Cette thèse traite du développement de la déflectométrie à décalage de phase en contexte industriel. Cette technique optique permet de mesurer le champ des pentes à la surface d'objets réfléchissants ; elle est particulièrement adaptée à la caractérisation de leurs défauts, qui se traduisent par des valeurs de courbure locale importantes. Plusieurs aspects de la déflectométrie ont été étudiés. Nous nous sommes tout d'abord intéressés à la question de la normalisation des mesures de pentes et de courbures. L'étude détaillée menée sur une pièce de référence interne nous a permis de mettre en évidence l'attention que l’on doit porter à la définition d'étalons fiables de pentes et de courbures. Elle nous a amenés à proposer un étalon spécifique pour ce type de mesure. Une deuxième partie concerne le problème de l'étalonnage du système déflectométrique, indispensable pour permettre la mesure quantitative de pentes. Après avoir mis en évidence l'intérêt des techniques de mesure de phase pour la détermination de la pose de caméras, nous avons développé une méthode d'étalonnage dédiée au cas particulier d'une configuration proche de l'incidence normale. La dernière partie de cette thèse traite de la mesure de forme par déflectométrie, problématique complexe en raison du couplage pente / altitude inhérent à cette technique. Nous avons proposé une solution itérative ne nécessitant aucune modification du montage de base. Cette méthode, dont le principe a été validé par simulation, offre des perspectives pour la mesure d'objets non plans et de grandes dimensions, tels que des miroirs solaires ou encore des verres automobiles / This work deals with the development of phase stepping deflectometry in an industrial context. This optical method allows the measurement of slope fields on the surface of specular objects. It is particularly suited to the characterization of their defects that result in high local curvature values. Several aspects of deflectometry were studied. First we examined the question of the standardization of slope and curvature measurements. The detailed study made on an internal reference part allowed us to show that the definition of slope and curvature measurement standards deserves special attention. It led us to suggest a specific measurement standard for this kind of measurement. The second part of this work details the problem of the calibration of the deflectometric system, essential for the quantitative measurement of slopes. First, the interest of phase measurement techniques for the determination of camera pose is highlighted. The principle of our calibration method, dedicated to the particular case of normal configurations, is then explained. The last part of this work deals with the shape measurement by deflectometry. This problematic is very complex because of the slope / altitude coupling inherent in this technique. We suggest an iterative solution that does not require any modification of the basic setup. This method, whose principle was validated using simulations, offers perspectives for the measurement of large non-flat objects, such as solar mirrors or automotive glasses

Les objets déformables sont omniprésents dans notre vie quotidienne. Chaque jour, nous manipulons des vêtements dans des configurations innombrables pour nous habiller, nouons les lacets de nos chaussures, cueillons des fruits et des légumes sans les endommager pour notre consommation et plions les reçus dans nos portefeuilles. Toutes ces tâches impliquent de manipuler des objets déformables et peuvent être exécutées sans problème par une personne. Toutefois, les robots n'ont pas encore atteint le même niveau de dextérité. Contrairement aux objets rigides, que les robots sont maintenant capables de manipuler avec des performances proches de celles des humains; les objets déformables doivent être contrôlés non seulement pour les positionner, mais aussi pour définir leur forme. Cette contrainte supplémentaire, relative au contrôle de la forme d’un objet, rend les techniques utilisées pour les objets rigides inapplicables aux objets déformables. En outre, le comportement des objets déformables diffère largement entre eux, par exemple: la forme d’un câble et des vêtements est considérablement affectée par la gravité, alors que celle-ci n’affecte pas la configuration d’autres objets déformables tels que des produits alimentaires. Ainsi, différentes approches ont été proposées pour des classes spécifiques d’objets déformables.Dans cette thèse, nous cherchons à remédier à ces lacunes en proposant une approche modulaire pour détecter la forme d'un objet pendant qu'il est manipulé par un robot. La modularité de cette approche s’inspire d’un paradigme de programmation qui s’applique de plus en plus au développement de logiciels en robotique et vise à apporter des solutions plus générales en séparant les fonctionnalités en composants. Ces composants peuvent ensuite être interchangés en fonction de la tâche ou de l'objet concerné. Cette stratégie est un