A DIRECT APPROACH TO AUTOMATIC ASSESSMENT OF 3D IMAGES ORIENTATION
APPROCHE DIRECTE DE L'ESTIMATION AUTOMATIQUE DE L'ORIENTATION 3D D'IMAGES
Résumé
In the recent years, the geomatics used by large public has been seized by the 3D representation of buildings and even of whole cities. The need to acquire some images and to draw them in 3D, as models perfectly representative of the reality became thus very large. One saw therefore, since one decade, the setting up of vehicles able to get stereoscopic images of complete cities, and thus it became necessary to forge the algorithms processing these huge amounts of images. In a natural manner, those in charge of these problems turned toward the tools used in computer vision and robotics, fully adapted to real time, and thus forgetting most of the inheritance of photogrammetry, that is oriented towards an extreme precision (judged here as a low priority). Nevertheless, the available algorithms in computer vision presented some shortcomings when they were applied to plane surfaces which is extremely current in urban scenes to cope with the facades. Our research have tried to find new solutions, able to exploit the specificities of such images : first of all, the work aimed at accelerating their relative orientation, taking benefit from the detected vanishing points. To achieve this goal new methods of automatic extraction of these points have been finalized, assessed as more efficient than those previously available. Then, researches have been led so as to correct the previous drawback for plane surfaces, and new algorithms able to provide in quasi-real time good solutions of relative orientation for such situations have been developed. To reach this goal, new mathematical tools permitting a complete rupture with traditional ones have been used : the Gr¨obner bases. They allow a direct resolution of the equations under their polynomial shape, without using a classical linearization, that required an approach solution sometimes difficult to find in terrestrial photogrammetry. Finally, the work has been dealing with the means to accelerate the methods of relative orientation using the specific knowledge of the vertical direction, given for example with the help of the new algorithm of detection of the vanishing points. In short, this works aims to present a general re-analysis of the solutions allowing the orientation and localization of a whole set of images.
Récemment, la géomatique grand public s'est emparée de la représentation 3D des bâtiments. Le besoin d'acquérir des images et de les restituer en 3D, sous forme de maquettes parfaitement fidèles à la réalité, est ainsi devenu immense. On a donc vu depuis une décennie, se construire des véhicules capables de photographier en stéréoscopie des villes entières, et il a fallu concevoir les algorithmes capables de traiter ces énormes quantités d'images. Très naturellement, les industriels en charge de ces problèmes se sont tournés vers les outils de vision par ordinateur et de robotique, très bien adaptés aux calculs temps réel, oubliant l'essentiel de l'héritage de la photogrammétrie, orientée quant à elle vers une extrême précision, jugée ici comme une moindre priorité. Néanmoins, les algorithmes publiés en vision par ordinateur présentaient de réels défauts lorsqu'ils étaient appliqués à des surfaces planes alors que ce cas est extrêmement courant dans des scènes urbaines pour traiter les façades de bâtiments. Les recherches que nous avons menées ont porté sur la recherche de solutions nouvelles, capables d'exploiter les spécificités de telles images : tout d'abord, nos travaux ont cherché à accélérer l'orientation relative des images, en tirant bénéfice des points de fuite figurant dans celles-ci. Pour ce faire, de nouvelles méthodes d'extraction automatique de ces points ont été mises au point et évaluées plus performantes que celles disponibles jusqu'ici. Ensuite, nos recherches ont porté sur les moyens de corriger le défaut évoqué précédemment pour les surfaces planes, et de nouveaux algorithmes capables de donner en temps quasi-réel de bonnes solutions d'orientation relative pour de telles scènes ont été développés. A cette fin, de nouveaux outils mathématiques ont été utilisés : les bases de Gröbner. En rupture complète avec les solutions linéaires habituelles, ils permettent en effet une résolution directe des équations sous leur forme polynomiale. Ils évitent de passer par l'habituelle linéarisation, qui nécessitait une solution approchée parfois difficile à trouver dans les usages de photogrammétrie terrestre. Finalement, nos travaux ont porté sur les moyens d'accélérer les méthodes d'orientation relative en exploitant opportunément la connaissance de la direction verticale, obtenue par exemple à l'aide du nouvel algorithme de détection des points de fuite. Au total, la thèse présente une remise à plat générale des solutions permettant l'orientation et la localisation de tout un ensemble d'images.
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