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Procédé de détermination d'une distance par voie optique.
La présente invention est relative à un procédé de détermination d'une distance par voie optique. il existe actuellement de nombreuses méthodes de détermination des distances par voie optique. Il est notamment bien connu de détermi- ner au moyen d'un dispositif télémétrique classique, la distance à laquelle un objet se trouve d'un point d'observation.
Dans ce dispositif, l'un des axes de visée est fixe et passe par le point d'observation et l'autre, orientable, passe par un autre point dont la position est connue et fixe par rapport au premier point d'observation, le segment de droite ima- ginaire reliant ces deux points étant appelé "base d'observation optique",
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De tels dispositifs bien connus en eux-mêmes, comportent comme appareils d'observation, soit par exemple de simples lunettes de visée, soit des appareils de télévision ou encore des appareils photo- graphiques.
La mesure de distance se fait essentiellement par détermi- nation des angles de visée correspondant à la mise en coincidence des images observées à partir des deux points d'observation et suivant les deux axes de visée,
Lorsqu'il s'agit de mesurer la distance d'un objet ou d'un point situé dans une enceinte obscure, il est également connu d'avoir , recours à un système télémétrique optique composé de caméra de'--, télévision conçues pour l'émission et/ou la réception des radiations infra-rouges. De cette façon il est possible d'effectuer des mesures là ou la vision ordinaire n'est pratiquement plus possible.
Toutefois, lorsqu'on envisage de mesurer non seulement la distance à laquelle un objet qui peut ne pas être éclairable, se trouve d'un point d'observation, mais encore de déterminer le profil d'une , . surface quelconque pouvant être peu ou pas éclairable, telle que par
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.lN exemple, lasurface supérieure de la charge d'un four à cuve, les dispositifs ci-dessus perdent de leur efficacité et de leur précision.
Ils deviennent en outre d'une manipulation plus délicate, notamment à cause de la température de l'enceinte située au-dessus de la charge et de son atmosphère poussiéreuse.
La présente invention a pour objet un procédé permettant d'éviter ces inconvénients.
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Le procédé objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que à partir d'un point d'observation dit d'émission, on émet une radiation électromagnétique en direction du point dit objectif dont on veut connattre la distance par rapport au point d'émission, en ce que, en un second point d'observation, dit de réception, dont la position est fixe par rapport au point d'émission (la distance entre ces deux points étant appelée base optique), on dispose un appareil d'observation optique dont l'axe optique fait un angle aigu avec la base et forme un plan fixe avec cette dernière, le champ d'observation du dit appareil permettant d'apercevoir le point objectif, en ce que la radiation est émise au point d'émission dans un plan fixe par rapport à la base optique, et de préférence perpendiculaire à cette dernière,
en ce que l'on observe à partir du point réception la trace provenant du rayonnement réfléchi par le point objectif, et qui ayant traversé l'optique de l'appareil situé au point de réception s'est formé sur la surface image correspondante, laquelle est consituée par la surface très sensiblement conique (au sens très généralisé du terme) dont le sommet coïncide avec le point image du point d'émission, observé à travers l'optique du point de réception, et dont la génératrice située dans un plan quelconque passant par la base optique, joint le sommet au point d'intersection du rayonnement émis avec le plan perpendiculaire à l'axe optique du dispositif situé au point de réception et passant par le centre optique de celui-ci,
ce qui permet à partir de la position des dites traces de déterminer la distance cherchée du ou des points objectifs. L'axe optique de l'ap- pareil récepteur étant fixe par rapport à la base optique, les traces observées dans la surface image par les rayonnements récents, pro- venant de points objectifs situé* dans l'angle aigu formé par le plan
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d'émission et un plan passant par l'axe optique de l'appareil de réception et perpendiculaire au plan axe optique - base optique, seront situés d'un côté de l'intersection du dit plan avec la surface image tandis que les traces des rayonnements réfléchis par les points non situés dans cet angle seront dans cette surface situés de l'autre coté de l'intersection du dit plan avec la surface.
