Cette thèse vise à améliorer le contrôle de gestion des organisations publiques. L'objectif est de répondre à la question suivante : quel est le rôle et l'impact de l'étalonnage dans la gestion des organisations publiques ? A l'issue d'une revue de la littérature approfondie, un cadre d'analyse de la particularité des organisations publiques a été mise en place et a permis de dégager les spécificités de ces organisations, lesquelles ne permettent pas de mettre en pratique les outils classiques du contrôle de gestions tels que le tableau de bord, la lolf, le reporting... L'enquête a été réalisée sur un échantillon d'une quarantaine de personnes composé des universitaires, des agents des organisations publiques et des professionnels (experts comptables, commissaires aux comptes et avocats). L'ensemble des résultats obtenus a permis de valider l'hypothèse générale selon laquelle l'étalonnage constitue un outil d'amélioration des performances dans les organisations publiques.

Ce projet se déroule dans le cadre du projet ICIS-DP (3d Intelligent and Configurable Inspection System for Deformable Parts) et il s'agit d'une collaboration entre Creaform inc., l'Université de l'Alberta et l'Université Laval. Le sous-objectif discuté dans ce mémoire est le système de positionnement. Le système retenu est le HiBall de la compagnie 3rdTech. Ce système fonctionne avec une caméra multivue et un ensemble de DEL disposées au plafond. Suite à une étude réalisée par Y. Martin [14] ce système ne satisfait pas les caractéristiques voulues avec une erreur maximale en position de 7 mm. Le système doit avoir une erreur maximale en position inférieure à 500 fim et à 0,1 "en orientation. Une nouvelle procédure pour l'étalonnage des positions des DEL a donc été développée. Cette nouvelle méthode est basée sur le "bundle adjustment" ce qui permet d'étalonner les DEL même si les poses du HiBall ne sont pas parfaitement connues. Une barre, appelée barre de calibrage, est utilisée afin d'ajouter davantage de contraintes au système et afin de valider l'étalonnage. Cette barre permet de déplacer le HiBall selon une translation pure de norme connue. Dans le but de mieux analyser les résultats, un simulateur a été créé. La méthode initiale a été révisée afin de diminuer davantage l'erreur maximale en position pour atteindre 1,2 mm. Il resterait une étape supplémentaire pour atteindre l'objectif.

Le scanner LiDAR est une technologie de plus en plus populaire auprès des ingénieurs, arpenteurs-géomètres, architectes et autres professionnels qui ont recours à la modélisation 3D dans le cadre de leur travail. L'intégration de ce capteur à un système de navigation (IMU + GNSS) permet de former un Système LiDAR Mobile (SLM). Les SLM ont été initialement développés pour des véhicules aéroportés, mais ont été plus récemment adaptés aux véhicules terrestres. Toutes les observations du SLM sont combinées pour former un nuage de points par géoréférencement direct. De manière à limiter la propagation des erreurs systématiques dues à l'assemblage de ces capteurs, un calibrage du système est nécessaire. Le calibrage d'un SLM implique la détermination des bras de levier et des angles de visée qui correspondent sommairement à la distance et à l'orientation entre le LiDAR et l'IMU. Le fabricant fournit habituellement des valeurs pour ces éléments, mais il est nécessaire de peaufiner ces valeurs qui sont propres à chaque système. Étant donné qu'il est impossible de déterminer précisément les angles de visée avec des mesures manuelles, les observations sur le terrain sont utilisées afin de les estimer (calibrage in situ). Un problème avec le calibrage in situ est que les observations GNSS introduisent des erreurs de plusieurs centimètres dans la solution, ce qui nuit au calibrage. Pour éliminer le recours aux observations GNSS, des méthodes alternatives de calibrage s'imposent. Le but de ce travail de recherche est d'instaurer une procédure de cueillette et de traitement des données acquises par un SLM en laboratoire de façon à développer une méthode de calibrage libre d'erreurs de positionnement GNSS. Cette méthode de calibrage doit permettre d'estimer les angles de visée et les bras de levier d'un SLM à partir des instruments et des infrastructures présentes au laboratoire de métrologie de l’Université Laval. / The LiDAR scanner is an increasingly popular technology for engineers, land surveyors, architects and other professionals who use 3D modeling as part of their work. The integration of this sensor with a navigation system (IMU + GNSS) makes it possible to form a Mobile LiDAR System (MLS). MLSs were originally developed for airborne vehicles, but were more