Traitement 3D de nuages de points basé sur la connaissance

Knowledge-based 3D point clouds processing

• Auteur / Autrice : Quoc Hung Truong
• Direction : Yvon Voisin, Frank Boochs, Adlane Habed
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 15/11/2013
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Electronique, Informatique et Image (LE2i) (Dijon, Côte d'Or ; Auxerre, Yonne ; Chalon-sur-Saône, Saône-et-Loire ; Le Creusot, Saône-et-Loire ; 1996-2018)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Bigue
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christophe Doignon, Sylvie Treuillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes experts (informatique)

Ontologies (informatique)

Algorithmes

Imagerie tridimensionnelle

Nuages de points

Mots clés libres

Traitement 3D

Nuages de points

Détection d’objets

Segmentation

Sélection d’algorithme

Systèmes basés connaissance

Modélisation des connaissances

Ontologies

Classification

3D processing

Point clouds

Object detection

Segmentation

Algorithm selection

Knowledge-based systems

Knowledge modeling

Ontology

Classification

Résumé

La modélisation de scènes réelles à travers la capture de données numériques 3D a été prouvée à la fois utile et applicable dans une variété d’applications. Des scènes entières sont généralement numérisées par des scanners laser et représentées par des grands nuages de points non organisés souvent accompagnés de données photogrammétriques. Un problème typique dans le traitement de ces nuages et données réside dans la détection et la classification des objets présents dans la scène. Ces tâches sont souvent entravées par la variabilité des conditions de capture des données, la présence de bruit, les occlusions ainsi que les données manquantes. Compte tenu de la complexité des problèmes sous-jacents, les approches de traitement récentes tentent d’exploiter les connaissances sémantiques pour identifier et classer les objets. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche qui fait appel à des stratégies intelligentes de gestion des connaissances pour le traitement des nuages de points 3D ainsi que l’identification et la classification des objets dans les scènes numérisées. Notre approche étend l’utilisation des connaissances sémantiques à toutes les étapes du traitement, y compris le choix et le guidage des algorithmes de traitement axées sur les données individuelles. Notre solution constitue un concept multi-étape itératif sur la base de trois facteurs : la connaissance modélisée, un ensemble d’algorithmes de traitement, et un moteur de classification. L’objectif de ce travail est de sélectionner et d’orienter les algorithmes de manière adaptative et intelligente pour détecter des objets dans les nuages de points. Des expériences avec deux études de cas démontrent l’applicabilité de notre approche. Les études ont été réalisées sur des analyses de la salle d’attente d’un aéroport et le long des voies de chemin de fer. Dans les deux cas, l’objectif était de détecter et d’identifier des objets dans une zone définie. Les résultats montrent que notre approche a réussi à identifier les objets d’intérêt tout en utilisant différents types de données

The modeling of real-world scenes through capturing 3D digital data has proven to be both useful andapplicable in a variety of industrial and surveying applications. Entire scenes are generally capturedby laser scanners and represented by large unorganized point clouds possibly along with additionalphotogrammetric data. A typical challenge in processing such point clouds and data lies in detectingand classifying objects that are present in the scene. In addition to the presence of noise, occlusionsand missing data, such tasks are often hindered by the irregularity of the capturing conditions bothwithin the same dataset and from one data set to another. Given the complexity of the underlyingproblems, recent processing approaches attempt to exploit semantic knowledge for identifying andclassifying objects. In the present thesis, we propose a novel approach that makes use of intelligentknowledge management strategies for processing of 3D point clouds as well as identifying andclassifying objects in digitized scenes. Our approach extends the use of semantic knowledge to allstages of the processing, including the guidance of the individual data-driven processing algorithms.The complete solution consists in a multi-stage iterative concept based on three factors: the modeledknowledge, the package of algorithms, and a classification engine. The goal of the present work isto select and guide algorithms following an adaptive and intelligent strategy for detecting objects inpoint clouds. Experiments with two case studies demonstrate the applicability of our approach. Thestudies were carried out on scans of the waiting area of an airport and along the tracks of a railway.In both cases the goal was to detect and identify objects within a defined area. Results show that ourapproach succeeded in identifying the objects of interest while using various data types