur, des éléments de l’ensemble plus pertinents, par l’attribution de coefficients de pondération relatifs à chaque élément. Par exemple, pour un élément non pertinent, celui-ci peut être associé à un coefficient de pondération très faible ou nul, voire même supprimé, et pour un élément très pertinent il peut être associé à un coefficient de pondération plus élevé.

On peut également prévoir dans ce cas de calculer un ensemble de bords saillants d’un objet, en fonction de plusieurs poses prédéterminées. Ensuite, lors d’une phase d’approche d’une cible par un véhicule, le système de traitement embarqué dans le véhicule peut choisir l’ensemble de bords saillants correspondant à la pose la plus proche de la pose réelle de la cible sur l’image parmi l’ensemble des poses prédéterminées. De cette façon, on n’a pas besoin de mettre en œuvre l’étape 100 dans le véhicule (qui dispose de moyens de traitement limités) pour obtenir directement un ensemble assez pertinent de bords saillants.

De retour à la figure 3, une fois les bords saillants du maillage de l’objet déterminés, le procédé comprend une étape 200 de mise en correspondance de ces bords avec les bords de l’objet sur l’image. Cette étape est en revanche mise en œuvre par le calculateur embarqué 21 du véhicule.

Lors de cette étape, on génère, pour chaque élément de l’ensemble des bords saillants précédemment construit, une fenêtre de recherche de bord centrée sur le pixel de l’image d’entrée correspondant à la position en deux dimensions de l’élément (position de la projection du point dans la pose (R, T)).

Cette fenêtre est construite de manière à s’étendre dans la direction de la normale de l’élément, de part et d’autre de cette position en deux-dimensions. La largeur de la fenêtre est d’un pixel, et la longueur est choisie en fonction de l’amplitude du mouvement attendu dans l’image, par exemple elle peut être comprise entre 5 et 30 pixels pour une image de 2048 par 2048 pixels. La longueur peut être fixée en déterminant une demi-longueur qui s’étend selon la normale dans chacune des deux directions possibles par rapport au pixel considéré. La longueur est égale à deux fois la demi-longueur plus le pixel considéré. Le procédé comprend ensuite l’implémentation d’un algorithme de détection de bords dans les pixels contenus dans la fenêtre. L’algorithme est de préférence l’algorithme de Deriche, connu de l’Homme du Métier.

Pour chaque élément, un pixel de l’image est sélectionné comme correspondant à l’élément sur l’image, on note x, le pixel de l’image correspondant à l’élément e,.

Avantageusement, une fois la mise en correspondance obtenue, le procédé comprend une étape 300 d’optimisation visant à améliorer l’estimation de la pose utilisée en entrée, et fournir la pose améliorée en entrée de l’itération suivante du procédé.

Cette étape d’optimisation est mise en oeuvre en minimisant l’écart entre la projection des éléments de l’ensemble des bords saillants obtenu à l’issue de l’étape 100 et les positions des points correspondants de l’image identifiés à l’étape 200. Cette minimisation est réalisée par la méthode des moindres carrées mise en oeuvre par le calcul suivant :

Où f est une fonction de coût, par exemple définie comme suit : f(x) = log(l + x), f(x) = 2 x (Vl + x— l), ou f(x) = x.

Avantageusement, la fonction f peut être choisie pour permettre de mitiger la contribution des éléments déviants ou isolés par rapport aux autres. A cet égard, elle peut également tenir compte de données complémentaires des éléments de l’ensemble des bords saillants, comme typiquement un indice de confiance ou un coefficient de pondération.

Pendant la mise en oeuvre de cette étape, les éléments e de l’ensemble E restent les mêmes, c’est-à-dire que leur position en trois dimensions est identique. Ce qui évolue est la position de leur projection sur le plan de l’image, qui dépend de la pose p qui est mise à jour à l’issue de cette étape d’optimisation.

Dans un mode de réalisation avantageux de l’étape 300, on peut tirer profit du fait que la position, à la fois en pose et en localisation absolue du véhicule d’approche, est connue pour en déduire la position de la cible par rapport au véhicule. De ce fait, on peut en déduire le vecteur de rotation R de la pose p=(R,T). Dans l’étape 300, la seule optimisation concerne alors le vecteur de translation T.

