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Patent 2518702 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2518702
(54) English Title: METHOD FOR MEASUREMENT OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS BY SINGLE-VIEW BACKLIT SHADOWGRAPHY
(54) French Title: PROCEDE DE MESURE D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS PAR OMBROSCOPIE OPTIQUE A UNE SEULE VUE
Status: Deemed expired
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • G01B 11/06 (2006.01)
  • G01B 11/08 (2006.01)
(72) Inventors :
  • LAMY, FRANCIS (France)
  • PASCAL, GHISLAIN (France)
  • VOISIN, YVON (France)
  • DIOU, ALAIN (France)
(73) Owners :
  • COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE (France)
(71) Applicants :
  • COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE (France)
(74) Agent: GOUDREAU GAGE DUBUC
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2013-06-04
(86) PCT Filing Date: 2004-03-10
(87) Open to Public Inspection: 2004-09-30
Examination requested: 2009-02-25
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2004/050099
(87) International Publication Number: WO2004/083772
(85) National Entry: 2005-09-09

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
0350045 France 2003-03-12

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a method for measurement of three-dimensional objects by single-view backlit shadowgraphy. According to the invention, at least one geometrical parameter of such an object (32), for example, the thickness of a hollow sphere, translucent or transparent to a visible light, may be measured, by determination of the optical characteristics of the object, by means of which at least one optical model for the propagation of light through the object can be established, said model comprising at least one equation relating said parameter to the result of an observation made directly on an image of the object. Said image is produced by observation of the object with single-view backlit shadowgraphy, whereby said image is acquired, the observation is made, and the parameter is determined by means of the equation and the result of the observation.


French Abstract




Procédé de mesure d'objets tridimensionnels par ombroscopie optique à une
seule vue. Selon l'invention, pour mesurer au moins un paramètre géométrique
d'un tel objet (32) , par exemple l'épaisseur d'une sphère creuse, translucide
ou transparente vis vis d'une lumière visible, on détermine des
caractéristiques optiques de l'objet, à l'aide desquelles on établit au moins
un modèle optique de la propagation de la lumière à travers l'objet, ce modèle
comportant une équation qui relie le paramètre au résultat d'une observation
effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en
observant cet objet par ombroscopie à une seule vue, on acquiert cette image,
on effectue l'observation, et l'on détermine le paramètre à l'aide de
l'équation et du résultat de l'observation.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


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REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure sans contact d'au moins un paramètre géométrique
d'un objet tridimensionnel, cet objet tridimensionnel étant translucide ou
transparent
vis à vis d'une lumière visible, comprenant les étapes suivantes :
on détermine des caractéristiques optiques de l'objet;
à l'aide de ces caractéristiques optiques, on établit au moins un modèle
optique
de la propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce modèle
comportant une
équation qui relie le paramètre géométrique de l'objet au résultat d'une
observation
effectuée directement sur une image de l'objet, cette image étant acquise en
observant
cet objet avec la lumière visible, par ombroscopie optique à une seule vue;
on acquiert cette image de l'objet;
on effectue l'observation; et
on détermine le paramètre géométrique de l'objet à l'aide de l'équation et du
résultat de l'observation;
dans lequel le modèle optique est en outre établi à partir d'expériences et
l'image est acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en lumière
visible,
en effectuant la mise au point de ce système d'acquisition d'images sur un
plan de
coupe de l'objet étudié.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on utilise un logiciel de
lancé de rayons, destiné à obtenir des images d'objets, pour déterminer le
modèle, ce
logiciel permettant de connaître l'influence de l'objet sur la propagation de
la lumière
visible.
3 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel
on effectue en outre des simulations d'images d'ombroscopie optique d'objets
auxiliaires pour établir le modèle, ces objets auxiliaires ayant des
caractéristiques
géométriques respectives différentes, et l'on combine ces simulations d'images
par une
régression multilinéaire.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la régression multilinéaire
met en oeuvre un critère de minimisation de l'erreur au sens des moindres
carrés.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, dans lequel
on utilise un logiciel de tracé de rayons pour effectuer les simulations.

