Procédé et un dispositif de reconstruction tridimensionnelle de la surface intérieure d'une chaussure

La présente invention concerne un dispositif et un procédé destiné à réaliser une reconstruction tridimensionnelle de la surface intérieure d'une chaussure.

Il est connu, en particulier du document US2005/0168756, de procéder à la reconstruction tridimensionnelle du volume intérieur d'une chaussure en utilisant une caméra introduite dans la chaussure destinée à réaliser une pluralité d'acquisition d'images présentant des zones de recouvrement, des moyens de traitement permettant de réaliser des mises en corrélation de différentes zones dans les prises de vues et une reconstruction tridimensionnelle.

Une chaussette ou autre membrane comportant des motifs spécifiquement reconnaissables est introduite dans la chaussure et plaquée contre la paroi intérieure de la chaussure.

Un tel plaquage est réalisé en retirant l'air entre la membrane et la paroi de la chaussure ou en introduisant un pied dans la chaussure en ayant enfilé la membrane, celle-ci étant enduite de colle qui permet de faire adhérer la membrane à la paroi. Par la suite, la caméra est introduite dans la chaussure et parcours un chemin au cours duquel un ensemble de prises de vues est réalisé, un recouvrement étant assuré dans les images de deux prises de vues. Grâce aux motifs portés sur la membrane, et aux différentes prises de vues, une reconstruction photogramétrique de la surface de l'intérieur de la chaussure est réalisée.

Il apparaît toutefois que la mise en place de la membrane est une opération délicate à réaliser, car il convient de plaquer celle-ci précisément à l'intérieur de la chaussure. En outre, la réalisation d'un vide dans une chaussure n'est pas possible avec tous les types de chaussure et demande un équipement spécifique.

L'utilisation d'une caméra se déplaçant permet effectivement de réaliser une reconstruction tridimensionnelle de la surface de l'intérieur de la chaussure. Il apparaît toutefois que le modèle tridimensionnel obtenu ne permet pas de déduire des informations métriques car les résultats du calcul de reconstruction sont obtenus à un facteur d'échelle près.

La présente invention a pour objet de résoudre tout ou partie des inconvénients ci-dessus.

A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de reconstruction tridimensionnelle de la surface intérieure d'une chaussure comprenant un ensemble d'acquisition d'images, et des moyens de traitement des images réalisées par l'ensemble d'acquisition d'images, caractérisé en ce que l'ensemble d'acquisition d'images comprend des premiers et seconds moyens d'acquisition d'images et des moyens de stockage des images prises par les premiers et seconds moyens d'acquisition d'images, les premiers et seconds moyens d'acquisition d'images comprenant au moins un endoscope comportant un guide d'image dont la première extrémité est destinée à réaliser une prise de vue et la seconde extrémité est reliée à une caméra, l'axe de prise de vue des premiers et seconds moyens d'acquisition d'images étant orienté transversalement par rapport à l'axe du guide d'image, le dispositif comprenant des moyens de liaison mécanique des premiers et seconds moyens d'acquisition d'images agencés pour positionner les premiers et seconds moyens d'acquisition d'images de façon à réaliser des couples d'images présentant une zone de recouvrement, la position relative des premiers et seconds moyen d'acquisition d'images et leur orientation relative étant prédéterminée, et les moyens de traitement des images étant agencés pour mettre en corrélation des points dans les prises de vues d'un même couple d'images et entre des couples d'images distincts, et opérer une reconstruction tridimensionnelle d'une surface à partir de ces points.

Grâce aux dispositions selon l'invention, il est possible d'obtenir de façon simple une reconstruction tridimensionnelle de la surface intérieure de la chaussure, avec des informations métriques précise sur cette surface, car le positionnement des moyens d'acquisition des images est prédéterminé. Il n'est pas utile de disposer des motifs de forme précise à l'intérieur de la chaussure pour obtenir ces informations métriques, ce qui simplifie l'utilisation du dispositif. Ces dispositions permettent en outre de constituer un ensemble d'acquisition d'image présentant un faible encombrement et pouvant entrer facilement dans la chaussure et de faciliter la visualisation des parois latérales de la chaussure sans nécessiter un recul trop important.

Avantageusement, le dispositif comprend de plus un support de chaussure, présentant au moins une articulation permettant un mouvement relatif de la chaussure par rapport aux l'ensemble d'acquisition d'images.

