Extraction de relief de surface texturée rugueuse à comportement photométrique hétérogène

Relief extraction of textured rough surface with heterogeneous photometric behavior

• Auteur / Autrice : Xin Huang
• Direction : Majdi Khoudeir
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement du signal et des images
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photométrie

Modélisation tridimensionnelle

Imagerie tridimensionnelle

Résumé

Cette thèse est consacrée à l'analyse et à l'extraction de relief de surfaces à comportement photométrique hétérogène par exploitation et développement de technique de stéréovision photométrique. Ce type de surface, généralement partiellement réfléchissante, est une surface à comportement photométrique mixte : diffuse et spéculaire. Le comportement photométrique de la surface se traduit par des modèles d'interactions lumière-matière différents. Ainsi, la reconstruction du relief de la surface par stéréovision photométrique peut être en théorie obtenue par l'exploitation de ces différents modèles. Néanmoins, la mise en oeuvre de ces modèles peut s'avérer délicate (difficulté d'inversibilité du modèle photométrique, méconnaissance des paramètres intrinsèques liés aux matériaux utilisés. . . ). Dans ces travaux, nous présentons dans un premier temps les différents modèles utilisés en stéréovision photométrique ainsi que leurs sensibilités éventuelles aux paramètres intrinsèques des matériaux et les limites de leurs utilisations dans le cas de matériaux hétérogènes. Nous proposons ensuite deux approches différentes pour l'extraction du relief d'une surface partiellement réfléchissante. Notre première approche repose sur l'exploitation conjointe d'un modèle photométrique adapté au comportement diffus de la lumière et des principes d'optique géométrique pour déterminer le champ des gradients de la surface. Cette approche nécessitant au préalable de séparer dans l'image les zones caractérisées par un comportement spéculaire de la lumière et les zones caractérisées par un comportement diffus de la lumière. Cette approche est testée sur différents types de surfaces synthétiques et réelles et les résultats obtenus sont présentés. En ce qui concerne notre deuxième approche, elle repose sur le fait qu'une facette ou microfacette du relief local de la surface réfléchira la lumière dans une direction déterminée dans le cas de spécularité. Ainsi, une facette spéculaire sous un angle d'éclairage donné peut ne pas l'être sous un autre angle d'éclairage. Donc nous proposons d'augmenter le nombre des images acquises afin de pouvoir ensuite en extraire un jeu minimal des images les moins spéculaires pour l'extraction de relief. La méthode que nous adoptons est donc un système de stéréovision photométrique avec six sources. Nous avons déterminé dans ce cas le champ de gradient pixel par pixel avec trois images non spéculaires parmi les six images acquises. Puis nous avons mis en oeuvre l'extraction de relief sur les images synthétiques et sur les images réelles avec chaque méthode. Nous avons évalué et comparé ensuite les résultats obtenus avec ces différentes méthodes. Les approches développées ont ensuite été appliquées pour l'extraction de relief dans le cadre d'applications à finalité industrielle.

This thesis analyzed the partially reflecting surface and developed the relief extraction method for this surface. The partially reflecting surface is a surface with photometric behavior: diffuse and specular. The photometric behavior of surface is translated by modeling the different interaction of light and material. So the surface relief reconstruction by photometric stereo can be in theory obtained by the exploitation of these different models. However, the implementation of these models can be proved delicately (reversibility of model, parameters dependent on materials…). Thus after the presentations on the photometric models of reflection and the relief extraction methods by the exploitation of these models, we proposed two relief extraction methods for the partially reflecting surface. The first method is to detect the specular area on acquired images and to decompose the acquired images in two parts: diffuse area and specular area. We obtained therefore the gradient field on diffuse area by Lambert’s model and the gradient field on specular area by geometric optics. With regard to the second method, we know that a specular facet in a direction can not be specular in other direction. So we proposed an idea that is to augment the number of acquired images to avoid using the specular image for relief extraction. This method is a photometric stereo system with six light sources. We determined the gradient field pixel by pixel with three non specular images among six acquired images. After that we carried out the relief extraction on the synthesized images and on the real images by each method. Then we evaluated and compared the results obtained by these different methods. Finally, we made a mass of applications on diverse surfaces by two proposed methods