recently adapted to land vehicles. All MLS observations are combined to form a point cloud by direct georeferencing. In order to limit the propagation of systematic errors due to the assembly of these sensors, it is necessary to properly calibrate the system. The calibration of an MLS involves the determination of the lever arms and boresight angles that correspond to the distance and orientation between the LiDAR and the IMU. The manufacturer usually provides values for these elements, but it is necessary to fine-tune these values that are unique to each system. Since it is impossible to accurately determine boresight angles with manual measurements, field observations are used to estimate them (in situ calibration). A problem with in situ calibration is that GNSS observations introduce errors of several centimeters into the solution, which is harmful for a proper calibration. In order to eliminate the need for GNSS observations, alternative methods of calibration are required. The aim of this research is to set up a procedure for the collection and processing of data acquired by an MLS in a laboratory in order to develop a calibration method free of GNSS positioning errors. This calibration method should allow estimation of the boresight angles and the lever arms of an MLS with the instruments and infrastructures inside the metrology laboratory of Laval University.

Dans cette thèse nos contributions à la résolution de deux problématiques rencontrées en vision numérique et en photogrammétrie, qui sont le calibrage de caméras et la stéréovision, sont présentées. Ces deux problèmes font l’objet de très nombreuses recherches depuis plusieurs années. Les techniques de calibrage existantes diffèrent beaucoup suivant le type de caméras à calibrer (classique ou panoramique, à focale fixe ou à focale variable, ..). Notre première contribution est un banc de calibrage, à l’aide des éléments d’optique diffractive, qui permet de calibrer avec une bonne précision une très grande partie des caméras existantes. Un modèle simple et précis qui décrit la projection de la grille formée sur l’image et une méthode de calibrage pour chaque type de caméras est proposé. La technique est très robuste et les résultats pour l’ensemble des caméras calibrées sont optimaux. Avec la multiplication des types de caméras et la diversité des modèles de projections, un modèle de formation d'image générique semble très intéressant. Notre deuxième contribution est un modèle de projection unifié pour plusieurs caméras classiques et panoramiques. Dans ce modèle, toute caméra est modélisée par une projection rectiligne et des splines cubiques composées permettant de représenter toutes sortes de distorsions. Cette approche permet de modéliser géométriquement les systèmes de stéréovision mixtes ou panoramiques et de convertir une image panoramique en une image classique. Par conséquent, le problème de stéréovision mixte ou panoramique est transformé en un problème de stéréovision conventionnelle. Mots clés : calibrage, vision panoramique, distorsion, fisheye, zoom, panomorphe, géométrie épipolaire, reconstruction tridimensionnelle, stéréovision hybride, stéréovision panoramique. / This thesis aims to present our contributions to the resolution of two problems encountered in the field of computer vision and photogrammetry, which are camera calibration and stereovision. These two problems have been extensively studied in the last years. Different camera calibration techniques have been developed in the literature depending on the type of camera (classical or panoramic, with zoom lens or fixed lens..). Our first contribution is a compact and accurate calibration setup, based on diffractive optical elements, which is suitable for different kind of cameras. The technique is very robust and optimal results were achieved for different types of cameras. With the multiplication of camera types and the diversity of the projection models, a generic model has become very interesting. Our second contribution is a generic model, which is suitable for conventional and panoramic cameras. In this model, composed cubic splines functions provide more realistic model of both radial and tangential distortions. Such an approach allows to model either hybrid or panoramic stereovision system and to convert panoramic image to classical image. Consequently, the processing challenges of a hybrid stereovision system or a panoramic stereovision system are turned into simple classical stereovision problems. Keywords: Calibration, panoramic vision, distortions, fisheye, zoom, panomorph, epipolar geometry, three-dimensional reconstruction, hybrid stereovision, panoramic stereovision.

