L'imagerie panoramique permet d'élargir le champ visuel restreint des caméras standards. La reconstruction 3D d'une scène peut se faire à l'aide d'une ou plusieurs images panoramiques. Afin de reconstruire une scène en trois dimensions à partir d'images panoramiques, plusieurs méthodes existent. Dans ce document, nous nous intéressons à l'utilisation du flou comme indice de profondeur. Plus précisément, nous nous intéressons à la différence de flou proposée par Ziou et Deschênes en 1999 sur des images saisies à l'aide d'une caméra panoramique rotative à bande. Dans un premier temps, nous effectuons l'analyse du modèle de formation du flou d'une caméra rotative à bande et proposons une adaptation du modèle de formation d'une caméra standard dans le cas d'images formées à l'aide d'un capteur linéaire en rotation. Ce modèle adapté est ensuite utilisé pour modifier l'algorithme de reconstruction 3D par différence de flou de Ziou et Deschênes dans le cas d'images panoramiques capturées à l'aide d'une caméra rotative à bande. Nous montrons que cette adaptation nous permet d'obtenir, à partir d'images panoramiques, des résultats similaires à 98% à ce que donne l'algorithme de reconstruction original sur des images non panoramiques.

Dans la plupart des applications de robotique, un système de vision apporte une amélioration significative de la perception de l’environnement. La vision panoramique est particulièrement intéressante car elle rend possible une perception omnidirectionnelle. Elle est cependant rarement utilisée en pratique à cause des limitations technologiques découlant des méthodes la permettant. La grande majorité de ces méthodes associent des caméras, des miroirs, des grands angles et des systèmes rotatifs ensembles pour créer des champs de vision élargis. Les principaux défauts de ces méthodes sont les importantes distorsions des images et l’hétérogénéité de la résolution. Certaines autres méthodes permettant des résolutions homogènes, prodiguent un flot de données très important qui est difficile à traiter en temps réel et sont soit trop lents soit manquent de précision. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons la réalisation d’une caméra panoramique intelligente qui présente plusieurs améliorations technologiques par rapport aux autres caméras linéaires rotatives. Cette caméra capture des panoramas cylindriques homogènes avec une résolution de 6600 × 2048 pixels. La synchronisation de la capture avec la position angulaire est possible grâce à une plateforme rotative de précision. Nous proposons aussi une solution au problème que pose le gros flot de données avec l’implémentation d’un extracteur de primitives qui sélectionne uniquement les primitives invariantes des images pour donner un système panoramique de vision qui ne transmet que les données pertinentes. Le système a été modélisé et une méthode de calibrage spécifiquement conçue pour les systèmes cylindriques rotatifs est présentée. Enfin, une application de localisation et de reconstruction 3D est décrite pour montrer une utilisation pratique dans une application de type Simultaneous Localization And Mapping ( SLAM ). / In most robotic applications, vision systems can significantly improve the perception of the environment. The panoramic view has particular attractions because it allows omnidirectional perception. However, it is rarely used because the methods that provide panoramic views also have significant drawbacks. Most of these omnidirectional vision systems involve the combination of a matrix camera and a mirror, rotating matrix cameras or a wide angle lens. The major drawbacks of this type of sensors are in the great distortions of the images and the heterogeneity of the resolution. Some other methods, while providing homogeneous resolutions, also provide a huge data flow that is difficult to process in real time and are either too slow or lacking in precision. To address these problems, we propose a smart panoramic vision system that presents technological improvements over rotating linear sensor methods. It allows homogeneous 360 degree cylindrical imaging with a resolution of 6600 × 2048 pixels and a precision turntable to synchronize position with acquisition. We also propose a solution to the bandwidth problem with the implementation of a feature etractor that selects only the invariant feaures of the image in such a way that the camera produces a panoramic view at high speed while delivering only relevant information. A general geometric model has been developped has been developped to describe the image formation process and a caligration method specially designed for this kind of sensor is presented. Finally, localisation and structure from motion experiments are described to show a practical use of the system in SLAM applications.