21

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel
l'objet est creux et l'on mesure au moins un paramètre géométrique de cet
objet creux à
partir de l'image d'une coupe plane de l'objet.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'objet est une sphère
creuse ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est
l'épaisseur de
cette paroi, l'image de la sphère creuse comportant un anneau blanc, et l'on
détermine
le rayon externe de la sphère, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur
l'image de
l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe
de la
sphère et du rayon de l'anneau blanc.
8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel l'objet est un cylindre
creux, ayant ainsi une paroi, le paramètre géométrique de l'objet est
l'épaisseur de cette
paroi, l'image du cylindre creux comportant un anneau blanc, et l'on détermine
le
rayon externe du cylindre, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur l'image de
l'objet
et l'on détermine l'épaisseur de la paroi en fonction du rayon externe du
cylindre et du
rayon de l'anneau blanc.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, dans lequel
on détermine le rayon externe à l'aide de la méthode des dérivées
directionnelles.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel
l'objet est creux et contient une couche ou un dépôt d'une matière qui est
transparente
ou translucide, et l'on détermine l'épaisseur de ce dépôt ou de cette couche.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel
l'objet est creux et comporte une paroi interne, et l'on détermine la
déformation ou la
rugosité de cette paroi interne.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel
on utilise un dispositif d'ombroscopie optique comprenant une source de
lumière
visible, des moyens de collimation de cette source et des moyens d'acquisition

d'images, comportant une optique, un capteur d'images et des moyens de réglage
de
l'ouverture numérique de l'optique, cette optique étant placée entre l'objet
et le capteur
d'images et permettant de former l'image du plan de coupe de l'objet étudié
sur le
capteur d'images, et l'on règle la collimation de la source et l'ouverture
numérique de

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l'optique.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le capteur d'images
comprend un dispositif à transfert de charges.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.




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WO 2004/083772 PCT/FR2004/050099
1
PROCÉDÉ DE MESURE D'OBJETS TRIDIMENSIONNELS PAR
OMBROSCOPIE OPTIQUE Ä UNE SEULE VLTE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention concerne un procédé
de mesure, ou caractérisation, sans contact, d'objets
tridimensionnels, plus particulièrement d'objets
tridimensionnels qui sont transparents à une lumière
visible ou du moins translucides vis à vis de cette
lumière.
L'invention s'applique notamment .
- à la mesure sans contact de l'épaisseur
d'une sphère creuse transparente ou d'un cylindre creux
transparent,
- à la mesure sans contact de l'épaisseur
d'une couche transparente ou d'un dëpôt transparent,
placée) à l'intérieur d'une telle sphère ou d'un tel
cylindre,
- à la mesure sans contact de la
déformation ou de la rugosité de la surface interne
d'une telle sphère ou d'un tel cylindre, et
- à la mesure sans contact de la
déformation ou de la rugosité d'une couche transparente
ou d'un dépôt transparent, placée) à l'intérieur d'une
telle sphère ou d'un tel cylindre.



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ETAT DE I~A TECHNIQUE ANTERIEURE
Pour mesurer sans contact un objet
tridimensionnel, il est connu d'utiliser la tomographie
tridimensionnelle.
Cependant, cette technique nécessite
d'observer l'objet sous plusieurs incidences, ce qui
n'est pas possible dans le cas où l'objet est placé
dans une infrastructure complexe.
Dans le cas où l'objet est tridimensionnel,
il est également connu d'utiliser une technique qui est
appelée e< tomographie à une seule vue ».
Selon cette dernière technique, qui
nécessite des rayons X, on forme une image au moyen
d' un code de calcul fondé sur un modèle d' objet choisi
a priori.
L'ïmage ainsi obtenue est comparée à une
image radiographique simulée et le modèle est ensuite
déformé de manière itérative jusqu'à ce que l'image
simulée coïncide avec l'image expérimentale.
La reconstruction s'appuie sur une
hypothèse de symétrie de révolution de l'objet.
La tomographie à une seule vue est ainsi
une technique complexe et difficile à mettre en ouvre.
En outre, pour mesurer des épaisseurs et
des diamètres de sphères creuses, il est connu
d'utiliser l'interférométrie et la radiographie X.
L'interférométrie est une méthode précise,
utilisable dans une infrastructure complexe, mais elle
est assez délicate à mettre en oeuvre.
Quant à la radiographie X, elle n'est pas
utilisable lorsque l'objet devant être mesuré est placé



