Avec le développement de différents capteurs et des dispositifs, l'informatique ne se limite plus à la mode bureautique. Cependant, l'interface utilisateur traditionnelle, utilisée sur l'ordinateur de bureau, n'est plus approprié pour l'informatique ubiquitaire. La complexité de l'environnement mobile demande la conception d'interfaces dédiées impliquant des techniques d'entrée et la sortie qui contiennent les nouvelles caractéristiques émergentes au-delà des techniques traditionnelles. L'une des solutions possibles pour permettre l'interaction omniprésente soit le nomadisme, soit la mobilité. Nous proposons trois interfaces liées à ces deux solutions: L'interface fixé dan l'environnement (abréviation de IEI en anglais), interface dépendante de l'environnement (EDI) et Interface Indépendante de l'environnement (EII). Tout d'abord, nous présentons globalement notre approche sur la conception de ces trois interfaces innovantes (IEI, EDI et EII), leurs configurations portées (dispositif d'affichage portée sur les lunettes plus caméra et dispositif d'affichage pico-projecteur plus caméra), des exemples réels d'utilisation et une évaluation préliminaire des techniques d'entrée de sélection pour prouver la faisabilité de nos prototypes. Par la suite, nous proposons sur les dispositifs portées, et seule les EDI et les EII seraient étudié plus en détail. Afin de concrétiser l'EDI et l'EII, nous proposons un continuum allant de l'interface physique, l'interface mixte physique-numérique, jusqu'à l'interface totalement numérique. Basé sur l'interface physique, nous proposons le système MobilePaperAccess qui sur le dispositif d'affichage portée sur les lunettes plus caméra permettant l'accès à l'information numérique à partir d'une interface imprimé du papier. Ce système est conçu pour valider nos concepts de l'EDI et de l'EII. Les deux types d'interfaces (EDI et EII) et trois techniques d'entrée (doigt, masque et carnet) ont été évaluées par les méthodes quantitatives et qualitatives avec ce système. Basé sur l'interface numérique projetée multi-échelle, le système PlayAllAround est sur dispositif d'affichage pico-projecteur plus caméra, et il pouvoir fournir un affichage à différentes tailles, à la plus petite, individuelle et portée, à la plus grande, partageable et publique. Pour la conception de ce système, nous proposons une décomposition de l'interface basée sur une de cellule de référence de taille fixé pourrait la mise à l'échelle de l'interface en fonctionne de la taille de projection. Le geste de sélection sur un vol et l'interface multi-échelle ont été évalués avec ce système. Les résultats de nos expériences ont montré que PlayAllAround fonctionne bien avec le geste de sélection sur un vol et l'interface multi-échelle. Pour aller plus loin, nous explorons les gestes de la main, y compris le geste stationnaire, le geste de pincement et le geste de fermeture du poing. Nous employons le geste de pincement et le geste de fermeture du poing comme entrée pour pointer, l'action de glisser-déposer et la action de tracer. Afin de satisfaire aux exigences de l'interaction dans la vie quotidienne, nous étudions comment l'utilisateur peut interagir avec ces gestes à l'arrêt ou en marchant. Nous comparons les interactions du geste de sélection sur un vol et geste de pincement dans trois situations que debout, assis et en marchant. En outre, l'évaluation de l'interface projetée, ainsi que la satisfaction sur le fonctionnement de la configuration porté sur la tête a été faite et discutée. Enfin, le long du continuum, nous continuons à étudier sur l'interface mixte par un dispositif pico-projecteur plus caméra dans le but de concrétiser les concepts de l'EDI et de l'EII. L'interface mixte contient une partie physique basée sur des marqueurs d'ARToolkit et une partie numérique projetée. Comme l'écran de projection est une méthode alternative pour afficher plus d'information sans aucun support physique, l'interface mixte a la capacité de contenir davantage d'informations ainsi que de fournir plus de choix dynamiques par rapport à l'interface physique seul. En conclusion, dans cette thèse, nous avons étudié de manière théorique, la conception innovante, et nous avons proposons les prototypes concrètes et les avons évalués par les deux études quantitatives et qualitatives avec des utilisateurs. Plus généralement, ce travail est une étude multi-facette sur les interfaces portées innovantes, ainsi que les techniques avancées d'entrée et de sortie, ce qui ouvre des prospectives pour futures recherches sur les interfaces portées.

