Système optique pour la mesure des déformations de la voûte plantaire sous charge statique
Institution:
Université de BesançonDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Different techniques of measurement has been developed in biometrology in order to validate mechanical models of foot. The most important disadvantages of this techniques are theirs characteristic invasif and the lot of information needed. Recently, the functional exploration group of C. H. U. Besançon have proposed a 3D model that takes account of nonlinear and viscoelastic behaviour of foot. The purpose of this work is to design and develop of a profilometry system based on fringe projection, for the measurement of arch foot deformation under conditions of static load. The major constraint imposed to system is their resolution that must be lower than 100 µm within the observation field of 300 x 120 x 40 mm. The first part of this work shows that the telecentric approximation is the main source of error. The second part is dedicated to the realization of this system and their characterization. The resolution obtained is 44 µm within the observation field, for 50 gray scale of fringe contrast over 256 possible. This resolution was been obtained with: a projection from a LCD projector, a multi sensor acquisition, the correction of geometric aberrations, the correction of deformations which are due to the nontelecentric observation and projection, and the use of calibration curves. The last part describe the application of system to measure the deformation of normal foot under static load. We have measured in this way a deformation of 0. 5 mm for the height of the arch foot at 5 kg of load applied over the patient's knee. Subsequently, we have demonstrated the viscoelastic behaviour of foot measuring the hysteresis cycles for loads between 5 to 45 kg.
Abstract FR:
Différentes techniques de mesure ont été développées en biométrologie afin de valider des modèles mécaniques du pied. Leur caractère invasif et le nombre d'images utilisées constituent les principaux inconvénients des techniques actuelles. Récemment le groupe d'exploration fonctionnelle du C. H. U. De Besançon a proposé un modèle 3D qui tient compte du comportement non linéaire et viscoélastique du pied. Ce travail a pour objectif l'implémentation d'un système de métrologie, à partir de la méthode de projection de franges, pour la détermination des déformations de la voûte plantaire en conditions de charge statique. La principale contrainte imposée au système est sa résolution, qui doit être inférieure à 100 µm dans tout le champ d'observation de 300 x 120 x 40 mm. La première partie de ce travail montre que l'approximation télécentrique couramment utilisée dans les systèmes de projection et d'observation de franges non télécentrique est la principale source d'erreur. La deuxième partie est dédié à la réalisation de ce système et sa caractérisation. La résolution obtenue est de 44 µpm, dans tout le champ d'observation, à un contraste des franges, de 50 niveaux de gris sur 256 possibles. Cette résolution a été obtenue en faisant : une projection à partir d'un projecteur à cristaux liquides, une acquisition à multi¬senseur, les corrections des aberrations géométriques, la correction des déformations dues à l'observation et à la projection non télécentriques et l'utilisation des courbes d'étalonnage pour la conversion de phase en hauteur. La dernière partie valide le système en mesurant les déformations du pied normal en conditions de charge statique. On a mesuré ainsi une déformation de 0. 5 mm de la hauteur du point culminant de l'arche interne pour une charge de 5 kg appliquée au genou du sujet. Ensuite, on a démontré le comportement viscoélastique du pied en mesurant les cycles d'histérésis pour des charges entre 5 et 45 kg.