Traitement logiciel

L’acquisition de l’image du patron se fait par un principe de “scanner” . La caméra, présente sur la tête de tissage, balaie l’ensemble de la surface (à l’aide de son système de déplacement dans le plan, voir Mouvement de la tête de tissage) et prend des photos à intervalles réguliers.

Pour tenir compte des décalages liés aux imperfections physiques de la machine, nous procédons à un post-traitement de recalage d’image. L’algorithme consiste simplement à choisir un paramètre constant selon lequel rogner toutes les images acquises.

En pratique, la fonction ‘scan_patron’ prend en entrée deux paramètres (x0, y0), qui correspondent au point d’origine du rognage, qui va être appliqué de façon constante sur toutes les images acquises par la machine. Il renvoie l’image du patron.

Une fois l’image entière du patron numérisée, nous pouvons déterminer et tracer son contour. Cette étape est primordiale et doit parfaitement retracer le contour du patron, car c’est ensuite ce contour qui va servir de base pour planter les épingles et passer les fils.

MATLAB possède une librairie de traitement d’image qui nous permet de réaliser cette opération sans avoir à se plonger dans les lignes de code. La détermination des contours passe par deux étapes :

• La binarisation du patron : le but de cette étape est de transformer le patron en une image binaire (noir=0, blanc=1), permettant de différencier le tracé du patron du fond de la feuille. Cette étape, aisée pour l’œil humain, peut devenir vite délicate d’un point de vue automatique. En effet, l’acquisition des images du patron est perturbée par de nombreux facteurs tels que l’ombre de la machine sur le patron. Ce type de problème est résolu en utilisant une méthode dite « adaptative thresholding » (seuillage adaptatif), disponible sous MATLAB. Par ailleurs, il faut tenir compte des limites réelles dues à l’imperfection du tracé de l’utilisateur, ainsi que le recalage d’image. Pour prendre en compte les “tremblements” du tracé, nous avons ajouté quelques opérations de morphologie mathématique (érosion, dilatation, et skeletonisation) pour aplatir et relier les zones touchées par le tremblement.

• Le tracé des contours : le but de cette étape est de tracer les contours de l’image binarisée. Ce tracé des contours ne présente pas de problème particulier, la fonction ‘bwboundaries’ de MATLAB s’en chargeant. Nous avons ajouté la contrainte « noholes » permettant d’éliminer les contours internes au patron, tels que les manches d’un tee-shirt. Ainsi une pièce n’aura qu’un seul contour détecté, qui sera donc automatiquement envoyé vers la partie « positionnement des épingles ».

En pratique, la fonction ‘contour_patron’ prend en entrée l’image numérisée du patron, et renvoie une liste de coordonnées (x,y) relative aux points du contour du patron.

Pour placer les épingles, nous utilisons la fonction Matlab ‘Epingles_inclinees’. Cette fonction prend comme entrées :

• Le contour numérisé du patron obtenu grâce à la fonction ‘contour_patron’ (matrice de point du contour, taille du contour lignes et 2 colonnes)
• L’échelle de travail, c’est-à-dire la distance exprimée en mm correspondant à un pixel sur l’image
• Distance souhaitée entre les épingles en mm
• L’inclinaison des épingles en degré
• Les coordonnées du centre du contour du patron

La fonction utilise aussi certains paramètre (défini dans le corps de la fonction) :

• L’angle maximale pour détecter un coin : par défaut 145°
• Le degré du polynôme pour la régression : par défaut 2
• La longueur d’une épingle : par défaut 20 mm

L’algorithme de détection des coins est très sensible au nombre de points à considérer. Il doit s’adapter à la taille de contour numérisé du patron. On estime que pour assurer une bonne détection des coin, on doit prendre en compte un nombre de points ≃taille du contour/100.

Le dépassement est un autre paramètre important de la procédure de placement des épingles. Il est utilisé lors de la création du second type de contour numérisé. En effet, après détection des coins, le contour numérisé est présenté sous la forme d’une matrice de coordonnées de point du contour. Il s’agit alors d’interpréter ce contour comme un ensemble de courbe à l’aide d’une régression (de degré fixé en paramètre). Le paramètre de dépassement sert alors à déterminer le domaine sur lequel peut se faire la régression. Il s’agit concrètement du nombre de pixel duquel on peut dépasser afin d’assurer le croisement des courbes de régression.

Le paramètre de dépassement doit s’adapter à la taille du contour initiale, on prend dépassement ≃ taille du contour30 .

On réalise alors une détection plus précise des coins : un coin est interprété comme l’intersection de deux courbes de régression successives. C’est sur ce nouveau contour que l’on vient positionner les épingles.

La fonction positionne alors une épingle dans chaque coin du patron afin de ne pas déformer l’allure générale. Ensuite, entre deux coins, on positionne les épingles sur la ligne de régression, espacées de manière régulière. L’espacement entre les épingles est choisi comme la distance la plus proche de l’écartement entre épingles souhaité et permettant un espacement régulier entre épingle sur la ligne de régression entre ces deux coins.

Le fichier ‘Epingles_inclinees.m’ renvoie un seul tableau qui contient à la fois les coordonnées des épingles sur le contour de patron, et les coordonnées de la projection des têtes d'épingles sur le plan de travail en tenant compte de leur inclinaison.

Maintenant que les positions des épingles sur le contour sont déterminées, on peut passer l’étape suivante : déterminer le tracer du fil entre les épingles afin de tisser la surface du vêtement.

