Inspection of local deformations using 3D scans

• Main Author: Ali, Sarah
• Other Authors: Laurendeau, Denis
• Format: Doctoral Thesis
• Language: English
• Published: Université Laval 2015
• Subjects: TK 7.5 UL 2015; Déformations (Mécanique); Imagerie tridimensionnelle
• Online Access: http://hdl.handle.net/20.500.11794/26385

De nombreuses recherches sont conduites dans le domaine de la vision 3D pour effectuer la comparaison entre les modèles 3D d’objets et d’êtres humains. En fait la comparaison des modèles 3D est apparentée à la récupération des modèles appartenant à une grande base de données et elle comprend les procédures suivantes : la reconnaissance des objets, leur classification en catégories ou groupes selon leur type et enfin la comparaison des objets d’un même groupe afin d’identifier certains aspects de conformité ou de variabilité de la forme. L’alignement des modèles 3D entiers permet de comparer ces modèles et de détecter la déformation locale. Il existe deux sortes de déformations des objets: la première déformation affecte principalement la position des parties de l’objet ou bien l’objet tout entier dans le cas d’articulation, de fléchissement ou de contraction sans aucune altération du volume. La deuxième déformation résulte d’un changement de volume de l’objet dû à une variation de masse. D’autres cas plus compliqués existent quand le changement de la forme comporte les deux sortes de déformations à la fois. Dans ce projet on présente une "méthode d’inspection" basée sur un alignement exact des parties rigides des modèles 3D qui ont subi une déformation locale. Ici la déformation locale implique le changement de quelques parties des modèles plutôt qu’une déformation globale. On présente une approche capable de détecter la région qui a subi un changement pour un objet qui s’est déformé avec le temps. Cette approche explore deux types de transformations intéressants : la transformation altérant le volume d’un corps suite à une inflation ou une déflation d’une ou de plusieurs parties de l’objet et la transformation conservant le volume résultant d’un cintrage, d’une torsion, d’une rotation ou de l’écartement d’une ou de plusieurs parties d’un objet. En général, les parties internes sont les parties au voisinage du centre de gravité, tandis que les parties externes sont situées à l’extrémité d’un corps. Différents cas de déformation sur des objets synthétiques et des objets réels ont été étudiés afin de détecter les défauts pouvant se présenter lors leur fabrication pour vérifier et contrôler la qualité de cette construction. On a aussi testé notre approche de comparaison sur des parties du corps humain entre autres pour la détection et le dimensionnement d’une lésion (tumeur) visible en surface. Notre méthodologie réussit à détecter des déformations locales avec une précision meilleure sinon comparable à d’autres méthodes d’inspection industrielle. === In 3D vision several studies have been conducted to perform the comparison of 3D objects or human models. In fact the comparison of 3D models is sometimes related to the retrieval of models belonging to a large database, and it includes the following procedures: the recognition of objects, their classification in categories or groups according to their types and finally the comparison of the models in the same group in order to identify certain aspects of resemblance or variability in their shapes. The alignment of entire 3D models also enables their comparison for the detection of possible local deformations. There are two sorts of deformation of models: the first mainly affects the position of parts of the object or the whole object in cases such as the articulation, the stretching or the contraction of parts without altering the volume of the object. The second type of deformation results from a change in volume due to mass variation. Other more complicated cases occur when the change in form includes both kinds of deformation at the same time. In this project we propose an “inspection method” based on an exact registration technique of the rigid parts of the deformable models that have undergone local deformations. When the deformation is local, it means that there is a change of some parts of the model rather than a global deformation of the whole object. We propose an approach that is able to detect the region of deformation. This approach exploits two kinds of local deformations: non-volume conservative transformations caused by either the inflation or the deflation of models’ parts and volume conservative transformations caused by bending, twisting, rotating or displacement of either internal or external parts of the model. In general, the internal parts are the middle parts of an object, while the external parts are the parts at the extremities or the end parts. We have experimented on different cases of deformations on man-made objects and mechanical parts for industrial inspection of possible artifacts and defects, and for quality control purposes as well. We have also applied our comparison method on parts of the human body. Examples relevant to medical applications are the detection and inspection of a lesion which are also tested in this work. Our algorithm is not only successful for detecting local change but it also achieves high accuracy comparable to other well-known industrial inspection technique.