Approche directe de l'estimation automatique de l'orientation 3D d'images

A direct approach to automatic assesment of 3D images orientation

• Auteur / Autrice : Mahzad Kalantari
• Direction : Jean-Pierre Guédon, Franck Jung
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et informatique appliquée
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences et technologies de l'information et des matériaux (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gröbner, Bases de

Vision par ordinateur

Photogrammétrie

Résumé

Récemment, la géomatique grand public s'est emparée de la représentation3D des bâtiments. Le besoin d'acquérir des images et de les restituer en3D, sous forme de maquettes parfaitement fidèles à la réalité, est ainsi devenu immense. On a donc vu, depuis une décennie, se construire des véhicules capables de photographier en stéréoscopie des villes entières, et il a fallu concevoir les algorithmes capables de traiter ces énormes quantités d'images. Très naturellement, les industriels en charge de ces problèmes se sont tournés vers les outils de vision par ordinateur et de robotique, très bien adaptés aux calculs temps réel, oubliant l'essentiel de l'héritage de la photogrammétrie, orientée quant à elle vers une extrème précision, jugée ici commune une moindre priorité. Néanmoins, les algorithmes publiés en vision par ordinateur présentaient de réels défauts lorsqu'ils étaient appliqués à des surfaces planes et, manque de chance, ce cas est extrèmement courant dans des scènes urbaines (les façades …. ). Les recherches menées dans le cadre de cette thèse ont porté sur la recherche de solutions nouvelles, capables d'exploiter les spécificités de telles images : tout d'abord, les travaux ont cherché à accélérer l'orientation relative des images, en tirant bénéfice des points de fuite figurant dans celles-ci. Pour ce faire, de nouvelles méthodes d'extraction automatique de ces points ont été mises au point, bien plus importantes que celles disponibles jusqu'ici. Ensuite, les recherches ont porté sur les moyens de corriger le défaut évoqué précédemment pour les surfaces planes, et de nouveaux algorithmes capables de donner en temps quasi-réel de bonnes solutions d'orientation relative pour de telles scènes ont été développés. A cette fin, de nouveaux outils mathématiques ont été utilisés : les bases de Gröbner. En rupture complète avec les solutions linéaires habituelles, ils permettent en effet une résolution directe des équations sous leur forme polynomiale. Ils évitent de passer par l'habituelle linéarisation, qui nécssitait une solution approchée parfois difficile à trouver dans les usages de photogrammétrie terrestre. Finalement, ces travaux ont porté sur des moyens d'accélérer les méthodes d'orientation relative en exploitant oppurtunément la connaissance de la direction verticale, obtenue par exemple à l'aide du nouvel algorithme de détection des points de fuite. Au total, la thèse présentée représente une remise à plat générale des solutions permettant l'orientation et la localisation de tout un ensemble d'images.

In the recent years, the geomatics used by large public has been seized by the 3D representation of buildings and even of whole cities. The need to acquire some images and to draw them in 3D, as models perfectly representative of the reality became thus lvery arge. One saw therefore, since one decade, the setting up of vehicles able to get stereoscopic images of complete cities, and thus it became necessary to forge the algorithms processing these huge amounts of images. In a natural manner, those in charge of these problems turned toward the tools used in computer vision and robotics, fully adapted to real time, and thus forgetting most on the inheritance of photogrammetry, that is oriented towards an extreme precision (judged here as a low priority) Nevertheless, the available algorithms in computer vision presented some shortcomings when they were applied to plane surfaces which is extremely current in urban scenes to cope with the facades. Our research have tried to nd new solutions, able to exploit the specifities of such images : first of all, the work aimed at accelerating their relative orientation, taking benet from the detected vanishing points. To achieve this goal new methods of automatic extraction of these points have been realized, assessed as more ecient than those previously available. Then, researches have been led so as to correct the previous drawback for plane surfaces, and new algorithms able to provide in quasi-real time good solutions of relative orientation for such situations have been developed. To reach this goal, new mathematical tools permitting a complete rupture with traditional ones have been used : The Grobner bases. They allow a direct resolution of the equations under their polynomial shape, without using a classical linearization, that required an approach solution sometimes dificult to find in terrestrial photogrammetry. Finally, the work has been dealing with the means to accelerate the methods of relative orientation using the specic knowledge of the vertical direction, given for example with the help of the new algorithm of detection of the vanishing points. In short, this works aim to present a general re-analysis of the solutions allowing the orientation and localization of a whole set of images.