Modélisation de l'interaction lumière/matière pour l'analyse de surfaces rugueuses texturées par stéréo photométrie
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Les techniques de reconstruction 3d sont devenues incontournables pour des applications telles que la caractérisation et l'analyse de surfaces. Les travaux réalisés au cours de cette thèse ont pour objectif d'améliorer la qualité des reconstructions 3d par stéréophotométrie. Cette méthode repose sur deux principes, l'inversion d'un modèle d'interaction lumière/matière (BRDF) et la configuration d'un système d'éclairage et de prises de vues. Pour des surfaces diffuses, la stéréo-photométrie est réalisée à partir d'un minimum de trois images acquises d'un point de vue fixe pour des directions d'éclairages différentes. Son avantage est d'extraire simultanément les propriétés géométriques et colorimétriques des surfaces analysées même en cas de forte rugosité. Néanmoins, son application exige la formulation de plusieurs hypothèses qui sont difficilement respectables dans un contexte réel. Ceci génère des erreurs significatives dans les reconstructions. Pour les réduire, nous proposons différentes contributions qui s'articulent autour de la prise en compte globale de la chaine d'acquisition. Les apports de nos travaux se situent aux niveaux de la caractérisation et de la modélisation du système d'éclairage, du capteur d'acquisition et de l'amélioration de la qualité des images. Nous nous sommes aussi intéressés à l'optimisation des protocoles de prises de vues dans le cas de spécularité surfacique ou d'ombrage dus à la présence de rugosité. Les résultats obtenus montrent que la prise en compte de ces caractéristiques dans l'inversion d'un modèle de BRDF permet une nette amélioration des reconstructions et offre la possibilité de réduire la taille des systèmes d'acquisition.
Mots-clés libres : Reconstruction 3d, acquisition d'image, photométrie, stéréo-photométrie, brdf, imagerie.
Tridimensional reconstruction method has become essential for applications such as the characterization and analysis of surfaces. In this thesis, aims are to increase the quality of 3d reconstructions by photometric stereo. This method is based on two principles, reversing light-matter interaction model and configuration of a lighting system. With diffuse surfaces, the photometric stereo use three captured images from a fixed point of view for different illumination directions. Its main advantage is to extract the color and geometric properties for the textured rough surfaces. However, its application requires to make assumptions that are not credible in real cases. This problem generates significant errors in the reconstructions. To reduce them, we offer various solutions around the overall consideration of the acquisition chain. Our contribution focuses on the characterization and modeling of the lighting system, the acquisition sensor and improved image quality. We are also interested to optimize acquisition protocol in the case of specular surface or shading due to the surface geometry. Our results show that the inclusion of these features in the inversion of a BRDF model allows an improvement of 3d reconstructions as well as the possibility of reducing the size of the acquisition systems.
Keywords : 3d reconstruction, image acquisition, photometry, photometric stereo, BRDF, imaging.
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