Avec le développement de différents capteurs et des dispositifs, l'informatique ne se limite plus à la mode bureautique. Cependant, l'interface utilisateur traditionnelle, utilisée sur l'ordinateur de bureau, n'est plus approprié pour l'informatique ubiquitaire. La complexité de l'environnement mobile demande la conception d'interfaces dédiées impliquant des techniques d'entrée et la sortie qui contiennent les nouvelles caractéristiques émergentes au-delà des techniques traditionnelles. L'une des solutions possibles pour permettre l'interaction omniprésente soit le nomadisme, soit la mobilité. Nous proposons trois interfaces liées à ces deux solutions: L'interface fixé dan l'environnement (abréviation de IEI en anglais), interface dépendante de l'environnement (EDI) et Interface Indépendante de l'environnement (EII). Tout d'abord, nous présentons globalement notre approche sur la conception de ces trois interfaces innovantes (IEI, EDI et EII), leurs configurations portées (dispositif d'affichage portée sur les lunettes plus caméra et dispositif d'affichage pico-projecteur plus caméra), des exemples réels d'utilisation et une évaluation préliminaire des techniques d'entrée de sélection pour prouver la faisabilité de nos prototypes. Par la suite, nous proposons sur les dispositifs portées, et seule les EDI et les EII seraient étudié plus en détail. Afin de concrétiser l'EDI et l'EII, nous proposons un continuum allant de l'interface physique, l'interface mixte physique-numérique, jusqu'à l'interface totalement numérique. Basé sur l'interface physique, nous proposons le système MobilePaperAccess qui sur le dispositif d'affichage portée sur les lunettes plus caméra permettant l'accès à l'information numérique à partir d'une interface imprimé du papier. Ce système est conçu pour valider nos concepts de l'EDI et de l'EII. Les deux types d'interfaces (EDI et EII) et trois techniques d'entrée (doigt, masque et carnet) ont été évaluées par les méthodes quantitatives et qualitatives avec ce système. Basé sur l'interface numérique projetée multi-échelle, le système PlayAllAround est sur dispositif d'affichage pico-projecteur plus caméra, et il pouvoir fournir un affichage à différentes tailles, à la plus petite, individuelle et portée, à la plus grande, partageable et publique. Pour la conception de ce système, nous proposons une décomposition de l'interface basée sur une de cellule de référence de taille fixé pourrait la mise à l'échelle de l'interface en fonctionne de la taille de projection. Le geste de sélection sur un vol et l'interface multi-échelle ont été évalués avec ce système. Les résultats de nos expériences ont montré que PlayAllAround fonctionne bien avec le geste de sélection sur un vol et l'interface multi-échelle. Pour aller plus loin, nous explorons les gestes de la main, y compris le geste stationnaire, le geste de pincement et le geste de fermeture du poing. Nous employons le geste de pincement et le geste de fermeture du poing comme entrée pour pointer, l'action de glisser-déposer et la action de tracer. Afin de satisfaire aux exigences de l'interaction dans la vie quotidienne, nous étudions comment l'utilisateur peut interagir avec ces gestes à l'arrêt ou en marchant. Nous comparons les interactions du geste de sélection sur un vol et geste de pincement dans trois situations que debout, assis et en marchant. En outre, l'évaluation de l'interface projetée, ainsi que la satisfaction sur le fonctionnement de la configuration porté sur la tête a été faite et discutée. Enfin, le long du continuum, nous continuons à étudier sur l'interface mixte par un dispositif pico-projecteur plus caméra dans le but de concrétiser les concepts de l'EDI et de l'EII. L'interface mixte contient une partie physique basée sur des marqueurs d'ARToolkit et une partie numérique projetée. […] / With the development of a wide variety of sensors and devices, computing is no longer limited to the desktop mode. However, the traditional user interface, used on the desktop computer, is no longer appropriate for ubiquitous computing. A sophisticated mobile environment re-quires dedicated design of interfaces, involving input and output techniques with new emerging features that go far beyond the capacities of traditional techniques. One of the solutions to enable ubiquitous interaction and end limitation of the desktop mode is nomadism, while another is mobility. We propose three interfaces