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dans une infrastructure complexe et ne peut être
manipulé depuis l'extérieur de cette infrastructure.
Ainsi la mesure sans contact des dimensions
d'un objet tridimensionnel et transparent (ou
translucide) rencontre-t-elle de nombreuses
difficultés, en particulier lorsque l'on veut mesurer
une caractéristique interne de l'objet.
EXPOSÉ DE h'INVENTION
La présente invention a pour but de
remédier aux inconvénients précédents.
Elle utilise, pour ce faire, une technique
de mesure par ombroscopie optique (« backlit
shadowgraphy »), qui s'applique à la caractérisation
d'objets observables sous un seul angle de vue,
notamment dans le cas où il est difficile d'accéder à
ces objets. En outre, l'invention utilise de préférence
un système d'acquisition d'images qui est mis au point
sur un plan de l'objet étudié.
De façon précise, la présente invention a
pour objet un procëdé de mesure sans contact d'au moins
un paramètre géométrique d'un objet tridimensionnel,
cet objet tridimensionnel étant translucide ou
transparent vis à vis d'une lumière visible, ce procédé
étant caractérisé en ce que
- on détermine des caractéristiques
optiques de l'objet,
- à l'aide de ces caractéristiques
optiques, on établit au moins un modèle optique de la
propagation de la lumière visible à travers l'objet, ce
modèle comportant une équation qui relie le paramètre



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géométrique de l'objet au résultat d'une observation
effectuée directement sur une image de l'objet, cette
image étant acquise en observant cet objet avec la
lumière visible, par ombroscopie optique à une seule
vue,
- on acquiert cette image de l'objet,
- on effectue l'observation, et
- on détermine le paramètre géométrique de
l'objet à l'aide de l'équation et du résultat de
l'observation.
De préfërence, le modèle optique est en
outre établi à partir d'expériences et l'image est
acquise au moyen d'un système d'acquisition d'images en
lumière visible, en effectuant la mise au point de ce
système d'acquisition d'images sur un plan de coupe de
l'objet étudié.
Selon un mode de mise en ouvre préféré du
procédé objet de l'invention, on utilise un.logiciel de
lancé de rayons (« ray tracing software »), destiné à
obtenir des images d'objets, pour déterminer le modèle,
ce logiciel permettant de connaître l'influence de
l'objet sur la propagation de la lumière visible.
De préférence, on effectue en outre des
simulations d'images d'ombroscopie optique 'd'objets
auxiliaires pour établir le modèle, ces objets
auxiliaires ayant des caractéristiques géométriques
respectives différentes, et l'on combine ces
simulations d'images par une régression multilinéaire.
Cette régression multilinéaire met de
préférence en ouvre un critère de minimisation de
l'erreur au sens des moindres carrés par exemple.



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On peut utiliser un logiciel de tracé de
rayons pour effectuer les simulations.
On peut notamment mesurer, conformément à
l'invention, au moins un paramètre géométrique d'un
objet creux à partir de l'image d'une coupe plane de
l'objet.
Selon un premier mode de mise en aeuvre
particulier du procédé objet de l'invention, l'objet
est une sphère creuse, ayant ainsi une paroi, le
paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de
cette paroi, l'image de la sphère creuse comportant un
anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe de la
sphère, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur
l'image de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la
paroi en fonction du rayon externe de la sphère et du
rayon de l'anneau blanc.
Selon un deuxième mode de mise en aeuvre
particulier du procédé objet de l'invention, l'objet
est un cylindre creux, ayant ainsi une paroi, le
paramètre géométrique de l'objet est l'épaisseur de
cette paroi, l'image du cylindre creux comportant un
anneau blanc, et l'on détermine le rayon externe du
cylindre, on mesure le rayon de l'anneau blanc sur
l'ïmage de l'objet et l'on détermine l'épaisseur de la
paroi en fonction du rayon externe du cylindre et du
rayon de l'anneau blanc.
Ze rayon externe peut être déterminé à
l'aide de la méthode des dérivées directionnelles.
Selon un mode de réalisation particulier de
l'invention, l'objet est creux et contient une couche
ou un dépôt d'une matière qui est transparente ou



