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Theses Year : 2009

Reliability and accuracy in stereovision : application to aerial and satellite high resolution images

Fiabilité et précision en stéréoscopie : application à l'imagerie aérienne et satellitaire à haute résolution

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Abstract

This thesis is a contribution to stereovision written in the framework of the MISS (Mathematics for Stereoscopic Space Imaging) project launched by CNES in cooperation with several university laboratories in 2007. This project has the ambitious goal to model a stereo satellite, using two almost simultaneous views of the Earth with small baseline in urban areas. Its main goal is to get an automatic chain of urban reconstruction at high resolution from such pairs of views. The project faces fundamental problems that this thesis aims at solving. The first problem is the rejection of matches that could occur just by chance, particularly in shadows or occlusions, and the rejection of moving objects (vehicles, pedestrians, etc.). This thesis proposes a method for rejecting false matches based on the a contrario methodology. The mathematical consistency of this rejection method will be shown and it will be validated on exact simulated pairs, on ground truths provided by CNES, and pairs of classical benchmark (Middlebury). The reliable accepted matches reach a 40% to 90% density in the tested pairs. The second issue is the accuracy. Indeed, the type of considered stereoscopy requires a very low baseline between the two views, which are visually almost identical. To get a proper relief, an extremely accurate shift must be estimated, and the noise level that allows this accuracy must be calibrated. In this thesis a subpixel disparity estimation method is proposed, which will be proved optimal by experimental and mathematical arguments. These results extend and improve the results obtained by the CNES method MARC. In particular, it will be shown on the Middlebury benchmark that the theoretical accuracy allowed by the noise exactly corresponds to the accuracy obtained on the reliable matches. Although these results are obtained within the framework of a specific acquisition system (low baseline stereoscopy on aerial or satellite images), all results are used in a general stereo framework, as shown in many experiments.
Cette thèse se situe dans le cadre du projet MISS (Mathématiques de l'Imagerie Stéréoscopique Spatiale) monté par le CNES en collaboration avec plusieurs laboratoires universitaires en 2007. Ce projet se donne l'objectif ambitieux de modéliser un satellite stéréoscopique, prenant deux vues non simultanées mais très rapprochées de la Terre en milieu urbain. Son but principal est d'obtenir une chaîne automatique de reconstruction urbaine à haute résolution à partir de ces deux vues. Ce projet se heurte toutefois à des problèmes de fond que la présente thèse s'attache à résoudre. Le premier problème est le rejet des matches qui pourraient se produire par hasard, notamment dans les zones d'ombres ou d'occlusion, et le rejet également des mouvements au sol (véhicules, piétons, etc.). La thèse propose une méthode de rejet de faux matches basée sur la méthodologie dite a contrario. On montre la consistance mathématique de cette méthode de rejet, et elle est validée sur des paires simulées exactes, sur des vérités terrain fournies par le CNES, et sur des paires classiques de benchmark (Middlebury). Les matches fiables restants représentent entre 40% et 90% des pixels selon les paires testées. Le second problème de fond abordé est la précision. En effet le type de stéréoscopie envisagé exige un très faible angle entre les deux vues, qui sont visuellement presque identiques. Pour obtenir un relief correct, il faut effectuer un recalage extrêmement précis, et calibrer le niveau de bruit qui permet un tel recalage. La thèse met en place une méthode de recalage subpixélien, qui sera démontrée être optimale par des arguments mathématiques et expérimentaux. Ces résultats étendent et améliorent les résultats obtenus au CNES par la méthode MARC. En particulier, il sera montré sur les images de benchmark Middlebury que la précision théorique permise par le bruit correspond bien à celle obtenue sur les matches fiables. Bien que ces résultats soient obtenus dans le cadre d'un dispositif d'acquisition précis (stéréoscopie aérienne ou satellitaire à faible angle), tous les résultats sont utilisables en stéréoscopie quelconque, comme montré dans beaucoup d'expériences.
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Dates and versions

tel-00505143 , version 1 (22-07-2010)

Identifiers

  • HAL Id : tel-00505143 , version 1

Cite

Neus Sabater. Fiabilité et précision en stéréoscopie : application à l'imagerie aérienne et satellitaire à haute résolution. Mathématiques [math]. École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00505143⟩
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