abstract: I investigate the Black Canyon City landslide (BCC landslide), a prominent deep-seated landslide located northeast of Black Canyon City, Arizona. Although the landslide does not appear to pose a significant hazard to structures, its prominent features and high topographic relief make it an excellent site to study the geologic setting under which such features develop. This study has the potential to contribute toward understanding the landscape evolution in similar geologic and topographic settings, and for characterizing the underlying structural processes of this deep-seated feature. We use field and remotely-based surface geology and geomorphological mapping to characterize the landslide geometry and its surface displacement. We use the Structure from Motion (SfM) method to generate a 0.2 m resolution digital elevation model and rectified ortho-photo imagery from unmanned aerial vehicle (UAV) - and balloon-based images and used them as the base map for our mapping. The ~0.6 km2 landslide is easily identified through remotely-sensed imagery and in the field because of the prominent east-west trending fractures defining its upper extensional portion. The landslide displaces a series of Early and Middle Miocene volcanic and sedimentary rocks. The main head scarp is ~600 m long and oriented E-W with some NW-SE oriented minor scarps. Numerous fractures varying from millimeters to meters in opening were identified throughout the landslide body (mostly with longitudinal orientation). The occurrence of a distinctive layer of dark reddish basalt presents a key displaced marker to estimate the long-term deformation of the slide mass. Using this marker, the total vertical displacement is estimated to be ~70 m, with maximum movement of ~95 m to the SE. This study indicates that the landslide motion is translational with a slight rotational character. We estimate the rate of the slide motion by resurvey of monuments on and off the slide, and examination of disturbed vegetation located along the fractures. The analysis indicates a slow integrated average landslide velocity of 10-60 mm/yr. The slide motion is probably driven during annual wet periods when increased saturation of the slide mass weakens the basal slip surface and the overall mass of the slide is increased. Results from our study suggest that the slide is stable and does not pose significant hazard for the surrounding area given no extreme changes in the environmental condition. Although the landslide is categorized as very slow (according to Cruden and Varnes, 1996), monitoring the landslide is still necessary. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Geological Sciences 2016

Image based modeling using visual images has undergone major development during the earlier parts of the 21th century. In this thesis a system for automated uncalibrated scene reconstruction using infrared images is implemented and tested. An automated reconstruction system could serve to simplify thermal inspection or as a demonstration tool. Thermal images will in general have lower resolution, less contrast and less high frequency content as compared to visual images. These characteristics of infrared images further complicates feature extraction and matching, key steps in the reconstruction process. In order to remedy the complication preprocessing methods are suggested and tested as well. Infrared modeling will also impose additional demands on the reconstruction as it is of importance to maintain thermal accuracy of the images in the product. Three main results are obtained from this thesis. Firstly, it is possible to obtain camera calibration and pose as well as a sparse point cloud reconstruction from an infrared image sequence using the suggested implementation. Secondly, correlation of thermal measurements from the images used to reconstruct three dimensional coordinates is presented and analyzed. Lastly, from the preprocessing evaluation it is concluded that the tested methods are not suitable. The methods will increase computational cost while improvements in the model are not proportional. / Bildbaserad modellering med visuella bilder har genomgått en stor utveckling under de tidigare delarna av 2000-talet. Givet en sekvens bestående av vanliga tvådimensionella bilder på en scen från olika perspektiv så är målet att rekonstruera en tredimensionell modell. I denna avhandling implementeras och testas ett system för automatiserad okalibrerad scenrekonstruktion från infraröda bilder. Okalibrerad rekonstruktion refererar till det faktum att parametrar för kameran, såsom fokallängd och fokus, är okända och enbart bilder används som indata till systemet. Ett stort användingsområde för värmekameror är inspektion. Temperaturskillnader i en bild kan indikera till exempel dålig isolering eller hög friktion. Om ett automatiserat system kan skapa en tredimensionell modell av en scen så kan det bidra till att förenkla inspektion samt till att ge en bättre överblick. Värmebilder kommer generellt att ha lägre upplösning, mindre kontrast och mindre högfrekvensinnehåll jämfört med visuella bilder. Dessa egenskaper hos infraröda bilder komplicerar extraktion och matchning av punkter i bilderna vilket är viktiga steg i rekonstruktionen. För att åtgärda komplikationen förbehandlas bilderna innan rekonstruktionen, ett urval av metoder för förbehandling har testats. Rekonstruktion med värmebilder kommer också att ställa ytterligare krav på rekonstruktionen, detta eftersom det är viktigt att bibehålla termisk noggrannhet från bilderna i modellen. Tre huvudresultat erhålls från denna avhandling. För det första är det möjligt att beräkna kamerakalibrering och position såväl som en gles rekonstruktion från en infraröd bildsekvens, detta med implementationen som föreslås i denna avhandling. För det andra presenteras och analyseras korrelationen för temperaturmätningar i bilderna som används för rekonstruktionen. Slutligen så visar den testade förbehandlingen inte en förbättring av rekonstruktionen som är propotionerlig med den ökade beräkningskomplexiteten.