Une construction ou un calcu simple permet de déterminer les distances vraies cherchées, à partir des distances correspondantes mesurées dans la surface image. ¯
On peut envisager plusieurs moyens pour visualiser dans la surface image les traces des rayonnements réfléchis. On peut par exemple disposer l'une à coté de l'autre toute une série de cellules sensibles, juste à l'intersection de la surface image et du plan formé par l'axe d'émission et la base optique ; seules'allumera la cellule touchée par le rayonnement réfléchi par le point visé,
Le procédé de mesure ci-dessus décrit peut être facilement étendu à la détermination du profil d'une surface déterminée.
Il suffit de modifier l'orientation de l'axe d'émission suivant toute loi spatio-temporelle désirée, pour que le point de rencontre,de l'axe d'émission avec la surface dont on veut déterminer le profil suve préci- sément le profil correspondant à cette loi, Sur la surface image on obser- vera une variation correspondante dans la position de la trace du rayon- nement réfléchi par l'objet visé et capté par l'appareil récepteur.
On voit tout de suite que grâce à ce procédé il est possible d'obtenir sur la surface image une représentation du profil de la charge,
En effet si, suivant une variante avantageuse du procédé, on modifie l'orientation de l'axe d'émission en le maintenant toutefois dans un plan, fixe par rapport à la base optique, les traces de rayonnements émis avec le profil s'observent sur la surface image en correspondance avec @
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la loi de variation de t'axe d'émission dans son plan, et pour une position déterminée du plan base optique - axe d'émission, les traces à observer s'inscrivent sur l'intersection du dit plan (dit de visée) avec la surface image.
En faisant varier ce plan de visée autour de la base optique, on obtiendra ainsi dans la surface image un diagram- me polaire des traces de rayonnement observées ce qui permet d'obtenir le profil complet de la surface objectif suivant le plan dans lequel tourne l'axe d'émission . Le pôle du diagramme n'est autre que le point image du point d'émission par rapport à l'optique de réception.
Il va de soi que toute loi spatio-temporelle de variation de l'orientation de l'axe d'émission qui lui permet d'embrasser toute la surface à observer, fournit les mêmes indications dans la surface image,
Les croquis explicatifs ci-après permettent de mieux saisir les principes utilisés dans le procédé ci-dessus décrit.
La figure 1 représente schématiquement un dispositif per- mettant de mettre en oeuvre le procédé ci-dessus décrit, La base optique 1 relie le dispositif émetteur2 au dispositif récepteur 3 constitué par une lentille convergente de plan 20. L'angle 4 fait, entre la base 1 et l'axe optique 5 du dispositif 3 est fixe. Le dispo- aitif émetteur 2 lance un rayonnement électromagnétique dans la direction 6 et dans le plan constitué par la base 1 et l'axe 5, Ce rayonnement rencontre par exemple en 7 un point objectif dont on veut mesurer la distance à l'émetteur 2. Ce point7 est supposé situé entre l'infini et le foyer de l'optique 3.
Ce point 7 réfléchi une partie du rayonnement 6 suivant la direction 8 vers le récepteur 3 d'axe optique fixe 5, L'image 10 du point 7 se construit de façon
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@ classique et fournit dans la surface image 9 une trace 10 dont la, @ distance au point 11 de percée de l'axe 5 dans la surface 9 dépend de la distance du point 7 à l'émetteur 2. Si le rayonnement 6 ne rencontrait pas d'obstacle avant le point 12, ci est la trace 13 de ce dernier que l'on verrait sur la surface image 9 . A tous les points compris entre 7 et 12 correspond sur la surface image 9 une trace située sur l'intersection de la dite surface avec le plan constitué par l'axe optique 5 et la base 1.
Une relation géométrique simple permet de calculer la distance 7-2 connaissant la distance 10 - 11.