Cette disposition permet de maintenir la chaussure de façon efficace pendant les prises de vues, en évitant les déformations de la chaussure entre les différentes prises de vue, et en évitant de déplacer les moyens d'acquisition d'image, ce qui pourrait causer des modifications des paramètres géométriques ou optique de l'ensemble d'acquisition d'image.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend des moyens d'éclairage comprenant au moins une diode électroluminescente.

Ces dispositions permettent d'obtenir un éclairage diffus permettant de réaliser une mise en corrélation efficace des images. Il est en effet souhaitable d'éviter les réflexions sur la surface à reconstruire.

La présente invention a également pour objet un procédé de reconstruction tridimensionnel de la surface intérieure d'une chaussure, comprenant les étapes consistant à :

- réaliser une pluralité d'acquisition d'images avec deux moyens de prises de vues reliées entre eux par des moyens de liaison mécanique pour obtenir des couples d'images, chaque couple d'images présentant des zones de recouvrement avec un autre couple d'images,

- mettre en corrélation des points dans les images d'un même couple d'images, - opérer une reconstruction tridimensionnelle à partir de chaque couple d'images pour obtenir des portions de surface ou des nuages de points en trois dimensions.

Avantageusement, les acquisitions des deux images d'un couple d'image sont réalisées sensiblement simultanément. Ces dispositions permettent d'assurer qu'aucune déformation de la surface n'intervient entre les acquisitions des deux images d'un couple.

Avantageusement, le procédé comprend une étape de fusion des portions de surface lors de la reconstruction tridimensionnelle à partir de chaque couple d'images pour obtenir une surface intérieure de la chaussure. Ces dispositions permettent de manipuler une surface tridimensionnelle unique.

Selon un mode de mise en œuvre, précédemment à l'étape de réalisation d'acquisition d'images, un élément colorant est projeté sur la surface intérieure de la chaussure. Ces dispositions permettent d'améliorer le contraste de la surface à modéliser dans le cas ou celle-ci présente un faible contraste.

Avantageusement, la chaussure est déplacée autour des moyens d'acquisition d'images.

Selon un mode de mise en œuvre, une phase d'étalonnage des moyens d'acquisition d'images est réalisée préalablement aux prises de vue en utilisant une mire plan à niveaux de gris aléatoires.

Ces dispositions permettent d'obtenir un étalonnage précis pour l'ensemble d'acquisition d'image.

De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce capteur.

La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de reconstruction selon l'invention.

La figure 2 est une vue de détail du dispositif de figure 1.

La figure 3 est un organigramme d'un procédé selon l'invention. La figure 4 est une représentation d'une mire d'étalonnage utilisée dans le procédé selon l'invention.

La figure 5 est une représentation schématique illustrant les étapes de mise en corrélation et de reconstruction du procédé selon l'invention.

La figure 6 est une représentation en perspective d'une surface tridimensionnelle de l'intérieur d'une chaussure reconstruite par le procédé selon l'invention.

La figure 7 est une vue en coupe d'une section de la surface de l'intérieur de la chaussure selon VII-VII de figure 6.

La figure 8 est une vue en coupe d'une section de la surface de l'intérieur de la chaussure selon VIII-VIII de figure 6.

Ainsi que représenté sur les figures 1 et 2, un dispositif de reconstruction tridimensionnelle de la surface intérieure d'une chaussure 2 selon l'invention comprend un ensemble d'acquisition d'image comportant des premiers et seconds moyens d'acquisition d'image constitués chacun par un endoscope 3 comprenant un guide d'image dont la première extrémité 4 est destinée à réaliser une prise de vue et la seconde extrémité est reliée à une caméra 5. Dans le mode de réalisation représenté aux figures, des endoscopes rigides sont utilisés.