Many methods have been developed for visual tracking of generic objects. The vast majority of these assume the world is two-dimensional, either ignoring the third dimension or only dealing with it indirectly. This causes difficulties for the tracker when the target approaches or moves away from the camera, is occluded or moves out of the camera frame. Unmanned aerial vehicles (UAVs) are increasingly used in civilian applications and some of these will undoubtedly carry tracking systems in the future. As they move around, these trackers will encounter both scale changes and occlusions. To improve the tracking performance in these cases, the third dimension should be taken into account. This thesis extends the capabilities of a 2D tracker to three dimensions, with the assumption that the target moves on a ground plane. The position of the tracker camera is established by matching the video it produces to a sparse point-cloud map built with off-the-shelf structure-from-motion software. A target is tracked with a generic 2D tracker and subsequently positioned on the ground. Should the target disappear from view, its motion on the ground is predicted. In combination, these simple techniques are shown to improve the robustness of a tracking system on a moving platform under target scale changes and occlusions.

Dans le domaine de la vision par ordinateur, l’estimation de la structure d’une scène 3D à partir d’images 2D constitue un problème fondamental. Parmi les applications concernées par cette problématique, nous nous sommes intéressés dans le cadre de cette thèse à la modélisation d’un environnement urbain. Nous nous sommes intéressés à la reconstruction de scènes 3D à partir d’images monoculaires générées par un véhicule en mouvement. Ici, plusieurs défis se posent à travers les différentes étapes de la chaine de traitement inhérente à la reconstruction 3D. L’un de ces défis vient du fait de l’absence de zones suffisamment texturées dans certaines scènes urbaines, d’où une reconstruction 3D (un nuage de points 3D) trop éparse. De plus, du fait du mouvement du véhicule, d’une image à l’autre il n’y a pas toujours un recouvrement suffisant entre différentes vues consécutives d’une même scène. Dans ce contexte, et ce afin de lever les verrous ci-dessus mentionnés, nous proposons d’estimer, de reconstruire, la structure d’une scène 3D par morceaux en se basant sur une hypothèse de planéité. Nous proposons plusieurs améliorations à la chaine de traitement associée à la reconstruction 3D. D’abord, afin de structurer, de représenter, la scène sous la forme d’entités planes nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction 3D, basée sur le regroupement de pixels similaires (superpixel segmentation), qui à travers une représentation multi-échelle pondérée fusionne les informations de couleur et de mouvement. Cette méthode est basée sur l’estimation de la probabilité de discontinuités locales aux frontières des régions calculées à partir du gradient (gradientbased boundary probability estimation). Afin de prendre en compte l’incertitude liée à l’estimation du mouvement, une pondération par morceaux est appliquée à chaque pixel en fonction de cette incertitude. Cette méthode génère des regroupements de pixels (superpixels) non contraints en termes de taille et de forme. Pour certaines applications, telle que la reconstruction 3D à partir d’une séquence d’images, des contraintes de taille sont nécessaires. Nous avons donc proposé une méthode qui intègre à l’algorithme SLIC (Simple Linear Iterative Clustering) l’information de mouvement. L’objectif étant d’obtenir une reconstruction 3D plus dense qui estime mieux la structure de la scène. Pour atteindre cet objectif, nous avons aussi introduit une nouvelle distance qui, en complément de l’information de mouvement et de données images, prend en compte la densité du nuage de points. Afin d’augmenter la densité du nuage de points utilisé pour reconstruire la structure de la scène sous la forme de surfaces planes, nous proposons une nouvelle approche qui mixte plusieurs méthodes d’appariement et une méthode de flot optique dense. Cette méthode est basée sur un système de pondération qui attribue un poids pré-calculé par apprentissage à chaque point reconstruit. L’objectif est de contrôler l’impact de ce système de pondération, autrement dit la qualité de la reconstruction, en fonction de la précision de la méthode d’appariement utilisée. Pour atteindre cet objectif, nous avons appliqué un processus