Academic literature on the topic 'Corrélation d'images numériques stéréoscopiques'

La connaissance de modèles numériques d'élévation est un élément essentiel pour un grand nombre d'applications de télédétection, notamment à très haute résolution. Cette information d'élévation peut être déduite de couples d'images stéréoscopiques en combinant des techniques photogrammétriques et des techniques de type corrélation. L'amélioration de la résolution des système spatiaux d'observation de la Terre, comme PleiadesHR (pas d'échantillonnage au sol de 70 cm) ainsi que les capacités croissantes d'acquisitions en mode stéréoscopique et multi-stéréoscopique permettent de générer de manière plus systématique des modèles numériques de terrain prenant également en compte le sursol fins (bâtis, véhicules, végétation), avec une précision de restitution de l'ordre du mètre. Une méthode générique de restitution de modèles en « vrai » 3D fortement parallélisable est ici utilisée autorisant le traitement simultané de 2 à N images sur une même zone.

La futaie de pin maritime du Massif des Landes de Gascogne fait l'objet d'une sylviculture dynamique ; les dommages occasionnés par les tempêtes Martin (1999) et Klaus (2009) puis par des ravageurs (scolytes) ont entrainé une forte diminution de la ressource en bois. Cela a accentué la demande de la filière forêt-bois aquitaine pour un suivi permanent, précis et spatialisé de celle-ci. L'étude Pinastéréo ouvre des perspectives nouvelles en la matière grâce au modèle numérique de surface (MNS) obtenu par corrélation d'images stéréoscopiques Pléiades. Sa combinaison avec le modèle numérique de terrain BD Alti® fournit le modèle de hauteur de canopée (MNHC). La précision des MNS et MNHC a été évaluée avec des mesures de référence (LiDAR aérien, placettes de levers dendrométriques) ; elle s'est avérée satisfaisante. Il est montré que la hauteur dominante des peuplements de pin maritime, leur volume aérien total et leur biomasse peuvent être modélisés à partir du MNHC. Une carte de la hauteur dominante a alors été produite sur un site de référence ; celle de la biomasse reste à faire. Les faibles incertitudes observées sur les estimations de hauteur et de volume sont très prometteurs pour une généralisation de la méthode au Massif landais ou même à d'autres futaies régulières résineuses.

Les bilans de masse des glaciers de montagne constituent des indicateurs climatiques régionaux reconnus. Moyennant une hypothèse sur la densité de la surface glaciaire, on peut établir le bilan de masse d'un glacier par différence entre deux modèles numériques d'élévation (MNE) successifs. L'obtention de MNEs précis à haute résolution est donc un enjeu important en glaciologie. Un couple d'images stéréoscopiques Pléiades acquis en septembre 2013 a été traité afin de générer un MNE du glacier d'Ossoue (Hautes Pyrénées) à 2m de résolution en planimétrie et 1m en altimétrie. Un levé DGPS sur le glacier et sa périphérie à une date proche a permis d'estimer l'erreur altitudinale du MNE Pléiades à ±1.8m. Ce résultat permet d'envisager une utilisation opérationnelle des images stéréoscopiques Pléiades pour déterminer des bilans de masses précis de glaciers de montagne, y compris dans les zones impraticables pour les mesures de terrain.

La référence altimétrique nationale, nommée RGE Alti, est actuellement composée de données issues de traitements Radar sur les zones de montagne qui ne satisfont pas pleinement les spécifications. Dans le même temps, les caractéristiques d'acquisitions des satellites imageurs se sont considérablement améliorées permettant aux satellites comme Pléiades de devenir une alternative intéressante à l'aérien dans les zones où les prises de vues sont coûteuses et complexes à organiser tels que les massifs montagneux.Quatre acquisitions Pléiades réparties sur deux zones d'études, le col de Bavella en Corse et le massif du Mont-Blanc, ont servi à réaliser des Modèles Numériques de Surface (MNS) par corrélation. Des Modèles Numériques de Terrain (MNT) ont ensuite été calculés à l'aide d'une méthode développée à l'Institut National de l'Information Géographique et Forestière (IGN) qui se base sur une interpolation de points sols extraits des MNS. Ces MNT obtenus avec les acquisitions Pléiades possèdent une précision altimétrique de 3m à 4m et des résultats homogènes quel que soit le type de terrain ce qui est indispensable pour la réalisation d'une référence nationale. L'étude montre aussi une forte corrélation entre la qualité du MNT final et les caractéristiques de prise de vue, ce qui entraîne des contraintes d'acquisition particulières et la mise en place d'étapes supplémentaires dans le calcul du MNT. Moyennant ces adaptations, l'utilisation d'images Pléiades pour compléter le RGE Alti dans les zones de montagne est envisageable et les utilisateurs du RGE Alti ont d'ores et déjà montré leur intérêt pour ces MNT Pléiades.

