An isolated wing-tip vortex from a square-tipped NACA 0012 wing at an angle of attack of 5 degrees was studied in a water tunnel at a chord based Reynolds number of approximately 24000. Measurements were taken using stereo particle image velocimetry at three measurement planes downstream of the wing under each of three freestream turbulence conditions. The amplitude of wandering of the vortex axis increased with increasing distance downstream of the wing and with increasing freestream turbulence intensity. The magnitude of the peak azimuthal velocity decreased with increasing distance from the wing as well as with increases in the freestream turbulence intensity. The streamwise velocity in the vortex core was less than the freestream velocity in all cases. Time resolved histories of the instantaneous waveform shape and location of the vortex axis were determined from sequences of images of fluorescent dye released from the wing.

Die Dissertation beschäftigt sich mit Labeling Problemen. Dieses Forschungsgebiet bildet einen wichtigen Teil der strukturellen Mustererkennung, in der die Struktur des zu erkennenden Objektes explizit berücksichtigt wird. Die entwickelte Theorie wird auf die Aufgabe der Stereorekonstruktion angewendet. / The thesis studies the class of labeling problems. This theory contributes to the new stream in pattern recognition in which structure is explicitly taken into account. The developed theory is applied to practical problem of stereo reconstruction.

The main goal of this master’s thesis was get up used methods for observation the stereoscopic scene with one couple of cameras and find out good solving for processing these resulting pictures for two-view and multiple-view autostereoscopic displays for three-dimensional perception. For methods for acquisition video was introduced two methods. They were method “Off-axis” with parallel camera axis and method “Toe in” with intersections axis. For fit method was choice the method named as “Off-axis“. It was not produces the vertical parallax and in detail was in this work described principle of this method. Further were describe principles off used methods for three-dimensional perception namely from the oldest method named anaglyph after methods for viewing at autostereoscopic displays. The Autostereoscopic displays were main goal of this thesis and so their principles were described in details. For production the result image for autostereoscopic displays was used generation intermediate images between left and right camera. Resulting videos were acquisition for testing scene in created in 3D studio Blender, where was possible setting system of cameras exactly parallel axis. Then were introduce principles processing video where was extract from the couple of cameras where were connected to PC for help digitizing card and next time with two web cameras. Here is not guaranteed exact parallel axis system. Therefore this work try for real cameras achieve exactly parallel axis system by the help of transformations of frames with stereo rectification. Stereo rectification was solving with OpenCV libraries and was used two methods. Both methods work from principles epipolar geometry that was described in this work also in detail. First method rectifies pictures on the basis fundamental matrix and found correspondences points in two images of the scene and second method rectifies pictures from knowledge intrinsic and extrinsic parameters of stereoscopic system of cameras. In the end of this work was described application for implementation introduced methods.

Dans le cadre de systèmes d’aide à la conduite, nous avons contribué aux approches de stéréovision pour l’extraction de contour, la mise en correspondance des images stéréoscopiques et la détection de véhicules. L’extraction de contour réalisée est basée sur le concept declivity line que nous avons proposé. La declivity line est construite en liant des déclivités selon leur position relative et similarité d’intensité. L’extraction de contour est obtenue en filtrant les declivity lines construites basées sur leurs caractéristiques. Les résultats expérimentaux montrent que la declivity lines méthode extrait plus de l’informations utiles comparées à l’opérateur déclivité qui les a filtrées. Des points de contour sont ensuite mis en correspondance en utilisant la programmation dynamique et les caractéristiques de declivity lines pour réduire le nombre de faux appariements. Dans notre méthode de mise en correspondance, la declivity lines contribue à la reconstruction détaillée de la scène 3D. Finalement, la caractéristique symétrie des véhicules sont exploitées comme critère pour la détection de véhicule. Pour ce faire, nous étendons le concept de carte de symétrie monoculaire à la stéréovision. En conséquence, en effectuant la détection de véhicule sur la carte de disparité, une carte de symétrie (axe; largeur; disparity) est construite au lieu d’une carte de symétrie (axe; largeur). Dans notre concept, des obstacles sont examinés à différentes profondeurs pour éviter la perturbation de la scène complexe dont le concept monoculaire souffre. / In the framework of driving assistance systems, we contributed to stereo vision approaches for edge extraction, matching of stereoscopic pair of images and vehicles detection. Edge extraction is performed based on the concept of declivity line we introduced. Declivity line is constructed by connecting declivities according to their relative position and intensity similarity. Edge extraction is obtained by filtering constructed declivity lines based on their characteristics. Experimental results show that declivity line method extracts additional useful information compared to declivity operator which filtered them out. Edge points of declivity lines are then matched using dynamic programming, and characteristics of declivity line reduce the number of false matching. In our matching method, declivity line contributes to detailed reconstruction of 3D scene. Finally, symmetrical characteristic of vehicles are exploited as a criterion for their detection. To do so, we extend the monocular concept of symmetry map to stereo concept. Consequently, by performing vehicle detection on disparity map, a (axis; width; disparity) symmetry map is constructed instead of an (axis; width) symmetry map. In our stereo concept, obstacles are examined at different depths thus avoiding disturbance of complex scene from which monocular concept suffers.