des moindres carrés pondérés aux données reconstruites pondérées par les calculés par apprentissage, qui en complément de la segmentation par morceaux de la séquence d’images, permet une meilleure reconstruction de la structure de la scène sous la forme de surfaces planes. Nous avons également proposé un processus de gestion des discontinuités locales aux frontières de régions voisines dues à des occlusions (occlusion boundaries) qui favorise la coplanarité et la connectivité des régions connexes. L’ensemble des modèles proposés permet de générer une reconstruction 3D dense représentative à la réalité de la scène. La pertinence des modèles proposés a été étudiée et comparée à l’état de l’art. Plusieurs expérimentations ont été réalisées afin de démontrer, d’étayer, la validité de notre approche / In computer vision, the 3D structure estimation from 2D images remains a fundamental problem. One of the emergent applications is 3D urban modelling and mapping. Here, we are interested in street-level monocular 3D reconstruction from mobile vehicle. In this particular case, several challenges arise at different stages of the 3D reconstruction pipeline. Mainly, lacking textured areas in urban scenes produces low density reconstructed point cloud. Also, the continuous motion of the vehicle prevents having redundant views of the scene with short feature points lifetime. In this context, we adopt the piecewise planar 3D reconstruction where the planarity assumption overcomes the aforementioned challenges.In this thesis, we introduce several improvements to the 3D structure estimation pipeline. In particular, the planar piecewise scene representation and modelling. First, we propose a novel approach that aims at creating 3D geometry respecting superpixel segmentation, which is a gradient-based boundary probability estimation by fusing colour and flow information using weighted multi-layered model. A pixel-wise weighting is used in the fusion process which takes into account the uncertainty of the computed flow. This method produces non-constrained superpixels in terms of size and shape. For the applications that imply a constrained size superpixels, such as 3D reconstruction from an image sequence, we develop a flow based SLIC method to produce superpixels that are adapted to reconstructed points density for better planar structure fitting. This is achieved by the mean of new distance measure that takes into account an input density map, in addition to the flow and spatial information. To increase the density of the reconstructed point cloud used to performthe planar structure fitting, we propose a new approach that uses several matching methods and dense optical flow. A weighting scheme assigns a learned weight to each reconstructed point to control its impact to fitting the structure relative to the accuracy of the used matching method. Then, a weighted total least square model uses the reconstructed points and learned weights to fit a planar structure with the help of superpixel segmentation of the input image sequence. Moreover, themodel handles the occlusion boundaries between neighbouring scene patches to encourage connectivity and co-planarity to produce more realistic models. The final output is a complete dense visually appealing 3Dmodels. The validity of the proposed approaches has been substantiated by comprehensive experiments and comparisons with state-of-the-art methods

[EN] Hydric soil erosion is an economic and ecological problem throughout the world. Current investigation of the processes intervening in the erosion needs detailed information about the soil's surface topography appropriate in resolution and precision for the work's scale. Part of the studies trying to model and quantify the erosive processes are carried out in laboratories, in detailed scales (millimetric), and need methods capable of giving accurate measurements of the surface, in an efficient way. Experiments carried out in a laboratory to measure hydric erosion are based on the use of rain simulators on small soil plots. Soil's rugosity or micro relief influences considerably the distribution of rain water among infiltration and run-off, and is a key factor when modelling erosive processes. Accurate measurement of the plot's relief before and after the rain simulation allows estimation based on the volume differences. In recent years there is an increasing demand for accurate topographical data in the area of geomorphological science. Reproduction of the soil's surface