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translucide, et l'on détermine l'épaisseur de ce dépôt
ou de cette couche.
Selon un autre mode de réalisation
particulier de l'invention, l'objet est creux et
comporte une paroi interne, et l'on détermine la
déformation ou la rugosité de cette paroi interne.
Selon un mode de réalisation préfëré de
l'invention, on utilise un dispositif d'ombroscopie
optique comprenant une source de lumière visible, des
moyens de collimation de cette source et des moyens
d'acquisition d'images, comportant une optique, un
capteur d'images et des moyens de réglage de
l'ouverture numérique de l'optique, cette optique étant
placée entre l'objet et le capteur d'images et
permettant de former l'image du plan de coupe de
l'objet étudië sur le capteur d'images, et l'on règle
la collimation de la source et l'ouverture numérique de
l'optique.
Le capteur d'images peut comprendre un
dispositif à transfert de charges.
Le procédé objet de l'invention présente
des avantages . son coût de mise en ouvre est faible et
le matériel nécessaire à cette mise en ouvre est
relativement facile à mettre en place dans une
infrastructure complexe car ce matériel se limite à une
source lumineuse et une caméra.
BR~VE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise à la
lecture de la description d'exemples de réalisation
donnés ci-après, à titre purement indicatif et



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nullement limitatif, en faisant référence aux dessins
annexés, sur lesquels .
- les figures lA et 1B illustrent
schématiquement la formation de bandes blanches, pour
des sphères creuses dont les parois respectives ont des
épaisseurs différentes,
- les figures 2A et 2B montrent
respectivement une image réelle et une ïmage simulée
d'une sphère creuse,
- la figure 2C montre le profil d'une demi-
ligne de l'image simulée de la figure 2B,
- la figure 3 montre un profïl radial d'une
image à traiter,
- la figure 4 est une vue schématique d' un
dispositif permettant de mettre en ouvre un procédé
conforme à l'invention,
- la figure 5A montre l'image ombroscopique
d'un cylindre creux, et
- la figure 5B montre le profil de l'image
de la figure 5A.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Ze principe de mesure, qui est utilisé dans
l'invention pour la mesure d'un objet, est fondé sur
l'observation de l'objet par ombroscopie en lumière
visible, en association avec un modèle optique de
propagation de la lumière.
Ce prïncipe de mesure prend en compte les
phénomènes physiques de propagation de la lumière dans
les différents matériaux translucides ou transparents



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que comporte l'objet, notamment aux différentes
interfaces de l'objet, et permet de raccorder la mesure
directement effectuée sur l'image d'ombroscopie avec
les grandeurs dimensionnelles physiques internes de
l'objet étudié, par l'intermédiaire de l'équation du
modèle.
Certes, pour étudier un objet plan,
l'ombroscopie est une méthode de mesure peu coûteuse et
simple à utiliser. Par une mesure directe sur l'image
de l'objet, il est possible de connaître par exemple la
taille de l'objet.
Cependant, pour l'ëtude d'un objet en trois
dimensions par ombroscopie, l'analyse directe de
l'image ne fournit pas assez d'informations car l'image
observée d'une coupe de l'objet n'est pas uniquement
l'image de la coupe à travers l'objectif du dispositif
d'ombroscopie utilisé mais aussi l'image de la coupe à
travers l'objectif et l'objet lui-même.
Il serait possible de retrouver les
caractëristiques de la coupe étudiée si l'influence de
l'objet sur la propagation du faisceau lumineux
incident était connue. Cette influence peut être
décrite par les équations de l'optique géométrique mais
celles-ci ne sont valables que dans certains domaines
(approximations de Gauss et, en particulier, faible
angle de réfraction des rayons lumineux).
Dans le cas où des objets de faible rayon
de courbure sont étudiés par le procédé de l'invention,
les conditions nécessaires à l'utilisation des
équations de l'optique .géométrique ne sont pas
respectées.



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Afin de connaître l'influence de l'objet
étudié sur la propagation de la lumière, on peut
utiliser un logiciel de lancé de rayons. Ce logiciel
met en oeuvre les équations de propagation des rayons
lumineux à travers plusieurs dioptres optiques qui
séparent des matériaux d'indices optiques différents.
Za connaissance des caractéristiques
optiques de l'objet à étudier permet de créer un modèle
mathématique qui met en relation un phénomène observé
sur l'image obtenue et les dimensions réelles de
l'objet étudié ou, plus généralement, des paramètres
géométrïques de cet objet.
Ce modèle mathématique est obtenu par la
combinaison de résultats de. mesures sur des images
ombroseopiques simulées, grâce à la régression
multilinéaire. A ce sujet, on se reportera au document
suivant .
G. Sado, M.C. Sado, « Zes plans
d'expériences. De l'expérimentation à l'assurance
qualïté », AFNOR 1991.
Par le procédé de l'invention, on a étudié
des sphères creuses. Il est difficile de connaître
l'épaisseur d'une telle sphère par une mesure directe
sur son image ombroscopique car les rayons lumineux
sont réfractés sur les différentes interfaces internes
et externes de la sphère.
Sur l'image ombroscopique d'une sphère
creuse apparaît un anneau blanc. Celui-ci est formé par
la superposition de rayons lumineux semblant provenir
du même point.
La figure lA (respectivement 1B) illustre