Depuis plusieurs années, la photogrammétrie numérique est devenue un outil important dans le domaine de l'archéologie. Les spécialistes de ce domaine reconnaissent que cette technique permet d'enregistrer et de documenter les structures archéologiques ou à plus grande échelle l'intégralité d'un chantier de fouille, de manière rapide, fiable et précise. Pour les sites préhistoriques notamment, il est très important d'enregistrer et de maitriser les différents niveaux de décapage de la fouille. Dans cet article, nous décrivons une méthodologie complète pour effectuer la numérisation photogrammétrique de structures archéologiques par un outil léger et à faible coût.La recherche expérimentale spécifique a eu lieu dans le cadre de la fouille programmée du site du Paléolithique supérieur de plein air "Le Colombier" à Chézy-sur-Marne (Aisne, France) dirigé par un des auteurs (C.M.). L'expérience s'est déroulée sur un foyer aménagé qui a été photographié à neuf étapes différentes du processus de décapage de la fouille. Des orthoimages à chaque étape ont été créées dans le but de produire un modèle 4D (intégrant le temps à la description photogrammétrique). En outre, des images numériques ont été acquises pour créer le modèle 3D complet.Des logiciels open source (Apéro / MicMac) ont été utilisés pour le géoréférencement et la corrélation dense. Ces procédures relativement standards conduisent à des cartes de profondeur, qui peuvent être représentées soit comme nuages de points 3D soit sous forme d'images en relief ombragé.En premier lieu, nous abordons une brève description du site, les outils et méthodes mises en œuvre. Dans un second temps, nous faisons le point sur les résultats obtenus avant de conclure sur les perspectives.

Identifying the mechanical response of a material without presupposing any constitutive equation is possible thanks to the Data-Driven Identification algorithm developed by the authors. It allows to measure stresses from displacement fields and forces applied to a given structure; the peculiarity of the technique is the absence of underlying constitutive equation. In the case of real experiments, the algorithm has been successfully applied on a perforated elastomer sheet deformed under large strain. Displacements are gathered with Digital Image Correlation and net forces with a load cell. However, those real data are incomplete for two reasons: some displacement values, close to the edges or in a noise-affected area, are missing and the force information is incomplete with respect to the original DDI algorithm requirements. The present study proves that with appropriate data handling, stress fields can be identified in a robust manner. The solution relies on recovering those missing data in a way that no assumption, except the balance of linear momentum, has to be made. The influence of input parameters of the method is also discussed. The overall study is conducted on synthetic data: perfect and incomplete data are used to prove robustness of the proposed solutions. Therefore, the paper can be considered as a practical guide for implementing the DDI method. L'identification de la réponse mécanique d'un matériau sans présupposer d'équation constitutive est possible grâce à l'algorithme Data-Driven Identification développé par les auteurs. Il permet de mesurer les contraintes à partir des champs de déplacement et des forces appliquées à une structure donnée ; la particularité de la technique est l'absence d'équation constitutive sous-jacente. Dans le cas d'expériences réelles, l'algorithme a été appliqué avec succès sur une feuille d'élastomère perforée déformée sous une grande contrainte. Les déplacements sont recueillis par corrélation d'images numériques et les forces nettes à l'aide d'une cellule de charge. Cependant, ces données réelles sont incomplètes pour deux raisons : certaines valeurs de déplacement, près des bords ou dans une zone affectée par le bruit, sont manquantes et les informations sur les forces sont incomplètes par rapport aux exigences de l'algorithme DDI d'origine. La présente étude prouve qu'avec un traitement approprié des données, les champs de contrainte peuvent être identifiés de manière robuste. La solution repose sur la récupération des données manquantes de manière à ce qu'aucune hypothèse, à l'exception de l'équilibre de la quantité de mouvement linéaire, ne doive être faite. L'influence des paramètres d'entrée de la méthode est également discutée. L'étude globale est menée sur des données synthétiques : des données parfaites et incomplètes sont utilisées pour prouver la robustesse des solutions proposées. Par conséquent, le document peut être considéré comme un guide pratique pour la mise en œuvre de la méthode DDI.

