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DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Traitements dimages appliqués à la surveillance dun processus dusinage Par : Antoine Chedebois.

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1 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Traitements dimages appliqués à la surveillance dun processus dusinage Par : Antoine Chedebois Sous la direction : Jean Triboulet / Malik Mallem

2 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Présentation de lorganisme daccueil Centre dEtudes de Mécanique dIle-de-France Crée au début des années 90 Effectif : 37 enseignants-chercheurs et chercheurs et 42 doctorants C.E.A.U.E.V.E. R.J. GIBERTF. CHAVAND DirecteurDirecteur adjoint Groupe de Mécaniques des Fluides et Energétique Responsable : Olivier DAUBE Laboratoire Systèmes Complexes Responsable : F. CHAVAND

3 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Organisation des Groupes de Recherches LSC : Thème I – Traitement des données et modélisation I.1 – Modélisation par apprentissage, I.2 – Traitement des données imprécises et incertaines, I.3 – Modélisation du savoir-faire et diagnostic Thème II – Réalité virtuelle et Vision artificielle II.1 – Réalité virtuelle et Coopération Homme-Machine, II.2 – Vision 2D/3D, II.3 – Capteurs intelligents. Thème III – Modélisation et Contrôle des machines complexes III.1 – Contrôle de véhicules, III.2 – Coopération de robots, III.3 – Mécatronique. GMFE : Modélisation numérique des fluides réactifs avec ou sans onde de choc, Mécanique des fluides appliquée à l'environnement, Énergétique.

4 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Présentation du Sujet Projet demandé par Renault Automation But : « Aide au diagnostic dans la surveillance de machines à usinage rapide de type Urane 20 et Urane 25 » Le CEMIF doit développer un système orienté vision pour extraire les informations de lenvironnement et les comparer à un modèle

5 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Centre dusinage classique volume de travail : 500x500x200 (mm) vitesse max. de broche : tr/min accélération max. : 15m/s² programmes dusinage mis au point sous Euclid CN : Siemens 840D Présentation des Machines Urane 20 et 25

6 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Temps de réaction opérateur trop long pour surveillance de la machine Système de vision doit solutionner ce problème, tout en étant plus fiable que lanalyse de lopérateur Comment : En comparant état du système à un instant donné par rapport à un instant de référence : Corrélation Objets testés : Pièce à usiner / outils sur broche machine Questions : Lobjet est présent ? Est-ce le bon ? Présent-il des défauts ? Est-il correctement placé ? Nécessité de définir des régions dintérêts Problématique

7 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Extraction des contours de limage : approche frontière, méthode dérivative par Calcul du Gradient de limage. Extraction de points de fortes courbures (angle et sommets de limage) par la méthode de Beaudet et méthode de Harris Segmentation de limage par chaînage des pixels constituant les contours et approximation polygonale par les segments de droites et arcs de cercles. Traitements dImages Implantés

8 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Schéma Fonctionnel du Processus de Vision Les informations extraites sont ensuite corrélées avec les informations issues du modèle de référence pour détecter déventuelles anomalies Corrélation des amers géométriques de limage avec ceux du modèles

9 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Méthode travaillant directement sur limage dintensité des Ndg Opérateur : Extraction des PFCs par méthode de Harris avec : où Î est limage filtrée de I par une opération de lissage et k = 0.04 Robuste au bruit codé, au bruit dû au mouvement de la caméra, moins robuste au bruit additif impulsionnel

10 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Image de référence Exemple dExtraction des PFCs Points de fortes courbures détectés superposés sur limage de référence

11 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Approche Frontière : les contours correspondent aux frontières séparant les régions de limage Méthode dérivatives : les contours correspondent à des sauts damplitudes. La dérivation de limage permet de les localiser Opérateur utilisé : Calcul du Gradient de limage I. Extraction de Contours Ici, toutes les dérivées sont approximées par le filtre récursif de Deriche Les contours sont alors localisés par les maxima de lopérateur gradient. Un seuillage par hystérésis (avec 2 valeurs de seuils) est nécessaire afin dextraire les contours avec et

