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

Si de nombreux aspects de notre vie sont devenus plus agréables grâce à l'utilisation de technologies avancées, il a fallu longtemps au secteur du transport pour combler son retard en la matière. Aujourd'hui, ces progrès sont devenus incontournables. Ce travail décrit la perception de l'environnement à l'avant d'un véhicule, sur la base d'un capteur stéréoscopique conçu et mis en place en s'appuyant sur le concept de capteur intelligent afin de réaliser un Attelage Virtuel.<br />Après une présentation de la problématique associée, le premier chapitre dresse l'état de l'art en matière de véhicules intelligents. Le second introduit la notion de capteur intelligent et présente les approches de conception que nous mettons en application pour identifier les différents services et fonctionnalités que doit intégrer ce capteur stéréoscopique intelligent pour contribuer à la réalisation de la tâche de l'Attelage Virtuel.<br />Le dernier chapitre expose la réalisation du capteur stéréoscopique. Nous y détaillons les problèmes que posent l'application de la stéréovision au domaine des transports et les solutions que nous y avons apportées. Ainsi, sont évoquées les difficultés posées par la phase de calibration, l'extraction en temps réel des zones d'intérêt et le problème de certification des données obtenues. Le respect des contraintes temporelles nous a conduit à mettre en œuvre un dispositif d'extraction et de tracking. Les performances de chacun des modules constitutifs de notre capteur sont étayées par des résultats expérimentaux obtenus en situation réelle. Enfin, nous présentons une technique permettant le suivi du véhicule avec une seule caméra.

Au cours des dernières années, le cinéma tridimensionnel a connu un regain de popularité. La réalisation de plusieurs films d'animation 3D de qualité, de même que le succès fulgurant du film Avatar aura permis au grand public de constater la qualité de cette nouvelle génération de technologies 3D. Cependant, un problème fondamental ralentit toujours l'adoption à la maison de ce mode de divertissement. En effet, tout contenu visuel produit en se basant sur des techniques de stéréoscopie subira des distorsions visuelles lorsqu'observé dans des conditions différentes de celles considérées lors de la création du contenu. Autrement dit, un film 3D tourné pour un cinéma de grande dimension n'aura pas une richesse de profondeur aussi grande lorsqu'il sera visualisé sur un écran domestique. Ce mémoire présente un cadre de travail, un modèle mathématique et un ensemble de techniques permettant de"reconfigurer", en générant de nouvelles images, le contenu stéréoscopique original afin que l'effet de profondeur original soit préservé dans les nouvelles conditions de visualisation.

Dans un premier chapitre, nous décrivons un modèle de formation d’image affichée sur un écran en revenant sur les concepts que sont la lumière, la géométrie et l’optique. Nous détaillons ensuite les différentes techniques d’affichage stéréoscopique utilisées à l’heure actuelle, en parcourant la stéréoscopie, l’autostéréoscopie et plus particulièrement le principe d’imagerie intégrale. Le deuxième chapitre introduit un nouveau modèle de formation d’image stéréoscopique. Ce dernier nous permet d’observer deux images d’une paire stéréoscopique soumises à des éventuelles transformations et à l’effet d’une ou de plusieurs optiques particulières, pour reproduire la perception de trois dimensions. Nous abordons l’aspect unificateur de ce modèle. En effet il permet de décrire et d’expliquer de nombreuses techniques d’affichage stéréoscopique existantes. Enfin, dans un troisième chapitre nous discutons d’une méthode particulière de création de paires d’images stéréoscopiques à l’aide d’un champ lumineux.

Ce manuscrit présente une approche novatrice du problème de la mise en correspondance dense de pixel dans les images stéréoscopiques. L'originalité de ce tra- vail repose sur l'utilisation d'un ensemble de techniques de représentation de l'imprécis et de l'incertain permettant de minimiser l'a-priori dans le processus de mise en corres- pondance. Ces techniques s'appuient sur une représentation par une partition floue de l'imprécision de la mesure de luminance induite par l'échantillonnage spatial et sur une classification duale de l'information de luminance associée à chaque pixel. Nous avons associé, à cette représentation, une modélisation de la contrainte épipolaire propre aux capteurs stéréoscopiques étalonnés permettant de prendre en compte l'imprécision des paramètres d'étalonnage. Cette représentation permet d'associer, à chaque pixel d'une des images, un domaine pondéré discret des pixels de l'autre image pouvant lui corres- pondre géométriquement et chromatiquement.Nous proposons ensuite de modifier ces distributions de possibilité en utilisant des contraintes supplémentaires, telles que l'ordre ou l'unicité, pour en augmenter la spé- cificité. Nous utilisons, pour ce faire, un processus itératif et coopératif bipolaire. C'est l'ensemble de cette démarche qui permet de minimiser l'influence de la représentation du problème sur les mesures d'appariements. La validité de notre approche est établie par des expérimentations sur des images stéréo- scopiques de synthèses et réelles dont on connait la verité terrain. Celles-ci permettent de tester le comportement de notre méthode vis-à-vis des variations d'illumination et de disparité.