La compréhension des mécanismes de plasticité et d’endommagement des matériaux re-présente une ressource précieuse pour le développement qualitatif de l’industrie. Cette connaissance permet de réduire les coûts, d’améliorer la sécurité et d’anticiper les comportements des matériaux à court et long terme. En s’appuyant sur des modèles comportementaux, il devient possible de réaliser des simulations numériques capables de prédire l’évolution des matériaux. Aujourd’hui, ces simulations sont indispensables pour le dimensionnement des systèmes mécaniques, quel que soit leur domaine d’application. Bien que le dialogue entre les résultats expérimentaux et les prédictions numérique permet d’affiner ces modèles, il persiste des comportements singuliers, notamment au niveau local, que ces modèles n’arrivent pas à prédire. Des outils de mesures de champs cinématiques ont été développé pour descendre à des échelles fines et comprendre les mécanismes au sein même de la microstructure,en particulier avec les développement de la Corrélation d’Images Numériques (CIN). Cette technologie permet de mesurer des champs à l’échelle du pixel mais ne prend pas en compte les déplacements« hors-plan » situés dans l’axe de la caméra. Pourtant, ces déplacements semblent jouer un rôle crucial sur la manifestation des mécanismes de plasticité. Le développement d’une technique de mesures téréoscopique incluant la CIN est donc nécessaire à toute exploration complémentaire. Cette étude porte sur la mise en place d’outils expérimentaux multi-instrumentés. En particulier, elle se concentre sur le développement d’un logiciel de mesure de champs de déformation stéréoscopique sans contact,permettant d’évaluer les mouvements "hors-plan". Le logiciel nommé PyCaSo a ainsi vu le jour et a été évalué dans une première partie. Dans une seconde partie, d’autres techniques de mesure, telles que la profilométrie, l’EBSD (diffraction des électrons rétrodiffusés) ou encore la microscopie, ont été utilisées pour réaliser des essais expérimentaux monotones et cycliques sur un acier de référence, l’acier austénitique inoxydable 316L
Understanding the mechanisms of plasticity and damage in materials represents a va-luable resource for the qualitative development of industry. This knowledge makes it possible to reducecosts, improve safety and anticipate short- and long-term material behavior. Based on behavioralmodels, it becomes possible to carry out numerical simulations capable of predicting the evolutionof materials. Today, these simulations are indispensable for the dimensioning of mechanical systems,whatever their field of application. Although the dialogue between experimental results and numericalpredictions makes it possible to refine these models, there are still singular behaviors, particularly atthe local level, which these models are unable to predict. Tools for measuring kinematic fields have beendeveloped to go down to fine scales and understand the mechanisms at the very heart of the micro-structure, in particular with the development of Digital Image Correlation (DIC). This technology canmeasure fields at pixel level, but does not take into account “out-of-plane” displacements in the cameraaxis. Yet these displacements appear to play a crucial role in the manifestation of plasticity mecha-nisms. The development of a stereoscopic measurement technique including DIC is therefore necessaryfor any further exploration. This study focuses on the development of multi-instrument experimentaltools. In particular, it focuses on the development of non-contact stereoscopic deformation field measu-rement software, enabling the assessment of “out-of-plane” movements. The software, named PyCaSo,was developed and evaluated in the first part of the project. In the second part, other measurementtechniques, such as profilometry, EBSD (electron backscatter diffraction) and microscopy, were used tocarry out monotonic and cyclic experimental tests on a reference steel, austenitic stainless steel 316L

Cette thèse se situe dans le cadre de la vision par ordinateur et concerne plus précisément l'étape de mise en correspondance de pixels en stéréovision binoculaire. Cette étape consiste à retrouver les pixels homologues dans deux images d'une même scène, prises de deux points de vue différents. Une des manières de réaliser la mise en correspondance est de faire appel à des mesures de corrélation. Les algorithmes utilisés se heurtent alors aux difficultés suivantes : les changements de luminosité, les bruits, les raccourcissements, les zones peu texturées et les occultations. Les travaux qui ont été réalisés sont une étude sur les méthodes à base de corrélation, en prenant en compte le problème des occultations et l'utilisation d'images couleur.

Dans un premier chapitre, nous établissons un état de l'art des méthodes de mise en correspondance de pixels. Nous donnons un modèle générique des méthodes s'appuyant sur la définition d'éléments constituants. Nous distinguons alors quatre catégories de méthodes : les méthodes locales, les méthodes globales, les méthodes mixtes et les méthodes à multiples passages.

Le second chapitre aborde le problème de l'évaluation des méthodes de mise en correspondance de pixels. Après avoir donné un état de l'art des protocoles existants, nous proposons un protocole d'évaluation et de comparaison qui prend en compte des images avec vérité terrain et qui distingue différentes zones d'occultations.

