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École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan (18/01/2010), Pierre Bourdet (Dir.)
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Integration multicapteurs et géométrie discrète en métrologie par coordonnées
Haibin Zhao1

L'intégration de systèmes multi-capteurs est la réponse la plus adaptée aux besoins croissants en matière de complexité et d'exactitude de mesures en métrologie par coordonnées. Cette thèse a pour objectif l'intégration de systèmes multi-capteurs en métrologie par coordonnées selon deux aspects: la modélisation des fonctions et des données; et le traitement de la géométrie discrète. La modélisation des fonctions et des données permet une meilleure compréhension des exigences des fonctions du système et des spécifications des données pour l'intégration de systèmes multi-capteurs. Des modèles hiérarchiques fonctionnels du système sont construits en utilisant la méthodologie IDEF0. Une démarche à base d'ontologies est utilisée pour modéliser les différentes données et de leurs relations par leur représentation structurée. Des méthodes efficaces et robustes pour le traitement de la géométrie discrète dans le cadre de l'intégration multi-capteurs sont l'objet principal de cette thèse à travers le développement de méthodes robustes. Une méthode basée sur le tenseur de courbure est utilisée pour l'estimation des courbures discrètes. Une analyse comparative montre que la méthode proposée fournit de meilleures performances par rapport à d'autres méthodes existantes. Le recalage est l'une des étapes les plus importantes de l'intégration multi-capteurs. Les algorithmes de recalage permettent de recaler les ensembles de points mesurés issus de différents capteurs ou de plusieurs vues. Une méthode de recalage sans correspondance connue est proposée dans cette thèse. Une combinaison de la courbure et de la distance euclidienne est utilisée pour améliorer les performances de l'algorithme classique de recalage ICP. Une nouvelle méthode basée sur l'indice de forme (shape index) et ll'intensité de courbure (curvedness) est développée pour la reconnaissance et la segmentation des formes discrètes. Le type de surface locale d'un sommet est reconnu par l'intermédiaire de son indice de forme. Les sommets sont ensuite groupés en fonction de leurs surfaces locales. Un algorithme de connexité par région est mis en œuvre pour produire les résultats de segmentation. Plusieurs exemples ont été testés et la méthode proposée fournit des résultats satisfaisants. Ces différentes méthodes de traitement géométriques ont été implémentés dans un nouveau système informatisé appelé DSP-COMS. Une étude de cas détaillée d'une pièce industrielle numérisée par laser scanning et par palpage est présentée dans cette thèse. Les points mesurés sont ensuite traités dans DSP-COMS. Les résultats obtenus montrent bien la robustesse des méthodes développés dans cette thèse.
1:  LURPA - Laboratoire Universitaire de Recherche en Production Automatisée
multi-capteur – courbures discrètes – recalage – fusionnement de données – segmentation – métrologie par coordonnées – modèles fonctionnels – ontologies

MULTISENSOR INTEGRATION AND DISCRETE GEOMETRY PROCESSING FOR COORDINATE METROLOGY
Multisensor integration systems are used to fulfill the increasing requirements on the complexity and accuracy of coordinate metrology. This thesis investigates on the achievement of multisensor integration in coordinate metrology from two main parts: function and data modeling; and discrete geometry processing. Function and data modeling allow obtaining clear understanding of the system and guiding the system development. Hierarchical function models of the system are built using IDEF0 methodology. An ontology based method is employed to model the various data and their relationships in the system with structured representation. Efficient methods for discrete geometry processing to support multisensor integration are the main focus of this dissertation. Reliable estimation of the curvatures is essential for discrete shapes processing. A tensor based method is proposed for discrete curvature estimation. The proposed method provides better performance according to a comparative analysis. Registration is one of the most important and decisive steps of multisensor integration. Registration algorithms enable to align the different point data captured in the respective sensor's coordinate systems. A registration method is proposed to align different discrete shapes with unknown correspondences. A combination of curvature information and Euclidean distance is used to improve the registration performance. A new method is developed for shape recognition and segmentation based on shape index and curvedness. The local surface type of a vertex is recognized according to its shape index and curvedness. The vertices are then clustered according to their local surfaces. A connected region generation algorithm is then implemented to generate the segmentation results. Considerable cases are tested and the method provides satisfying results. A new software framework DSP-COMS is developed as the testing platform of the developed methods. A detailed case study of an industrial workpiece digitized by laser scanning and touch probing is presented. The measured point data are then processed using DSP-COMS. The results show that the proposed methods can provide satisfying results for the studied case.
multisensor – discrete curvature – registration – data fusion – segmentation – coordinate metrology – function analysis – ontology analysis

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