La numérisation 3D de scène à grande échelle est un problème complexe sans solution à la fois précise, rapide et abordable. Les scènes à grande échelle comme les façades d'édices comportent cependant des éléments répétitifs (fenêtres, briques, panneaux de bois) qui peuvent être utilisés pour améliorer le processus de numérisation. Notre approche, Depth Texture Synthesis, utilise un scan haute résolution d'un de ces éléments, effectué avec un scanneur RGBD, et transmet cette résolution élevée aux endroits où l'élément est répété ailleurs dans la scène. Cette transmission s'effectue suivant l'information fournie par une reconstruction SfM. Pour effectuer une procédure de Depth Texture Synthesis, la façade de l'édice est simplifiée en une géométrie planaire qui nous sert de canevas. Sur ce canevas nous projetons l'information RGB ainsi que l'information de profondeur du modèle échantillon haute résolution et du modèle SfM basse résolution. Ensuite, un algorithme puissant de synthèse de texture 2D est employé pour transmettre l'information de profondeur haute résolution suivant les patrons de profondeur basse résolution et d'information RGB. La nouvelle carte de profondeur haute résolution peut alors être reconvertie en modèle 3D pour un résultat beaucoup plus réaliste et visuellement détaillé que la reconstruction SfM. Il est aussi intéressant de noter que notre approche est beaucoup moins fastidieuse qu'un scan complet de la scène utilisant des scanneurs RGBD. Les outils utilisés (Kinect v2 et appareil photo) sont aussi très abordables en comparaison avec le Lidar. / Large scenes such as building facades are challenging environments for 3D reconstruction. These scenes often include repeating elements (windows, bricks, wood paneling) that can be exploited for the task of 3D reconstruction. Our approach, Depth Texture Synthesis, is based on that idea and aims to improve the quality of 3D model representation of large scenes. By scanning a sample of a repeating structure using a RGBD sensor, Depth Texture Synthesis can propagate the high resolution of that sample to similar parts of the scene. It does so following RGB and low resolution depth information of a SfM reconstruction. To handle this information the building facade is simplified into a planar primitive and serves as our canvas. The high resolution depth of the Kinect sample and low resolution depth of the SfM model as well as the RGB information are projected onto the canvas. Then, powerful image based texture synthesis algorithms are used to propagate the high resolution depth following cues in RGB and low resolution depth. The resulting synthesized high resolution depth is converted back into a 3D model that greatly improves on the SfM model with more detailed, more realistic looking geometry. Our approach is also much less labor intensive than RGBD sensors in large scenes and it is much more affordable than Lidar.

"Ce projet est le résultat d'une collaboration entre le laboratoire de vision de l'Université Laval et l'industrie. Il consistait d'abord à sélectionner, parmi les systèmes de positionnement actuellement disponibles sur le marché, la technologie la plus appropriée au positionnement d'un numériseur 3D portatif. Le couplage entre les deux systèmes permettra la numérisation d'objets de grandes dimensions (3 m x 4 m x 2 m) dans un cadre d'applications à caractère métrologique. Une revue des technologies pertinentes a mené à la présélection de deux systèmes de positionnement, soient le Constellation 3D-i, de la compagnie ArcSecond, et le Hiball, de la compagnie 3rdTech. Suite à une analyse détaillée des deux systèmes, le Hiball a finalement été sélectionné pour le positionnement du numériseur. Une procédure d'analyse de la qualité du Hiball a par la suite été développée dans le but d'en valider les spécifications. Les différents tests métrologiques ainsi effectués ont toutefois montré que la précision du système, en plus d'être en deçà des spécifications fournies par le fabricant, ne répondait pas aux spécifications désirées. Une procédure de calibrage a donc été développée afin d'améliorer la qualité du système. Un deuxième volet du projet consistait à développer une méthode de calibrage extrinsèque afin d'obtenir la transformation rigide entre le repère interne du numériseur et le repère capteur du système de positionnement sélectionné. L'obtention de cette transformation rigide permet par la suite d'intégrer les données prises par le numériseur 3D dans le référentiel global du système de positionnement. Grâce à l'aspect analytique de la méthode développée, il est possible de réaliser le calibrage extrinsèque sans avoir recours à des estimés initiaux. Les travaux présentés dans ce mémoire se sont déroulés de mai 2006 à janvier 2008. La suite du projet sera réalisée par un second étudiant et visera à compléter la mise en oeuvre de la procédure d'amélioration de la qualité du système Hiball lorsqu'une nouvelle barre de référence sera disponible."