A noter que le point 14 représente le point image du point 2 par rapport à l'optique 3, Les traces 10 et analogues peuvent être observées soit directement sur la surface image soit par l'inter- médiaire de cellules sensibles judicieusement disposées sur cette surface. Il suffit que l'ouverture angulaire efficace du dispositif
3 soit suffisante pour permettre d'embrasser toute la surface que l'on désire observer.
La figure 2 permet de se rendre compte que cette surface image ne coïncide pas avec le plan focal de l'optique 3, Cette figure représente dans le plan formé par la base 1 et l'axe optiqueles points images de 3 points A, B, C situés sur l'axe 6 à distances dif- férentes du point 2. Les 3 traces A', B', C' obtenues par la méthode classique sont situées sur une même droite concourrante avec l'axe 6 et' l'intersection du plan 20 avec le plan 15.
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La figure 3 permet de se rendre compte comment on peut utiliser le dispositif de la figure 1 pour déterminer le profil de la surface dans le plan passant par 2 et perpendiculaires à la base 1.
Il suffit de faire tourner le dispositif Z autour de l'axe comme pivot et dans chaque position de l'axe 6, de repérer les traces correspondantes au point de rencontre de l'axe 6 avec la surface dont on veut déterminer le profil. Toutes ces traces s'étagent sur des droites concourantes @ successives dans la surface image, on aura ainsi une représentation conventionnelle du profil (fig. 2 chaque trace telle que par exemple 15 étant déterminée par sa distance 16 à la trace optique 5 dans la dite surface et par l'angle 17 que fait à ce moment l'axe 6 avec un plan de niveau zéro conventionnel (par exemple le plan 1, 5.
La restitution du profil réel ne présente aucune difficulté.)
La figure 4 permet de comprendre comment on peut observer la variation du profil cherché, si l'on modifie l'orientation du plan de rotation de l'axe 6 par rapport à l'axe 1. Ces rotations sont repérées en azimuth, (cfr fig. 5), par exemple 10 , - 20 par rapport au plan passant par 2 et perpendiculaire à 1.
Dans ce cas, on conserve comme coordonnées la trace du même plan niveau zéro dans la surface image, et la trace dans cette surface, du plan perpendiculaire à la base 1 et passant par 2. Il y aura autant de séries de traces dans la surface qu'il y aura d'angles adoptés pour le plan de rotation de l'axe 6 par rapport à l'axe 1. Il suffit de continuer à inscrire en ordonnées les angles dièdres de rotation que fait le plan 1. 6 par rapport au plan niveau zéro convention-
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.y ,; g, y, nel. Ici encore, la restitution du profil réel ne présente auchune
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La courbe repérée par exemple - 10*, donne le profil conyen- tionnel de la charge correspondant au plan de visée d'azimuth - la et! dans ce plan pour toutes les inclinaisons de l'axe 6, repéré en ordon née.
La variante expliquée figures 4 et 5 permet donc le tracé par section successives de tout le profil de la surface objectif.
Suivant une autre variante du procédé de l'invention, on déter- mine les profils suivant les azimuth - 20 ,- 10 , + 10' etc... après avoir fait pivoter tout le dispositif d'observation de - 20 respecti- vement - 10 + 10 autour d'un axe passant par le point 2 et perpendicu- laire au plan 1. 5.
REVENDICATIONS.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Method for determining a distance optically.
The present invention relates to a method for determining a distance optically. there are currently many methods for determining distances optically. It is in particular well known to determine, by means of a conventional telemetry device, the distance at which an object is from an observation point.
In this device, one of the sighting axes is fixed and passes through the observation point and the other, orientable, passes through another point whose position is known and fixed with respect to the first observation point, the imaginary line segment connecting these two points being called "optical observation base",
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Such devices, which are well known in themselves, include, as observation devices, either, for example, simple sighting glasses, or television devices or even still cameras.