related to these two solutions: In-environment interface (IEI), Environment Dependent Interface (EDI), and Environment Independent Interface (EII). We exclude IEI and mainly focus on wear-able interaction. This thesis aims to investigate research issues involved in the design, implementation and evaluation of EDI and EII. It presents our design approach to these three innovative interfaces (IEI, EDI and EII), their wear-able configurations (camera-glasses device unit and cam-era-projector device unit), real examples of use (including the Research Team Interaction Scenario), and both the quantitative and qualitative user studies and evaluations to prove the feasibility and usability of our prototypes. Our work is a many-sided investigation on innovative wearable interfaces, as well as input and output techniques, which will pave the way for future research into wearable interfaces.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet national nommé SRDViand dont le but fut de développer un système robotisé pour le désossage et la découpe des animaux de boucherie. Afin de déterminer les trajectoires de découpe de manière intelligente, un système de lumière structurée a été développé. Il se réfère à des systèmes de vision qui utilisent des modèles de projection de lumière pour des tâches de reconstruction 3D. Afin d'obtenir les meilleurs résultats, la définition d'une nouvelle méthode d'étalonnage pour les systèmes de lumière structurée a été établie. Basé sur un large état de l'art et également sur la proposition d'une classification de ces méthodes, il a été proposé d'étalonner une paire caméra projecteur en utilisant l'asservissement visuel. La validité et les résultats de cette méthode ont été éprouvés sur la base de nombreux tests expérimentaux menés dans le cadre du projet SRDViand. Suite à l'élaboration de cette méthode, un prototype permettant la découpe des bovins a été réalisé. / This thesis is part of a national project named SRDViand whose aim was to develop a robotic system for the deboning and cutting of animals meat. To determine the cut paths, a structured light system has been developed. It refers to vision systems that use light projection models for 3D reconstruction tasks. To achieve best results, the definition of a new calibration method for structured light systems was established . Based on a large state of the art and also with a proposed classification of these methods, it has been proposed to calibrate a camera projector pair using visual servoing . The validity and the results of this method were tested on the basis of numerous experimental tests conducted under the SRDViand project. Following the development of this method, a prototype bovine cutting was performed .

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-03-02T14:44:36Z No. of bitstreams: 1 rogercorreiapinheirosilva.pdf: 22838442 bytes, checksum: 0bd115f462fc7572058a542e9ed91fcc (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-03-06T19:52:42Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rogercorreiapinheirosilva.pdf: 22838442 bytes, checksum: 0bd115f462fc7572058a542e9ed91fcc (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-06T19:52:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rogercorreiapinheirosilva.pdf: 22838442 bytes, checksum: 0bd115f462fc7572058a542e9ed91fcc (MD5) Previous issue date: 2011-08-26 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Um sistema câmera-projetor é capaz de capturar informação geométrica tridimensional de objetos e ambientes do mundo real. A captura de geometria em tal sistema baseia-se na projeção de luz estruturada sobre um objeto através do projetor, e na captura da cena modulada através da câmera. Com o sistema previamente calibrado, a deformação da luz projetada causada pelo objeto fornece a informação necessária para reconstruir a geometria do mesmo por meio de triangulação. Este trabalho descreve o desenvolvimento de um digitalizador câmera-projetor de alta definição (com resoluções de até 1920x1080 e 1280x720); são detalhadas as etapas e processos que conduzem à reconstrução de geometria, como calibração câmera-projetor, calibração de cores, processamento da imagem capturada e triangulação. O digitalizador desenvolvido utiliza a codificação de luz estruturada (b; s)-BCSL, que emprega a projeção de uma sequência de faixas verticais coloridas sobre a cena. Este esquema de codificação flexível oferece um número