Caractérisation, modélisation et simulation des effets visuels du brouillard pour l'usager de la route

par Eric Dumont

Thèse de doctorat en Sciences de la vie et de la matière. Mathématiques et informatique

Sous la direction de Georges Stamon et de Jean Louchet.

Soutenue en 2002

à Paris 5 .


  • Résumé

    Sur la route, le brouillard augmente le risque et la gravité des accidents. L'amélioration de la sécurité des usagers passe par l'information, mais également par la signalisation, l'éclairage et l'aide à la conduite. Or, la conception et l'évaluation de solutions pour pallier la perte de visibilité repose sur la compréhension du phénomène. L'objet de la thèse est donc de caractériser les dégradations induites par le brouillard dans l'environnement visuel du conducteur, en vue de les modéliser et de les reproduire par simulation. L'usage courant de la simple "distance de visibilité" pour décrire les effets visuels du brouillard est en contradiction avec la complexité de ses propriétés microphysiques et optiques. Une caractérisation plus complète nécessite l'analyse fréquentielle des perturbations causées par la diffusion de la lumière dans le signal visuel. Pour le recueil des distributions de luminance indispensables à cette analyse, il est possible de faire appel à la synthèse d'images. Une technique de tracé de rayons, du type Monte Carlo, est donc utilisée pour simuler la diffusion multiple et anisotrope de la lumière au sein d'un milieu polydispersé. L'étude du filtrage du contraste par le brouillard conduit à la définition d'un opérateur fréquentiel (du type fonction de transfert de modulation) pour caractériser le halo de diffusion autour des sources lumineuses. Sur la base de la loi de Koschmieder, un modèle photométrique étendu des effets du brouillard -extinction, halo et voiles (atmosphérique et rétrodiffusé)- est alors proposé, permettant de simuler les perturbations du signal visuel par traitement d'images. Ce travail débouche sur un outil pour l'étude de la qualité d'usage de l'infrastructure routière par temps de brouillard, notamment au travers de la simulation de conduite.

  • Titre traduit

    Characterisation, modelling and simulation of visual effects of fog for road users


  • Résumé

    Fog increases the risk and gravity of road accidents. Improving road safety in foggy conditions involves detection, signalling, lighting and driving assistance. However, the design and evaluation of solutions to compensate for the loss of visibility rely on better understanding the phenomenon. This thesis aims at characterising fog-induced degradations in the driver's visual environment, in order to model and simulate them. The oversimplified notion of "visibility range", widely used to describe fog visual effects, is not consistent with the complexity of its microphysical and optical properties. A more complete characterisation requires the frequency analysis of the image degradations caused by light scattering. The luminance distribution to this analysis : to this end, a Monte Carlo ray tracing technique is used to simulate multiple anisotropic light scattering within a polydispersed medium, enabling to define a frequency contrast operator (based on the molulation transfer function) which characterises the scattered halo around light sources. Extending Koschmieder's law, a photometric model of fog effects -extinction, halo and veils (atmospheric and backscattered)- is proposed, making it possible to simulate the modifications of the visual signal using image processing. This work provides a tool for the assessment of road service quality in foggy traffic conditions, in particular through the use of driving simulators.

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Informations

  • Détails : 162 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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