Reconstruction et analyse de trajectoires 2D d'objets mobiles par modélisation Markovienne et la théorie de l'évidence à partir de séquences d'images monoculaires - Application à l'évaluation de situations potentiellement dangereuses aux passages à niveau

par Houssam Salmane

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Louahdi Khoudour et de Yassine Ruichek.

Soutenue le 09-07-2013

à Belfort-Montbéliard , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec LEOST-IFSTTAR (laboratoire) , ANR PANsafer (laboratoire) et de IRTES. SET (laboratoire) .

Le président du jury était Jacques Jacot.

Le jury était composé de Louahdi Khoudour, Yassine Ruichek, Jacques Jacot, Michel Devy, Olivier Colot, Alain Crouzil, Olivier Strauss, Dominique Bertrand.

Les rapporteurs étaient Michel Devy, Olivier Colot.


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans le cadre duprojet PANsafer (Vers un Passage A Niveau plus sûr), lauréat de l’appel ANR-VTT2008. Ce projet est labellisé par les deux pôles de compétitivité i-Trans et Véhiculedu Futur. Le travail de la thèse est mené conjointement par le laboratoire IRTESSETde l’UTBM et le laboratoire LEOST de l’IFSTTAR.L’objectif de cette thèse est de développer un système de perception permettantl’interprétation de scénarios dans l’environnement d’un passage à niveau. Il s’agitd’évaluer des situations potentiellement dangereuses par l’analyse spatio-temporelledes objets présents autour du passage à niveau.Pour atteindre cet objectif, le travail est décomposé en trois étapes principales. Lapremière étape est consacrée à la mise en place d’une architecture spatiale des capteursvidéo permettant de couvrir de manière optimale l’environnement du passageà niveau. Cette étape est mise en oeuvre dans le cadre du développement d’unsimulateur d’aide à la sécurité aux passages à niveau en utilisant un système deperception multi-vues. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthode d’optimisationpermettant de déterminer automatiquement la position et l’orientation descaméras par rapport à l’environnement à percevoir.La deuxième étape consisteà développer une méthode robuste de suivi d’objets enmouvement à partir d’une séquence d’images. Dans un premier temps, nous avonsproposé une technique permettant la détection et la séparation des objets. Le processusde suivi est ensuite mis en oeuvre par le calcul et la rectification du flotoptique grâce respectivement à un modèle gaussien et un modèle de filtre de Kalman.La dernière étape est destinée à l’analyse des trajectoires 2D reconstruites parl’étape précédente pour l’interprétation de scénarios. Cette analyse commence parune modélisation markovienne des trajectoires 2D. Un système de décision à basede théorie de l’évidence est ensuite proposé pour l’évaluation de scénarios, aprèsavoir modélisé les sources de danger.L’approche proposée a été testée et évaluée avec des données issues de campagnesexpérimentales effectuées sur site réel d’un passage à niveau mis à disposition parRFF.

  • Titre traduit

    Reconstruction and analysis of moving objects trajectoiries from monocular images sequences, using Hidden Markov Model and Dempster-Shafer Theory-Application for evaluating dangerous situations in level crossings


  • Résumé

    The main objective of this thesis is to develop a system for monitoringthe close environment of a level crossing. It aims to develop a perception systemallowing the detection and the evaluation of dangerous situations around a levelcrossing.To achieve this goal, the overall problem of this work has been broken down intothree main stages. In the first stage, we propose a method for optimizing automaticallythe location of video sensors in order to cover optimally a level crossingenvironment. This stage addresses the problem of cameras positioning and orientationin order to view optimally monitored scenes.The second stage aims to implement a method for objects tracking within a surveillancezone. It consists first on developing robust algorithms for detecting and separatingmoving objects around level crossing. The second part of this stage consistsin performing object tracking using a Gaussian propagation optical flow based modeland Kalman filtering.On the basis of the previous steps, the last stage is concerned to present a newmodel to evaluate and recognize potential dangerous situations in a level crossingenvironment. This danger evaluation method is built using Hidden Markov Modeland credibility model.Finally, synthetics and real data are used to test the effectiveness and the robustnessof the proposed algorithms and the whole approach by considering various scenarioswithin several situations.This work is developed within the framework of PANsafer project (Towards a saferlevel crossing), supported by the ANR-VTT program (2008) of the French NationalAgency of Research. This project is also labelled by Pôles de compétitivité "i-Trans"and "Véhicule du Futur". All the work, presented in this thesis, has been conductedjointly within IRTES-SET laboratory from UTBM and LEOST laboratory fromIFSTTAR.


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