The distance measurement is done essentially by determining the viewing angles corresponding to the coincidence of the images observed from the two observation points and along the two viewing axes,
When it comes to measuring the distance from an object or a point located in a dark enclosure, it is also known to have recourse to an optical rangefinder system composed of cameras of '-, television designed for the emission and / or reception of infrared radiation. In this way it is possible to take measurements where ordinary vision is practically no longer possible.
However, when it is envisaged to measure not only the distance at which an object which may not be illuminable, is from an observation point, but also to determine the profile of a,. any surface which may be little or not lightable, such as by
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For example, the upper surface of the load of a shaft furnace, the above devices lose their efficiency and precision.
They also become more difficult to handle, in particular because of the temperature of the enclosure located above the load and its dusty atmosphere.
The object of the present invention is a method making it possible to avoid these drawbacks.
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The method which is the subject of the present invention is essentially characterized in that from a so-called emission observation point, electromagnetic radiation is emitted in the direction of the said objective point, the distance of which is to be known from the point d. 'emission, in that, at a second point of observation, called reception, the position of which is fixed with respect to the point of emission (the distance between these two points being called the optical base), there is an apparatus of optical observation of which the optical axis makes an acute angle with the base and forms a fixed plane with the latter, the field of observation of the said device making it possible to see the objective point, in that the radiation is emitted at the point of emission in a fixed plane relative to the optical base, and preferably perpendicular to the latter,
in that one observes from the reception point the trace coming from the radiation reflected by the objective point, and which having passed through the optics of the apparatus located at the reception point is formed on the corresponding image surface, which is constituted by the very substantially conical surface (in the very generalized sense of the term) whose vertex coincides with the image point of the emission point, observed through the optics of the reception point, and whose generatrix located in any plane passing through the optical base, joins the apex at the point of intersection of the emitted radiation with the plane perpendicular to the optical axis of the device located at the reception point and passing through the optical center of the latter,
which makes it possible, on the basis of the position of said traces, to determine the distance sought from the objective point or points. The optical axis of the receiver device being fixed with respect to the optical base, the traces observed in the image surface by recent radiations, coming from objective points situated * in the acute angle formed by the plane
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emission and a plane passing through the optical axis of the receiving device and perpendicular to the optical axis - optical base plane, will be located on one side of the intersection of said plane with the image surface while the traces of radiations reflected by points not located in this angle will be in this surface located on the other side of the intersection of said plane with the surface.
A simple construction or calculation makes it possible to determine the true distances sought, from the corresponding distances measured in the image surface. ¯
Several means can be envisaged for visualizing the traces of the reflected radiation in the image surface. For example, a whole series of sensitive cells can be placed one beside the other, just at the intersection of the image surface and the plane formed by the emission axis and the optical base; only the cell affected by the radiation reflected by the target point will light up,
The measurement method described above can easily be extended to the determination of the profile of a given surface.
It suffices to modify the orientation of the emission axis according to any desired spatio-temporal law, so that the point of meeting of the emission axis with the surface whose profile one wishes to determine follows precisely the profile corresponding to this law. On the image surface, a corresponding variation will be observed in the position of the trace of the radiation reflected by the target object and picked up by the receiving device.
We immediately see that thanks to this process it is possible to obtain on the image surface a representation of the profile of the load,
In fact if, according to an advantageous variant of the method, the orientation of the emission axis is modified while maintaining it in a plane, fixed with respect to the optical base, the traces of radiation emitted with the profile are observed. on the image surface in correspondence with @
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the law of variation of the emission axis in its plane, and for a determined position of the optical base plane - emission axis, the traces to be observed are inscribed on the intersection of said plane (called sighting) with the image surface.
By varying this sighting plane around the optical base, we will thus obtain in the image surface a polar diagram of the observed radiation traces, which makes it possible to obtain the complete profile of the objective surface according to the plane in which the lens rotates. 'emission axis. The pole of the diagram is nothing other than the image point of the emission point with respect to the reception optics.
It goes without saying that any spatio-temporal law of variation of the orientation of the emission axis which allows it to embrace the entire surface to be observed, provides the same indications in the image surface,
The explanatory sketches below provide a better understanding of the principles used in the process described above.