En raison de leur grand champ de vue, les systèmes d’imagerie panoramiques et Panomorphes sont des cas particuliers du point de vue de la conception optique. Le champ de vue élevé introduit une quantité importante d’aberrations qui doivent être corrigées. Pour obtenir la qualité d’image voulue, les aberrations sont minimisées par l’optimisation de certaines composantes physiques. Cette approche a cependant ses limites. Ce projet a donc pour but d’explorer d’autres techniques qui permettront de dépasser ces limites. Trois types de techniques sont étudiés : les techniques matérielles, logicielles et hybrides. Dans la section des techniques matérielles, le senseur courbé et les lentilles de champ de forme libre sont étudiés. Il est démontré qu’avec ces techniques, il est possible de créer l’effet de meilleur foyer sur toute l’image. De plus, le senseur courbé permet la conception de systèmes monocentriques qui permettent une conception plus simple et des performances accrues. La section des techniques logicielles montre les gains qu’il est possible d’obtenir par le traitement d’image. Malgré la variation importante de la PSF, la déconvolution réussit à améliorer la qualité de l’image en général. La correction de la couleur latérale amène une amélioration complémentaire à la déconvolution. Les deux méthodes sont suffisamment rapides pour envisager une application vidéo. La dernière section présente une technique appelée encodage de front d’onde. Deux méthodes d’optimisation sont présentées, l’optimisation par la MTF et par la variance entre l’image et l’objet. L’optimisation par la variance nécessite plus de temps de calcul, mais considère l’étape de la reconstruction et le bruit, et donne donc de meilleurs résultats. Des simulations sont aussi effectuées pour comparer l’efficacité et le domaine d’application de deux types de masques. Il est montré que le masque cubique est plus efficace pour corriger le défocus et l’astigmatisme et que le masque quartique est plus efficace en présence de coma et de bruit blanc gaussien. En utilisant les informations acquises lors des simulations, un prototype basé sur la lentille IMV1 d’ImmerVision a été fabriqué. Le masque cubique fabriqué présente cependant une rugosité de surface trop importante et les images obtenues sont affectées par le bruit. / Because of their large field of view, panoramic and Panomorph imagers are modules of interest in optical design. An important field of view introduces many aberrations in a system. To obtain the desired image quality, aberrations are generally minimized by the optimization of certain optical components, but this practice has its limits. The goal of this project is hence to investigate other techniques that would allow breaking these limits. Three types of techniques are investigated: hardware, software and hybrid. In the hardware section, the curved sensor and the freeform field lens are analyzed. It is shown that they allow for a best focus effect on the whole image. The curved sensor can also be used to create a monocentric system which simplifies the optical design and gives increased performances compared to the traditional system. In the software section, the gains obtainable by image processing are highlighted. It is shown that even with the important variation of the PSF across the field of view, deconvolution still increases image quality as a whole. Lateral color correction gives additional improvement of the image. Both methods are sufficiently fast to consider a video application. The last section addresses wavefront coding. Two methods of optimization are presented: optimization by the MTF and optimization by the variance between object and image. The optimization by the variance requires more computation time but gives better results because it considers the effect of image reconstruction and noise. In this section, simulations are also used to compare the performances and the applicability of two phase mask types. It is shown that the cubic phase mask is more useful to correct defocus and astigmatism while the quartic phase mask is better for coma and Gaussian white noise. Using the information obtained with the simulations, a prototype based on the IMV1 ImmerVision lens was built. Unfortunately the cubic phase mask manufactured had a surface roughness that was too high and the resulting images are noisy.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le domaine de la vision pour la robotique. Plus précisément, nous nous sommes intéressés à l'exploitation du champ de vu des caméras panoramiques dans le cadre de l'asservissement visuel. En effet, l'asservissement visuel consiste à intégrer des informations issues d'une ou de plusieurs caméras, dans la boucle de commande des systèmes robotiques. Les approches classiques d'asservissement visuel sont basées sur la régulation à zéro du signal d'erreur entre les mesures visuelles courantes et désirées. Lorsque la configuration souhaitée est très éloignée de la configuration initiale, les informations visuelles peuvent sortir du champ de vu de la caméra. L'utilisation d'une caméra panoramique permet naturellement de réduire les sorties de champ de vu. Nous proposons, à cette