Le principe est le suivant : pour une épingle donnée, on trace un aller-retour entre l’épingle considérée et chacune des autres épingles. On élimine les aller-retour qui sortent du contour ou qui ne respectent pas certaines conditions angulaires (voir plus loin). On passe ensuite à l’épingle suivante et ainsi de suite.

En pratique, pour des raisons artistiques voulues par la cliente (éviter un maillage trop fin) on ne considère pas une épingle seule mais des couples de deux épingles.

On utilise la fonction ‘trace_motif’ qui prend en entrée :

• une liste correspondant aux coordonnées des épingles : matrice avec n lignes (nombre d’épingles) et 2 colonnes (coordonnées (x, y) des épingles)
• le condangle (condition d’angle à respecter)

La fonction applique la procédure présentée précédemment, un aller-retour élémentaire

est obtenue en tournant autour de 4 épingles.

Il s’agit de tracer un polygone autour de 4 points (1, 2, 5 et 6) et on ajoute 3 points supplémentaires (3, 4 et 7) de telle sorte que les 4 premiers points restent à l’intérieur du tracé et que les 3 derniers soient à l’extérieur. On détermine les trois points extérieure de la manière suivante :

• le point 3 est le point juste après (d’après le sens du contour) le point 2
• le point 4 est celui juste avant le point 5
• le point 7 est celui juste après le point 6

Pour un couple d’épingle (1,2) fixé, on cherche toutes les possibilités pour les points 5 et 6 qui vérifient les 3 conditions mentionnées ci-dessus.

Comme précisé précédemment, certains aller-retour ne sont pas retenus. En effet chaque tracé doit respecter les conditions suivantes :

Le tracé d’un aller-retour ne doit pas couper ni se trouver en dehors du contour. Pour cela, on s’assure que le tracé ne coupe le contour que deux fois en utilisant la fonction ‘polyxpoly’.

L’angle entre deux segments successifs du fil doit être supérieur à condangle (paramètre modifiable) : on s’assure que l’angle est suffisamment grand pour qu’on puisse relier les épingles sans être redondant. On impose aussi que l’angle soir inférieur à π - condangle.

Tracé ne respectant pas les conditions

On obtient le tracé final comme succession d’aller-retour élémentaires autour de 4 épingles.

La fonction ‘trace_motif’ renvoie alors :

• S : longueur de fil utilisé
• MX : matrice (matrice n×7) qui contient les coordonnées x des épingles dans l’ordre de parcours
• MY : matrice (matrice n×7) qui contient les coordonnées y des épingles dans l’ordre de parcours

Dans cette partie, on détermine quel doit être le parcours de la tête de tissage afin que le fil suive le tracé déterminé dans la partie précédente.

Pour ce faire, on utilise la fonction ‘trajet_pince.m’ qui contient elle-même plusieurs sous-fonctions.

Tour des épingles

La fonction ‘TourEpingles’ prend en entrée les coordonnées de sept épingles numérotées de 1 à 7 et renvoie celles de 8 points d’une ligne brisée permettant de faire un tour de ces 7 épingles deux par deux.

Deux paramètres a et b contrôlent la distance à laquelle la tête passe des épingles :

• a : paramètre qui contrôle la distance entre le trajet et les épingles quand la tête passe entre deux épingles. Par exemple, a = 0,5 signifie que la tête de la pince passe au milieu de 2 épingles.
• b : paramètre qui contrôle la distance entre le trajet et les épingles quand la tête passe à côté des épingles (c’est-à-dire parallèlement). Par exemple, b = 20 signifie que la distance entre la tête et les épingles est de 20 mm.

Vérification des conditions

On utilise la fonction ‘CondPince.m’ qui prend en entrée les matrices MX (matrice n×7) et MY (matrice n×7) renvoyées par la fonction ‘trace_motif’.

On applique alors la fonction ‘TourEpingles’ sur chaque ligne de MX et MY, donc n fois, et on obtient MX_prime (matrice n×8) et MY_prime (matrice n×8). Il faut ensuite vérifier que le parcours proposé soit conforme à la morphologie du patron. On s’assure qu’ils ne coupent pas le bord du patron, c’est-à-dire que le parcours n’intersecte le contour du patron que deux fois. Il est nécessaire de vérifier cette condition une seconde fois (déjà vérifié lors de la détermination du tracé du fil), car le parcours de la tête de tissage diffère légèrement du tracé et peut introduire des erreurs.

Le parcours obtenu après élimination des tracés qui ne vérifient pas les conditions est stocké dans MX_seconde et MY_seconde.

La fonction ‘CondPince’ renvoi MX_seconde et MY_seconde.

Insertion de points supplémentaires

La fonction ‘TrajetPince’ prend en entrée les nouvelles matrices MX_seconde et MY_seconde calculées précédemment dans la fonction ‘CondPince’. Cette fonction interpole de manière linéaire des points intermédiaires pour éviter les écarts à la consigne pour les moteurs. Pour cela, on évalue la distance entre deux points consécutifs et on intègre si besoin des points intermédiaires. Le paramètre DPINCE (en mm) permet de régler la distance maximale entre deux points.

La fonction ‘TrajetPince’ renvoie finalement deux matrices IX et IY qui indiquent les déplacements selon l’axe X et Y que la tête de la pince doit réaliser.

Fonction principale

La fonction principale ‘trajet_pince.m’, appelle la fonction ‘TrajetPince’ et crée également un fichier move.txt (fonctions ‘aller’ et ‘deplacement’) qui va être ensuite envoyé à la tricotisseuse. Ce fichier contient les instructions en gcode (voir partie suivante Mouvement de la tête de tissage) permettant de réaliser le parcours complet de tricotissage.