Modélisation de l'interaction lumière/matière pour l'analyse de surfaces rugueuses texturées par stéréo photométrie

Light-matter interaction modelling for analysing textured rough surfaces by photometric stereo

• Auteur / Autrice : Alexandre Bony
• Direction : Majdi Khoudeir, Benjamin Bringier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitemement du signal et des images
• Date : Soutenance le 02/12/2013
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : SIC
• Partenaire(s) de recherche : faculte : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Mériaudeau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Majdi Khoudeir, Benjamin Bringier, Jean-Denis Durou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelaziz Bensrhair, Hassan Zahouani

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rugosité

Réflexion (optique)

Photométrie

Imagerie (technique)

Vision par ordinateur

Mots clés libres

Reconstruction 3d

Acquisition d'image

Photométrie

Stéréo-photométrie

Brdf

Imagerie

3d reconstruction

Image acquisition

Photometry

Photometric stereo

Brdf

Imaging

Résumé

Les techniques de reconstruction 3d sont devenues incontournables pour des applicationstelles que la caractérisation et l'analyse de surfaces. Les travaux réalisés au coursde 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'interactionlumière/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 detrois images acquises d'un point de vue fixe pour des directions d'éclairages différentes.Son avantage est d'extraire simultanément les propriétés géométriques et colorimétriquesdes surfaces analysées même en cas de forte rugosité. Néanmoins, son application exige laformulation de plusieurs hypothèses qui sont difficilement respectables dans un contexteréel. Ceci génère des erreurs significatives dans les reconstructions. Pour les réduire, nousproposons différentes contributions qui s'articulent autour de la prise en compte globale de lachaine d'acquisition. Les apports de nos travaux se situent aux niveaux de la caractérisationet de la modélisation du système d'éclairage, du capteur d'acquisition et de l'améliorationde la qualité des images. Nous nous sommes aussi intéressés à l'optimisation des protocolesde prises de vues dans le cas de spécularité surfacique ou d'ombrage dus à la présence derugosité. Les résultats obtenus montrent que la prise en compte de ces caractéristiques dansl'inversion d'un modèle de BRDF permet une nette amélioration des reconstructions et offrela possibilité de réduire la taille des systèmes d'acquisition.

Tridimensional reconstruction method has become essential for applications suchas the characterization and analysis of surfaces. In this thesis, aims are to increase the qualityof 3d reconstructions by photometric stereo. This method is based on two principles, reversinglight-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 differentillumination directions. Its main advantage is to extract the color and geometric propertiesfor the textured rough surfaces. However, its application requires to make assumptions thatare 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 acquisitionchain. 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 acquisitionprotocol in the case of specular surface or shading due to the surface geometry. Ourresults show that the inclusion of these features in the inversion of a BRDF model allowsan improvement of 3d reconstructions as well as the possibility of reducing the size of theacquisition systems.