Asservissement visuel échographique : Application au positionnement et au suivi de coupes anatomiques

Our work deals with the use of visual servoing strategy to control the motions of an ultrasound (US) probe mounted on a robotic arm in an eye-in-hand con guration. The aim is to automatically position the probe on a desired anatomic cross-section or to stabilize a desired US image while compensating physiological motions of the patient. Two di fferent approaches are described and validated in simulation environment. First a geometric approach is proposed where six visual features are built from 2D image moments extracted from three orthogonal images. The interaction matrix associated to these features is modeled and allows the control of both in-plane and out-of-plane motions of the probe for positioning tasks. Nevertheless, the effi ciency of the method is dependent on the good segmentation of the observed structures. Subsequently an intensity-based approach is detailed where the visual vector is directly constituted by the intensity values of a set of image points. With no segmentation or image processing step, this new approach allows a large range of US image to be considered in the visual servoing scheme. The analytical form of the interaction matrix associated to this new visual information is given and the intensity-based approach is validated through several robotic experiments.Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour but d'apporter des solutions pour le contrôle par asservissement visuel d'une sonde manipulée par un système robotique. Les applications envisagées sont à la fois des tâches de positionnement sur une section désirée d'un organe ou des tâches de suivi pour la stabilisation active d'une vue échographique. Deux approches sont proposées dans cette optique. Une première approche est basée sur des primitives visuelles géométriques extraites depuis trois plans orthogonaux. Le choix de ces primitives assure un large domaine de convergence de la commande et un bon comportement de la tâche de positionnement. Néanmoins la limitation de la méthode est liée à l'extraction des primitives géométriques qui nécessite une étape préalable de segmentation rendue difficile par la faible qualité des images échographiques. Une seconde approche est alors envisagée où les informations visuelles considérées sont directement les intensités des pixels de l'image échographique. L'interaction de ces primitives avec le mouvement de la sonde est modélisée et introduite dans la loi de commande pour contrôler tous les mouvements de la sonde. Cette méthode permet d' éviter tout traitement d'image et de considérer un large éventail d'images anatomiques. Des expériences sur un bras robotique valident le bon comportement de la méthode pour des tâches de suivi