moyen modulaire de suivre la forme d'objets déformables.Pour valider la stratégie proposée, nous avons implémenté trois applications différentes. Deux applications portaient exclusivement sur l'estimation de la déformation de l'objet à l'aide de données tactiles ou de données issues d’un capteur d’effort. La troisième application consistait à contrôler la déformation d'un objet. Une évaluation de la stratégie proposée, réalisée sur un ensemble d'objets élastiques pour les trois applications, montre des résultats prometteurs pour une approche qui n'utilise pas d'informations visuelles et qui pourrait donc être améliorée de manière significative par l'ajout de cette modalité. / Deformable objects are ubiquitous in our daily lives. On a given day, we manipulate clothes into uncountable configurations to dress ourselves, tie the shoelaces on our shoes, pick up fruits and vegetables without damaging them for our consumption and fold receipts into our wallets. All these tasks involve manipulating deformable objects and can be performed by an able person without any trouble, however robots have yet to reach the same level of dexterity. Unlike rigid objects, where robots are now capable of handling objects with close to human performance in some tasks; deformable objects must be controlled not only to account for their pose but also their shape. This extra constraint, to control an object's shape, renders techniques used for rigid objects mainly inapplicable to deformable objects. Furthermore, the behavior of deformable objects widely differs among them, e.g. the shape of a cable and clothes are significantly affected by gravity while it might not affect the configuration of other deformable objects such as food products. Thus, different approaches have been designed for specific classes of deformable objects.In this thesis we seek to address these shortcomings by proposing a modular approach to sense the shape of an object while it is manipulated by a robot. The modularity of the approach is inspired by a programming paradigm that has been increasingly been applied to software development in robotics and aims to achieve more general solutions by separating functionalities into components. These components can then be interchanged based on the specific task or object at hand. This provides a modular way to sense the shape of deformable objects.To validate the proposed pipeline, we implemented three different applications. Two applications focused exclusively on estimating the object's deformation using either tactile or force data, and the third application consisted in controlling the deformation of an object. An evaluation of the pipeline, performed on a set of elastic objects for all three applications, shows promising results for an approach that makes no use of visual information and hence, it could greatly be improved by the addition of this modality.

Avec le développement actuel des nano-technologies, la demande en matière d'étude du comportement des matériaux à des échelles micro ou nanoscopique ne cesse d'augmenter. Pour la mesure de forme ou de déformation tridimensionnelles à ces échelles de grandeur, l'acquisition d'images à partir d'un Microscope Électronique à Balayage (MEB) couplée à l'analyse par corrélation d'images numériques s'est avérée une technique intéressante. Cependant, un MEB est un outil conçu essentiellement pour de la visualisation et son utilisation pour des mesures tridimensionnelles précises pose un certain nombre de difficultés comme par exemple le calibrage du système et la correction des fortes distorsions (spatiales et temporelles) présentes dans les images. De plus, le MEB ne possède qu'un seul capteur et les informations tridimensionnelles souhaitées ne peuvent pas être obtenues par une approche classique de type stéréovision. Cependant, l'échantillon à analyser étant monté sur un support orientable, des images peuvent être acquises sous différents points de vue, ce qui permet une reconstruction tridimensionnelle en utilisant le principe de vidéogrammétrie pour retrouver à partir des seules images les mouvements inconnus du porte-échantillon.<br /><br />La thèse met l'accent sur la nouvelle technique de calibrage et de correction des distorsions développée car c'est une contribution majeure pour la précision de la mesure de forme et de déformations 3D aux échelles de grandeur étudiées. Elle prouve que, contrairement aux travaux précédents, la prise en compte de la dérive temporelle et des distorsions spatiales d'images est indispensable pour obtenir une précision de mesure suffisante. Les principes permettant la mesure de forme par vidéogrammétrie et le calcul de déformations 2D et 3D sont aussi présentés en détails. Dans le but de valider nos travaux et démontrer en particulier la précision de mesure obtenue, des résultats expérimentaux issus de différentes applications sont présentés tout au long de la thèse. Enfin, un logiciel rassemblant différentes applications de vision par ordinateur a été developpé.