variado de faixas para projeção: quanto maior o número de faixas, mais detalhada a geometria capturada. Um dos objetivos deste trabalho é estimar o número limite de faixas (b,s)-BCSL possível dentro das resoluções atuais de vídeo de alta definição. Este número limite é aquele que provê reconstrução densa da geometria alvo, e ao mesmo tempo possui baixo nível de erro. Para avaliar a geometria reconstruída pelo digitalizador para os diversos números de faixas, é proposto um protocolo para avaliação de erro. O protocolo desenvolvido utiliza planos como objetos para mensurar a qualidade de reconstrução geométrica. A partir da nuvem de pontos gerada pelo digitalizador, a equação do plano para a mesma é estimada por meio de mínimos quadrados. Para um número fixo de faixas, são feitas cinco digitalizações independentes do plano: cada digitalização leva a uma equação; também é computado o plano médio, estimado a partir da união das cinco nuvens de pontos. Uma métrica de distância no espaço projetivo é usada para avaliar a precisão e a acurácia de cada número de faixas projetados. Além da avaliação quantitativa, a geometria de vários objetos é apresentada para uma avaliação qualitativa. Os resultados demonstram que a quantidade de faixas limite para vídeos de alta resolução permite uma grande densidade de pontos mesmo em superfícies com alta variação de cores. / A camera-projector system is capable of capturing three-dimensional geometric information of objects and real-world environments. The capture of geometry in such system is based on the projection of structured light over an object by the projector, and the capture of the modulated scene through the camera. With a calibrated system, the deformation of the projected light caused by the object provides the information needed to reconstruct its geometry through triangulation. The present work describes the development of a high definition camera-projector system (with resolutions up to 1920x1080 and 1280x720). The steps and processes that lead to the reconstruction of geometry, such as camera-projector calibration, color calibration, image processing and triangulation, are detailed. The developed scanner uses the (b; s)-BCSL structured light coding, which employs the projection of a sequence of colored vertical stripes on the scene. This coding scheme offers a flexible number of stripes for projection: the higher the number of stripes, more detailed is the captured geometry. One of the objectives of this work is to estimate the limit number of (b; s)-BCSL stripes possible within the current resolutions of high definition video. This limit number is the one that provides dense geometry reconstruction, and at the same has low error. To evaluate the geometry reconstructed by the scanner for a different number of stripes, we propose a protocol for error measurement. The developed protocol uses planes as objects to measure the quality of geometric reconstruction. From the point cloud generated by the scanner, the equation for the same plane is estimated by least squares. For a fixed number of stripes, five independent scans are made for the plane: each scan leads to one equation; the median plane, estimated from the union of the five clouds of points, is also computed. A distance metric in the projective space is used to evaluate the precision and the accuracy of each number of projected stripes. In addition to the quantitative evaluation, the geometry of many objects are presented for qualitative evaluation. The results show that the limit number of stripes for high resolution video allows high density of points even on surfaces with high color variation.

This thesis falls into a field of user interface design. It focuses on tangible user interfaces which utilize a camera and projector to augment physical objects with a digital information. It also includes description of calibration of those devices. The primary object of this thesis is the implementation of an augmented user interface for application windows management. The system consists of a stationary camera, overhead projector and movable tangible objects - boards. The boards are equipped with fiducial markers, in order to be tracked in a camera image. The projector displays the conventional desktop onto the table and the tangible objects. For example, application windows can be projected onto some boards, while the windows move and rotate simultaneously with the boards.