Ce travail est une étude expérimentale de l'influence du nombre de Reynolds sur les caractéristiques des tourbillons longitudinaux et transverses de la turbulence de paroi. Une campagne de mesure par PIV stéréoscopique est réalisée dans des plans longitudinaux/normaux à la paroi (XY), et dans des plans normaux/transversaux (YZ) des couches limites de la soufflerie du LML et du tunnel à eau du LTRAC, à six nombre de Reynolds compris entre Re_\theta=1300 et Re_\theta=18950. Les mesures ont une bonne résolution spatiale et une faible incertitude. La base de données est validée au travers de l'analyse de grandeurs statistiques de l'écoulement (moyenne et RMS de la vitesse, histogramme des fluctuations, spectres de puissance) , comparées à des profils de référence issus de la théorie, de mesures fils-chauds ou de données DNS. Une détection de tourbillon, basée sur le fit d'un tourbillon d'Oseen autour des maxima de "swirling strength", est ensuite entreprise sur les données stéréo-PIV ainsi que sur des données DNS à Re_\tau=950. L'évolution des caractéristiques des tourbillons (rayon, vorticité, circulation, vitesse de convection) avec la distance "y" à la paroi est ensuite analysée dans deux représentions adimensionnées: l'une en unités de paroi, et l'autre en unités de Kolmogorov. Une bonne universalité en nombre de Reynolds est obtenue en unités de paroi dans la zone tampon et la zone logarithmique, mais pas dans la zone externe de l'écoulement. Les unités de Kolmogorov permettent d'obtenir une bonne universalité dans les trois zones étudiées, à la fois en Reynolds et en "y". Finalement, les mécanismes responsables de la génération des tourbillons sont discutés / This work is an experimental study of the influence of the Reynolds number on the characteristics of the streamwise and spanwise vortices in near-wall turbulence. Stereo-PIV measurements in streamwise/wall-normal and spanwise/wall-normal planes of turbulent boundary layer flow are conducted in the LTRAC water-tunnel and LML wind-tunnel at six Reynolds numbers comprised between $Re_\theta=1300$ and $Re_\theta=18950$. The measurements feature good spatial resolution and low measurement uncertainty. The database is validated through an analysis of some single-points statistics (mean and RMS velocity, PDF of the fluctuations), and of the power spectra, compared with reference profiles from theory, hot-wire measurements and DNS data. A coherent structure detection is then undertaken on the SPIV database, as well as on a DNS dataset at $Re_\tau=950$. The detection is based on a fit of an Oseen vortex to the velocity field surrounding extrema of 2D swirling strength. The wall-normal evolution of some statistical quantities (mean, RMS, PDF) of the vortex characteristics (radius, vorticity, circulation, convection velocity...) is analyzed, using two different scalings: the wall-unit scaling and the Kolmogorov scaling. In wall-unit scaling, a good universality in Reynolds numbers is observed in the near-wall and logarithmic region, but some Reynolds number effects are visible in the outer region of the flow. In contrast, the Kolmogorov scaling was found to be universal both in Reynolds number and wall-normal distance across the three regions investigated. Finally, the results obtained are interpreted in terms of vortices generation mechanisms

Dans ce travail, nous représentons des résultats expérimentaux sur la transition vers les rouleaux turbulents dans l’écoulement de Couette-Taylor, l’écoulement produit entre deux cylindres coaxiaux tournant indépendamment l’un par rapport à l’autre. Une fois la géométrie et la nature du fluide sont fixes, l’écoulement est gouverné par deux paramètres de contrôle, les nombres de Reynolds intérieur et extérieur 〖Re〗_o et 〖Re〗_i associés à la rotation des cylindres extérieur et intérieur respectivement. La variation de ces paramètres confère à l’écoulement une variété de régimes, décrits par Coles [7] et par Andereck et al. [13]. Dans le cas de la contra-rotation, nous avons identifié trois régimes principaux sur le diagramme d'Andereck et al. [13] En considérant la variation de 〖Re〗_i pour une valeur fixe de〖 Re〗_o, l’écoulement est laminaire pour des faibles〖 Re〗_i. Il devient instable pour des valeurs plus élevées de〖 Re〗_i. Avant d'atteindre la turbulence, l'écoulement passe par un régime de coexistence laminaire-turbulent [7 13 14 16]. Pour notre série de mesures, nous avons fixé le nombre de Reynolds extérieur à 〖Re〗_o=-4368 et nous avons varié 〖Re〗_i du régime laminaire vers le régime turbulent. Pour 3000 < 〖Re〗_i < 4000, les diagrammes spatio-temporels indiquent la présence de structures cohérentes désordonnées. Ces structures sont bien organisées dans le temps et dans l’espace pour 4000 <〖 Re〗_i < 10000, et deviennent stationnaires pour des 〖Re〗_i plus grands [35]. Cette étude a été réalisée à l’aide d’une technique de visualisations à l'aide du kalliroscope, ainsi que par des mesures de vitesse par PIV stéréoscopique et LDV. Ceci nous permet ensuite de calculer les différentes quantités moyennes (énergie cinétique, contrainte de Reynolds, temps et longueur de corrélation, ...). / In this work we report experimental results on the transition to the turbulent vortices in the Couette-Taylor flow, the flow produced between independently rotating coaxial cylinders. Once the geometry and the nature of the fluid are fixed, the flow is gouverned by two control parameters, the outer and the inner Reynolds numbers 〖Re〗_o and 〖Re〗_i associated with the rotation of the outer and inner cylinders respectively. The variation of these parameters produces a large variety of regimes, which have been described by Coles [7], and Andereck et al. [13]. In the counter-rotating case, we have identified three main regimes on the diagram of Andereck et al. [13] When considering the variation of 〖Re〗_ifor a fixed value of〖 Re〗_o, the flow is laminar for low〖 Re〗_i. It becomes unstable for higher values of 〖Re〗_i. Before reaching turbulence, the flow passes by a regime of laminar-turbulent coexistence [7 13 14 16]. For our series of measurements, we fixed the outer Reynolds number at 〖Re〗_o=-4368, and varied 〖Re〗_ifrom the laminar to the turbulent regime. For 3000 < 〖Re〗_i< 4000, the space-time diagrams indicate the occurrence of disordered coherent structures. These structures are then well organized in time and space for 4000 < 〖Re〗_i< 10000, and become stationnary for the highest 〖Re〗_i [35]. These regimes are studied by visualizations using kalliroscope, as well as measurements of the velocity by stereoscopic PIV and LDV. This later allows us to calculate the various mean quantities (kinetic energy, Reynolds stress, time and length of correlation, etc…).