De nombreuses recherches sont conduites dans le domaine de la vision 3D pour effectuer la comparaison entre les modèles 3D d’objets et d’êtres humains. En fait la comparaison des modèles 3D est apparentée à la récupération des modèles appartenant à une grande base de données et elle comprend les procédures suivantes : la reconnaissance des objets, leur classification en catégories ou groupes selon leur type et enfin la comparaison des objets d’un même groupe afin d’identifier certains aspects de conformité ou de variabilité de la forme. L’alignement des modèles 3D entiers permet de comparer ces modèles et de détecter la déformation locale. Il existe deux sortes de déformations des objets: la première déformation affecte principalement la position des parties de l’objet ou bien l’objet tout entier dans le cas d’articulation, de fléchissement ou de contraction sans aucune altération du volume. La deuxième déformation résulte d’un changement de volume de l’objet dû à une variation de masse. D’autres cas plus compliqués existent quand le changement de la forme comporte les deux sortes de déformations à la fois. Dans ce projet on présente une "méthode d’inspection" basée sur un alignement exact des parties rigides des modèles 3D qui ont subi une déformation locale. Ici la déformation locale implique le changement de quelques parties des modèles plutôt qu’une déformation globale. On présente une approche capable de détecter la région qui a subi un changement pour un objet qui s’est déformé avec le temps. Cette approche explore deux types de transformations intéressants : la transformation altérant le volume d’un corps suite à une inflation ou une déflation d’une ou de plusieurs parties de l’objet et la transformation conservant le volume résultant d’un cintrage, d’une torsion, d’une rotation ou de l’écartement d’une ou de plusieurs parties d’un objet. En général, les parties internes sont les parties au voisinage du centre de gravité, tandis que les parties externes sont situées à l’extrémité d’un corps. Différents cas de déformation sur des objets synthétiques et des objets réels ont été étudiés afin de détecter les défauts pouvant se présenter lors leur fabrication pour vérifier et contrôler la qualité de cette construction. On a aussi testé notre approche de comparaison sur des parties du corps humain entre autres pour la détection et le dimensionnement d’une lésion (tumeur) visible en surface. Notre méthodologie réussit à détecter des déformations locales avec une précision meilleure sinon comparable à d’autres méthodes d’inspection industrielle. / In 3D vision several studies have been conducted to perform the comparison of 3D objects or human models. In fact the comparison of 3D models is sometimes related to the retrieval of models belonging to a large database, and it includes the following procedures: the recognition of objects, their classification in categories or groups according to their types and finally the comparison of the models in the same group in order to identify certain aspects of resemblance or variability in their shapes. The alignment of entire 3D models also enables their comparison for the detection of possible local deformations. There are two sorts of deformation of models: the first mainly affects the position of parts of the object or the whole object in cases such as the articulation, the stretching or the contraction of parts without altering the volume of the object. The second type of deformation results from a change in volume due to mass variation. Other more complicated cases occur when the change in form includes both kinds of deformation at the same time. In this project we propose an “inspection method” based on an exact registration technique of the rigid parts of the deformable models that have undergone local deformations. When the deformation is local, it means that there is a change of some parts of the model rather than a global deformation of the whole object. We propose an approach that is able to detect the region of deformation. This approach exploits two kinds of local deformations: non-volume conservative transformations caused by either the inflation or the deflation of models’ parts and volume conservative transformations caused by bending, twisting, rotating or displacement of either internal or external parts of the model. In general, the internal parts are the middle parts of an object, while the external parts are the parts at the extremities or the end parts. We have experimented on different cases of deformations on man-made objects and mechanical parts for industrial inspection of possible artifacts and defects, and for quality control purposes as well. We have also applied our comparison method on parts of the human body. Examples relevant to medical applications are the detection and inspection of a lesion which are also tested in this work. Our algorithm is not only successful for detecting local change but it also achieves high accuracy comparable to other well-known industrial inspection technique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2012-2013. / L'objectif visé par cette recherche est de développer un système de reconstruction 3D à lumière blanche structurée pour des scènes dynamiques. Un état de l'art critique sur les stratégies de codage pour ce type de système est d'abord présenté. Ensuite, une nouvelle stratégie de codage permettant d'obtenir un grand nombre de correspondances précises est détaillée. Ce mémoire propose d'utiliser un encodage spatial sur une seule trame en utilisant des séquences de De Bruijn binaires. Afin de solutionner le problème de la déformation du code sur l'objet, une séquence de référence fixe est intégrée au code projeté. Cette stratégie de codage est implantée sur deux systèmes. Le premier système est un capteur comportant une seule caméra et un projecteur alors que le second est un capteur comportant deux caméras et un projecteur. La qualité et la densité des points 3D extraits avec ces deux types de capteurs sont analysées et comparées.