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Ce mémoire s'intéresse à la vision par ordinateur appliquée à des projets d'art technologique. Le sujet traité est la calibration de systèmes de caméras et de projecteurs dans des applications de suivi et de reconstruction 3D en arts visuels et en art performatif. Le mémoire s'articule autour de deux collaborations avec les artistes québécois Daniel Danis et Nicolas Reeves. La géométrie projective et les méthodes de calibration classiques telles que la calibration planaire et la calibration par géométrie épipolaire sont présentées pour introduire les techniques utilisées dans ces deux projets. La collaboration avec Nicolas Reeves consiste à calibrer un système caméra-projecteur sur tête robotisée pour projeter des vidéos en temps réel sur des écrans cubiques mobiles. En plus d'appliquer des méthodes de calibration classiques, nous proposons une nouvelle technique de calibration de la pose d'une caméra sur tête robotisée. Cette technique utilise des plans elliptiques générés par l'observation d'un seul point dans le monde pour déterminer la pose de la caméra par rapport au centre de rotation de la tête robotisée. Le projet avec le metteur en scène Daniel Danis aborde les techniques de calibration de systèmes multi-caméras. Pour son projet de théâtre, nous avons développé un algorithme de calibration d'un réseau de caméras wiimotes. Cette technique basée sur la géométrie épipolaire permet de faire de la reconstruction 3D d'une trajectoire dans un grand volume à un coût minime. Les résultats des techniques de calibration développées sont présentés, de même que leur utilisation dans des contextes réels de performance devant public. / This thesis focuses on computer vision applications for technological art projects. Camera and projector calibration is discussed in the context of tracking applications and 3D reconstruction in visual arts and performance art. The thesis is based on two collaborations with québécois artists Daniel Danis and Nicolas Reeves. Projective geometry and classical camera calibration techniques, such as planar calibration and calibration from epipolar geometry, are detailed to introduce the techniques implemented in both artistic projects. The project realized in collaboration with Nicolas Reeves consists of calibrating a pan-tilt camera-projector system in order to adapt videos to be projected in real time on mobile cubic screens. To fulfil the project, we used classical camera calibration techniques combined with our proposed camera pose calibration technique for pan-tilt systems. This technique uses elliptic planes, generated by the observation of a point in the scene while the camera is panning, to compute the camera pose in relation to the rotation centre of the pan-tilt system. The project developed in collaboration with Daniel Danis is based on multi-camera calibration. For this studio theatre project, we developed a multi-camera calibration algorithm to be used with a wiimote network. The technique based on epipolar geometry allows 3D reconstruction of a trajectory in a large environment at a low cost. The results obtained from the camera calibration techniques implemented are presented alongside their application in real public performance contexts.

Ce mémoire s'intéresse à la vision par ordinateur appliquée à des projets d'art technologique. Le sujet traité est la calibration de systèmes de caméras et de projecteurs dans des applications de suivi et de reconstruction 3D en arts visuels et en art performatif. Le mémoire s'articule autour de deux collaborations avec les artistes québécois Daniel Danis et Nicolas Reeves. La géométrie projective et les méthodes de calibration classiques telles que la calibration planaire et la calibration par géométrie épipolaire sont présentées pour introduire les techniques utilisées dans ces deux projets. La collaboration avec Nicolas Reeves consiste à calibrer un système caméra-projecteur sur tête robotisée pour projeter des vidéos en temps réel sur des écrans cubiques mobiles. En plus d'appliquer des méthodes de calibration classiques, nous proposons une nouvelle technique de calibration de la pose d'une caméra sur tête robotisée. Cette technique utilise des plans elliptiques générés par l'observation d'un seul point dans le monde pour déterminer la pose de la caméra par rapport au centre de rotation de la tête robotisée. Le projet avec le metteur en scène Daniel Danis aborde les techniques de calibration de systèmes multi-caméras. Pour son projet de théâtre, nous avons développé un algorithme de calibration d'un réseau de caméras wiimotes. Cette technique basée sur la géométrie épipolaire permet de faire de la reconstruction 3D d'une trajectoire dans un grand volume à un coût minime. Les résultats des techniques de calibration développées sont présentés, de même que leur utilisation dans des contextes réels de performance devant public. / This thesis focuses on computer vision applications for technological art projects. Camera and projector calibration is discussed in the context of tracking applications and 3D reconstruction in visual arts and performance art. The thesis is based on two collaborations with québécois artists Daniel Danis and Nicolas Reeves. Projective geometry and classical camera calibration techniques, such as planar calibration and calibration from epipolar geometry, are detailed to introduce the techniques implemented in both artistic projects. The project realized in collaboration with Nicolas Reeves consists of calibrating a pan-tilt camera-projector system in order to adapt videos to be projected in real time on mobile cubic screens. To fulfil the project, we used classical camera calibration techniques combined with our proposed camera pose calibration technique for pan-tilt systems. This technique uses elliptic planes, generated by the observation of a point in the scene while the camera is panning, to compute the camera pose in relation to the rotation centre of the pan-tilt system. The project developed in collaboration with Daniel Danis is based on multi-camera calibration. For this studio theatre project, we developed a multi-camera calibration algorithm to be used with a wiimote network. The technique based on epipolar geometry allows 3D reconstruction of a trajectory in a large environment at a low cost. The results obtained from the camera calibration techniques implemented are presented alongside their application in real public performance contexts.