Dans le troisième chapitre, nous proposons une taxonomie des mesures de corrélation regroupées en cinq familles : les mesures de corrélation croisée, les mesures utilisant des outils de statistiques classiques, les mesures utilisant les dérivées des images, les mesures s'appuyant sur des outils des statistiques non paramétriques et les mesures exploitant des outils des statistiques robustes. Parmi cette dernière famille, nous proposons dix-sept mesures. Les résultats obtenus avec notre protocole montrent que ces mesures obtiennent les meilleurs résultats dans les zones d'occultations.

Le quatrième chapitre concerne la généralisation à la couleur des méthodes de mise en correspondance à base de corrélation. Après avoir présenté les systèmes de représentation de la couleur que nous testons, nous abordons la généralisation des méthodes à base de corrélation en passant par l'adaptation des mesures de corrélation à la couleur. Nous proposons trois méthodes différentes : fusion des résultats sur chaque composante, utilisation d'une analyse en composante principale et utilisation d'une mesure de corrélation couleur. Les résultats obtenus avec notre protocole mettent en évidence la meilleure méthode qui consiste à fusionner les scores de corrélation.

Dans le dernier chapitre, pour prendre en compte les occultations, nous proposons des méthodes hybrides qui s'appuient sur l'utilisation de deux mesures de corrélation : une mesure classique dans les zones sans occultation et une mesure robuste dans les zones d'occultations. Nous distinguons quatre types de méthodes à base de détection de contours, de corrélation pondérée, de post-détection des occultations et de fusion de cartes de disparités. Les résultats obtenus avec notre protocole montrent que la méthode la plus performante consiste à fusionner deux cartes de disparités.

Les récents développements des technologies de l’imagerie 3D et en particulier la stéréoscopie ont ouvert de nouveaux horizons dans de nombreux domaines d’application tels que la TV 3D, le cinéma 3D, les jeux vidéo et la vidéoconférence. Ces avancées technologiques ont soulevé plusieurs défis aussi bien sur le plan théorique que pratique et en particulier dans le domaine du codage des données 3D. En effet, l’énorme quantité d’information issue des systèmes d’acquisition requiert des solutions efficaces pour la coder et la transmettre. L’objectif de cette thèse est le développement de méthodes pour optimiser les principales étapes de la chaine de traitement et transmission d’images stéréoscopiques. Nous nous limitons dans ce travail au rehaussement de contraste, le codage et l’évaluation de la qualité d’images stéréoscopiques. La première partie de ce travail traite les problèmes d’évaluation et d’amélioration de la qualité d’images stéréoscopiques. Nous nous intéressons d’abord au rehaussement de contraste en s’inspirant des méthodes 2D et en intégrant quelques éléments liés à la perception visuelle. Nous proposons ainsi une première méthode de rehaussement de contraste local basée sur la carte de saillance visuelle. L’aspect qualité est aussi traité selon une approche basée sur les protocoles et méthodes conues pour le cas des images 2D et 3D. Cette méthode exploite les caractéristiques et propriétés connues du système visuel humain (SVH) telles que la non-linéarité, la sensibilité au contraste, la sélectivité directionnelle et fréquentielle ainsi que le seuil de discrimination binoculaire. Nous avons aussi d´eveloppé une méthode de prédiction de la qualité d’images stéréoscopiques sans référence. Cette dernière est basée sur des descripteurs 3D statistiques issus de la scène naturelle afin identifier les distorsions. Ces descripteurs 3D statistiques correspondent aux attributs extraits à partir de la paire stéréo naturelle et de la carte de disparité. L’extraction de ces descripteurs se fait au moyen de l’analyse en ondelettes des images stéréoscopiques. La deuxième partie de cette thèse traite les problèmes de compression d’images stéréoscopiques. Nous avons commencé par l’exploitation de la transformée en cosinus discret unidirectionnel et unidimensionnel pour encoder l’image résiduelle issue de la compensation de disparité. Ensuite, en se basant sur la transformée en ondelettes, nous avons étudié deux techniques pour optimiser le calcul de l’image résiduelle. Enfin, nous avons proposé des méthodes d’allocation de débit pour la compression des images stéréoscopiques. En général, le problème d’allocation de bits est résolu d’une manière empirique en cherchant le débit optimale qui minimise une certaine distorsion. Cependant cette stratégie est complexe. Pour cela, nous avons proposé des méthodes d’allocation de débits, rapides et efficaces appropriées pour le codage en boucle ouverte et en boucle fermée. Cette thèse ouvre des perspectives dans les trois thématiques abordées, à savoir le rehaussement de contraste, le codage et l’évaluation de la qualité d’images stéréoscopiques
Recent developments in 3D stereoscopic technology have opened new horizons in many application fields such as 3DTV, 3D cinema, video games and videoconferencing and at the same time raised a number of challenges related to the processing and coding of 3D data. Today, stereoscopic imaging technology is becoming widely used in many fields. There are still some problems related to the physical limitations of image acquisition systems, e.g. transmission and storage requirements. The objective of this thesis is the development of methods for improving the main steps of stereoscopic imaging pipeline such as enhancement, coding and quality assessment. The first part of this work addresses quality issues including contrast enhancement and quality assessment of stereoscopic images. Three algorithms have been proposed. The first algorithm deals with the contrast enhancement aiming at promoting the local contrast guided by calculated/estimated object importance map in the visual scene. The second and the third algorithms aim at predicting the distortion severity of stereo images. In the second one, we have proposed a fullreference metric that requires the reference image and is based on some 2D and 3D findings such as amplitude non-linearity, contrast sensitivity, frequency and directional selectivity, and binocular just noticeable difference model. While in the third algorithm, we have proposed a no-reference metric which needs only the stereo pair to predict its quality. The latter is based on Natural Scene statistics to identify the distortion affecting the stereo image. The statistic 3D features consist in combining features extracted from the natural stereo pair and those from the estimate disparity map. To this end, a joint wavelet transform, inspired from the vector lifting concept is first employed. Then, the features are extracted from the obtained subbands. The second part of this dissertation addresses stereoscopic image compression issues. We started by investigating a one-dimensional directional discrete cosine transform to encode the disparity compensated residual image. Afterwards, and based on the wavelet transform, we investigated two techniques for optimizing the computation of the residual image. Finally, we present efficient bit allocation methods for stereo image coding purpose. Generally, the bit allocation problem is solved in an empirical manner by looking for the optimal rates leading to the minimum distortion value. Thanks to recently published work on approximations of the entropy and distortion functions, we proposed accurate and fast bit allocation schemes appropriate for the open-loop and closed-loop based stereo coding structures

