Automatisation de l'Acquisition et des Post-traitements en Numérisation 3D

Abstract

The automation of digitalisation is an indispensable step in the development of 3D measuring, in various fields :- in industry, to accelerate the procedures for control of parts,- in archaeology and biology, for the study of collections of several hundreds even thousand objects (for which the acquisition is for the moment impossible because of necessary time, and thus of the cost). In this thesis, we explain first the various existing systems of acquisition and positioning, by detailing the advantages and the inconveniences of every system. We present then the developed methodology to guide the operator in these choices as well as the tool set up to formalize this methodology. Then we will study the necessity of the automation of the 3D digitalization by illustrating the limits and the constraints of the solutions in place at present. Some examples of application of the methodology are described through various case studies, highlighting the time of intervention of the operator. Then, existing methods for automating the acquisition are described, explaining their limits. Two methods are proposed : the first defines a off-line viewplanning from a reference model while the second calculates the next best position without any a priori information on the object. Both methods allow the complete digitalization of an object without intervention of an operator. To test these methods, a simulation environment and a prototype have been developed. Finally, the results are presented and compared to a manual digitalization.L'automatisation de la numérisation est une étape indispensable au développement de la mesure tridimensionnelle, et ce, dans différents domaines :- en milieu industriel, afin d'accélérer les procédures de contrôle de pièces,- en archéologie et en biologie, pour l'étude de collections de plusieurs centaines voire milliers d'objets (dont l'acquisition est pour le moment impossible en raison du temps nécessaire, et donc du coût).Dans ce mémoire, nous détaillons tout d'abord les différents systèmes d'acquisition et de positionnement existants, en détaillant les avantages et inconvénients de chaque système. Nous présentons ensuite la méthodologie mise en place pour guider l'opérateur dans ces choix ainsi que l'outil d'aide mis en place afin de formaliser cette méthodologie. Puis nous argumenterons de la nécessité de l'automatisation de la numérisation 3D en illustrant les limites et les contraintes des solutions actuellement en place. Des exemples d'application de la méthodologie sont décrits à travers différentes études de cas, mettant en évidence le temps d'intervention de l'opérateur. Ensuite, les méthodes d'automatisation de l'acquisition existantes sont décrites, en expliquant leurs limites face à notre problématique. Deux méthodes sont ensuite proposées : la première définit une planification de vues hors-ligne à partir d'un modèle de référence tandis que la seconde calcule la meilleure position suivante sans aucune information a priori sur l'objet. Ces deux méthodes permettent une numérisation complète d'un objet sans intervention d'un opérateur. Afin de tester ces méthodes, un environnement de simulation a été implémenté, ainsi qu'un prototype. Enfin, les résultats obtenus sont présentés et comparés à une numérisation manuelle