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schématiquement, en coupe transversale, la formation de
cet anneau, ou bande, au point A pour une sphère, ou
bille, creuse 4, dont le rayon externe vaut 1000~m et
l'épaisseur 100~,m (respectivement 200~.m). Les
références 6, 8 et 10 désignent respectivement la
source lumineuse du dispositif d'ombroscopie utilisé
pour la formation de l'image, l'objectif de ce
dispositïf et les rayons lumineux qui sont issus de la
source 6 et interagissent avec la sphère 4 et
l'objectif 8.
A la suite à plusieurs simulations, il
s'est avéré que le rayon de cet anneau blanc est
directement lié à l'épaisseur et au rayon externe de la
sphère étudiée. Le but des modélisations est de mettre
en relation cette épaisseur et ce rayon externe avec le
rayon de l'anneau blanc.
Ainsi, en connaissant le rayon de l'anneau,
ou bande, et le rayon externe de la sphère (ce dernier
étant mesurable facilement sur l'image, si le système
optique du dispositif d'ombroscopie est focalisé sur
l'équateur de la sphère), il est possible de déterminer
l'épaisseur de la sphère en utilisant l'équation du
modèle que l'on a dëterminé au prëalable.
Dans ce qui suit, les différentes étapes
d'un procédé conforme à l'invention sont décrites. Ce
procédé est utïlisé pour la mesure de l'épaisseur d'une
sphère creuse.
La figure 2A représente schématiquement une
image 12 d'une sphère creuse réelle. Le rayon externe
de cette sphère vaut 578~.m et son épaisseur vaut 66~m.
On peut également former une image simulée



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13 d'une telle sphère creuse (figure 2B).
Sur la figure 2A, on observe 1a prësence
d'un anneau blanc 14 et d'une zone noire 16 (les
éléments correspondants de la figure 2B ayant les même
références). On a constaté que:
~ le rayon de l'anneau blanc est relié à
l'épaisseur de la sphère creuse,
~ 1a largeur de la zone noire dépend de
l'ouverture numérique (e< numerical aperture ») du
système d'acquisition d'images que comporte le
dispositif d'ombroscopie utilisé.
Afin de mieux apprécier la position de la
bande blanche (ou anneau blanc), on peut former un
profil de l'image simulée, ce profil ayant pour origine
le centre C de l'image sïmulée et comme point d'arrivée
un point M à l' extérieur de la sphère, comme le montre
la flèche F de la figure 2B.
La figure 2C montre le profil d'une demi-
ligne de l'image simulëe, les numéros des pixels (Pix)
étant en abscisses et les amplitudes (niveaux de gris)
en ordonnées (Ampl).
Sur cette figure 2C, on a repéré l'anneau
blanc 14 ainsï que la zone noire 16.
Le modèle est obtenu par une régression
multilinéaire qui s'appuie sur le critère de la
minimisation de l'erreur au sens des moindres carrés
(voir le document mentionné plus haut).
La régression multilinéaire peut se
traduire par l'équation suivante:
Y=tXA+E
Y étant le vecteur des réponses



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tX étant la matrice transposée de la
matrice des essais
A étant le vecteur des coefficients
E étant le vecteur d'erreur entre la
modélisation et les essais.
Il s'agit de trouver A en minimisant tEE.
L'utilisation d'un logiciel de tracé de
rayons permet de simuler les clichés ombroscopiques de
plusieurs sphères de rayons et d'épaisseurs différents.
Ensuite, comme l'épaisseur d'une sphère et
son rayon externe sont mis en relation avec le rayon de
l'anneau blanc correspondant, le rayon de cet anneau
est mesuré sur chaque cliché.
Nous obtenons ainsi la matrice des essais X
(correspondant à l'épaisseur et au rayon externe de
chaque sphère simulée) et le vecteur des réponses Y
(correspondant aux rayons des anneaux blancs). Il est
alors possible d'utiliser la régression multilinéaire
pour obtenir un modèle sous la forme:
Rbae=ao+alReXt+az e
où Rext est le rayon de la bande blanche,
Rbde le rayon externe de la sphère creuse et e
l'épaisseur cette sphère creuse.
Dans un exemple donné à titre purement
indicatif et nullement limitatif, on obtient .
Rbde=Oi 0089+0, 9871ReXt-1,156e
pour ReXt appartenant à l'intervalle [800~m ; 1400~,m] et
e appartenant à l'intervalle [25~m ; ~50~m].
Ce résultat est utilisé pour déterminer, à
partir des clichés ombroscopiques réels, l'épaisseur de
la sphère creuse en mesurant le rayon externe et le



