Etude par stéréo imagerie de couches atmosphériques : Application à la couche émissive OH et au Cirrus troposphériques

par Mohamed Nadjib Kouahla

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Guy Moreels.

Soutenue en 2010

à Besançon .


  • Résumé

    Le travail présenté dans cette thèse prend pour cadre la mise en place d’un modèle 3D pour reconstruire un objet réel à l’aide d’un système de vision stéréoscopique. Deux caméras prennent simultanément des images de la même scène depuis deux points de vue différents. Nous utilisons ensuite un algorithme de triangulation basé sur les principes de la géométrie épipolaire. Il faut reconnaitre dans les deux images les couples de points qui correspondent chacun à un point de l’objet réel. Cet objet étant diffus, sans ligne droite ou points spécifique repéré, nous employons un coefficient de corrélation croisée pour identifier les couples de points. Une première application de l’algorithme consiste à donner une restitution 3D de la couche émissive OH située au niveau de la mésopause. Lorsqu’une onde de densité atmosphérique se propage, cette couche prend une forme ondulée. La restitution 3D permet de mesurer l’amplitude de l’ondulation et l’énergie cinétique oscillatoire de la perturbation. Une première campagne d’observation a eu lieu au Pérou en juillet 2006 sur deux sites distants de 645 km. Le premier site était le Cerro Cosmos à l’ouest de Huancayo (12° 09ۥ 08,2″ N, 75 ° 33ۥ 49,3″ O, altitude 4620 m). Le second site était le Cerro Verde au sud-Ouest d’Arequipa (16° 33ۥ 17,6″ N, 71° 39 ۥ 59,4″ O, altitude 2272 m). Les deux caméras étaient orientées l’une vers l’autre dans un mode ۥvis-à-visۥ. Le traitement des images comporte une correction de champ plat, la soustraction de l’image d’obscurité, puis l’inversion de la perspective présente dans les images. On obtient ainsi, pour chaque image, une description photométrique réelle de la couche emissive. Ensuite l'algorithme de triangulation est appliqué pour restituer le relief 3Dde la couche emissive. Une deuxième série de résultats présentée sur une application de l’algorithme sur des cirrus naturels ou artificiels induits par des avions dans la troposphère entre 8 et 10 km à cause de rôle important qu’il joue dans le réchauffement climatique. La campagne d’observation a eu lieu entre 2009 et 2010 en France dans la région de Franche comté entre deux sites : Marnay (47º 17ۥۥ31. 5 N, 5º 52ۥ22. 7″ E) à une altitude de 600 m et 43km de distance au sud ouest de Besançon, la distance entre les deux sites est de 36km. Les caméras utilisés sont des appareils photos de type canon EOS 400D, le protocole du traitement d’images définis compris : la conversion des images RVB en niveau de gris, l’amélioration du contraste et ensuite la projection pour avoir une vue de type Satellitaire. Enfin la triangulation est appliquée sur une zone dans le champ commun entre les deux images.

  • Titre traduit

    Study of atmospheric layer by stereo imaging : Application to the OH emissive layer tropospheric Cirrus


  • Résumé

    The research presented in this memoir is aimed giving a 3D representation of a real object in using video stereoscopic system. Two cameras simultaneously take images of the same scene at two different observations sites. For processing the images, we use a triangulation algorithm which is based on épipolare geometry. The principle consists to identify in both images matched pairs points corresponding to physical points in the real object. In the present case, as the object is diffuse, without any definite shape, edge or apex, we use a normalized cross correlation coefficient to identify the pairs of points. A first application of the stereo algorithm consists in giving a 3D relief map of the OH mesospheric emissive layer. When a density wave propagates in the atmospher, the OH layer present a rippled shape. Using a 3D map, we obtain the amplitude of the perturbation and calculate the kinetic energy transmitted by the wave. An observation campaign was conducted in July 2006 in Peru at two sites located 650 Km apart. The first site was Cerro Cosmos on the West Huancayo (12°09’ 08, 2” S N, 75° 33’ 49,3” O, altitude 4620 m). The second site was Cerro Verde in southwest of Arecquipa (16°33’17. 6 »N, 71°39’59. 4” O, altitude 2272m). The two cameras were oriented along the same line of right but in opposite directions, in a face to face mode. Image processing includes the following steps: flat-field correction, dark-current subtraction, perspective inversion. A realistic and photometric view of the emissive layer is consequently retrieved, as could be seen by astronaut looking downward in the IR from a space station. Then, the stereo imaging algorithm is used to provide the 3D map of the emissive layer. A second series of results is obtained in using the stereo application in the case of cirrus clouds in the troposphere. These clouds are either of natural origin or are created by aircraft exhausts. They are presently considered as being a major cause for the climate change. Two observation campaigns were conducted in France in 2009 and 2010. The observing sites were located in Marnay 47°17’31. 5” N, 5°44’58. 8”E, altitude 275m) and in Saint Thiebaud ( 46°58’31. 5’ N, 5°52’22. 7” E altitude 60 m). The distance between both sites was 36 Km. We used numeric CMOS photographic cameras. The image processing sequence included an image conversion from RGB to black/ white, a contrast enhancement and a perspective inversion to obtain a satellite-type view. Finally, the triangulation procedure is used in an area that is a common part of both fields of view.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (212 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.143-147. Annexes

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  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences - Sport (Besançon).
  • PEB soumis à condition
  • Cote : SCI.BESA.2010.35
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