Le dispositif comprend des moyens de liaison mécanique des premiers et seconds moyens d'acquisition d'images constitués par un support 6 comprenant des moyens de fixation, par exemple une pince 7, agencé pour

positionner les premiers et seconds moyens d'acquisition d'images 3, 5 de façon à réaliser des couples de prises de vues présentant une zone de recouvrement, la position relative des premiers et seconds moyen d'acquisition d'images 3, 5 et leur orientation relative étant prédéterminée. Ainsi que cela apparaît sur la figure 2, l'axe d'acquisition d'images B des premiers et seconds moyens d'acquisition d'images qui correspond à l'axe de sortie du guide d'image au niveau de sa section de sortie 8 est orienté sensiblement perpendiculairement par rapport à l'axe A du guide d'image dans le corps de l'endoscope 3. Les axes A des deux endoscopes 3 sont convergents afin de limiter l'encombrement de l'extrémité de l'ensemble de prise de vue et de faciliter sont introduction dans la chaussure 2. Il est également possible en variante d'utiliser des endoscopes 3 dont les axes sont parallèles et proches l'un de l'autre.

Afin d'assurer un éclairage diffus de la zone de prise de vue, l'ensemble d'acquisition d'images comprend un ensemble de diodes électroluminescentes non représentées au dessin.

Le dispositif comprend de plus un support 9 de chaussure, présentant une portion de logement de la chaussure 10, sur laquelle la chaussure 2 peut être posée ou fixée, et deux articulations 11 , 12 selon deux axes de rotation permettant un mouvement relatif de la chaussure par rapport aux caméras. Un déplacement en translation est également possible en déplaçant le support ou en prévoyant des moyens spécifiques, par exemple une glissière, non représentée.

Le dispositif comprend des moyens de stockage 13 des images prises par les premiers et seconds moyens d'acquisition d'image 3, 5 conçus pour réaliser des prises de vues sensiblement simultanées de couples d'images avec les premiers et seconds moyens d'acquisition d'images 3, 5. Ces moyens de stockage 13 peuvent par exemple être constitués par un disque dur ou tout autre type de mémoire informatique. Le dispositif comprend également des moyens de traitement des images réalisées par l'ensemble d'acquisition d'image, constitués par un logiciel exécuté sur un microordinateur 14. Ces moyens sont agencés pour mettre en corrélation différentes zones dans les prises de vues d'un même couple de prises de vues et entre des couples d'acquisition d'images distinct, et opérer une reconstruction tridimensionnelle.

Grâce au dispositif décrit ci-dessus, un procédé de reconstruction tridimensionnel de la surface intérieure d'une chaussure peut être mis en œuvre, dont l'organigramme est représenté sur la figure 3.

Dans une première étape E1 facultative, un élément colorant, par exemple de la peinture, est projeté sur la surface intérieure de la chaussure.

Dans une seconde étape E2, on procède à un étalonnage de l'ensemble d'acquisition d'image. Cette étape consiste à déterminer les paramètres caractéristiques de l'ensemble d'acquisition d'image, et en particulier la distance focale, les paramètres de distorsion et la position relative entre les deux caméras. Il est à noter que cette étape peut être réalisée préalablement à l'étape E1 , et qu'il peut être envisagé de ne pas réaliser cette étape à chaque mise en œuvre du procédé, en utilisant les données d'un étalonnage précédent.

Il est possible de réaliser un tel étalonnage en utilisant par exemple une mire plane à niveaux de gris aléatoires, ainsi que représenté sur la figure 3. On réalise pour cela une mire à partir d'une image à niveau de gris aléatoire positionnée sur un support plan. La mire est ensuite déplacée par rapport à l'ensemble d'acquisition d'image pour réaliser des prises de vues. A partir des dimensions connues de la mire et du positionnement de points corrélés sur celle-ci, les paramètres caractéristiques de l'ensemble d'acquisition d'image, et en particulier la distance focale, les paramètres de distorsion et la position relative entre les deux caméras sont calculés.

Dans une troisième étape E3, on réalise une pluralité d'acquisition d'images de l'intérieur de la chaussure 2 de façon sensiblement simultanées entre les deux caméras 5 pour obtenir des couples d'images présentant une zone de recouvrement entre elles. Pour chaque couple d'images, une première image est prise avec la caméra 5 des premiers moyens d'acquisition d'image, et la seconde image est prise avec la caméra 5 des seconds moyens d'acquisition d'image, chaque couple d'acquisition d'images présentant des zones de recouvrement avec un autre couple d'images.

Entre les acquisitions de couples d'image, la chaussure 2 est déplacée par rapport aux moyens d'acquisition d'images 3, 5.