fin, des outils adéquats pour la modélisation géométrique et cinématique des informations extraites de l'image panoramique. Nous présentons dans un premier temps les méthodologies pour obtenir une transformation homographique à partir des images panoramiques d'un ensemble d'informations visuelles de type point et droite. Nous montrons également qu'il est possible d'utiliser les droites polaires associées aux droites projetées (des coniques) pour procéder à une simple estimation du point principal et de là à une reconstruction projective. Ensuite, nous présentons des schémas de commande qui utilisent des informations visuelles de natures 2D (asservissement visuel 2D) et mixte (asservissement visuel hybride). Les nouvelles approches hybrides que nous proposons permettent de découpler complètement les vitesses de translation de celles de rotation. Les schémas de commande proposés (2D et hybrides) ont été validés en simulation et sur un robot cartésien à 6 degrés de liberté. Nous présentons aussi une approche de commande de robot mobile non holonome pour le suivi de droite à partir des mesures extraites des images panoramiques.

La télédermatologie présente plusieurs avantages par rapport aux consultations traditionnelles en cabinet avec un dermatologue. Elle est particulièrement utile pour faciliter l'accès aux soins dermatologiques pour les patients ayant des problèmes de mobilité ou habitant loin des secteurs géographiques médicalisés. Un schéma de mosaïquage automatique d’images dédié à la création des panoramas étendus des vidéo-séquences de peau est proposé pour surmonter les limitations posées par le champ de vue réduit des images stationnaires acquises par les dispositifs actuellement utilisés. Les vidéo-séquences utilisées à cet effet sont acquises en utilisant un dispositif spécialement conçu pour un rendu colorimétrique contrôlé de la surface de la peau. Après une étude des diverses méthodes de recalage d'images existantes, une approche optimale est proposée, avec un certain compromis entre la précision de recalage et le temps de calcul, pour la superposition des parties communes des images cutanées. En outre, une approche pour affiner la correspondance initiale des points caractéristiques extraits est présentée. L'étude présentée porte principalement sur la construction cohérente d’une mosaïque dans son ensemble. Pour atteindre cet objectif, un schéma de mosaïque capable de générer des panoramas cohérents à partir de vidéo-séquences longues est présenté. Ce schéma estime dynamiquement la topologie de la trajectoire des images dans le plan de mosaïquage. Cela permet de placer les images sur le plan panoramique avec un nombre réduit d'images sur le chemin suivi pour atteindre une image donnée à partir d'une image de référence, ce qui réduit non seulement l'accumulation des erreurs, mais permet également d'éviter les interruptions dans le mosaïquage en excluant les paires d'images dont le recalage ne serait pas réussi. L'approche proposée offre une robustesse vis-à-vis des recalages échoués en trouvant des trajets alternatifs. En outre, un mode d'ajustement global pour améliorer davantage la cohérence de la mosaïque est présenté / Teledermatology offers several advantages in comparison to the traditional in-place consultations with a dermatologist. It is particularly useful for easing the access to the dermatological care for patients with mobility or travel constraints. A dedicated mosaicing scheme for creating extended panoramas of skin video sequences is proposed to surmount the limitations posed by the small field of view of stationary images acquired by currently used devices. The video sequences used for this purpose are acquired using a specially designed device for a colorimetrically correct rendering of the skin surface. After a study of various image registration approaches, an approach optimally suited to skin image registration with some compromise between registration accuracy and computation time is selected. In addition, an approach for refining the initially detected key-point correspondence is presented. Central focus of this study is on the overall coherent construction of the mosaic. To achieve this objective, a mosaicing scheme capable of generating coherent panoramas from long video sequences is presented. This scheme dynamically estimates the topology of the image trajectory in the panoramic plane to mosaic the images by reducing the number of images over the path used for reaching a given image from a reference image in order to place it on the panoramic plane. A small number of images reduces the accumulated errors, thus improving the visual coherency of the overall mosaic. Besides, the proposed approach offers robustness against failed registrations, which would interrupt the mosaicing process in the absence of the alternative paths. Moreover, a global adjustment scheme for further improving the coherency of the mosaic is presented

