Thèse soutenue

Mesure visuelle robuste à grands rapports plage sur résolution de la pose 3D de mires périodiques codées : applications à la microrobotique
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Auteur / Autrice : Antoine Andre
Direction : Guillaume LaurentPatrick SandozMaxime Jacquot
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique
Date : Soutenance le 08/10/2021
Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique- Thermique et Optique - Sciences et Technologies (UMR 6174) / FEMTO-ST
Etablissement de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
Jury : Président / Présidente : Éric Marchand
Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Laurent, Patrick Sandoz, Maxime Jacquot, Éric Marchand, Youcef Mezouar, Peter Sturm
Rapporteurs / Rapporteuses : Youcef Mezouar, Peter Sturm

Résumé

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La mesure de pose à l'échelle microscopique est un défi majeur avec de nombreuses applications en microrobotique. À l'échelle macroscopique, la vision par ordinateur permet de mesurer la pose 3D d'objets de manière précise et robuste. Cependant, à mesure que l'échelle se réduit, les problèmes inhérents à la microscopie, tels que la faible profondeur de champ, un champ de vision réduit ou encore la projection orthographique des objectifs de microscopes, impliquent une meilleure structuration de l'objet d'intérêt.Cette thèse aborde cette problématique en utilisant des mires à motifs périodiques. La redondance structurée d'information contenue dans celles-ci permet d'atteindre des résolutions de l'ordre du millième de pixel par la mesure de phase.Le problème inhérent de la plage de mesure réduite au champ de vision du microscope est résolu en insérant une séquence binaire, sans perturbation de phase pour conserver la résolution de la méthode. La mire pseudo-périodique résultante fournit ainsi une mesure sur une plage de 10^5 x 10^5 px².En utilisant un seuillage adaptatif local basé sur l'information de phase, la méthode démontre une grande robustesse au bruit, à l'occultation ainsi qu'aux défauts de mise au point, rendant ainsi la méthode adaptée pour un emploi en microrobotique.Cette méthode a été validée par plusieurs expériences démontrant une résolution planaire de 1 nm en translation sur une plage de 10 x 10 cm² et 4.5 µrad. en orientation sur une rotation de 2pi. La mesure des angles hors-plan atteint une résolution de 100 µrad. sur une plage de [-pi/8; pi/8] rad. Finalement, le mémoire présente l'utilisation de la méthode de mesure dans plusieurs applications de microrobotique où une mesure de pose résolue et sans contact est nécessaire.