Dans une quatrième étape E4, on réalise une mise en correspondance des images, ainsi que représenté sur la figure 3. Ainsi, pour un point donné m1 dans une image 11 d'un couple d'image (11 , 12), on trouve son homologue m2 dans l'autre image 12 du même couple d'image. Si nous

connaissons la position d'un point m1 dans une image prise par une première caméra, il faut rechercher la position du point m2 correspondant dans l'image prise par la seconde caméra en utilisant un critère de similitude entre ces deux points. Seuls les points communs aux deux images pourront être retrouvés en trois dimensions.

Dans une cinquième étape E5, on réalise une triangulation, c'est-à- dire une détermination de l'intersection de deux rayons de projection correspondant à un point en trois dimensions. En utilisant une modélisation d'une caméra par un plan, appelé plan image, et un point O1 appelé centre de projection, Un point de l'espace M se projette dans le plan image en m1. La projection impose que les points O1 , m1 et M soient alignés. Si nous considérons un point observé dans deux images différentes 11 et 12, l'étape de la mise en correspondance détermine la position du point m1 et du point m2 respectivement dans la première image 11 et dans la seconde image 12. Les équations, exprimées dans le repère de la scène observée des rayons de projections 01 m1 et O2m2 sont évaluées à l'aide des points m1 et m2 et des paramètres obtenus lors de l'étalonnage. Nous pouvons donc calculer l'intersection des deux droites 01 m1 et O2m2 pour obtenir les coordonnées du point M dans le repère de la scène observée. Cette opération est répétée pour un ensemble de points visibles dans un couple d'image pour obtenir pour chaque couple d'image un nuage de point M représentatif d'une portion de la surface S de l'intérieur de la chaussure 2.

Dans une sixième étape E6, on réalise un assemblage de nuages de points pour réaliser la fusion de portions de surface S. Pour reconstruire un objet en trois dimensions dans sa globalité, il est nécessaire de prendre plus de deux vues. Les différentes portions de surface S en trois dimensions obtenues par les paires d'images 11 , 12 comprennent des points dont les coordonnées ne pas exprimées dans le même repère. Il faut donc assembler ces nuages de points pour obtenir un nuage de points unique représentant la surface intérieure de la chaussure 2 dans un repère global.

Dans un premier temps, il convient de déterminer le déplacement en translation et en rotation réalisés entre la prise de vue d'un couple d'image et la prise de vue du couple d'image suivant. Pour cela il convient de conserver une zone de recouvrement entre les images d'un couple d'image et du couple d'image suivant. On réalise ensuite une corrélation entre les points présents dans une image d'un couple et les mêmes points dans le couple suivant, afin

de déterminer le déplacement de l'ensemble d'acquisition d'image entre les deux prises de vue.

Une fois que les ensembles de nuages de points ont été recalés dans le même repère, un même élément de la surface de la chaussure peut exister dans deux portions de surface provenant de deux couples d'image. Il convient de fusionner les portions de surface en une seule nappe. La méthode utilisée pour réaliser la fusion est l'utilisation d'une fonction implicite pour la fusion de surface multiple. On réalise une fusion de fonction implicite servant à définir des volumes délimités par les portions de surface, en prenant par exemple, la moyenne des différentes fonctions, puis on définit une nouvelle surface comme une surface iso potentielle définie à partir de la fonction fusionnée.

On obtient ainsi une surface unique S pour l'intérieur de la chaussure comme représenté sur la figure 6. Les applications de l'obtention d'une telle surface sont multiples.

Une première application est d'évaluer le chaussant de la chaussure, c'est-à- dire le confort d'un pied dans la chaussure. En particulier, une fois que la surface intérieure de la chaussure est connue, et étant donné que la reconstruction par les deux moyens d'acquisition donne une reconstruction présentant les dimensions réelles de la chaussure, il est possible de déduire de la surface la longueur chaussante de la chaussure.

Il est également possible de définir des sections de la surface intérieure telles que les sections si et s2 représentées sur les figures 7 et 8, de mesurer ces sections, notamment leur périmètre, et leur forme, et de comparer ces sections avec une surface de pied destiné à être logé dans la chaussure, pour étudier l'adéquation de ces deux surfaces.

Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce joint, décrites ci-dessus à titre d'exemples, mais elle embrasse au contraire toutes les variantes.