Étalonner une caméra numérique consiste à calculer ses paramètres intrinsèques et extrinsèques qui décrivent la transformation du système de coordonnées de la scène vers celui de l'image. Plusieurs méthodes existent et permettent le calcul de ses éléments en se basant sur la minimisation d'un critère linéaire ou non. Le but de ce mémoire est de proposer un modèle simple et précis permettant, à partir d'un site d'étalonnage au laboratoire de métrologie du Département des sciences géomatiques de l'Université Laval, d'extraire les paramètres d'une caméra numérique. Nous avons modélisé la distorsion et nous avons corrigé la déformation des droites dans l'image afin de se placer dans un modèle projectif. Nous avons utilisé la spline cubique composée qui a permis de calculer les deux types de distorsions radiale et tangentielle et a montré que l'erreur d'interpolation est négligeable devant la fonction de distorsion. En conclusion, nous présentons un algorithme permettant d'étalonner une caméra en deux étapes. La première étape consiste à corriger l'image afin de maintenir la notion de la projection perspective et de déduire la fonction de la distorsion. La deuxième étape permet de calculer les paramètres qui identifient la position et l'orientation de la caméra par rapport à la scène ainsi que ses caractéristiques.

De nos jours, les Systèmes Lidar Mobile (SLMs) sont utilisés dans une multitude de disciplines professionnelles liées à l'arpentage du territoire. À l'instar des systèmes de cartographie mobile basés sur la photogrammétrie, un SLM terrestre offre un grand potentiel en permettant aux professionnels du territoire d'être plus efficace à réaliser des opérations de mesurage courantes avec un portrait complet communément appelé "nuage de points". À partir d'une plateforme mobile terrestre (véhicule routier), aérienne (drone) ou marine (navire), sur laquelle repose un système de navigation (INS-GNSS) combiné avec un ou plusieurs scanneurs laser, le SLM permet d'acquérir des données géospatiales 4D (x, y, z, t) avec une précision et un niveau de détail élevés. Toutefois, l'intégration de ces capteurs de fonction et de grade différents requiert une procédure de contrôle et de validation des paramètres d'intégration, en vue de bonifier la valeur ajoutée du nuage de points. Les paramètres d'intégration d'un SLM sont : les angles de visée, la latence et les bras de levier. Les angles de visée sont les trois angles d'orientations relatives entre le repère du scanneur et le repère de l'IMU. Elles représentent une des sources d'erreurs majeures à laquelle il faut s'attaquer pour éliminer les incohérences parmi les nuages de points issus du même recouvrement. La latence est un délai de synchronisation temporelle des capteurs du SLM. Elle est associée au temps de géoréférencement d'un point lidar par rapport à sa mesure physique. Les bras de levier sont des distances entre l'origine du repère d'un capteur vers un autre. L'exactitude des retours lidar d'un SLM est donc intimement liée à l'ajustage de cette chaîne métrologique complexe. Actuellement, avec la démocratisation du marché et la diminution du coût d'achat, le montage d'un SLM devient une recette subjective, mais l'intégration demeure une tâche complexe et ardue. Cependant, mis à part les grandes compagnies comme Riegl, Leica et Trimble qui disposent de méthodes d'ajustage propre aux systèmes qu'ils commercialisent, il n'existe pas de méthodes d'ajustage indépendant du SLM permettant à l'utilisateur de contrôler les paramètres d'intégration. Le but de ce projet de recherche consiste à rendre accessible aux utilisateurs de tous azimuts une méthode d'ajustage des angles de visée, générique et simple à implanter, qui ne demande pas l'utilisation d'instruments spécialisés de laboratoire. L'obtention de résultats aussi fiables que ceux obtenus par des méthodes de détermination plus laborieuses, représentant la réelle valeur ajoutée de cette méthode. / Nowadays, the Mobile Lidar Systems (MLSs) are used in a multitude of professional disciplines related to territory mapping. Following the example of Mobile Mapping Systems (MMS) based on photogrammetry, a ground-based MLS oers an interesting potential by allowing the geospatial professionals to be more ecient at