La caméra 3D
La vision 3D dans le traitement d’image industriel
La 3D (pour le terme « tridimensionnel » ou « trois dimensions ») désigne la perception de profondeur dans l'espace qui nous entoure. Pour voir en 3D, nous utilisons nos deux yeux.
L'homme possède la stéréopsie (ou vision stéréoscopique ou encore vision 3D), ce qui signifie qu'il peut percevoir le terrain et la profondeur. Ainsi, chaque côté du cerveau reçoit des informations des deux yeux : c'est ce qu'on appelle la projection visuelle bilatérale. Cependant, en raison de l'écart qui existe entre les deux yeux et de leur inclinaison apparente, les deux rétines perçoivent les images légèrement différemment en deux dimensions. C'est cette différence qui permet au centre visuel du cerveau d'analyser, de comparer et de générer des images tridimensionnelles.
Pour comprendre le fonctionnement de la stéréopsie, vous pouvez vous fixer sur un objet en fermant un œil puis en ouvrant l'autre œil tout en fermant l'œil précédemment ouvert. Notez que chaque œil voit une image légèrement différente. Lorsque vous ouvrez les deux yeux en même temps, votre cerveau combine les deux images pour créer la perception d'une image 3D.
Mais comment filmer une scène et la représenter en trois dimensions ? Pour ce faire, il est nécessaire de disposer d'une caméra capable de capturer la scène sous deux angles différents. Certaines caméras ont deux objectifs, des capteurs également appelés "doubles caméras". Grâce à ce type de caméra, les deux images parviennent au cerveau qui les combine pour créer la perception d'une image 3D.
Les deux lentilles sont utilisées alternativement, comme si on changeait d'objectif sur un appareil photo reflex. En combinant les deux images produites on va pouvoir obtenir des images d'une meilleure qualité, avec davantage de détails, des contrastes améliorés et moins de bruit numérique en situation de faible luminosité.
(Caméra 3D de Panasonic)
(Principe de la stéréopsie selon la revue médicale Suisse - Nouveautés en médecine interne générale 2013)
Le développement des caméras 3D et de la technologie de traitement d'images 3D ouvre un large éventail de champs d'application. De plus, des applications et logiciels grand public permettent de placer des objets 3D directement sur une photo. La simplicité d'utilisation et la variété des bibliothèques d'objets 3D en font des applications originales et ludiques.
Ces caméras peuvent être adaptées à diverses applications et sont utilisées dans le monde entier pour l'industrie et la recherche.
La cartographie 3D utilise la vision pour profiler des objets en trois dimensions et les reliefs afin de les transposer à l’image du monde réel sur une carte. Elle figure ainsi parmi les dernières méthodes de visualisation et d'acquisition d'informations.
(Cartographie en 3D à l’aide d’un drone)
La vision en 3D répond désormais également à un large éventail de besoins pour le diagnostic médical. Des modèles 3D pour les IRM, scanners ou échographies permettent de mesurer précisément les volumes et de naviguer à l'intérieur du corps humain pour l’observation et le diagnostic.
De plus, certaines caméras dotées d’un système de mesure 3D offrent une meilleure maîtrise du contrôle de qualité dans le milieu industriel, sur l’inspection des produits sur des critères de forme, de dimensions, de détection de défaut de fabrication... L’évaluation en vision 3D permet une précision accrue pour les cas traités avec difficulté par les caméras plus classiques.
Parmi les nombreuses technologies qui ont contribué à faire progresser l'industrie de la robotique ces dernières années, la vision en 3D est l'une des plus percutantes. En effet, les nouvelles technologies d'imagerie, notamment les caméras 3D, sont sur le point de débloquer des capacités jusqu'alors inaccessibles pour les robots.
Les progrès de la robotique ont permis la création de systèmes automatisés uniques qui non seulement remplacent les humains dans l'exécution de tâches dangereuses, mais sauvent également des vies. L'objectif principal de leur développement est d'améliorer la sécurité des équipes de secours et d'étendre leurs capacités techniques. Les catastrophes naturelles et les accidents constituent une menace majeure pour la vie humaine et les biens. Dans ce cas, quel que soit le danger, les rescapés doivent être secourus au plus vite et approvisionnés en eau, nourriture et médicaments. Les robots de sauvetage (ex : Robot Rescue) effectuent cette tâche complexe qui serait autrement très dangereuse pour l'équipe de secours. En fonction de l'application, les robots de sauvetage peuvent avoir différentes fonctions, structures ou dimensions. Les caméras 3D vérifient la qualité des produits, identifient des objets ou détectent des obstacles sans prendre un scan contrairement à la caméra 2D. De plus la caméra 3D offre une très bonne qualité d’image.
(Modélisation 3D d’un robot « pick and place »)
La robotisation est un enjeu majeur pour les environnements de production. Cependant, de nombreuses applications nécessitent la capacité de guider la trajectoire des robots pour tenir compte des variations dimensionnelles d'une pièce à l'autre. De ce point de vue, la vision 3D est un outil très puissant, et recommandée notamment pour les opérations dites délicates.
Aujourd'hui, la 3D est partout : dans les salles de cinéma, à la télévision, sur les consoles de jeux vidéo, sur des caméras et même sur des robots. De nombreux avantages semblent mettre en valeur la caméra 3D comme la qualité du rendu en relief ou la précision apportée pour l’analyse d’une situation. Mais il faut garder à l’esprit le coût de tels systèmes est plus élevé que pour des caméras plus classiques, notamment du fait du plus grand nombre de composants.
En dehors de la caméra 3D, d’autres types de caméras présentent des caractéristiques particulières qui peuvent s’avérer utiles pour des cas d’usages auxquels la caméra 2D classique de ne pourrait répondre. Dans un prochain article, nous parlerons notamment des caméras thermiques. Comment ces caméras spéciales fonctionnent-elles ? Dans quels cas sont-elles utilisées ? Pour le savoir, n’hésitez pas à suivre nos publications.