Pour ce faire, on considère, en notant O le centre optique du capteur dans le repère de la cible, et U, les vecteurs unitaires dont la direction est celle des points x, dans le repère de la caméra, alors pour chaque (c,, n,), il existe un unique plan contenant O et qui coupe le plan image en x, en une droite orthogonale à n,. On note N, la normale à ce plan.

On peut calculer la position de O, connaissant X, et N,, avec la méthode suivante :

C = A ^_1 B

La position de la cible dans le repère du capteur est donc -C. Pour pouvoir appliquer cette formule il faut que A soit inversible, ce qui nécessite de disposer d’au moins trois éléments (C,, c,, n,). Cette détermination de la position peut être mise en œuvre par une méthode de type RANSAC mise en œuvre par le calculateur embarqué 21 .

Le procédé peut ensuite être répété, avec la pose p mise à jour à l’issue de l’étape 300, et pour une nouvelle image du flux d’images provenant du capteur. Dans certains cas, par exemple pour lesquels l’estimation initiale de la pose était très approximative et la fréquence d’acquisition d’images du capteur est faible, le procédé peut aussi être répété avec la pose mise à jour sur la même image.

En variante, au lieu de répéter l’étape 100 ci-dessus, le procédé peut comprendre une étape 400 au cours de laquelle seules les positions des projections en deux-dimensions des éléments sont recalculées avec la pose mise à jour, en partant du principe que les éléments visibles varient faiblement et que la perte de précision liée à ce calcul partiel est faible.

L’étape 400 est alors suivie d’une nouvelle occurrence de l’étape 200 pour trouver les points correspondant sur l’image, et de l’étape 300 pour affiner la pose. Dans ce cas, le procédé est avantageusement mis en œuvre par le système décrit en référence à la figure 2b, comprenant une unité de traitement 20 embarquée et une unité de traitement au sol 30. En effet, les calculs de l’étape 100 sont alors de préférence exécutés par le calculateur 31 de l’unité de traitement au sol 30 et seules les étapes 200, 300, et 400 sont réalisées par le calculateur 21 de l’unité de traitement embarquée. Les calculs de l’étape 100 peuvent même être réalisés avant une mission à partir d’une estimation a priori de la pose de l’objet sur l’image en fonction du déroulement théorique de la mission. On peut donc charger les éléments obtenus à l’issue de l’étape 100 dans la mémoire 22 de l’unité de traitement embarquée 20.

En limitant l’intervention du calculateur embarqué aux seules étapes 200, 300 et 400, on peut ainsi rendre du temps de calcul disponible au calculateur pour que celui-ci puisse réaliser d’autres traitements. Ce mode de réalisation simplifie également la conception de la mémoire et son intégration puisque, les éléments étant pré-calculés, la taille de la mémoire embarquée requise pour les mémoriser est connue.

Selon une autre variante encore, le procédé peut comprendre à certaines itérations une implémentation partielle de l’étape 100. Dans ce cas, lors d’une implémentation de l’étape 100, l’étape 140 de balayage de la projection du modèle de l’objet n’est mise en œuvre que pour certaines, et non la totalité, des lignes de balayage, c’est-à-dire par exemple pour une bande de la projection d’une certaine largeur, la mise en œuvre suivante de l’étape 100 comprenant l’implémentation de l’étape 140 pour d’autres lignes de balayage, etc. Ceci permet de répartir entre plusieurs itérations la partie du procédé la plus demandeuse en temps de calcul.

Selon une autre variante de réalisation, qui peut être combinée avec les différentes variantes décrites ci-avant, le modèle en trois dimensions de l’objet peut comprendre plusieurs sous-parties, notamment s’il existe plusieurs configurations possibles de la cible.

Dans ce cas, chaque point du maillage est défini non seulement par ses coordonnées en trois dimensions, mais également par une donnée indiquant la partie du maillage à laquelle il appartient. Chaque élément de l’ensemble des bords saillants comprend alors également une donnée indiquant la partie du maillage à laquelle il correspond. Un traitement préliminaire d’images de la cible peut permettre de déterminer les parties du maillage qui sont présentes, et dans ce cas la mise en œuvre des étapes 130 et 140 n’est mise en œuvre que sur les parties du maillage qui sont visibles.