<div>In this thesis, the design and implementation of an autonomous system that will equip a multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) for visual detection and tracking of other UAVs is presented. The results from detection and tracking are used for real-time motion planning.</div><div><br></div><div>The goal is to effectively detect unwanted UAVs, track them and finally capture them with a net. Having a net that traps the UAVs and enables dragging intruders to another location is of great importance, since these could be carrying dangerous loads.</div><div><br></div><div>The project consists of three main tasks: object detection using a stereo camera, video tracking using a Kalman filter based algorithm, and lastly executing an optimal flight plan to aim a net at the detected intruder UAV. The computer vision, motion tracking and planning algorithms are implemented as ROS nodes what makes them executable on a reduced size onboard computer that is installed on the aerial vehicle.</div><div><br></div><div>Previous work related to this project consists of either a UAV detection system with computationally heavy algorithms or a tracking algorithm that does not include information about the dynamics of the UAVs. For the capture methods, previous ideas do not consider autonomous decisions or an optimized method to guarantee capture. In this thesis, these three aspects are considered to develop a simple solution that can be mounted on any commercially available UAV.</div>

De nos jours, les réseaux de capteurs multimédia sans fils sont prometteurs pour différentes applications et domaines, en particulier avec le développement de l’IoT et des capteurs de caméra efficaces et bon marché. La stéréo vision est également très importante pour des objectifs multiples comme la Cinématographie, les jeux, la Réalité Virtuelle, la Réalité Augmentée, etc. Cette thèse vise à développer un système de reconstruction de scène en 3D prouvant l’utilisation de cartes de disparités stéréoscopiques multi-angles dans le contexte des réseaux de capteurs multimedia. Notre travail peut être divisé en trois parties. La première se concentre sur l’étude de toutes les applications, composants, topologies, contraintes et limitations de ces réseaux. En plus, les méthodes de calcul de disparité de vision stéréoscopique afin de choisir la ou les meilleures méthodes pour réaliser une reconstruction en 3D sur le réseau à faible coût en termes de complexité et de consommation d’énergie. Dans la deuxième partie, nous expérimentons et simulons différents calculs de cartes de disparités sur quelques nœuds en changeant les scénarios (intérieur et extérieur), les distances de couverture, les angles, le nombre de nœuds et les algorithmes. Dans la troisième partie, nous proposons un modèle de réseau basé sur l’arbre pour calculer des cartes de disparités précises sur des nœuds de capteurs de caméra multicouches qui répond aux besoins du serveur pour faire une reconstruction de scène 3D de la scène ou de l’objet d’intérêt. Les résultats sont acceptables et assurent la preuve du concept d’utilisation des cartes de disparités dans le contexte des réseaux de capteurs multimédia. / Nowadays, the WMSNs are promising for different applications and fields, specially with the development of the IoT and cheap efficient camera sensors. The stereo vision is also very important for multiple purposes like Cinematography, games, Virtual Reality, Augmented Reality, etc. This thesis aim to develop a 3D scene reconstruction system that proves the concept of using multiple view stereo disparity maps in the context of WMSNs. Our work can be divided in three parts. The first one concentrates on studying all WMSNs applications, components, topologies, constraints and limitations. Adding to this stereo vision disparity map calculations methods in order to choose the best method(s) to make a 3d reconstruction on WMSNs with low cost in terms of complexity and power consumption. In the second part, we experiment and simulate different disparity map calculations on a couple of nodes by changing scenarios (indoor and outdoor), coverage distances, angles, number of nodes and algorithms. In the third part, we propose a tree-based network model to compute accurate disparity maps on multi-layer camera sensor nodes that meets the server needs to make a 3d scene reconstruction of the scene or object of interest. The results are acceptable and ensure the proof of the concept to use disparity maps in the context of WMSNs.