is done by means of Digital Elevation Models (DEM), generated from massive altimetric data acquired by means of laser scanners or image-based photogrammetric techniques. These data have been collected by means of classical photogrammetric techniques (among others) up until recently; it is not, however, an easy task, and furthermore, to achieve the necessary accuracy, a strict methodology is needed, taking into account all the error sources in the process. Advances in digital photogrammetry and related fields, such as image processing and computer vision, have brought new software tools with potential application in various fields, such as geomorphology and erosion study. Structure from Motion (SfM) method produces automatically a 3D model of an object from multiple converging images, using automatic image to image registry methods and image correspondence algorithms, which allow a great degree of automatization and a greater ease of use, with a very low cost. This thesis tries to establish a DEM collection methodology of an experimental zone in a laboratory after repeated episodes of simulated rain by means of photogrammetric techniques based on SfM. Based on the obtained DEM, an estimation of the erosion using DEM of Difference (DoD) techniques will be carried out, comparing these estimations with the results of the obtained run-off and infiltration to validate the method. The results show the suitability of this technique for laboratory erosion studies. / [ES] La erosión hídrica del suelo es hoy un problema económico y ecológico en todo el mundo. La investigación actual de los procesos que intervienen en la erosión requiere información detallada sobre la topografía de la superficie del suelo con resolución y precisión adecuadas a la escala de trabajo. Una parte de los estudios que se realizan para la modelización y cuantificación de los procesos erosivos se llevan a cabo en laboratorio, a escalas de detalle (milimétricas), y necesitan métodos capaces de proporcionar mediciones precisas de la superficie, de una manera eficiente. Los experimentos realizados en laboratorio para la medición de la erosión hídrica se basan en el uso de simuladores de lluvia sobre parcelas de suelo de reducidas dimensiones. La rugosidad o microrrelieve del suelo influye considerablemente en el reparto de agua de lluvia entre infiltración y escorrentía, y es un parámetro importante para la modelización de procesos erosivos. La medición precisa del relieve de la parcela antes y después de la simulación de la lluvia permite estimar la erosión a partir de las diferencias de volumen. Así, en los últimos años se ha producido una creciente demanda de datos topográficos de precisión en el ámbito de las ciencias geomorfológicas. La representación de la superficie del suelo se realiza a través de Modelos Digitales de Elevaciones (MDE), generados a partir de datos altimétricos masivos, adquiridos mediante escáneres láser o por técnicas fotogramétricas basadas en imágenes. La obtención de estos datos se ha realizado mediante técnicas fotogramétricas clásicas (entre otras) hasta hace poco; sin embargo, no es una tarea trivial, y además para conseguir las precisiones necesarias se ha de trabajar con una metodología rigurosa que tenga en cuenta todas las fuentes de error en el proceso. Los avances experimentados en fotogrametría digital y otros ámbitos relacionados, como el procesamiento de imágenes y la visión por computador, han proporcionado nuevas herramientas software disponibles con gran potencial de aplicación en muchas y variadas disciplinas, entre ellas la geomorfología y el estudio de la erosión. El método Structure from Motion (SfM) obtiene de forma automática un modelo 3D de un objeto a partir de múltiples imágenes convergentes empleando métodos automáticos de registro imagen a imagen y algoritmos de correspondencia de imágenes, lo que permite un alto nivel de automatización y una mayor facilidad de uso, con un coste muy bajo. En esta tesis se pretende establecer una metodología para la obtención de MDE de una zona experimental en laboratorio tras sucesivos episodios de simulación de lluvia mediante técnicas fotogramétricas basadas en SfM. A partir de los MDE obtenidos se realizará una estimación de la erosión aplicando técnicas de diferencias de MDE (DoD), contrastando estas estimaciones con los resultados de los sedimentos arrastrados por la escorrentía y la infiltración para validar el método. Los resultados han demostrado la idoneidad de esta técnica en los estudios