carrying out routine measurement operations with a complete portrait commonly known as a "point cloud". From a mobile terrestrial (road vehicle), airborne (drone) or marine (ship) platform, where a navigation system (INS-GNSS) combined with one or several laser scanners are xed, the MLS allows the acquisition of 4D (x, y, z, t) geospatial data with a high level of precision and detail. However, the integration of these sensors of dierent grade and utility requires a procedure for control and validation of the integration parameters to improve the added value of the point cloud. The integration parameters of an MLS are: boresight angles, latency and lever arms. The boresight angles are the three relative orientation angles between the scanner frame and the IMU frame. They are one of the major sources of error that must be tackled in order to eliminate discrepencies among point clouds from overlapping passes. The latency is a time synchronization delay of the MLS sensors. It is associated with the geolocalisation time of a lidar return point with respect to its physical measurement. Lever arms are distances between the origin frame of one sensor to another. The accuracy of lidar ranging from a MLS is therefore intimately bounded to the rigorous adjustment of this complex metrological set. Currently, with the democratization of the market and the increased accessibility of low cost solutions, the integration of an MLS becomes a subjective recipe but it remains a complex and dicult task. However, aside from well renowned commercial solutions such as Riegl, Leica and Trimble, whose adjustment methods remains specic to theirs products, independent adjustment methods of MLS that allow the user to control their integration parameters are still needed. The goal of this research project is to provide a wide range of users with a generic, easy-to-implement boresight angles adjustment method that does not require the use of top-grade laboratory instruments, while at the same time achieving results as reliable as more labored adjustment methods, representing then a real added value.

Titre de l'écran-titre (visionné le 25 mars 2024) / Les fantômes d'eau sont des outils essentiels pour assurer l'étalonnage précis des machines de radiothérapie et des traitements efficaces en utilisant l'eau comme moyen de simulation des tissus humains. Dans ce mémoire, nous présentons toutes les étapes de la synthèse, de la création d'un prototype et du contrôle d'un nouveau fantôme d'eau automatisé basé sur un robot parallèle à câbles de 5 degrés de liberté. Ce système pourrait offrir plusieurs avantages par rapport aux fantômes d'eau existants, notamment un mouvement plus rapide et la capacité d'effectuer des mesures angulaires grâce à sa plage de rotation continue de 90 degrés. Notre approche a commencé par l'identification de l'architecture la plus appropriée pour le robot, impliquant le calcul de l'espace des torseurs faisables en force pour toutes les configurations 5-DDL avec 8 câbles, en fonction de nos points d'attache de câbles prédéfinis. Un algorithme d'élagage a été développé pour éliminer rapidement les architectures qui ne couvraient pas la plage de rotations souhaitée, facilitant ainsi l'identification de l'architecture optimale. De plus, nous avons conçu une méthode pour calculer un espace de travail rotationnel sans interférence pour notre conception choisie. En termes de contrôle, nous avons détaillé le schéma de contrôle, la planification de la trajectoire, le problème géométrique direct et les matrices Jacobiennes pour notre robot parallèle à câbles de 5-DDL. En outre, nous avons résolu le défi de la singularité de représentation rencontré dans notre projet, en adoptant une représentation vectorielle unitaire pour l'orientation. Le processus de conception du robot a été méticuleusement décrit, y compris la justification de la sélection des composants. Nous avons divisé le prototype global en trois sections principales: la structure, les systèmes de treuil et les poulies pivotantes, en fournissant des informations détaillées sur chacune. Le processus de calibrage du robot a également été discuté, ainsi que les défis rencontrés. Enfin, nous avons mené un test sous une machine de radiothérapie, cartographiant le rayonnement