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rayon de l'anneau blanc correspondants.
On considère maintenant l'algorithme de
traitement d'images.
Sur les images obtenues (image initiale et
image après égalisation d'histogramme) nous pouvons
détecter le rayon externe de la sphère, puis la
position de la bande blanche.
Pour déterminer le rayon externe, nous
utilisons de préférence la méthode des dérivées
directionnelles. A ce sujet, on consultera le document
suivant .
R. M. Haralick,"Digital Step Edges from
Zero Croissing of Second Directional Derivatives", IEEE
Transactions on pattern analysis and machine
intelligence, vol. PAMI-6,N°1, Jan. 1984, pp 58-68.
Cette méthode s'appuie sur l'annulation du
gradient de l'image et sur la maximisation de la
dérivée seconde.
Ainsi, nous obtenons un centre et un rayon
correspondant à la surface externe de la sphère. A
partir du centre, des profils radiaux sont tracés à
tous les degrés.
La figure 3 représente l' un de ces profils.
Les numêros des pixels (Pix) sont portés en abcisses et
les amplitudes (niveaux de gris) sont portées en
ordonnées (Ampl).
Sur chaque profil, nous recherchons le
point représentant la position de la surface externe
(point A) et la position de la bande blanche (point B).
Le point A est obtenu par annulation de la
dérivée seconde . Le point B est obtenu en réduisant la



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zone d'étude du profil (à la zone délimitée par le
cercle C dans l'exemple représenté) et en recherchant
le maximum local. Pour avoir une coordonnée sub-pixel,
le profil est ajusté localement à une loi gaussïenne.
Une fois ces opêratïons terminées,
l'épaïsseur de la sphère, pour ce rayon, est obtenue
par l'utilisation de l'équation du modèle. Les surfaces
interne et externe de la sphère sont reconstruïtes et
il est alors possible de connaître l'épaisseur moyenne
de la sphère sur l'équateur de celle-ci.
Afin de valider le procëdé de l'invention, on a comparé
les résultats obtenus par ce procédé, la radiographie X
et l'interférométrie en lumière blanche (micrbscopie à
glissement de franges). Les résultats obtenus sont,
résumés dans le tableau 1.
m ~. 1., 1 . ., . _ 9
paisseur obtenue Epasseur paisseur obtenue
par radographe X obtenue par par le procd de
(~mj interfromtrie l'invention
( t~m )


13,3 13,7 15,9


14,8 14,3 17,9


18,3 17,9 20,6


18, 0 17, 4 20, 8


38, 2 39, 4 39, 2


55,9 59,6 54,5


67,9 Non mesurable 67,8


La comparaison est faite sur la mesure de



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l'épaisseur moyenne d'une sphère. Zes mesures que l'on
a obtenues sont données à ~ 3~m à 26 pour la
radiographie X et à ~ 2~m à 26 pour l'interférométrie.
En ce qui concerne le procédé de
l'invention, on considère avoir une incertitude de
l'ordre t 3 pixels pour la détection du rayon externe
et de + 0,5 pixel pour la détermination de la position
de la bande blanche.
Ze procédé ombroscopique de mesure de
l'épaisseur d'une sphère creuse conformément à
l'invention a l'avantage d'être peu onéreux et de
pouvoïr être mis en oeuvre très facilement et
rapidement. L'utilisation de ce procédé nécessite un
choix judicieux de l'ouverture numérique du système
d'acquisition d'images, que comporte le dispositif
d' ombroscopie utilisé, et du diagramme d' émission de la
source lumineuse que comporte ce dispositif, afin
d'obtenir les conditions optimales pour visualiser
correctement la bande blanche.
Le modèle calculé n'est valable que pour un
certain domaine de rayons et un certain domaine
d'épaisseurs pour une sphère creuse donnée. On peut
améliorer ce modèle en améliorant la précision sur les
caractêristiques optiques du matériau dont est
constituée la sphère.
L'incertitude de la mesure dépend
essentiellement de la résolution spatiale de l'ïmage.
Dans les exemples considérés de l'invention, on observe
le centre de la sphère afin de pouvoir tracer les
profils radiaux. Ainsi, plus la sphère a un rayon
important, plus le coefficient de conversion micromètre