Ce travail s'inscrit dans le cadre du programme européen Eurêka-PROMETHEUS dont le but est d'améliorer la sécurité dans les transports. Le travail effectué s'est déroulé en deux temps : une thèse précédente a été axée sur la conception d'un nouveau stéréoscopique basé sur l'utilisation de caméras linéaires, sa mise en oeuvre et sa validation. La présente thèse porte sur les algorithmes permettant d'analyser les images stéréoscopiques afin de développer un système de détection d'obstacles. Le système stéréoscopique est conçu dans le but de percevoir la structure tridimensionnelle de l'environnement dans lequel il évolue. La mise en correspondance constitue l'étape la plus importante d'un algorithme de stéréovision. A partir des ensembles de primitives extraits des deux images linéaires, elle consiste à déterminer les couples de primitives correspondant au même objet physique de la scène. Pour apparier ces primitives, nous avons développé une nouvelle méthode de mise en correspondance basée sur une analyse hiérarchique que nous avons implantée selon une technique récursive. Après la mise en correspondance, une procédure de triangulation géométrique permet de localiser précisément devant le véhicule les points ayant engendré ces primitives. La détection d'obstacles nécessitant des temps de réponse très courts, la procédure de mise en correspondance n'est activée qu'entre les bandes de signalisation horizontale matérialisant les bords de la chaussée pour accélérer les traitements. Une reconstruction tridimensionnelle reconstitue les objets présents sur la chaussée devant le véhicule, permettant ainsi leur identification. Un suivi spatio-temporel de ces objets est ensuite réalisé afin de fiabiliser les détections et de déterminer les obstacles représentant réellement un danger. L'objectif des recherches, faisant l'objet de ces deux thèses, était la réalisation de la fonction détection d'obstacles pour le véhicule expérimental Prolab 2. Celui-ci a été développé dans le cadre du programme PROMETHEUS en coopération avec les constructeurs automobiles P. S. A. Peugeot-Citroën et Renault. Prolab 2 a été présenté aux pouvoirs publics en octobre 1994 lors de la manifestation clôturant le programme PROMETHEUS.