avec le capteur d'ionisation connecté à l'effecteur final. Bien que nous ayons compté uniquement sur l'encodeur du moteur pour la rétroaction de position et que cette méthode manque de la précision nécessaire pour cette application, les résultats étaient très prometteurs. Notre conception innovante de fantôme d'eau démontre le potentiel comme nouvelle méthode efficace et précise pour l'étalonnage des machines de radiothérapie, avec la capacité d'améliorer considérablement les résultats pour les patients dans la pratique clinique. / Water phantoms are critical tools for ensuring the accurate calibration of radiotherapy machines and effective treatments by using water as a medium for simulating human tissue. In this memoir, we present all the steps of synthesizing, prototyping and controlling a novel automated water phantom based on a 5-degree-of-freedom cable-driven parallel robot. The system could offer several advantages over existing water phantoms, including faster movement and the ability to perform angular measurements due to its 90-degree continuous range of rotation. Our approach began with identifying the most suitable architecture for the robot, involving the calculation of the wrench-feasible workspace for all the 5-DoF configurations with 8 cables, based on our predetermined cable attachment points. A pruning algorithm was developed to rapidly eliminate architectures that failed to cover the desired range of rotations, thereby facilitating the easier identification of the optimal architecture. Furthermore, we devised a method to calculate an interference-free rotational workspace for our chosen design. In terms of control, we detailed the control schematic, trajectory planning, forward kinematics, and Jacobian matrices for our 5-DoF CDPR. Furthermore, we addressed the challenge of representation singularity encountered in our project, resolving it by adopting a unit vector representation for orientation. The design process of the robot was meticulously outlined, including the rationale behind component selection. We divided the overall prototype into three main sections: the structure, winch systems, and swivel pulleys, providing detailed insights into each. The calibration process of the robot was also discussed, along with the challenges encountered. Finally, we conducted a test under a radiotherapy machine, mapping radiation with the ionization sensor connected to the end-effector. Although we relied solely on the motor's encoder for position feedback, which lacks the precision needed for this application, the results were very promising. Our innovative water phantom design demonstrates potential as a new, efficient, and precise method for calibrating radiotherapy machines, with the capability to significantly improve patient outcomes in clinical practice.

L'utilisation de droites en asservissement visuel pose, contrairement au cas des points, un problème de représentation. Nous y avons répondu en nous basant sur les coordonnées de Plücker d'une droite, ce qui nous a permis d'introduire la notion d'alignement en coordonnées de Plücker binormées. Grâce à ces dernières, nous avons défini deux lois de commande voisines qui réalisent le nouvel alignement ; sont explicites et partiellement découplées entre rotation et translation ; mélangent informations 2D et 3D ; et enfin, ne nécessitent pas d'estimation de profondeur. Nous avons exhibé des résultats de convergence de ces lois et caractérisé leurs singularités. Nous avons ensuite appliqué ces lois au positionnement d'une caméra face à un trièdre orthogonal. Cette configuration ne permet pas d'observer la profondeur. Pour compenser ce manque, nous avons adjoint un pointeur laser non étalonné à la caméra. En reformulant le problème d'étalonnage pince-caméra par un système purement linéaire, nous avons produit une analyse algébrique du système et une classification des mouvements d'étalonnage. Les procédures classiques sont contraignantes puisqu'elles nécessitent l'observation d'une mire et/ou l'interruption de la tâche effectuée par le robot. Afin de lever ces contraintes, nous avons adapté notre méthode linéaire pour proposer une méthode d'auto-étalonnage, qui se passe de mire, et une méthode d'étalonnage en ligne, qui n'interrompt pas la tâche.