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par pixel est grand, et donc plus l'incertitude de
mesure est importante. Cette incertitude de mesure
dépend donc du rayon de la sphère étudiée.
L'appareillage utilisé pour l'ombroscopie
est classique. Il comprend une source lumineuse
collimatée, qui émet une lumière vïsible et quï est
associée à un système d'acquisition d'images qui est
destiné à être mis au point sur un plan de l'objet
étudié et dont l'ouverture numërique est réglable.
En effet, si l'on augmente cette ouverture
numérique, l'intensité de l'anneau blanc est plus
importante, mais si l'ouverture numérique est trop
grande, l'anneau se trouve noyé dans la tache centrale
de l'image. Ainsi, la possibilité de modifier
l'ouverture numérique du système d'acquisition d'images
facilite la détection du rayon de l'anneau blanc.
La figure 4 est une vue schëmatique d'un
dispositif d'ombroscopie pour la mise en Qeuvre du
procédé objet de l'invention.
Ce dispositif comprend une source l8 de
lumière visible; des moyens 20 de collimation réglable
de cette source et des moyens d'acquisition d'images,
comportant une optique 22 qui est munie de moyens 24 de
variation de l'ouverture numérique de cette optique.
Cette dernière est suivie par un capteur
CCD 26 qui est muni de moyens 28 de traitement
d'images, auxquels est associé un dispositif
d'affichage 30.
Une sphère creuse 32, que l'on veut
étudier, est placée entre la source 18 et l'optique 22.
Cette optique 22 permet de former l' image d' un plan de



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coupe de la sphère creuse 32 sur le capteur CCD 26.
L'invention concerne essentiellement la
méthode utilisée pour déterminer l'épaisseur de la
sphère creuse, à savoir:
- détermination des conditions
expérimentales propices à une détection aisée du rayon
de l'anneau blanc (ouverture numérique du système
d'acquisition d'images, collimation de 1a source
lumineuse),
- élaboration de l'équation du modèle
mathématique s'appuyant sur les caractéristiques de
l'objet étudié et sur le phénomène observé sur l'image
(rayon externe, épaisseur de la sphère et rayon de
l'anneau blanc), et
- traitement d'image associé pour
déterminer les paramètres initiaux du modèle (rayon de
l'anneau blanc et rayon externe de la sphère) pour
enfin déterminer la dimension désirée de l'objet
(épaisseur de la sphère creuse, dans l'exemple
considéré) .
Le même procédé peut être mis en oeuvre
pour la caractérisation de l'épaisseur d'un cylindre
creux. Pour cette mise en aeuvre, on peut encore
utiliser le dispositif de la figure 4 (même source
lumineuse et même dispositif d'acquisition d'images),
en disposant le cylindre à 1a place de la sphère 32.
Sur l'image ombroscopique obtenue apparaît
une bande blanche qui est liée à l'épaisseur et au
rayon externe du cylindre. On recherche un nouveau
modèle et on l'applique à l'image obtenue.
La figure 5A montre l'image ombroscopique