Dans le domaine de la robotique, les véhicules autonomes de surface en milieu marin jouent un rôle important. Ils permettent de réaliser des opérations dangereuses, comme la surveillance d'environnements marins ou encore des relevés hydrographiques. Avant d'envisager le déplacement d'un véhicule autonome de surface, il est nécessaire d'assurer sa perception de l'environnement. Elle consiste à observer, localiser et éviter les obstacles. A cause des contraintes technologiques, la complexité de l'environnement naturel, et de la diversité des situations rencontrées, il est difficile d'effectuer une plate-forme parfaitement autonome et adaptée à des applications variées. Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ASAROME (Autonomous SAiling Robot for Oceanographic MEasurements), un projet de réalisation d'un voilier autonome pour des missions de mesures et d'observations de longues durées. Dans un premier temps, nous avons conçu une plate-forme de perception composée de plusieurs types de capteurs : hydrophones, caméra panoramique, centrale inertielle et sonar. A partir des signaux acquis pendant des campagnes de test, nous avons développé des méthodes de traitement du signal. Elles consistent à analyser et traiter des signaux sonores sous-marins et des images panoramiques pour la reconnaissance d'objets, la détection et la localisation d'obstacles. Pour améliorer la perception des obstacles, des méthodes de fusion de données multi-capteurs ont été développées. L'ensemble des algorithmes ont été validés expérimentalement, en lac puis en mer. Ce travail n'est que le premier pas vers la réalisation d'un robot autonome en milieu marin capable de réaliser des missions complexes de longue durée, mais il montre sa faisabilité par le développement de capacités de perception adaptées.

Cette thèse s'intéresse à des aspects du tournage, de la projection et de la perception du cinéma stéréo panoramique, appelé aussi cinéma omnistéréo. Elle s'inscrit en grande partie dans le domaine de la vision par ordinateur, mais elle touche aussi aux domaines de l'infographie et de la perception visuelle humaine. Le cinéma omnistéréo projette sur des écrans immersifs des vidéos qui fournissent de l'information sur la profondeur de la scène tout autour des spectateurs. Ce type de cinéma comporte des défis liés notamment au tournage de vidéos omnistéréo de scènes dynamiques, à la projection polarisée sur écrans très réfléchissants rendant difficile l'estimation de leur forme par reconstruction active, aux distorsions introduites par l'omnistéréo pouvant fausser la perception des profondeurs de la scène. Notre thèse a tenté de relever ces défis en apportant trois contributions majeures. Premièrement, nous avons développé la toute première méthode de création de vidéos omnistéréo par assemblage d'images pour des mouvements stochastiques et localisés. Nous avons mis au point une expérience psychophysique qui montre l'efficacité de la méthode pour des scènes sans structure isolée, comme des courants d'eau. Nous proposons aussi une méthode de tournage qui ajoute à ces vidéos des mouvements moins contraints, comme ceux d'acteurs. Deuxièmement, nous avons introduit de nouveaux motifs lumineux qui permettent à une caméra et un projecteur de retrouver la forme d'objets susceptibles de produire des interréflexions. Ces motifs sont assez généraux pour reconstruire non seulement les écrans omnistéréo, mais aussi des objets très complexes qui comportent des discontinuités de profondeur du point de vue de la caméra. Troisièmement, nous avons montré que les distorsions omnistéréo sont négligeables pour un spectateur placé au centre d'un écran cylindrique, puisqu'elles se situent à la périphérie du champ visuel où l'acuité devient moins précise. / This thesis deals with aspects of shooting, projection and perception of stereo panoramic cinema, also called omnistereo cinema. It falls largely in the field of computer vision, but it also in the areas of computer graphics and human visual perception. Omnistereo cinema uses immersive screens to project videos that provide depth information of a scene all around the spectators. Many challenges remain in omnistereo cinema, in particular shooting omnistereo videos for dynamic scenes, polarized projection on highly reflective screens making difficult the process to recover their shape by active reconstruction, and perception of depth distortions introduced by omnistereo images. Our thesis addressed these challenges by making three major contributions. First, we developed the first mosaicing method of omnistereo videos for stochastic and localized motions. We developed a psychophysical experiment that shows the effectiveness of the method for scenes without isolated structure, such as water flows. We also propose a shooting method that adds to these videos foreground motions that are not as constrained, like a moving actor. Second, we introduced new light patterns that allow a camera and a projector to recover the shape of objects likely to produce interreflections. These patterns are general enough to not only recover the shape of omnistereo screens, but also very complex objects that have depth discontinuities from the viewpoint of the camera. Third, we showed that omnistereo distortions are negligible for a viewer located at the center of a cylindrical screen, as they are in the periphery of the visual field where the human visual system becomes less accurate.