La stimulation cérébrale profonde est un traitement efficace pour traiter les symptômes parkinsoniens chez les patients en échappement thérapeutique médical. L’intervention chirurgicale consiste à positionner au millimètre près une électrode de stimulation dans un noyau cérébral profond. La qualité du ciblage peut être améliorée par des bases de données multimodales, à la fois anatomiques, cliniques et électrophysiologiques. En premier lieu, nous avons créé une IRM moyennée appelée template Parkinson, puis nous avons validé la segmentation des 24 structures cérébrales profondes du template. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la meilleure localisation du plot stimulé dans le noyau subthalamique (NST) en étudiant les résultats moteur et neuropsychologiques de 30 patients parkinsoniens stimulés dans le NST. Pour chaque score clinique, nous avons obtenu un atlas anatomo-clinique, associant le degré d’amélioration ou de dégradation du patient avec son plot stimulé. Nous avons constaté une discordance entre la meilleure amélioration motrice et l’inévitable dégradation des fluences en stimulant dans la région postéro-supérieure du NST. Dans un troisième temps, nous avons développé des cartes statistiques anatomo-cliniques pour visualiser les conséquences motrices et neuropsychologiques à 6 mois d’une stimulation du pallidum médial (GPm) chez 20 patients parkinsoniens. Les patients étaient tous améliorés sur le plan moteur sans altération neuropsychologique. La zone où la majorité des patients étaient améliorés sur le plan moteur, était la partie postéro-ventrale du GPm, un peu plus latéralement que les données de la littérature. Notre but est d’utiliser les cartes statistiques de manière prospective chez d’autres patients à opérer, pour raccourcir le temps de ciblage pré-chirurgical le jour de l’intervention et pour améliorer le résultat postopératoire, tant sur le plan moteur que neuropsychologique. / Deep brain stimulation (DBS) is an effective treatment for patients with severe disabled Parkinson’s disease refractory to medical treatments. DBS surgery consists of the accurate implantation of an electrode in a deep brain nucleus. The quality of the surgical planning can be improved by developing a multimodal database based on anatomical, clinical and electrophysiologial data. The first step was to develop a specific magnetic resonance imaging (MRI) template of Parkinson’s disease patients’ anatomy, and to validate the segmentation of the 24 deep brain structures made on this template. Secondly, we focused on identifying optimum sites for subthalamic nucleus (STN) stimulation by studying symptomatic motor improvement along with neuropsychological side effects in 30 patients with PD. Each clinical score produced one anatomo-clinical atlas, associating the degree of improvement or worsening of the patient with its active contacts.We showed a discrepancy between a good motor improvement and an invevitable deterioration of the fluencies by targeting the postero-superior region of the STN. Finally, we developed new statistical anatomo-clinical maps the better to visualize the motor and neuropsychological consequences at 6 months of GPm stimulation in 20 patients with PD. These maps provided us with the motor improvement of GPm stimulation without cognitive impairments. We also proposed a new more lateral targeting of the GPm in PD because of the cortico-subcortical atrophy induced by the disease. Our goal is to use these statistical maps prospectively in further patients to improve their targeting, thus ensuring a shorter planning step on the day of the surgery as well as better outcomes from motor and neuropsychological point of view.

Thèse doctorat : Informatique : Rennes 1 : 2005. / Bibliogr. p. 185-198.

Thèse de doctorat : Automatique Industrielle : Villeurbanne, INSA : 1999. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 149-156.

Thèse de doctorat : Productique, automatique et informatique industrielle : Lille 1 : 2001. / Résumé en français et en anglais. Bibliogr. f. 129-148.

Thèse de doctorat : Informatique : Lille 1 : 2001. / Résumé en français et en anglais. Bibliogr. p 141-148.

Thèse d'exercice : Médecine. Radiodiagnostic et imagerie médicale : Paris 12 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. f. 91-101.