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DAFE - Aérodynamique fondamentale et expérimentale

Etalonnage de caméra

Les méthodes de mesure optiques fournissent des données quantitatives si on sait associer une métrique aux images. Il faut pour cela tout d’abord étalonner les caméras. Ensuite, pour les méthodes de mesure surfaciques, il faut identifier la position de la maquette dans l’image. Cette opération, appelée recalage par la suite, est le passage obligé pour l’exploitation pleinement quantitative des images. L’étalonnage des caméras est une tâche très étudiée par la communauté Computer Vision (CV) et la méthode d’étalonnage développée au DAFE est une évolution des travaux publiés. Par exemple, les mires sont réalisées avec des points. Elles sont mieux adaptées que les mires à damier aux conditions d’essais en soufflerie. Elles sont équipées d’un détrompeur afin de permettre l’automatisation du traitement. La figure suivante donne trois exemples  de mires :

L’apport majeur par rapport à l’état de l’art de la communauté CV est l’étalonnage simultané de toutes les caméras pour les méthodes multi-caméras telles que la SPIV et la BOS 3D (> 10 caméras). Les développements récents portent sur l’intégration de l’étalonnage des mires qui a permis d’atteindre une incertitude proche de 0.05pixel. Cette incertitude très faible bénéficie directement aux méthodes optiques présentées dans cette thématique. En particulier, on a observé une réduction d’un facteur 2 de l’incertitude sur les mesures MDM (voir ci-dessous)

Photogrammétrie et recalage d’images

La photogrammétrie permet la reconstitution de la position 3D de points à partir de multiples prises de vues. La méthode développée utilise des prises de vues quelconques et ne nécessite pas nécessairement la connaissance précise de la position de la caméra. C’est l’assemblage des images qui permet de retrouver la position des points comme cela est illustré sur la figure suivante produite au cours d’un essai TSP appelé MIR.

La photogrammétrie peut être utilisée en mode stéréoscopique, ce qui donne lieu à la méthode MDM décrite ci-dessous. L’étape suivant l’étalonnage des caméras est le recalage d’image. Des points, appelés marqueurs sont placés sur la maquette comme sur la figure précédente. Il faut connaître la position 3D de ces points, et au besoin faire appel à la photogrammétrie pour les identifier. Les positions images et 3D des marqueurs permettent d’identifier la position de la caméra. Il ne reste plus qu’à associer l’image avec le maillage de l’objet. Chaque pixel est alors associé à un point 3D de l’image ce qui permet sa manipulation en 3D, donc la création d’images virtuelles. Le recalage d’image finalise l’aspect quantitatif d’une image : la quantité mesurée est associé à un point 3D. Le recalage d’image est au cœur du traitement de pratiquement toutes les méthodes optiques car il permet, outre l’exploitation quantitative des images, la compensation du déplacement ou des vibrations de la maquette.

La méthode date du début des années 90 et est en constante amélioration, avec un apport très significatif pour les années 2011 et 2012 : l’introduction du GPU. Le calcul sur GPU (voir le § GPU) permet une réduction d’un facteur 100 sur le temps de calcul. Le portage sur GPU de  certaines opérations comme la détection des marqueurs est toutefois un vrai challenge qui a nécessité un temps de développement important. Le logiciel de recalage a ainsi été très largement revu et est devenu un point fort de l’offre ONERA pour ses souffleries. En effet, les volumes d’essai à traiter ont augmenté de manière drastique du fait de l’augmentation de la taille des images et du nombre d’images a traiter, en particulier pour la uPSP.

 

Référence

Leplat. et al., Mesures de température en paroi externe d'une maquette de Montgolfière Infrarouge, Congrès Français de Thermique SFT 2013, Gerardmer, Mai 2013.

 

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