L’objectivation de produits cosmétiques est une préoccupation importante pour les industriels et pour les consommateurs. La plupart des évaluations demeurent très subjectives du fait de la complexité des phénomènes visuels mis en jeu. Nous proposons d’utiliser les techniques de rendu visuel et de synthèse du visage en 3D pour développer un système d’évaluation quantitative des effets cosmétiques. Cette thèse est composée de trois parties. La première partie présente un dispositif de numérisation 3D du visage humain basé sur une technique de lumière structurée. Le motif prêté est composé de lignes colorées qui sont traitées par bloc et non point par point afin de rendre le système robuste vis-à-vis des conditions d’acquisition. La seconde partie concerne la modélisation de l’interaction lumière-peau basée sur l’approche BSSRDF de Jensen. Ce modèle permet d’extraire des paramètres quantitatifs pour évaluer des propriétés optiques de la peau. Le système d’acquisition 3D du visage est alors complété pour évaluer quantitativement des effets cosmétiques complexes. Une approche plus qualitative par rendu est aussi proposée. La troisième partie est consacrée à l’expérimentation lors d’un essai mené en milieu industriel. Le système se révèle particulièrement efficace pour évaluer quantitativement les effets cosmétiques souvent difficiles à appréhender pour un observateur expert. Cette thèse est valorisée par une proposition de système brevetable pour évaluer des effets cosmétiques complexes. / The objectification of cosmetic products is a major concern for both manufacturers and consumers. Most evaluations methods still very subjective due to the complex visual modifications. We propose to use the techniques of visual rendering and 3D facial synthesis to develop a system of quantitative assessment of cosmetic effects. This thesis consists of three parts. The first part presents a device for human face 3D scanning based on a structured light technique. The projected pattern is composed of colored strips separated by black gaps. Unlikely to the classic approaches, these strips are treated as blocks in the captured image. This procedure makes the proposed system more robust against the variation of the ambient conditions. The second part uses the BSSRDF of Jensen to model the interaction between light and skin. This model allows the extraction of quantitative parameters to assess the optical properties of the skin. The 3D acquisition system is then enhanced in order to be able to quantitatively evaluate the complex effects of the cosmetic product. Another qualitative evaluation approach is also proposed using the 3D rendering. The third part is devoted to experiment results conducted in collaboration with a cosmetic industry. The system is particularly effective to quantitatively evaluate the cosmetic effects which are usually difficult to grasp for an expert observer. Using the work of this thesis a patentable system to evaluate the cosmetic effects is proposed.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Les progrès technologiques ont permis d'abaisser la frontière entre image réelle et image virtuelle à tel point que les différencier devient difficile. Si la réalité virtuelle évolue au rythme des progrès technologiques, la réalité augmentée, passage du virtuel vers le réel, n'en est qu'à ses débuts. Le but de cette thèse est d'assurer la transition entre le monde virtuel et réel grâce à un système procam (projecteur caméra) pour améliorer l'apparence visuelle d'un objet. La position de l'objet est estimée en projetant une mire codée pour déterminer des points de correspondance entre les caméras et le projecteur sur un objet sans texture (les détecteurs classiques de points d'intérêt sont inefficaces sur de tels objets). Nous combinons l'étalonnage du système et ces points pour estimer la position 3D de l'objet, et ensuite le recalons avec un modèle de points plus fin, issu d'un scanner ou d'un modèle de CAO. La synthèse de vue est réalisée et l'image synthétisée est projetée sur l'objet. De tels outils permettent de générer des textures virtuelles, temporaires (il suffit d'éteindre le projecteur pour enlever la texture de l'objet), qui peuvent décrire l'usure de la texture ou l'objet sous son apparence d'origine.

La présente thèse a pour objectif d'analyser la lumière structurée non-classique et ses caractéristiques. L'optique quantique et la lumière structurée sont deux sujets qui font l'objet d'examens nombreux. Ils sont néanmoins rarement examinés en combinaison. Les propriétés quantiques de la lumière structurée sont moins bien étudiées qu'ils devraient l'être. Par la lumière structurée nous entendons les champs lumineux qui montrent une structure transverse complexe de l'intensité, la phase ou la polarisation. Nous voulons lier les deux sujets de l'optique quantique et la lumière structurée dans la présente thèse. Dans ce but, nous générons expérimentalement des champs lumineux structurés non-classiques. En particulier, nous réalisons une expérience qui permet de générer des faisceaux vectoriels vectoriels - c'est-à-dire des faisceaux lumineux dont l'état de polarisation présente une structure transverse complexe - qui montrent une réduction du bruit quantique. En outre, nous étudions théoriquement les propriétés spatiales de faisceaux lumineux, ainsi que leur bruit. Plus spécifiquement, nous analysons l'incertitude quantique dans la largeur d'un faisceau lumineux. Pour prouver la faisabilité de la vérification expérimentales de nos résultats théoriques, nous réalisons des simulations pour la mesure de paramètres spatiales utilisant un détecteur mulitpixels. / This thesis aims at learning more about nonclassical structured light. Quantum optics and structured light are two topics that are subject to countless scientific examinations. However, they are very rarely combined and the quantum properties of structured light are not as thoroughly studied as they deserve. By structured light, we mean any light fields with complex transverse distributions of intensity, phase or polarization. We want to link the topics of quantum optics and structured light in this thesis. For this purpose, we experimentally generate particular nonclassical structured light fields. In particular, we construct an experimental setup that enables us, in principle, to produce arbitrary amplitude squeezed vector beams, i.e. light beams with a complex transverse structure of the state of polarization. Furthermore, we analyze spatial properties of light beams, and their quantum noise theoretically. We specifically perform theoretical examinations of the quantum noise in the width of a light beam. To show the feasibility of an experimental verification of our theoretical results, we conduct simulations for the measurement of spatial parameters of a beam's cross-section by a multipixel detector.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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 .

Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour but l'application de la vision en lumière<br />structurée (capteur formé d'une caméra CCD et d'une source lumineuse) à la navigation de robots<br />mobiles. Ceci nous a conduit à étudier différentes techniques et approches de la vision par<br />ordinateur et du traitement des images. Tout d'abord, nous avons passé en revue les principaux<br />types de codage de la lumière structurée et les principales applications qu'elle trouve en robotique,<br />imagerie médicale et métrologie, pour en dégager une problématique quant à l'utilisation qui nous<br />intéresse. En second lieu, nous proposons une méthode de traitement des images en lumière<br />structurée ayant pour objectif l'extraction des segments de l'image et le décodage du motif<br />structurant. Nous détaillons ensuite une méthode de reconstruction tri-dimensionnelle à partir du<br />capteur non-calibré. La projection d'un motif lumineux sur l'environnement impose des contraintes<br />sévères aux techniques d'auto-calibration. Il ressort que la reconstruction doit être effectuée en<br />deux temps, en une seule prise de vue et une seule projection. Nous précisons la méthode de<br />reconstruction projective utilisée pour nos expérimentations et nous donnons une méthode<br />permettant le passage du projectif à l'Euclidien. En profitant des relations géométriques générées<br />par la projection du motif lumineux, nous montrons qu'il est possible de trouver des contraintes<br />Euclidiennes entre les points de la scène, indépendantes des objets de la scène. Nous proposons<br />également une technique de détection d'obstacles quantitative, permettant d'estimer la carte de<br />l'espace libre observé par le robot. Finalement, nous faisons une étude complète du capteur en<br />mouvement et nous en tirons un algorithme permettant d'estimer son déplacement dans<br />l'environnement à partir de la mise en correspondance des plans qui le compose.

La fabrication de pièces manufacturées génère un nombre très important de données de différents types définissant les géométries de fabrication ainsi que la qualité de production. Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de la réalisation d’un système de vision cognitif dédié à l’évaluation d’objets 3D manufacturés incluant éventuellement des surfaces gauches, en tenant compte des tolérances géométriques et des incertitudes. Ce système permet un contrôle exhaustif de pièces manufacturées et offre la possibilité d’une inspection tridimensionnelle automatique de la pièce. La mise en place d’un système de mesures multi-capteurs (passifs et actifs) a permis d’améliorer significativement la qualité d’évaluation par le biais d’une reconstruction tridimensionnelle enrichie de l’objet à évaluer. En particulier, nous avons employé simultanément un système stéréoscopique de vision et un système à projection de lumière structurée afin de reconstruire les contours et les surfaces de différents objets 3D. / Producing industrially manufactured parts generates a very large number of data of various types defining the manufacturing geometries as well as the quality of production. This PhD work has been carried out within the framework of the realization of a cognitive vision system dedicated to the 3D evaluation of manufactured objects including possibly free form surfaces, taking into account the geometric tolerances and uncertainties. This system allows the comprehensive control of manufactured parts, and provides the means for their automated 3D dimensional inspection. The implementation of a multi-sensor (passive and active) measuring system enabled to improve significantly the assessment quality through an enriched three-dimensional reconstruction of the object to be evaluated. Specifically, we made use simultaneously of a stereoscopic vision system and of a structured light based system in order to reconstruct the edges and surfaces of various 3D objects.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mes travaux de recherche concernent essentiellement la vision par ordinateur, ou vision artificielle. Basiquement, je me suis efforcé d'imaginer des dispositifs, d'étudier des algorithmes, d'intégrer des méthodes et techniques connues dans des méthodologies nouvelles, de développer çà et là des aspects théoriques originaux. Je me suis beaucoup intéressé à des systèmes de vision alternatifs comme les systèmes en lumière structurée ou catadioptriques. Ces systèmes permettent d'étudier les techniques usuelles de vision par ordinateur sous un éclairage différent, ils nous obligent à ajuster le problème aux caractéristiques qui leur sont propres ; ils permettent, en quelque sorte, d'appréhender la vision par ordinateur "de biais". J'ai participé, de manière plus marginale, à des travaux sur la chirurgie virtuelle et la reconstruction d'objets transparents qui, chacun à leur manière, sont venus compléter le cadre de ce que sont mes activités de recherche. Ce qui les ont animées tient en une phrase : comment passer d'une image à sa représentation tridimensionnelle ? - et en corollaire : quelles sont les informa- tions dont j'ai besoin pour y parvenir ? comment adapter le capteur, le principe ou la méthode à l'application et comment adapter les traitements au capteur ? Ceci m'a conduit à étudier, en amont, le traitement des images et à m'aventurer parfois dans des domaines qui vont au-delà de mon champ de compétence, comme celui de l'imagerie polarimétrique ou de la physique.