The demand for robots to work in environments together with humans is growing. This calls for new requirements on robots systems, such as the need to be perceived as responsive and accurate in human interactions. This thesis explores the possibility of using AI methods to predict the movement of a human and evaluating if that information can assist a robot with human interactions. The AI methods that were used is a Long Short Term Memory(LSTM) network and an artificial neural network(ANN). Both networks were trained on data from a motion capture dataset and on four different prediction times: 1/2, 1/4, 1/8 and a 1/16 second. The evaluation was performed directly on the dataset to determine the prediction error. The neural networks were also evaluated on a robotic arm in a simulated environment, to show if the prediction methods would be suitable for a real-life system. Both methods show promising results when comparing the prediction error. From the simulated system, it could be concluded that with the LSTM prediction the robotic arm would generally precede the actual position. The results indicate that the methods described in this thesis report could be used as a stepping stone for a human-robot interactive system.

Cette thèse étudie les problèmes posés par l’estimation automatique de modèles numériques d’élévation de la surface terrestre à partir de photographies prises par des satellites. Ce travail a bénéficié d’une collaboration avec le CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) sur le développement d’outils de vision stéréoscopique pour Pléiades, le premier satellite d’observation de la Terre capable de produire des paires ou triplets d’images quasi-simultanées. Le premier chapitre de la thèse décrit un modèle simplifié de caméra pushbroom destiné aux satellites d’observation de la Terre, et aborde le problème de la correction des données de calibration en faisant intervenir des mesures externes. Ce chapitre propose un nouvel algorithme pour affiner les paramètres d’orientation du satellite à partir d’un jeu de points de contrôle. Il est utilisable pour tous les satellites munis de caméras pushbroom. Dans le but d’appliquer aux images satellitaires les nombreux algorithmes de mise en correspondance stéréoscopique développés en traitement d’images et en vision par ordinateur, le deuxième chapitre explore l’adaptation de la théorie de la rectification épipolaire aux images prises par des caméras pushbroom. La rectification épipolaire est utilisée habituellement pour réduire la complexité du problème de mise en correspondance stéréoscopique, et permet d’appliquer les algorithmes les plus récents à des images satellitaires. Le chapitre suivant étudie les effets des erreurs de calibration géométrique sur la rectification et propose une méthode pour éliminer leur impact sur la mise en correspondance. Le quatrième chapitre décrit et analyse en détails une implémentation de l’algorithme Semi-Global Matching (SGM), classé actuellement parmi les meilleurs algorithmes de mise en correspondance stéréoscopique. En se fondant sur une réinterprétation récente de SGM, ce chapitre en propose une variante qui permet de réduire d’un facteur cinq son écart en énergie par rapport aux algorithmes de référence pour la minimisation de champs aléatoires de Markov. En assemblant les blocs algorithmiques décrits dans les chapitres précédents, le cinquième chapitre décrit S2P, une chaîne stéréoscopique complète qui produit des modèles numériques d’élévation à partir d’images satellitaires. Un modèle d’évolution de paysage est présenté dans le sixième chapitre comme exemple d’application. Le modèle est utilisé pour simuler numériquement la structure fine du réseau hydrographique sur des modèles numériques d’élévation obtenus à partir d’images prises par Pléiades. Le code source de la chaîne S2P2 est distribué en tant que logiciel open source. Afin d’assurer la reproductibilité des résultats obtenus, les algorithmes implémentés dans S2P sont en cours de publication dans le journal IPOL, accompagnés de descriptions et d’analyses détaillées, de codes sources documentés et de démonstrateurs en ligne. / This thesis deals with the problem of computing accurate digital elevationmodels of the Earth's surface from optical images taken by pushbroomobservation satellites. It takes advantage of the collaboration of thedefendant with CNES (the French Space Agency) on the development ofstereo vision tools for Pléiades, the first Earth observation satelliteproducing quasi simultaneous stereo pairs or triplets with small baseline.The first chapter describes a simple pushbroom camera model for observationsatellites orbiting around the Earth and addresses the correction of theacquisition geometry by involving extrinsic information. This chapter proposesa new algorithm to refine the orientation parameters from a set of groundcontrol points, applicable to all pushbroom satellites.With the goal of testing for satellite imaging the thriving exploration ofstereo matching by the computer vision community, the second chapter exploresthe adaptation of the theory of epipolar resampling to pushbroom images.Epipolar resampling is traditionally used in stereo to reduce the matchingcomputational cost, and permits to test for satellite imaging the mostcompetitive computer vision algorithms. The third chapter discusses the effectsof geometric calibration inaccuracies and proposes a method to cancel itsimpact on stereo matching.The fourth chapter analyzes and describes a detailed implementation of theSemi-Global Matching (SGM) algorithm, which is currently among the top-rankedstereo vision algorithms. Based on a recently proposed interpretation of SGM asa min-sum Belief Propagation algorithm, a variant is proposed that allows toreduce by a factor five the energy gap of SGM with respect to referencealgorithms for Markov Random Fields with truncated smoothness terms.By wrapping together the algorithmic blocks described in the previous chapters,the fifth chapter describes S2P, a complete stereo pipeline for producingdigital elevation models from satellite images. As an application, a landscapeevolution model is presented in the sixth chapter. The model is used tosimulate numerically the fine structure of the river networks on digitalelevation models obtained from Pléiades Earth observation images.The source code of the S2P stereo pipeline is distributed as open source. Toensure reproducibility, the algorithms implemented in each step of the S2Ppipeline are submitted to the IPOL journal, with detailed descriptions of thealgorithms, documented source codes and online demonstrations for each block ofthe pipeline.