FIG. 1 schematically represents a device making it possible to implement the method described above. The optical base 1 connects the emitting device 2 to the receiving device 3 formed by a converging lens of plane 20. The angle 4 makes, between the base 1 and the optical axis 5 of device 3 is fixed. The emitting device 2 launches electromagnetic radiation in the direction 6 and in the plane formed by the base 1 and the axis 5, This radiation meets for example at 7 an objective point whose distance to the emitter 2 is to be measured. This point7 is supposed to be located between infinity and the focal point of optics 3.
This point 7 reflects a part of the radiation 6 in direction 8 towards the receiver 3 of fixed optical axis 5, The image 10 of point 7 is constructed in a way
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@ conventional and provides in the image surface 9 a trace 10 whose, @ distance to point 11 of breakthrough of axis 5 in surface 9 depends on the distance from point 7 to emitter 2. If the radiation 6 does not meet no obstacle before point 12, this is the trace 13 of the latter that we would see on image surface 9. At all the points between 7 and 12 corresponds on the image surface 9 a trace located on the intersection of said surface with the plane formed by the optical axis 5 and the base 1.
A simple geometric relation makes it possible to calculate the distance 7-2 knowing the distance 10 - 11.
Note that point 14 represents the image point of point 2 with respect to optics 3. Traces 10 and the like can be observed either directly on the image surface or through sensitive cells carefully placed on this surface. . It suffices that the effective angular opening of the device
3 is sufficient to allow the entire surface to be observed to be embraced.
Figure 2 makes it possible to realize that this image surface does not coincide with the focal plane of the optic 3, This figure represents in the plane formed by the base 1 and the optical axis the image points of 3 points A, B, C located on axis 6 at different distances from point 2. The 3 traces A ', B', C 'obtained by the classical method are located on the same line concurrent with axis 6 and' the intersection of shot 20 with shot 15.
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Figure 3 shows how we can use the device of Figure 1 to determine the profile of the surface in the plane passing through 2 and perpendicular to the base 1.
It suffices to rotate the device Z around the axis as a pivot and in each position of the axis 6, to locate the corresponding traces at the point of meeting of the axis 6 with the surface whose profile is to be determined. All these traces are staggered on successive concurrent lines @ in the image surface, there will thus be a conventional representation of the profile (fig. 2, each trace such as for example 15 being determined by its distance 16 from the optical trace 5 in said surface and by the angle 17 that axis 6 makes at this moment with a conventional zero level plane (for example plane 1, 5.
The restitution of the real profile presents no difficulty.)
Figure 4 makes it possible to understand how we can observe the variation of the sought profile, if we modify the orientation of the plane of rotation of axis 6 with respect to axis 1. These rotations are marked in azimuth, (cf. fig. 5), for example 10, - 20 with respect to the plane passing through 2 and perpendicular to 1.
In this case, we keep as coordinates the trace of the same zero level plane in the image surface, and the trace in this surface, of the plane perpendicular to the base 1 and passing through 2. There will be as many series of traces in the surface that there will be angles adopted for the plane of rotation of axis 6 with respect to axis 1. It suffices to continue writing on the ordinate the dihedral angles of rotation made by plane 1. 6 with respect to the zero convention level plan
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.y,; g, y, nel. Here again, the restitution of the real profile does not present any
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.., fl ... t .... <'., .. 1'. I, ... I ... \ difficulty.
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The curve marked for example - 10 *, gives the conventional profile of the load corresponding to the azimuth sight plane - la and! in this plane for all the inclinations of axis 6, marked on the ordinate.
The variant explained in FIGS. 4 and 5 therefore allows the drawing by successive sections of the entire profile of the objective surface.
According to another variant of the method of the invention, the profiles are determined according to the azimuths - 20, - 10, + 10 'etc. after having rotated the entire observation device by - 20 respectively - 10 + 10 around an axis passing through point 2 and perpendicular to plane 1. 5.
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