La première partie analyse les méthodes utilisées dans le domaine, justifie l'existence de différents niveaux de représentation et de traitement de l'information visuelle, puis explicite les cinq niveaux (IMAGE, INDICES D'IMAGE, INDICES DE SCHENE, OBJET et SCHENE) que nous distinguons. La seconde partie décrit, du niveau IMAGE au niveau INDICES DE SCHENE, une expérimentation de l'inférence de formes à partir des contours dans le domaine restreint d'objets solides du monde des blocs. S'appuyant sur les résultats obtenus, la troisième partie expose comment la stéréovision et la couleur s'intègrent au sein des niveaux préconisés, et comment ils permettent d'atteindre le niveau OBJET pour des objets flexibles filiformes. Ces apports sont illustrés par une application au domaine industriel: l'identification et la localisation de fils électriques dans un contexte d'automatisation de la production des ensembles câbles-connecteurs

Cette thèse s'attache à l'étude de la détection des changements du thème bâti, par comparaison automatique d'une base de données à un couple de photographies aériennes, en vue d'éviter l'examen visuel par un opérateur d'une partie des scènes traitées. La démarche adoptée propose une comparaison géométrique de la base de données avec les extractions 3D issues de l'appariement d'un couple d'images récent, et tente d'en assurer la fiabilité par une modélisation de l'incertitude des données utilisées. L'extraction d'information 3D sur le couple d'images fait l'objet d'une approche formelle qui conduit à la proposition d'un algorithme original permettant la mise en concurrence de solutions contradictoires, et la qualification des points extraits en 3D par une probabilité qui reflète l'ambiguité de la décision. Cette probabilité est utilisée conjointement à une modélisation sommaire de l'incertitude des données topographiques pour construire des indicateurs de changement dans le cadre de la théorie des croyances de Dempster-Shafer. Les modèles proposés sont évalués par rapport à des données réelles, tant en ce qui concerne la modélisation de l'appariement elle-même, que l'ensemble de la modélisation de l'incertitude, dont l'apport à la détection des changements est étudié dans le cadre du contrôle de l'emprise planimétrique du bâti de la Base de Données Topographiques nationale française.

Les systèmes d'aide à la conduite peuvent améliorer la sécurité routière en aidant les utilisateurs via des avertissements de situations dangereuses ou en déclenchant des actions appropriées en cas de collision imminente (airbags, freinage d'urgence, etc). Dans ce cas, la connaissance de la position et de la vitesse des objets mobiles alentours constitue une information clé. C'est pourquoi, dans ce travail, nous nous focalisons sur la détection et le suivi d'objets dans une scène dynamique. En remarquant que les systèmes multi-caméras sont de plus en plus présents dans les véhicules et en sachant que le lidar est performant pour la détection d'obstacles, nous nous intéressons à l'apport de la vision stéréoscopique dans la perception géométrique multimodale de l'environnement. Afin de fusionner les informations géométriques entre le lidar et le système de vision, nous avons développé un procédé de calibrage qui détermine les paramètres extrinsèques et évalue les incertitudes sur ces estimations. Nous proposons ensuite une méthode d'odométrie visuelle temps-réel permettant d'estimer le mouvement propre du véhicule afin de simplifier l'analyse du mouvement des objets dynamiques. Dans un second temps, nous montrons comment l'intégrité de la détection et du suivi des objets par lidar peut être améliorée en utilisant une méthode de confirmation visuelle qui procède par reconstruction dense de l'environnement 3D. Pour finir, le système de perception multimodal a été intégré sur une plateforme automobile, ce qui a permis de tester expérimentalement les différentes approches proposées dans des situations routières en environnement non contrôlé.