Cette thèse étudie la précision en vision stéréo, les méthodes de détection dites a contrario et en présente une application à l'imagerie satellitaire. La première partie a été réalisée dans le cadre du projet DGA-ANR-ASTRID "STÉRÉO". Son but est de définir les limites effectives des méthodes de reconstruction stéréo quand on contrôle toute la chaîne d’acquisition à la précision maximale, que l’on acquiert des paires stéréo en rapport B/H très faible et sans bruit. Pour valider ce concept, nous créons des vérités terrains très précises en utilisant un rendeur. En gardant les rayons calculés durant le rendu, nous avons une information très dense sur la scène 3D. Ainsi nous créons des cartes d'occultations, de disparités dont l'erreur de précision est inférieure à 10e-6. Nous avons mis à la disposition de la communauté de recherche des images de synthèse avec un SNR supérieur à 500 : un ensemble de 66 paires stéréo dont le B/H varie de1/2500 à 1/50. Pour évaluer les méthodes de stéréo sur ce nouveau type de données, nous proposons des métriques calculant la qualité des cartes de disparités estimées, combinant la précision et la densité des points dont l'erreur relative est inférieure à un certain seuil. Nous évaluons plusieurs algorithmes représentatifs de l'état de l'art, sur les paires créées ainsi sur les paires de Middlebury, jusqu'à leurs limites de fonctionnement. Nous confirmons par ces analyses, que les hypothèses théoriques sur le bien-fondé du faible B/H en fort SNR sont valides, jusqu'à une certaine limite que nous caractérisons. Nous découvrons ainsi que de simples méthodes de flux optique pour l'appariement stéréo deviennent plus performantes que des méthodes variationnelles discrètes plus élaborées. Cette conclusion n'est toutefois valide que pour des forts rapports signal à bruit. L'exploitation des données denses nous permet de compléter les vérités terrain par une détection très précise des bords d'occultation. Nous proposons une méthode de calcul de contours vectoriels subpixéliens à partir d'un nuage de points très dense, basée sur des méthodes a contrario de classification de pixels. La seconde partie de la thèse est dédiée à une application du flot optique subpixélien et des méthodes a contrario pour détecter des nuages en imagerie satellitaire. Nous proposons une méthode qui n'exploite que l'information visible optique. Elle repose sur la redondance temporelle obtenue grâce au passage répété des satellites au-dessus des mêmes zones géographiques. Nous définissons quatre indices pour séparer les nuages du paysage : le mouvement apparent inter-canaux, la texture locale, l'émergence temporelle et la luminance. Ces indices sont modélisés dans le cadre statistique des méthodes a contrario qui produisent un NFA (nombre de fausses alarmes pour chacun). Nous proposons une méthode pour combiner ces indices et calculer un NFA beaucoup plus discriminant. Nous comparons les cartes de nuages estimées à des vérités terrain annotées et aux cartes nuageuses produites par les algorithmes liés aux satellites Landsat-8 etSentinel-2. Nous montrons que les scores de détection et de fausses alarmes sont supérieurs à ceux obtenus avec ces algorithmes, qui pourtant utilisent une dizaine de bandes multi-spectrales. / This thesis studies the accuracy in stereo vision, detection methods calleda contrario and presents an application to satellite imagery. The first part was carried out within the framework of the project DGA-ANR-ASTRID"STEREO". His The aim is to define the effective limits of stereo reconstruction when controlling the entire acquisition chain at the maximum precision, that one acquires stereo pairs in very low baseline and noise-free. To validate thisconcept, we create very precise ground truths