Cette thèse s'intéresse à des aspects du tournage, de la projection et de la perception du cinéma stéréo panoramique, appelé aussi cinéma omnistéréo. Elle s'inscrit en grande partie dans le domaine de la vision par ordinateur, mais elle touche aussi aux domaines de l'infographie et de la perception visuelle humaine. Le cinéma omnistéréo projette sur des écrans immersifs des vidéos qui fournissent de l'information sur la profondeur de la scène tout autour des spectateurs. Ce type de cinéma comporte des défis liés notamment au tournage de vidéos omnistéréo de scènes dynamiques, à la projection polarisée sur écrans très réfléchissants rendant difficile l'estimation de leur forme par reconstruction active, aux distorsions introduites par l'omnistéréo pouvant fausser la perception des profondeurs de la scène. Notre thèse a tenté de relever ces défis en apportant trois contributions majeures. Premièrement, nous avons développé la toute première méthode de création de vidéos omnistéréo par assemblage d'images pour des mouvements stochastiques et localisés. Nous avons mis au point une expérience psychophysique qui montre l'efficacité de la méthode pour des scènes sans structure isolée, comme des courants d'eau. Nous proposons aussi une méthode de tournage qui ajoute à ces vidéos des mouvements moins contraints, comme ceux d'acteurs. Deuxièmement, nous avons introduit de nouveaux motifs lumineux qui permettent à une caméra et un projecteur de retrouver la forme d'objets susceptibles de produire des interréflexions. Ces motifs sont assez généraux pour reconstruire non seulement les écrans omnistéréo, mais aussi des objets très complexes qui comportent des discontinuités de profondeur du point de vue de la caméra. Troisièmement, nous avons montré que les distorsions omnistéréo sont négligeables pour un spectateur placé au centre d'un écran cylindrique, puisqu'elles se situent à la périphérie du champ visuel où l'acuité devient moins précise. / This thesis deals with aspects of shooting, projection and perception of stereo panoramic cinema, also called omnistereo cinema. It falls largely in the field of computer vision, but it also in the areas of computer graphics and human visual perception. Omnistereo cinema uses immersive screens to project videos that provide depth information of a scene all around the spectators. Many challenges remain in omnistereo cinema, in particular shooting omnistereo videos for dynamic scenes, polarized projection on highly reflective screens making difficult the process to recover their shape by active reconstruction, and perception of depth distortions introduced by omnistereo images. Our thesis addressed these challenges by making three major contributions. First, we developed the first mosaicing method of omnistereo videos for stochastic and localized motions. We developed a psychophysical experiment that shows the effectiveness of the method for scenes without isolated structure, such as water flows. We also propose a shooting method that adds to these videos foreground motions that are not as constrained, like a moving actor. Second, we introduced new light patterns that allow a camera and a projector to recover the shape of objects likely to produce interreflections. These patterns are general enough to not only recover the shape of omnistereo screens, but also very complex objects that have depth discontinuities from the viewpoint of the camera. Third, we showed that omnistereo distortions are negligible for a viewer located at the center of a cylindrical screen, as they are in the periphery of the visual field where the human visual system becomes less accurate.