de erosión en laboratorio. / [CAT] L'erosió hídrica del sòl és actualment un problema econòmic i ecològic en tot el món. La investigació actual dels processos que intervenen en l'erosió requereix informació detallada sobre la topografia de la superfície del sòl amb resolució i precisió adequades a l'escala de treball. Una part dels estudis que es realitzen per a la modelització i quantificació dels processos erosius es duen a terme en laboratori, a escales de detall (mil·limètriques) , i necessiten mètodes capaços de proporcionar mesuraments precisos de la superfície, d'una manera eficient. Els experiments realitzats en laboratori per al mesurament de l'erosió hídrica es basen en l'ús de simuladors de pluja sobre parcel·les de sòl de reduïdes dimensions. La rugositat o microrrelleu del sòl influeix considerablement en el repartiment d'aigua de pluja entre infiltració i escolament, i és un paràmetre important per a la modelització de processos erosius. La medició precisa del relleu de la parcel·la abans i després de la simulació de la pluja permet estimar l'erosió a partir de les diferències de volum. Així, en els últims anys s'ha produït una creixent demanda de dades topogràfiques de precisió en l'àmbit de les ciències geomorfològiques. La representació de la superfície del sòl es realitza a través de Models Digitals d'Elevacions (MDE) , generats a partir de dades altimètriques massives, adquirides per mitjà d'escàners làser o per tècniques fotogramètriques basades en imatges. La obtenció d'estes dades s'ha realitzat amb tècniques fotogramètriques clàssiques (entre altres) fins fa poc; no obstant això, no és una tasca trivial, i a més per a aconseguir les precisions necessàries s'ha de treballar amb una metodologia rigorosa que tinga en compte totes les fonts d'error en el procés. Els avanços experimentats en fotogrametria digital i altres àmbits relacionats, com el processament d'imatges i la visió per computador, han proporcionat noves ferramentes disponibles amb gran potencial d'aplicació en moltes i variades disciplines, entre elles la geomorfologia i l'estudi de l'erosió. El mètode Structure from Motion (SfM) obté de forma automàtica un model 3D d'un objecte a partir de múltiples imatges convergents emprant mètodes automàtics de registre imatge a imatge i algoritmes de correspondència d'imatges, la qual cosa permet un alt nivell d'automatització i una major facilitat d'ús, amb un cost molt baix. En esta tesi es pretén establir una metodologia per a l'obtenció de MDE d'una zona experimental en laboratori després de successius episodis de simulació de pluja per mitjà de tècniques fotogramètriques basades en SfM. A partir dels MDE obtinguts es realitzarà una estimació de l'erosió aplicant tècniques de diferències de MDE (DoD) , contrastant estes estimacions amb els resultats dels sediments arrossegats per l'escolament i la infiltració per a validar el mètode. Els resultats han demostrat la idoneïtat d'esta tècnica en els estudis d'erosió en laboratori. / Balaguer Puig, M. (2015). Análisis empírico de soluciones fotogramétricas en estudios de erosión hídrica en laboratorio [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/58989 / TESIS

Cette thèse traite des problèmes de modélisation, reconnaissance, localisation et utilisation du contexte pour la manipulation d'objets par un robot. Le processus de modélisation se divise en quatre composantes : le système réel, les données capteurs, les propriétés à reproduire et le modèle. En spécifiant chacune des ces composantes, il est possible de définir un processus de modélisation adapté au problème présent, la manipulation d'objets par un robot. Cette analyse mène à l'adoption des descripteurs de texture locaux pour la modélisation. La modélisation basée sur des descripteurs de texture locaux a été abordé dans de nombreux travaux traitant de structure par le mouvement (SfM) ou de cartographie et localisation simultanée (SLAM). Les méthodes existantes incluent Bundler, Roboearth et 123DCatch. Pourtant, aucune de ces méthodes n'a recueilli le consensus. En effet, l'implémentation d'une approche similaire montre que ces outils sont difficiles d'utilisation même pour des utilisateurs experts et qu'ils produisent des modèles d'une haute complexité. Cette complexité est utile pour fournir un modèle robuste aux variations de point de vue. Il existe deux façons pour un modèle d'être robuste : avec le paradigme des vues multiple ou celui des descripteurs forts. Dans le paradigme des vues multiples, le