Measure laser of trajectory by decomposition of the local and global measure
Mesure laser de trajectoire par décomposition de la mesure locale et globale
Résumé
The devices dedicated to trajectory digitalization are arising a lot of interest the last few years for different applications that can be divided into 5 families : entertainment, simulation for the industry, medical applications, robotics and sports applications. Among the axes of progress, the elimination of both the calibration steps and equipments with complex active markers, constitute a real challenge. The optical techniques allows non contact measurements. Light measurements are carried out using transducer which converts energy or optical power absorbed into an electric signal. The distance can then be estimated through signal processing. Our interest lies in tracking application in the range of several meters with a precision of few millimeters. The most appropriate methods of telemetry are triangulation, phase shifting and time of flight methods. The concept investigated in this works consists of replacing galvanometric scanners which requiring mechanical elements in high dynamics, by a static scanning device based on a network of laser sources. The multi-beam approach allows a first measure of the target position without the need to move. To widen the field of measure, a second device allows to reach a spherical volume. It is the concept of local and global measure combination. This hybrid approach is a cost effective solution. However, the precision could suffer from a reduction. In this work, we present different possibilities for combining global and local measurements. Each set-up will exhibit some disadvantages and weaknesses according to the needs. The use of micro-mirror matrices (DMD), and microfabrication processes offer promising novel approaches toward performant, efficient cost and ease to use.
Les dispositifs de numérisation de trajectoire font progressivement leurs apparitions afin de permettre la quantification de la trajectoire d'un mouvement dans une scène afin de répondre à différents besoins pour des applications variées. Elles sont potentiellement nombreuses et peuvent être déclinées en 5 familles : loisirs, simulation pour l'industrie, applications médicales, applications liées aux sports et la robotique. Parmi les axes de progression, la suppression des phases de réglages et d'équipement ainsi que la limitation de l'usage de marqueurs actifs contraignants, constituent un nouveau challenge. Les techniques optiques offrent l'opportunité de réaliser des mesures sans contacts. La mesure de lumière est rendue possible à l'aide d'un transducteur électronique qui convertit une énergie ou une puissance optique absorbée en une grandeur électrique. A l'aide d'un traitement approprié, la distance peut être évaluée. Pour l'application recherchée, c'est-à-dire pour des interactions sur plusieurs mètres avec une précision inférieure au centimètre, les méthodes de télémétrie les plus adéquates sont la triangulation, la mesure de phase et éventuellement, la mesure par temps de vol à lumière pulsée constituant un autre compromis intéressant entre complexité et précision. Le concept exploré en détail dans un premier temps, consiste à remplacer les moteurs galvanométriques, onéreux et impliquant des éléments mécaniques à haute dynamiques, par un dispositif de scrutation local basé sur un réseau de sources lasers. Cette approche multi-faisceaux donne une première mesure de position de la cible sans la nécessité de générer un mouvement à cet organe. Afin d'élargir le champ de mesure, un second dispositif prend le relai permettant d'atteindre un volume sphérique. C'est le concept de combinaison mesure locale et mesure globale que nous proposons dans ces travaux de thèse. Cette approche hybride contribue à l'effort de coût avec cependant une dégradation de la précision mais une simplification du dispositif et de ses cibles. Au-delà de cet exemple, différentes autres possibilités de combinaison de mesures globales et locales sont envisageables en fonction des choix technologiques. Chacune d'entre elles possède des spécificités qui vont se traduire sous forme de forces et de faiblesses en fonction des besoins. L'usage d'une matrice de micro-miroir DMD ainsi que d'autres procédés de micro-fabrication représentent des voies d'innovation prometteuses afin de réduire les difficiles compromis entre performances, coût et facilité d'utilisation.
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