Modélisation-simulation de Camera CCD : Application à l'évaluation de performances d’algorithmes Vision
par Stéphane Perrin
Thèse de doctorat en Automatique industrielle
Sous la direction de Tanneguy Redarce.
Soutenue en 1996
à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec LAI - Laboratoire d'Automatique Industrielle (Lyon, INSA) (laboratoire) .
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Résumé
Dans cette contribution à l'aide et à la mise au point hors ligne de systèmes de Vision, qui s'inscrit dans le cadre d'une production automatisée, nous proposons un simulateur de caméra CCD, interface entre les modèles CAO, représentation traditionnelle des pièces manufacturières et ceux, plus spécifiques, manipulés en Vision. La méthodologie s'appuie sur une modélisation du processus d'acquisition incluant les distorsions géométriques et radiométriques. Le développement, la modélisation, l'étude et la validation expérimentale de ce simulateur de caméra constituent l'essentiel de notre travail. Le modèle de connaissance de la formation de l'image nous a permis de mieux appréhender les phénomènes mis en jeu et nous a guidés dans la mise en œuvre de la méthode; celle-ci s'articule en différentes étapes : après une projection géométrique des objets 3D de la scène sur le capteur CCD 2D, les pertes de contraste sont simulées et les distorsions radiométriques ainsi que le bruit peuvent être inclus dans la simulation; les distorsions géométriques sont quant à elles prises en comptes lors du traitement sur les images réelles. Les images délivrées par le simulateur sont réalistes vis-à-vis du traitement d'images et la rapidité de leur obtention permet une interactivité avec l'utilisateur ou un logiciel de simulation d'atelier robotisé par exemple. Nous montrons l'intérêt de notre simulateur de caméra dans trois applications : - mise au point en hors-ligne d'un système de vision dans un contexte CIM, - détermination en hors-ligne des tolérances des paramètres des modèles vision des objets, - aide au choix de méthodes de reconstruction 3D. Enfin, nous étudions tes techniques de localisation de contour à définition sous-pixel, que nous évaluons à l'aide de notre simulateur et proposons une nouvelle méthode.
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Titre traduit
= CCD camera modelling and simulation : Evaluation of vision algorithms performances
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Résumé
This work deals with the help for the design and programming of vision systems. In the scheme of automatic production in off-line programming, we propose a CCD camera simulator which is the interface between the CAD models, that are the traditional representation of manufactured objects, and the vision models. The method is based on a modelling of the acquisition process, including geometric and radiometric distortions. Development, modelling, analysis and experimental validation of the camera simulator have been carried out. The knowledge model of the image formation has been an aid for the development and the implementation of the method, which consists of a geometric projection of 3D objects on the 2D CCD sensor, simulation of the lasses of contrast, the radiometric distortions and the noise ; the geometric distortions have been taken into consideration during the processing of real images. The camera simulator generates realistic images. Because of the low time consumption of the simulator, an interactivity with the user or with software for design/ simulation of an industrial workshop is possible. We illustrate the advantages of using the simulator in 3 applications: - designing off-line a complete industrial cell equipped with a' Vision system, - determining the tolerance of the parameters of vision models, - helping the choice of 3D reconstruction methods. Finally, the subpixel edge localisation techniques are studied and we evaluate them using our simulator. Then, a new method is proposed.