modèle est construit à partir d'un grand nombre de points de vue de l'objet. Le paradigme des descripteurs forts compte sur des descripteurs résistants aux changements de points de vue. Les expériences réalisées montrent que des descripteurs forts permettent d'utiliser un faible nombre de vues, ce qui résulte en un modèle simple. Ces modèles simples n'incluent pas tout les point de vus existants mais les angles morts peuvent être compensés par le fait que le robot est mobile et peut adopter plusieurs points de vue. En se basant sur des modèles simples, il est possible de définir des méthodes de modélisation basées sur des images seules, qui peuvent être récupérées depuis Internet. A titre d'illustration, à partir d'un nom de produit, il est possible de récupérer des manières totalement automatiques des images depuis des magasins en ligne et de modéliser puis localiser les objets désirés. Même avec une modélisation plus simple, dans des cas réel ou de nombreux objets doivent être pris en compte, il se pose des problèmes de stockage et traitement d'une telle masse de données. Cela se décompose en un problème de complexité, il faut traiter de nombreux modèles rapidement, et un problème d'ambiguïté, des modèles peuvent se ressembler. L'impact de ces deux problèmes peut être réduit en utilisant l'information contextuelle. Le contexte est toute information non issue des l'objet lui même et qui aide a la reconnaissance. Ici deux types de contexte sont abordés : le lieu et les objets environnants. Certains objets se trouvent dans certains endroits particuliers. En connaissant ces liens lieu/objet, il est possible de réduire la liste des objets candidats pouvant apparaître dans un lieu donné. Par ailleurs l'apprentissage du lien lieu/objet peut être fait automatiquement par un robot en modélisant puis explorant un environnement. L'information appris peut alors être fusionnée avec l'information visuelle courante pour améliorer la reconnaissance. Dans les cas des objets environnants, un objet peut souvent apparaître au cotés d'autres objets, par exemple une souris et un clavier. En connaissant la fréquence d'apparition d'un objet avec d'autres objets, il est possible de réduire la liste des candidats lors de la reconnaissance. L'utilisation d'un Réseau de Markov Logique est particulièrement adaptée à la fusion de ce type de données. Cette thèse montre la synergie de la robotique et du contexte pour la modélisation, reconnaissance et localisation d'objets. / This Thesis addresses the modeling, recognition, localization and use of context for objects manipulation by a robot. We start by presenting the modeling process and its components: the real system, the sensors' data, the properties to reproduce and the model. We show how, by specifying each of them, one can define a modeling process adapted to the problem at hand, namely object manipulation by a robot. This analysis leads us to the adoption of local textured descriptors for object modeling. Modeling with local textured descriptors is not a new concept, it is the subject of many Structure from Motion (SfM) or Simultaneous Localization and Mapping (SLAM) works. Existing methods include bundler, roboearth modeler and 123DCatch. Still, no method has gained widespread adoption. By implementing a similar approach, we show that they are hard to use even for expert users and produce highly complex models. Such complex techniques are necessary to guaranty the robustness of the model to view point change. There are two ways to handle the problem: the multiple views paradigm and the robust features paradigm. The multiple views paradigm advocate in favor of using a large number of views of the object. The robust feature paradigm relies on robust features able to resist large view point changes. We present a set of experiments to provide an insight into the right balance between both. By varying the number of views and using different features we show that small and fast models can provide robustness to view point changes up to bounded blind spots which can be handled by robotic means. We propose four different methods to build simple models from images only, with as little a priori information as possible. The first one applies to planar or piecewise planar objects and relies on homographies for localization. The second approach is applicable to objects with simple geometry, such as cylinders or spheres, but requires many measures on the object. The third method requires the use of a calibrated 3D sensor but no