La méthode de mesure de référence du débit d'émission de sources neutroniques se fonde sur la technique du bain de manganèse. Elle est destinée à étalonner des sources de neutrons utilisant des radionucléides (241AmBe, 239PuBe, 252Cf,...) en termes de débit d'émission neutronique sous 4π sr. Ce dispositif est complété par un banc de mesure de l'anisotropie d'émission utilisant un support rotatif et un compteur long de type BF3. La source à mesurer est immergée dans une solution de sulfate de manganèse et les neutrons émis sont capturés par les constituants du bain. Dans une configuration classique (sphère de bain de manganèse de 1 m de diamètre et solution concentrée), environ la moitié de ces neutrons conduisent à la création de 56Mn par réaction (n, γ) sur 55Mn. Le radionucléide 56Mn a une période radioactive d'environ 2,6 heures et le bain de manganèse atteint son activité de saturation en 56Mn quand le nombre d'atomes radioactifs créés par unité de temps devient égal au nombre d'atomes se désintégrant pendant ce même temps. Le débit d'émission de la source peut alors être déduit de l'activité en 56Mn de la solution à saturation, via une modélisation ad hoc des réactions nucléaires se produisant dans le bain. Cette installation a été récemment rénovée au LNE-LNHB afin de respecter les règles de sécurité et de radioprotection en vigueur. Cette rénovation a été l'occasion de moderniser et de remettre à niveau les méthodes de mesure et de modélisation du bain et d'entreprendre une étude sur le développement d'un détecteur original pour la mesure directe en ligne de l'activité du manganèse. Ce détecteur est fondé sur la méthode de mesure par coïncidences β-γ. La voie bêta est constituée de deux photomultiplicateurs permettant de détecter l'émission de lumière due à l'effet Cerenkov et la voie gamma utilise un détecteur à scintillateur solide. L'intérêt de cette méthode de mesure est qu'elle permet d'avoir accès à l'activité du bain sans nécessiter d'étalonnage préalable, contrairement à la méthode classique qui utilise un compteur gamma et nécessite la fabrication d'une source de haute activité. Le principe de mesure a été validé à l'aide d'un prototype de détecteur et d'une modélisation effectuée à l'aide du code de calcul stochastique GEANT4. Le détecteur définitif a été réalisé et les mesures obtenues ont été comparées à celles données par une méthode primaire présente au laboratoire. Par ailleurs, des modélisations du bain de manganèse effectuées sous GEANT4, MCNPX et FLUKA, ont été comparées afin de choisir le code le plus fiable. Cette comparaison a permis d'identifier des lacunes notamment dans le code GEANT4 ainsi que des facteurs d'incertitude nécessitant une attention particulière, tels que la modélisation de l'émission neutronique et le choix des sections efficaces. Enfin, un étalonnage de source neutronique a été réalisé grâce à la méthode Cerenkov-gamma et aux facteurs correctifs donnés par la nouvelle modélisation du bain sous MCNPX. Ces mesures ont été complétées dans le cadre d'une comparaison comprenant également des mesures par l'ancienne méthode après étalonnage du couple bain/détecteur par irradiation d'une cible de manganèse en réacteur. Au terme de cette étude, plusieurs voies d'améliorations ont été proposées, dont certaines font déjà l'objet de travaux au LNHB.

Cette thèse traite du suivi automatique de personne à travers la mise en oeuvre d'un système de vision hybride alliant un capteur ayant un grand champ de vue et une résolution faible avec un dispositif Pan-Tilt-Zoom orientable garantissant le détail de l'information. Une première partie est consacrée à la proposition d'une solution originale de calibrage lorsque les centres optiques des deux capteurs sont pratiquement confondus. Dans une seconde partie, nous abordons la mise en relation des informations extraites de chaque capteur et leur enrichissement mutuel nécessaire à la relation du suivi de personne basée sur une approche de filtrage particulaire : l'étape de prédiction du filtre est guidée par la détection issue de la caméra statique et la mesure est donnée par une modélisation d'apparence de la cible extraite de la caméra dynamique. Enfin, les premiers résultats de suivi sont présentés et analysés.