Le SLAM, " Simultaneous Localisation And Mapping ", représente à l'heure actuelle l'une des principales thématiques investiguées dans le domaine des robots mobiles autonomes. Il permet, à l'aide de capteurs extéroceptifs (laser, caméra, radar, etc.) et proprioceptifs (odomètre, gyromètre, etc.), de trouver l'orientation et la localisation d'un robot dans un environnement extérieur vaste, inconnu ou modifié, avec la possibilité de créer une carte au fur et à mesure des déplacements du véhicule. Les travaux de thèse décrits dans ce manuscrit s'intègrent dans ce courant de recherche. Ils visent à développer un SLAM innovant qui utilise un radar à modulation de fréquence continue " FMCW " comme capteur extéroceptif. Ce capteur est insensible aux conditions climatiques et possède une portée de détection importante. Néanmoins, c'est un capteur tournant qui, dans une utilisation mobile, va fournir des données corrompues par le déplacement du véhicule. Pour mener à bien ces travaux, nous avons proposés différentes contributions : une correction de la distorsion par l'utilisation de capteurs proprioceptifs ; le développement d'une technique de localisation et cartographie simultanées nommée RS-SLAM-FMT qui effectue un scan matching sur les observations et utilise un algorithme estimatif de type EKF-SLAM ; l'utilisation, pour la première fois en SLAM, de la mise en correspondance par Transformée de Fourier-Mellin pour réaliser l'opération de scan matching ; la création d'un outil expérimental pour déterminer la matrice de covariance associée aux observations ; des tests de robustesse de l'algorithme dans des conditions d'utilisation réelles : dans des zones avec un faible nombre de points d'intérêts, sur des parcours effectués à vitesse élevée, dans des environnements péri-urbains avec une forte densité d'objets mobiles ; la réalisation d'une application temps réel pour le test du procédé sur un véhicule d'exploration qui se déplace dans un environnement extérieur vaste.

Aux alentours de 1830, le romantisme s'impose sur les scènes théâtrales. À une manière nouvelle d'envisager le ballet fait écho une manière nouvelle de le représenter. Celui-ci peine toutefois à se dire pour lui-même, et dans cette bataille du dire, c'est la danseuse, à défaut de la danse, qui devient l'objet principal des représentations. La ballerine cristallise le dualisme essentiel de l'imaginaire romantique et se retrouve au cœur d'une entreprise de mise en légende et de légitimation de l'art chorégraphique. Le dire de la danse passe désormais par une mythographie. L'enjeu ultime est dans la définition du corps romantique de la danse. Les procédures de mythification déterminent un corps proprement décent - le corps glorieux de la danse. Ce corps métaphorique n'est pourtant que l'avers d'un autre corps - le corps terrestre de la danse. Dans les envers du théâtre est ainsi dévoilé le corps de la danse au travail, corps faillible et souffrant, éternel prix à payer de la féerie. / Around 1830, Romanticism prevails on theatre stages. The new perspective on performance as a whole leads to a new perception of ballet. However, ballet struggles to assert its specificity and in the battle of words that unfolds, the ballerina, rather than the ballet, becomes the main focus onstage. The ballerina cristallizes the duality that is key to the Romantic vision. She thus finds herself at the heart of a campaign to elevate her to the status of legend, which is also a way for ballet to gain recognition. The narrative of ballet, from this point onwards, has to rely on a mythography. What is ultimately at stake is the definition of the Romantic dancing body. The mythologizing process creates a chaste body : the glorious dancing body. However, this metaphorical body is but the antithesis of another one : the earthy dancing body. Finally, it is backstage in the theatre that the dancing body is unveiled at work, frail and in pain, forever the price to pay for enchantment.