additional information. The fourth technique doesn't need a priori information at all. We apply this last method to autonomous grocery objects modeling. From images automatically retrieved from a grocery store website, we build a model which allows recognition and localization for tracking. Even using light models, real situations ask for numerous object models to be stored and processed. This poses the problems of complexity, processing multiple models quickly, and ambiguity, distinguishing similar objects. We propose to solve both problems by using contextual information. Contextual information is any information helping the recognition which is not directly provided by sensors. We focus on two contextual cues: the place and the surrounding objects. Some objects are mainly found in some particular places. By knowing the current place, one can restrict the number of possible identities for a given object. We propose a method to autonomously explore a previously labeled environment and establish a correspondence between objects and places. Then this information can be used in a cascade combining simple visual descriptors and context. This experiment shows that, for some objects, recognition can be achieved with as few as two simple features and the location as context. The objects surrounding a given object can also be used as context. Objects like a keyboard, a mouse and a monitor are often close together. We use qualitative spatial descriptors to describe the position of objects with respect to their neighbors. Using a Markov Logic Network, we learn patterns in objects disposition. This information can then be used to recognize an object when surrounding objects are already identified. This Thesis stresses the good match between robotics, context and objects recognition.

No description available.

The aim of this master thesis is to create mobile application for spatial reconstruction. Thesis describes image processing methods suitable for solving this problem. Available platforms for creating mobile application are described. The parameters of the measured scenes are defined. A mobile application containing the described methods is created. The application is tested by reconstruction of objects in different conditions.

Les systèmes d'aide à la conduite et les travaux concernant le véhicule autonome ont atteint une certaine maturité durant ces dernières aimées grâce à l'utilisation de technologies avancées. Une étape fondamentale pour ces systèmes porte sur l'estimation du mouvement et de la structure de l'environnement (Structure From Motion) pour accomplir plusieurs tâches, notamment la détection d'obstacles et de marquage routier, la localisation et la cartographie. Pour estimer leurs mouvements, de tels systèmes utilisent des capteurs relativement chers. Pour être commercialisés à grande échelle, il est alors nécessaire de développer des applications avec des dispositifs bas coûts. Dans cette optique, les systèmes de vision se révèlent une bonne alternative. Une nouvelle méthode basée sur des approches 2D/2D à partir d'un réseau de caméras asynchrones est présentée afin d'obtenir le déplacement et la structure 3D à l'échelle absolue en prenant soin d'estimer les facteurs d'échelle. La méthode proposée, appelée méthode des triangles, se base sur l'utilisation de trois images formant un triangle : deux images provenant de la même caméra et une image provenant d'une caméra voisine. L'algorithme admet trois hypothèses: les caméras partagent des champs de vue communs (deux à deux), la trajectoire entre deux images consécutives provenant d'une même caméra est approximée par un segment linéaire et les caméras sont calibrées. La connaissance de la calibration extrinsèque entre deux caméras combinée avec l'hypothèse de mouvement rectiligne du système, permet d'estimer les facteurs d'échelle absolue. La méthode proposée est précise et robuste pour les trajectoires rectilignes et présente des résultats satisfaisants pour les virages. Pour affiner l'estimation initiale, certaines erreurs dues aux imprécisions dans l'estimation des facteurs d'échelle sont améliorées par une méthode d'optimisation : un ajustement de faisceaux local appliqué uniquement sur les facteurs d'échelle absolue et sur les points 3D. L'approche présentée est validée sur des séquences de scènes routières réelles et évaluée par rapport à la vérité terrain obtenue par un GPS différentiel. Une application fondamentale dans les domaines d'aide à la conduite et de la conduite