La corrélation d’images numériques (DIC) est maintenant couramment utilisée dans les milieux académiques et industriels. En effet, cette méthode permet de mesurer le champ de déplacement d’une surface avec une grande précision, une bonne résolution et avec un système expérimental simple. Cependant, la corrélation d’images ne permet pas une mesure précise dans les zones de frontière, bord des échantillons et fissures.L’objectif de cette thèse est d’utiliser la méthode de corrélation d’images virtuelles (VIC) pour mesure la position des bords et améliorer la précision de laDIC dans ces zones. La stratégie proposée repose sur trois points : la création d’un maillage de mesure adapté à la géométrie, la génération d’un masque de pixel permettant de supprimer les pixels du bord et la résolution sous contrainte de la DIC.Différents cas tests sur des images synthétiques et d’application sur des données expérimentales permettent de montrer l’intérêt de la méthode intégrée de corrélation d’images et de corrélation d’images virtuelles. Tout d’abord, la connaissance de la position initiale du bord permet la création automatique d’un maillage adapté. Il est également montré que la simple utilisation d’un masque de pixel permet de ré-duire significativement l’erreur sur le bord, aussi biendans les cas synthétiques que réels. Pour le cas de la résolution sous contrainte, il est montré que celle-ci permet de réduire les erreurs de mesures dans les cas synthétiques. Cependant, ce résultat n’a pas pu être confirmé dans les cas d’applications, la qualité des bords ne permettant pas une mesure précise et donc une amélioration des résultats de DIC
Digital Image Correlation (DIC) is now com-monly used in academic and industrial settings. In-deed, this method allows to measure the displace-ment field of a surface with high accuracy, good reso-lution and with a simple experimental setup. Howe-ver, image correlation does not allows accurate mea-surement in border areas, sample edges and cracks.The objective of this thesis is to use the VirtualImage Correlation (VIC) method to measure the po-sition of the edges and improve the accuracy of theDIC in these areas. The proposed strategy is basedon three points : the creation of a adapted measure-ment mesh to the geometry, the generation of a pixelmask to remove the edge pixels and the constrainedresolution of the DIC.Different test cases on synthetic images and ex-perimental data show the interest of the integra-ted method. First, the knowledge of the initial posi-tion of the border allows the automatic creation ofan adapted mesh. It is also shown that the simpleuse of a pixel mask reduces significantly the boun-dary error, both in synthetic and real cases. For thecase of constrained resolution, it is shown that itreduces measurement errors in synthetic cases. Ho-wever, this result could not be confirmed in the ap-plication cases, due to the quality of the boundarydoes not allows an accurate measurement and thusan improvement of the DIC results

L'industrie aéronautique vise sans cesse à optimiser la masse de ses aéronefs tout en garantissant la rigidité structurelle de ceux-ci. À cette fin, les pièces brutes permettant de réaliser ces pièces de structure sont produites via un ensemble de procédés de mise en forme et de traitements thermiques qui assurent de hautes exigences fonctionnelles mais qui induisent des contraintes résiduelles. Ces contraintes constituent un problème majeur pour les industriels. En effet, l'usinage de ces pièces provoque un changement d'équilibre des contraintes résiduelles, générant de ce fait des déformations pendant l'usinage et après débridage. Ces déformations, difficilement maîtrisables, impactent considérablement la qualité géométrique des pièces obtenues et entraînent la mise en place d'opérations de reprises chronophages et coûteuses, voire de mise au rebut. Il est donc primordial de pouvoir caractériser et mesurer l'impact de ces contraintes résiduelles sur la déformation des pièces pendant et après leur usinage en vue de maîtriser leur qualité géométrique.Les présents travaux s'intéressent à la mesure des déformations in-situ et à l'identification des distributions initiales de contraintes résiduelles de pièces pendant leur usinage. Des outils basés sur une mesure par Corrélation d'Images Numériques (CIN) et sur une mesure par Stéréo- Corrélation d'Images Numériques (S-CIN) sont développés. Les cas d'application sont des pièces en alliage d'aluminium Al7075-T6 se déformant soit dans le plan, soit de manière gauche. Les mesures effectuées pendant leur usinage sont utilisées soit pour reconstruire la carte de contraintes résiduelles, soit pour alimenter des modèles numériques visant à simuler en temps réel le comportement de la pièce. L'objectif est de pouvoir faire évoluer le montage d'usinage en temps réel pour compenser la déformation de la pièce. Ces travaux constituent une des briques d'un futur développement d'une cellule d'usinage intelligent
The aeronautical industry is constantly aiming to optimise the weight of its aircraft while ensuring their structural rigidity. To this end, the raw parts used to make these structural parts are produced using a series of shaping and heat treatment processes which ensure high functional requirements but which induce residual stresses. These stresses are a major issue for manufacturers. Indeed, the machining of these parts causes a change in the equilibrium of the residual stresses, thus generating deformations during machining and after unmounting. These deformations, which are difficult to control, have a significant impact on the geometric quality of the parts obtained and lead to the implementation of time-consuming and costly reworking operations, or even scrapping. It is therefore essential to be able to characterise and measure the impact of these residual stresses on the deformation of parts during and after their machining in order to control their geometric quality.The present work focuses on the in-situ measurement of deformations and the identification of the initial residual stress distributions of parts during their machining. Tools based on Digital Image Correlation (DIC) and on Stereo Digital Image Correlation (S-DIC) measurements are developed. The application cases are Al7075-T6 aluminum alloy parts encountering either in-plane or three-dimensional deformations. The measurements made during their machining are used either to reconstruct the residual stress map or to supply numerical models to simulate the behaviour of the part in real time. The objective is to be able to modify the machining set-up in real time to compensate for the part deformations. This work is one of the building blocks for a future development of an intelligent machining cell

