Nous étudions dans cette thèse le problème de reconstruction 3D multi-vue à partir d’une séquence d’images au sol acquises dans des environnements urbains ainsi que la prise en compte d’a priori permettant la préservation de la structure sous-jacente de la géométrie 3D observée, ainsi que le passage à l’échelle de tels processus de reconstruction qui est intrinsèquement délicat dans le contexte de l’imagerie urbaine. Bien que ces deux axes aient été traités de manière extensive dans la littérature, les méthodes de reconstruction 3D structurée souffrent d’une complexité en temps de calculs restreignant significativement leur intérêt. D’autre part, les approches de reconstruction 3D large échelle produisent généralement une géométrie simplifiée, perdant ainsi des éléments de structures qui sont importants dans le contexte urbain. L’objectif de cette thèse est de concilier les avantages des approches de reconstruction 3D structurée à celles des méthodes rapides produisant une géométrie simplifiée. Pour ce faire, nous présentons “Patchwork Stereo”, un framework qui combine stéréoscopie photométrique utilisant une poignée d’images issues de points de vue éloignés, et un nuage de point épars. Notre méthode intègre une analyse simultanée 2D-3D réalisant une extraction robuste de plans 3D ainsi qu’une segmentation d’images top-down structurée et repose sur une optimisation par champs de Markov aléatoires. Les contributions présentées sont évaluées via des expériences quantitatives et qualitatives sur des données d’imagerie urbaine complexes illustrant des performances tant quant à la fidélité structurelle des reconstructions 3D que du passage à l’échelle / In this thesis, we address the problem of 3D reconstruction from a sequence of calibrated street-level photographs with a simultaneous focus on scalability and the use of structure priors in Multi-View Stereo (MVS).While both aspects have been studied broadly, existing scalable MVS approaches do not handle well the ubiquitous structural regularities, yet simple, of man-made environments. On the other hand, structure-aware 3D reconstruction methods are slow and scale poorly with the size of the input sequences and/or may even require additional restrictive information. The goal of this thesis is to reconcile scalability and structure awareness within common MVS grounds using soft, generic priors which encourage : (i) piecewise planarity, (ii) alignment of objects boundaries with image gradients and (iii) with vanishing directions (VDs), and (iv) objects co-planarity. To do so, we present the novel “Patchwork Stereo” framework which integrates photometric stereo from a handful of wide-baseline views and a sparse 3D point cloud combining robust 3D plane extraction and top-down image partitioning from a unified 2D-3D analysis in a principled Markov Random Field energy minimization. We evaluate our contributions quantitatively and qualitatively on challenging urban datasets and illustrate results which are at least on par with state-of-the-art methods in terms of geometric structure, but achieved in several orders of magnitude faster paving the way for photo-realistic city-scale modeling

Att filma i 3D är en process som kräver mycket kunskap, tid och teknisk utrustning. För att fullständigt behärska detta fält krävs dessutom omfattande praktisk erfarenhet. Denna erfarenhet kan vara svår att få eftersom den ekonomiska investeringen för att filma i 3D ofta är stor. I denna uppsats visar vi att det är möjligt att konstruera en egen 3D-rigg och att filma med vanliga konsumentkameror för att skapa 3D-film. Uppsatsen visar på de begränsningar och svårigheter man stöter på då man bygger sin egen rigg och diskuterar den ekonomiska besparing man kan göra i jämförelse med kommersiella lösningar. Att bygga en egen rigg är tidskrävande och oftast inte att rekommendera i professionella sammanhang. För indieproduktioner, hobby-fotografer eller om man har väldigt specifika krav som ej uppfylls av tillgängliga kommersiella 3D-riggar kan det dock vara motiverat att konstruera sin egen rigg. Kunskapen som uppsatsen redovisar möjliggör ett resonemang för hur bildkvalitet, funktion och ekonomi kan ställas mot varandra i de avvägningar man ställs inför i konstruktionen av en spegelrigg för att filma i 3D.

[pt] Há uma crescente demanda pela criação de modelos computacionais representativos de objetos reais para projetos de engenharia. Uma alternativa barata e eficaz consiste na utilização de técnicas de Visão Computacional baseada em câmeras e projetores disponíveis no mercado de computadores pessoais. Este trabalho avalia um sistema óptico estéreo ativo para capturar formas geométricas de objetos utilizando um par de câmeras e um projetor digital. O sistema se baseia em idéias de trabalhos anteriores, com duas contribuições nesta dissertação. A primeira é uma técnica mais robusta de detecção de pontos notáveis em padrões de calibração das câmeras. A segunda contribuição consiste num novo método de ajuste de cilindros que visa aplicar o sistema estudado na inspeção de instalações de dutos industriais. As conclusões apresentadas procuram avaliar a robustez e precisão do sistema proposto como um instrumento de medidas em Engenharia. / [en] There has been a growing demand for creation of computer models based on real models for engineering projects. A cheap and effective alternative consists in using Computer Vision techniques based on cameras and projectors available at the personal computer market. This work evaluates a stereo optic system for capturing geometric shapes from objects using a pair of cameras and a single digital projector. The system is based on former works and a pair of contributions is obtained at this dissertation. The first contribution is a more robust technique for finding corners and points at cameras calibration patterns. And the second one consists on a new method for cylinder fit for inspecting industrial piping facilities with the studied system. The final conclusions evaluate the robustness and precision from the proposed system as a measurement tool for Engineering.

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