Reconstruction tridimensionnelle par stéréophotométrie

3D-reconstruction by photometric stereo

• Auteur / Autrice : Yvain Quéau
• Direction : Jean-Denis Durou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Image, Information et Hypermédia
• Date : Soutenance le 26/11/2015
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Vincent Charvillat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Denis Durou, Jean-François Aujol, Pierre Gurdjos, Olivier Aubreton
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maurizio Falcone, Adrien Bartoli, Daniel Cremers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie tridimensionnelle

Photométrie

Reconstruction d'image

Mots clés libres

Stéréophotométrie

Photométrie

Radiosité

Éclairage

Reconstruction 3D

Problèmes inverses

Méthodes variationnelles

Photometric stereo

Photometry

Radiosity

Lighting

3D reconstruction

Inverse problems

Variational methods

Shape-from-shading

Résumé

Cette thèse traite de la reconstruction 3D par stéréophotométrie, qui consiste à utiliser plusieurs photographies d'une scène prises sous le même angle, mais sous différents éclairages. Nous nous intéressons dans un premier temps à des techniques robustes pour l'estimation des normales à la surface, et pour leur intégration en une carte de profondeur. Nous étudions ensuite deux situations où le problème est mal posé : lorsque les éclairages sont inconnus, ou lorsque seuls deux éclairages sont utilisés. La troisième partie est consacrée à l'étude de modèles plus réalistes, à la fois en ce qui concerne les éclairages et la réflectance de la surface. Ces trois premières parties nous amènent aux limites de la formulation classique de la stéréophotométrie : nous introduisons finalement, dans la partie 4, une reformulation variationnelle et différentielle du problème qui permet de dépasser ces limites.

This thesis tackles the photometric stereo problem, a 3D-reconstruction technique consisting in taking several pictures of a scene under different lightings. We first focus on robust techniques for estimating the normals to the surface, and for integrating these normals into a depth map. Then, we study two situations where the problem is ill-posed: when lightings are unknown and when only two images are used. Part 3 is devoted to more realistic models, in terms of lightings and of surface reflectance. These first three parts bring us to the limits of the usual formulation of photometric stereo: we eventually introduce in Part 4 a variational and differential reformulation of this problem which allows us to overcome these limits.