Une approche physique pour la comprehension des images infrarouges. Application a la robotique mobile en exterieur

par CLAUDE CAILLAS

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Bertrand Zavidovique.

Soutenue en 1994

à Paris 11 .

mots clés

Résumé

Nous analysons comment il est possible de retrouver les proprietes physiques d'objets a partir d'images infrarouges en exterieur. Nous calculons tout d'abord une expression analytique de la temperature d'objet de surface plane et horizontale. Ce calcul montre que le processus physique d'echanges de chaleur, a l'origine de l'image infrarouge, implique la reflectivite, l'emissivite et l'inertie thermique du materiau. Ce modele permet de calculer un parametre cle: l'inertie thermique. Le calcul analytique necessite de faire plusieurs hypotheses limitatives dont nous avons pu nous affranchir en developpant un modele numerique prenant en compte les donnees meteorologiques. Une methode d'inversion du modele permet alors de retrouver les trois parametres physiques de materiaux a partir d'une sequence d'images infrarouges. Des images intrinseques de reflectivite, d'emissivite et d'inertie thermique de la scene ont pu etre reconstruites montrant une bonne adequation avec la realite. Certaines erreurs dues aux non linearites du probleme inverse conduisent a la non unicite de la solution. Nous demontrons qu'un comportement thermique de corps donne peut provenir de differents triplets de parametres physiques lies au sein de relations dites d'invariance. Le modele numerique est complete pour prendre en compte l'orientation des surfaces qui joue un role important dans l'apparence des objets en infrarouge. Une methode est ensuite developpee pour retrouver simultanement les trois parametres physiques de materiaux et les angles d'azimuth et d'inclinaison de surface. Des resultats encourageants ont ete obtenus sur une scene composee de surfaces horizontales de sable et surface verticale de bois. A titre d'application pour l'exploration de la planete mars, nous montrons comment un robot a jambes peut utiliser l'information d'inertie thermique pour determiner les emplacements successifs de ses pieds et selectionner le type de materiaux a ramasser

Titre traduit

A physical approach to infrared image understanding. Application to mobile robotics in outdoor scenes

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