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34 d'un cylindre creux 36 de 1000 ~m de rayon externe
et de 300 ~m d' épaisseur. Le profil de cette image est
représenté sur la figure 5B. Ce profil est tracé
suivant la ligne X de la figure 5A.
On observe une bande blanche B sur la
figure 5A. Cette bande blanche correspond à la zone C
sur la figure 5B. Sur cette dernière, le bord du
cylindre est repéré par la flèche D. La posïtion de la
bande blanche est liée au rayon externe et à
l'épaisseur du cylindre creux.
La connaissance de la distance entre le
centre de l' anneau blanc et chaque point de ce dernier
permet de déterminer l'état de surface de la paroi
interne du cylindre creux, en termes de déformation et
de rugosité, selon un équateur ou deux génératrices du
cylindre, dans le plan d'observation (qui est
perpendiculaire à l'axe optique d'observation).
Dans le cas d'un objet bicouche, c'est-à-
dire d'un objet creux sur la paroi interne duquel est
formée une couche, dite couche interne, le procédé
objet de l'invention permet de mesurer l'ëpaisseur de
la couche interne sous réserve d'une connaissance de
l'épaisseur de la paroi dé l'objet, dite couche
externe, que l'on mesure alors au préalable. La
rugosité et la déformation de la surface interne de
l'objet bicouche peuvent aussi être mesurées.
Ce qui précède s'applique aussi bien aux
cylindres qu'aux sphères.
Dans le cas où l'on souhaite déterminer
plusieurs paramètres géométriques de l'objet étudié, il
est possible d'utiliser simultanément plusieurs modèles



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en association avec plusieurs détails mesurables sur
l'image ombroscopique de l'objet. On résout alors un
système d'équations à plusieurs inconnues.
Le procédé objet de l'invention est
utilisable quel que soit le diamètre de la sphère ou du
cylindre. En effet, l'utilisation d'une chaîne optique
avec un coefficient de grandissement adapté permet
d' observer l' ensemble d' un objet sur un capteur CCD de
6,6 mm par 8,8 mm. I1 est même possible d'observer une
seule partie de l'objet, à condition d'avoïr un système
optique approprié.
La seule restriction, qui se pose pour la
mesure d'épaisseur de sphère creuse, est qu'elle soit
assez épaisse pour une distinction aisée de la bande
blanche, étant donné la résolution du système optique.
Lors de la mesure de l'épaisseur d'un objet
creux, par exemple d'une sphère creuse, conformément à
l'invention, on doit tenir compte de la résolution du
système optique utilisé pour cette mesure . pour une
résolution donnée, la sphère doit être suffisamment
épaisse, pour que l'on puisse distinguer aisément la
bande blanche.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date 2013-06-04
(86) PCT Filing Date 2004-03-10
(87) PCT Publication Date 2004-09-30
(85) National Entry 2005-09-09
Examination Requested 2009-02-25
(45) Issued 2013-06-04
Deemed Expired 2017-03-10

Abandonment History

There is no abandonment history.

Payment History

Fee Type Anniversary Year Due Date Amount Paid Paid Date
Registration of a document - section 124 $100.00 2005-09-09
Application Fee $400.00 2005-09-09
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2006-03-10 $100.00 2006-02-22
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2007-03-12 $100.00 2007-02-22
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2008-03-10 $100.00 2008-02-22
Maintenance Fee - Application - New Act 5 2009-03-10 $200.00 2009-02-20
Request for Examination $800.00 2009-02-25
Maintenance Fee - Application - New Act 6 2010-03-10 $200.00 2010-02-25
Maintenance Fee - Application - New Act 7 2011-03-10 $200.00 2011-02-14
Maintenance Fee - Application - New Act 8 2012-03-12 $200.00 2012-02-17
Maintenance Fee - Application - New Act 9 2013-03-11 $200.00 2013-02-15
Final Fee $300.00 2013-03-21
Maintenance Fee - Patent - New Act 10 2014-03-10 $250.00 2014-02-14
Maintenance Fee - Patent - New Act 11 2015-03-10 $250.00 2015-02-16
Owners on Record

Note: Records showing the ownership history in alphabetical order.

Current Owners on Record
COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
Past Owners on Record
DIOU, ALAIN
LAMY, FRANCIS
PASCAL, GHISLAIN
VOISIN, YVON
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Claims 2005-09-09 4 122
Abstract 2005-09-09 2 90
Drawings 2005-09-09 4 128
Description 2005-09-09 19 671
Representative Drawing 2005-09-09 1 4
Cover Page 2005-11-10 1 40
Claims 2012-04-30 3 108
Representative Drawing 2013-05-15 1 4
Cover Page 2013-05-15 1 41
Assignment 2005-09-09 5 151
PCT 2005-09-09 4 122
Fees 2006-02-22 1 46
Fees 2007-02-22 1 49
Fees 2008-02-22 1 48
Prosecution-Amendment 2009-02-25 1 34
Fees 2009-02-20 1 49
Prosecution-Amendment 2011-11-02 2 49
Prosecution-Amendment 2012-04-30 6 198
Correspondence 2013-03-21 1 39