using a renderer. By keeping the rays computed during rendering, we have very dense information on the 3Dscene. Thus we create occultation and disparity maps whose precision error is less than 10e-6. We have made synthetic images available to the research community with an SNR greater than 500: a set of 66 stereo pairs whoseB/H varies from 1/2500 to 1/50. To evaluate stereo methods onthis new type of data, we propose metrics computing the quality of the estimated disparity maps, combining the precision and the density of the points whose relative error is less than a certain threshold. We evaluate several algorithmsrepresentative of the state of the art, on the pairs thus created and on theMiddlebury pairs, up to their operating limits. We confirm by these analyzesthat the theoretical assumptions about the merit of the low B/H in highSNR are valid, up to a certain limit that we characterize. We thus discover that simple optical flow methods for stereo matching become more efficient than more sophisticated discrete variational methods. This conclusion, however, is only valid for high signal-to-noise ratios. The use of the dense data allows us to complete the ground truths a subpixel detection of the occlusion edges. We propose a method to compute subpixel vector contours from a very dense cloud ofpoints, based on pixel classification a contrario methods. The second part of the thesis is devoted to an application of the subpixelian optical flowand a contrario methods to detect clouds in satellite imagery. We propose a method that exploits only visible optical information. It is based onthe temporal redundancy obtained by the repeated passages of the satellites overthe same geographical zones. We define four clues to separate the clouds fromthe landscape: the apparent inter-channel movement, Local texture, temporal emergence and luminance. These indices are modeled in the statistical framework of a contrario methods which produce an NFA (number of false alarms for each). We propose a method for combining these indices and computing a much more discriminating NFA. We compare the estimated cloud maps to annotated ground truths and the cloud maps produced by the algorithms related to the Landsat-8and Sentinel-2 satellites. We show that the detection and false alarms scores are higher than those obtained with these algorithms, which however use a dozen multi-spectral bands.

L'analyse du comportement des assemblages poteau-poutre en béton armé ainsi que leur influence sur la résistance de l'ensemble de la structure sous chargement cyclique ou sismique a fait l'objet de plusieurs investigations ces dernières années. Toutefois, le comportement de cette partie de structure reste loin d'être maitrisé à cause de la complexité de cet assemblage qui fait intervenir plusieurs phénomènes physiques, et à cause du manque de données expérimentales. Ce travail a pour but de mettre en place et fournir une base de données expérimentales fiable et dense dont la vocation est de donner accès à un benchmark expérimental pour permettre la modélisation et la validation du comportement de ces assemblages. / The behavior of reinforced concrete beam-column joints and their influence on the strength of the structures under cyclic or seismic loadings has been the subject of several investigations in recent years. However, the behavior of that part of the structure remains far from being mastered due to the complexity of the assembly involving several physical phenomena and due to the lack of exhaustive experimental data. This work aims to implement and provide a reliable and dense experimental database whose vocation is to provide access to an experimental benchmark to enable the modeling and validation of the behavior of these assemblies.