Une méthode classique de mesure des champs de déplacements et de déformations, utilisant des caméras CCD comme capteurs, consiste à déposer une grille régulière sur l'échantillon, puis à étudier les déplacements des points de références que constitue cette grille. Dans le but de mettre en œuvre cette mesure rapidement et à moindre coût, la grille à déposer est remplacée par un motif aléatoire. Une méthode de corrélation en niveau de gris permet d'exploiter les images numériques avec une précision de 1/60ième de pixels. Une méthode de mesure de champs de déplacements et de déformations 3D par stéréovision et basée sur la corrélation en niveaux de gris est proposée. Deux caméras numériques montées sur un banc stéréoscopique sont utilisées. Toutes les étapes de la chaîne de mesure (appariement, calibrage et reconstructions 3D) sont basées sur la corrélation. Une méthode de calibrage du système stéréoscopique s'effectuant à partir d'une mire recouverte d'un motif aléatoire dont l'équation de la surface est connue est proposée. Les mesures de champs de déplacements et de déformations présentées sont réalisées à partir d'une méthode de calibrage utilisant un cube marqué d'une grille. Une fois le système stéréoscopique calibré, les structures étudiées recouvertes d'un motif aléatoire sont photographiées et reconstruites dans l'espace. A partir de deux reconstructions, une avant et l'autre après déformations, les champs de déplacements et de déformations sont calculés
To determine displacement or strain fields from digital images, a classical technique consists of drawing a uniform grid on the surface of an object and measuring the displacement fields of these reference points. In order to get a marking method quicker and less expensive, the grid is replaced is by a random pattern. The numerical images are treated by a correlation method with an accuracy of 1/60th pixels. A method of 3D displacement and deformation fields by stereovision and using gray levels correlation method is proposed. Two CCD cameras on a stereo ring are used. All the steps for the measurement (paring, calibration, 3D reconstruction) use correlation. A proposed calibration method of the stereo ring doesn’t use a calibrating objet with a randomized pattern of which only the surface equation is known. The measurements of displacements and deformations fields shown are obtained from grids on a cube target. Once the calibration performed, the object's topographies before and after deformation are obtained from the calibration parameters and correlation between each pair of images and are compared to determine the displacement and deformation fields

Dans le cadre d'un programme de recherche commun avec le GRRT et l'Inrets/Cresta nous présentons dans cette thèse une méthode de détection et d'intrusions d'obstacles en vue de la surveillance de zones bien délimitées. L'approche proposée s'appuie sur une technique de stéréovision à base de caméras linéaires. Chaque camera définit un plan de surveillance. Une barrière optique, constituée de deux plans de surveillance parallèles permet de déterminer la position, la taille ainsi qu'une approximation de la vitesse de passage des objets pénétrant dans la zone surveillée. L'analyse des séquences d'images ligne recueillies par les deux caméras est formalisée par un automate à états finis. Celui-ci réalise le suivi de l'évolution spatio-temporelle des objets évoluant à travers la barrière de surveillance. Il met en évidence les situations critiques pour lesquelles il génère une alarme. Les procédures logicielles orientées temps réel, implantées sur une machine de vision linéaire multiprocesseurs ont été testées sur une plateforme expérimentale. Les séquences d'image ligne obtenues montrent la validité de ce procédé de détection d'intrusions. Ce dispositif est envisagé pour la surveillance au niveau de l'interface quai-voie des systèmes de transports guidés

