Measurement of 3-D Shapes or 3-D Displacement Fields Using a Stereo-correlation Based Method - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2001

Measurement of 3-D Shapes or 3-D Displacement Fields Using a Stereo-correlation Based Method

Mesure de formes et de champs de déplacements tridimensionnels par stéréo-corrélation d'images

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Abstract

Many applications dealing with the mechanical behaviour of materials require the measurement of displacement fields or deformation fields. In order to attain these measurements, optical methods have become unavoidable due to their non-intrusive approach, their high spatial resolution, their high sensitivity, the large size of their examinated field, and the increasing power of the computers that now allow the processing of huge quantities of data.

In this context we have developed a system for measuring 3-D shapes or 3-D displacement fields using a stereo-vision approach (by stereo-correlation).

This method allows: (1) the measurement of the 3-D object shape using a single pair of stereoscopic images of this object and (2) the measure of the 3-D displacement field using at least two pairs of stereoscopic images of an object corresponding to two states of its deformation (or the processing of a sequence of pairs of images acquired during the deformation).

The main topics developed in this thesis are: the strong calibration of a camera or a stereo-vision sensor, the 3-D reconstruction by stereo-vision, the measurement of the 3-D displacement field using a combined stereo-correlation and tracking approach in a sequence of images. Due to the metrology aspect of this research we have paid particular attention to the accuracy of the underlying methods (quality of the calibration, quality of the image matching, subpixel correlation,...).

This work has been succesfully applied to the sheet metal forming (measurement of 3-D shapes and 3-D displacement fields of the stamped parts), to polymer forming (measurement of the 3-D displacement field on a blown elastomere membrane), and to the study of the mechanical behaviour of a refractory ceramic reinforced with metallic fibers (measurement of 3-D displacement fields during a tensile test).
De nombreux domaines concernant le comportement mécanique des matériaux posent le problème de la mesure des déplacements ou des déformations. Pour ce type de mesure, les méthodes optiques se sont largement imposées en raison de leur caractère non intrusif, de leur grande résolution spatiale, de leur sensibilité élevée, de l'importance du champ examiné à tout instant et des progrès de l'informatique qui permet le traitement automatique d'un grand volume d'information.

Dans ce contexte, nous avons développé un système de mesure de formes 3D ou de champs de déplacements 3D par stéréovision (en particulier par stéréo-corrélation).

Cette technique permet : (1) la mesure de la forme 3D d'un objet à partir d'une simple paire d'images stéréoscopiques de l'objet, (2) la mesure de champs de déplacements 3D à partir d'au moins 2 paires d'images correspondant à différents instants de déformation de l'objet (en général analyse d'une séquence de paires d'images acquises en cours de déformation).

Les points développés dans la thèse sont : le calibrage fort d'une caméra ou d'un capteur de vision stéréoscopique, la reconstruction 3D par stéréovision (en particulier par stéréo-corrélation), la mesure de champs de déplacements 3D à partir du couplage de la stéréo-corrélation et du suivi de pixels dans une séquence d'images par corrélation. Compte tenu de la finalité métrologique de ces travaux, nous accordons une attention toute particulière à la précision des méthodes mises en oeuvre (qualité du calibrage, qualité de la mise en correspondance des images, corrélation subpixel,...).

Ces travaux ont été appliqués à l'emboutissage de tôles minces (mesure de formes 3D d'emboutis et mesure de champs de déformations à la surface d'emboutis 3D), à la mise en forme de polymères (mesure de champs de déplacements 3D sur des membranes en élastomère soufflées), et à l'étude du comportement mécanique de bétons réfractaires renforcés de fibres métalliques (mesure de champs de déplacements 3D lors d'essais de traction).
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Dates and versions

tel-00166476 , version 1 (06-08-2007)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00166476 , version 1

Cite

Dorian Garcia. Mesure de formes et de champs de déplacements tridimensionnels par stéréo-corrélation d'images. Traitement du signal et de l'image [eess.SP]. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2001. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00166476⟩
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