Plateforme bi caméras

Malgré toutes les méthodologies décrites précédemment, les performances de nos systèmes sont encore insuffisantes. Aussi, nous avons mis en œuvre une autre configuration nommée ‘face – face’. Ce système comporte deux caméras, la caméra TSI17 à 100 i/s et la caméra Hamamatsu à 25 i/s, toutes deux intensifiées. La méthode proposée utilise deux caméras visualisant le même champ. Simplement, la commande d’ouverture de l’intensificateur de la seconde caméra est légèrement décalée par rapport à la commande d’ouverture de l’intensificateur de la première caméra. Cette solution permet d’obtenir deux images séparées et de pouvoir utiliser la technique de l’inter corrélation avec ses avantages (figure 12).

Figure 12 : chronogrammes de commandes de deux intensificateurs

Cette deuxième version du boîtier de synchronisation permet la gestion de deux caméras qui peuvent avoir des cadences différentes l’une de l’autre. La valeur minimale du temps d’inter exposition est limitée par les performances des composants électroniques (50 ns).

En considérant la figure 12 nous constatons que parmi les deux plages possible d'exposition, la plus grande présente la meilleure solution. C'est la mesure du décalage des top de synchro (deltaT) des deux caméras qui nous permet ainsi de choisir la meilleure plage d'exposition. Par suite, l'issue de ce choix nous permet de synchroniser l'exposition avec le top de synchro de la première ou de la seconde caméra.

La mesure de deltaT pose deux problèmes. En premier lieu, le rapport des périodes image n'étant pas entier, la valeur de l'intervalle deltaT doit être mesurée à chaque période. Ensuite, nous pouvons constater qu'il est impossible de faire en même temps la mesure et la prise de décision sur le départ de la commande d'exposition. Il apparaît donc nécessaire de mesurer deltaT sur la période précédente, et de la prédire pour la période courante. Cette prédiction est aisément obtenue par la connaissance du rapport des fréquences images (une mesure préalable des fréquences image est donc nécessaire).

La structure interne de cette version du boîtier est toujours identique, un micro contrôleur (Intel 96C196) pour la gestion des phénomènes lents (déclenchement, dialogue avec le micro ordinateur de configuration, mesures de fréquences images, calcul de délai, …) et des circuits de logiques programmables (FPGA, Altera EPM7128) pour les signaux rapides (délai, expo 1, inter expo, expo2). Configuration stéréoscopique

Cette configuration sort de la technique PIV classique offrant des champs de vitesse dans un plan, donc à 2 dimensions (2D). Elle permet après un étalonnage des 2 caméras sur une mire fixe d’obtenir la troisième composante du vecteur vitesse, à condition que cette troisième composante soit de faible amplitude vis à vis des deux autres composantes, d’où le nom donné à cette technique : PIV 3C (3 composantes)(figure 13).

Synchro image caméra N°1

Synchro image caméra N°2

Commande intensificateur N°2 Commande intensificateur N°1 Expo 1 Inter expo Expo 2 Délai

Figure 13 : Schéma de la configuration stéréoscopique

Une mise en œuvre de la configuration dite

‘face-face’ ou stéréoscopique nécessite une phase de calibration. Cette phase permet de connaître les caractéristiques de l’ensemble caméra et système optique (objectifs) et leurs positions relatives d’une caméra par rapport à l’autre. Ces informations vont ensuite permettre de modifier l’image d’une deux caméras afin de la rendre compatible avec l’image de l’autre caméra.

Le principe d’étalonnage repose sur la caractérisation de chacune des caméras par

l’enregistrement d’une série d’image d’une mire

connue à différentes positions spatiales (figure 14).

Figure 14 : organigramme de la méthode de calibrage d’une caméra

Figure 15 : organigramme de la phase d’appariement

Ensuite, avec les images enregistrées sur les écoulements, les champs de vecteurs sont calculés, une dernière étape est nécessaire pour obtenir un champ de vecteurs en 3D. Cette phase d’appariement permet d’adapter un champ de vecteurs pour le mettre à l’échelle de l’autre champ de

Acquisitio n d'une Acquisitio n d'une Extraction des points Extraction des points Affinage des coordonnées : intersection des droites de régression Affinage des coordonnées : intersection des droites de régression

Calcul des coefficients de la matrice de projection perspective par des techniques de moindres carrés

Détermination des paramètres du modèle Acquisitio n d'une Extraction des points Affinage des coordonnées : intersection des droites de régression Champ 1 de vecteurs déplacement Champ 2 de vecteurs déplacement Appariement des vecteurs

Calcul des trois composantes de la vitesse à partir des composantes des

Boîtier de synchronisation version 3

La structure interne de cette version du boîtier est toujours identique, un micro contrôleur (Intel 96C196) pour la gestion des phénomènes lents : déclenchement, dialogue avec le micro ordinateur de configuration, et des circuits de logiques programmables (FPGA, Altera EPM7128).

Le synoptique présentant la structure de ce boîtier est donné figure 16.

L’organisation structurelle est basée sur un bloc « timer » dont le but est de générer une impulsion d’une durée fixée par un paramètre avec un retard vis à vis de l’ordre de déclenchement programmé par un autre paramètre. Ces impulsions sont prévues pour la commande des intensificateurs ou des signaux de contrôle des caméras. Les 3 timers du boîtier peuvent fonctionner de manière indépendante, synchronisés les uns avec les autres ou en boucle (générateur de signal).

Chaque timer peut être déclenché de multiples manières et le choix est configurable depuis le micro ordinateur. Une combinaison logique est possible entre les entrées (synchro caméra, ordre direct, autre timer, …).

Lorsque les timers sont synchronisés, le boîtier travaille dans le mode multiple exposition sur une caméra ou deux si elles sont parfaitement synchones. Le mode indépendant est prévu pour la configuration « face – face ».

Les temps des impulsions et des retards sont programmable par gamme :

50ns à 10µs, 1µs à 100µs, 100µs à 1ms, et ainsi de suite jusqu’à une seconde. Avec une précision de 10% pour la première gamme et 1% pour les autres.

Afin de limiter la taille en nombre de bit des paramètres, il a été créé une série d’horloges de fréquences décroissantes obtenues par division de l’horloge principale. La valeur des paramètres et du choix de la fréquence sont sélectionnés par le logiciel de configuration installé sur le micro ordinateur.

Figure 16 : Synoptique de la version 3

Ce travail a été réalisé en équipe avec Robert Fouquet, Ebi Tafazzoli, Laurence Riou et Sébastien Coudert au LTSI (se référer aux annexes 6.1 pour la production scientifique et 6,5 pour les coopérations).

■ ■ ■ H

PC

USB

Entrées – sorties standards

timer 1 Compteur 1 Micro contrôleur C167 Shutter 1 Shutter 2 Shutter 3 Multi shutter OR Choix déclenchement 100 MHz VD 1 VD 2 VD 3 Ordre de déclenchement D1 D2 timer 2 Compteur 2 D1 D2 timer 2 Compteur 3 D1 D2 Choix déclenchement Choix déclenchement