Le travail de thèse consiste à développer un modèle permettant d’analyser les problèmes de fissuration dans les matériaux en vue de prévoir leur intégrité et durabilité structurale. Dans ce modèle, deux techniques sont couplées pour exploiter l'observation expérimentale et la modélisation numérique par éléments finis afin de déterminer l'état mécanique et les propriétés de rupture en pointe de fissure. Une première partie de ce travail est consacrée à l’analyse expérimentale utilisant la technique de corrélation d’images numériques pour calculer, dans le voisinage du front de la fissure, les champs cinématiques de déformations. Le bruit expérimental inhérent aux données expérimentales et l’incertitude de localisation du front de fissure nécessite de développer un traitement d'optimisation des champs de déplacement expérimentaux. Cette optimisation consiste à trouver une bonne corrélation entre les données expérimentales et la solution analytique asymptotique de Williams en utilisant une procédure itérative de Newton-Raphson basée sur les moindres carrés non linéaires. La conséquence de cette corrélation a permis de déterminer à la fois la position précise du front de la fissure et le champ cinématique de déplacement des lèvres de la fissure le plus proche de la réalité. L’analyse cinématique permet alors de caractériser la cinétique de fissuration via les facteurs d’intensité d’ouverture de fissure. Une seconde partie est dédiée au développement d’un algorithme numérique utilisé dans la caractérisation mécanique et énergétique sous le code de calculs par éléments finis Castem. Dans le cas d'une fissure stationnaire, le modèle numérique est sollicité par une force imposée, contrairement au travail expérimental ou le chargement se fait en déplacement imposé. Cette approche que nous avons qualifiée de statique montre que l’amplitude de la singularité, caractérisée par le facteur d’intensité des contraintes déterminé à partir du formalisme des invariants intégraux, est indépendante de la loi de comportement matérielle et est proportionnelle à l'amplitude en effort du chargement. Enfin, une dernière étape permet de reconstruire la totalité des propriétés de fissuration, tant cinématique, statique qu'énergétique. Cette reconstruction passe par le rapprochement des propriétés cinématiques fournies par l'analyse d'images et les propriétés en contrainte calculées par l'approche éléments finis. Ainsi, l'ensemble du protocole fait abstraction de la loi de comportement. De plus, le couplage cinématique et statique permet de déduire le taux de restitution d'énergie. Ce couplage permet au final de caractériser les propriétés élastiques locales qui peuvent, à termes, être employées pour alimenter une loi de propagation de fissure ou pour remonter aux propriétés globales d'élasticité du matériau employé. L'ensemble du travail est accompagné d'applications expérimentales et numériques pour des matériaux isotropes (PVC) et orthotrope (Douglas), les échantillons étant sollicités en modes d’ouverture (I) et mixte (I+II)
The thesis work consists in developing a model allowing analyzing crack problems in materials in order to predict their integrity and structural durability. In this model, two techniques are coupled to exploit the experimental observation and numerical modeling by finite elements in order to determine the mechanical state and the fracture properties into crack tip vicinity. A first part is dedicated to the experimental analysis using Digital Images Correlation to calculate, in the crack tip vicinity, the kinematics fields of deformations. The experimental noise inherent to the experimental data and the uncertainty of the crack tip localization require developing a procedure for measurements fields’ optimization. This optimization consists in finding a good correlation between the experimental data and the Williams’ asymptotic analytical solution based on the development of mathematical series of weighting coefficients, by using Newton-Raphson iterative procedure based on nonlinear least squares. The consequence of this correlation allowed determining at the same time, the crack tip position and kinematics field of crack lips displacement nearest to reality. The kinematic analysis then allows characterizing the kinetics of cracking via the crack opening intensity factors. One second part deals with the development, into the computer finite elements code Castem, of a specific numerical algorithm to the mechanical and energy characterization. In the case of a stationary crack, although the experimental tests are monitoring under machine displacement (correlated with the crack opening), the numerical model is defined by imposing a load given by synchronization between the testing machine and the images acquisition. This approach, that we described as statics (piloting in force or stress), shows that the amplitude of the singularity, characterized by the stress intensity factor which is determined from the integral invariants formalism, is not only independent of the material behavior law, but also proportional to the loading amplitude. Lastly, a last stage allows rebuilding the totality of the cracking properties, as well as kinematic, static and energetic. This rebuilding passes by the bringing together of kinematics properties provided by images analysis and stress properties calculated by finite elements approach. Thus, the whole of the protocol disregards law of behavior. Moreover, the kinematic and static coupling allows deducing the energy release rate. This coupling allows finally characterizing the local elastic properties which can, at terms, being employed to feed a crack propagation law or to go back to the global elasticity properties of the employed material. The whole of work is accompanied by experimental and numerical applications for isotropic (PVC) and orthotropic (Douglas) materials, the samples being subjected to tension in opening (I) and mixed (I+II) modes loading