12 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Exemple dExtraction de Contours Image référence Gradient de limage Maxima locaux puis Seuillage par hystérésis (sb = 5 / sh = 25)

13 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Seffectue après extraction des contours Étape transitoire avant lapproximation polygonale des contours but : « passer dune description matricielle des contours à une description sous formez de listes de contours » Algorithme de Giraudon et Garnesson : –chaînage rapide en une seule lecture de limage –gestion efficace des liens de parenté –minimisation du nombre de chaînes Fonctionnement : balayage de limage par un pavé 3x3 centré sur un pixel et possédant des directions privilégiées Chaînage des Contours

14 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes La méthode se divise en trois étapes : Création des chaînes de contours en parallèle en une passe par un balayage de limage avec ce pavé 3x3 (tableau des directions de recherche). Les chaînes sont crées par mise à jour itérative. Fusion des chaînes obtenues afin de minimiser leur nombre Élimination de chaînes trop courtes suivant un critère de longueur. N.B : D autres configurations de tableaux des directions de recherche ont été testés afin doptimiser cette étape. Chaînage des Contours Tableau optimal des directions de recherche :

15 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Segmentation de Contours But : « construire une représentation polygonale d'un contour ou d'une frontière de région » Les chaînes de contours seront partitionnées (par un algorithme de découpage) dans des segments de courbes. Segments ayant une description analytique connue : droites et/ou cercles Deux problèmes : –trouver un partionnement cohérent de la chaîne en segments –trouver pour chaque segment la meilleure approximation analytique

16 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Approximation dun segment par une droite Segmentation de Contours y x (xi,yi) d Soit léquation dune droite : La distance du point [xi,yi] à cette droite est : Le but étant de trouver la droite (les paramètres et d) qui minimise la grandeur : L'ensemble des paramètres de la droite est la solution du système d'équations :

17 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Approximation dun segment par une droite (suite) Segmentation de Contours Après calcul, on obtient pour d et : avec :

18 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Problème similaire Soit équation du cercle : En prenant A = -2a, B = -2b, et C = a² + b² - r² L équation devient : La distance dun point à un cercle sécrit : La distance algébrique se traduit alors par : Approximation dun segment par un cercle Segmentation de Contours

19 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Approximation dun segment par un cercle (suite) Segmentation de Contours Le critère à minimiser est toujours : La solution pour A, B et C est donnée par le système d équations suivant : Après dérivation on obtient : avec …. Il reste ensuite à retrouver a, b et r à partir des valeurs de A, B et C

20 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes 1. pour une chaîne de points : est-ce un segment de droite ? 2. si oui - aller en fin ; 3. sinon – est-ce un cercle ? 4. si oui – aller en fin ; 5. sinon diviser la chaîne en deux sous-chaînes et répéter l'algorithme pour chaque sous-chaîne ; 6. fin Choix du point de division : (point le plus éloigné de la chaîne) Algorithme de découpage récursif Segmentation de Contours A B C C A B

21 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes Segmentation de Contours Image des contours obtenue après chaînage Approximation polygonale par les segments de droite Approximation polygonale par les segments de droite et arcs de cercle

22 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes But : Surveillance dune machine par mise en corrélation dune image acquise dans lenvironnement de travail à certains moments clés de la procédure dusinage avec son image de référence. Procédure : 1/ A partir dune image de référence : application du filtre de Harris et de lapproximation polygonale par les segments de droites 2/ A partir dune image bruitée ou non, même traitements dimages avec mêmes paramètres 3/ Déduction de 3 coefficients de corrélation servant une règle de décision (pièce valide / pièce non valide) Résultats obtenus : Sur 75 essais, 3 erreurs soit 96% de réussite. Résultat Expérimentaux

23 DEA Réalité Virtuelle et Maîtrise des Systèmes Complexes


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