automatisée est la détection de la route et d'obstacles. Pour un système asynchrone, une première approche pour traiter cette application est présentée en se basant sur des cartes de disparité éparses. / Driver assistance systems and autonomous vehicles have reached a certain maturity in recent years through the use of advanced technologies. A fundamental step for these systems is the motion and the structure estimation (Structure From Motion) that accomplish several tasks, including the detection of obstacles and road marking, localisation and mapping. To estimate their movements, such systems use relatively expensive sensors. In order to market such systems on a large scale, it is necessary to develop applications with low cost devices. In this context, vision systems is a good alternative. A new method based on 2D/2D approaches from an asynchronous multi-camera network is presented to obtain the motion and the 3D structure at the absolute scale, focusing on estimating the scale factors. The proposed method, called Triangle Method, is based on the use of three images forming a. triangle shape: two images from the same camera and an image from a neighboring camera. The algorithrn has three assumptions: the cameras share common fields of view (two by two), the path between two consecutive images from a single camera is approximated by a line segment, and the cameras are calibrated. The extrinsic calibration between two cameras combined with the assumption of rectilinear motion of the system allows to estimate the absolute scale factors. The proposed method is accurate and robust for straight trajectories and present satisfactory results for curve trajectories. To refine the initial estimation, some en-ors due to the inaccuracies of the scale estimation are improved by an optimization method: a local bundle adjustment applied only on the absolute scale factors and the 3D points. The presented approach is validated on sequences of real road scenes, and evaluated with respect to the ground truth obtained through a differential GPS. Finally, another fundamental application in the fields of driver assistance and automated driving is road and obstacles detection. A method is presented for an asynchronous system based on sparse disparity maps

[ES] La Fotogrametría es una ciencia y tecnología que tiene utilidad médica creciente. Una aplicación médica destacable de la Fotogrametría es la medición de las úlceras de la piel. Las úlceras de la piel constituyen un problema médico y social importante: por su elevado coste económico, afectación de la salud y calidad de vida, frecuente cronicidad y complicaciones. La medición de la úlcera es necesaria y útil para el seguimiento clínico. La disminución de variables de tamaño de la úlcera indica su progresión hacia la cicatrización. Los procedimientos tradicionales de medición unidimensional y bidimensional, como la regla graduada y la planimetría con acetato, se siguen utilizando por su sencillez y comodidad de uso. Sin embargo, son invasivos y tienen inconvenientes técnicos, como inexactitud e imprecisión. Otros procedimientos de medición tridimensional (3D), como la inyección de líquido y los moldes de pasta, pueden tener, además, efectos adversos, como dolor, irritación o reacción alérgica. Algunos procedimientos sin contacto que utilizan técnicas de escaneo con luz estructurada o láser: 1/ necesitan dispositivos de escaneo específicos; 2/ no se ha demostrado su utilidad en la práctica clínica; 3/ tienen un coste elevado. Por otra parte, no hay un procedimiento de referencia (patrón oro) para la medición del volumen de las úlceras cutáneas. Una optimización de las técnicas utilizadas para la valoración objetiva de la evolución de las úlceras de la piel ayudaría a comparar la eficacia de los distintos tratamientos y seleccionar los más adecuados, así como predecir el tiempo de curación. Por todo lo anterior, se justifica el desarrollo de un procedimiento de medición de úlceras basado en una técnica fotogramétrica sin contacto, como la estereofotogrametría. El objetivo general de esta tesis es desarrollar un procedimiento fotogramétrico para el escaneo, medición, clasificación tisular y seguimiento clínico de úlceras cutáneas; y validar dicho procedimiento en un estudio clínico con pacientes, evaluando su fiabilidad y exactitud. El procedimiento SfM-3DULC está basado en las técnicas estereofotogramétricas SfM (Structure from Motion) y MVS (Multi View Stereo) y utiliza como software de escaneo Agisoft PhotoScan y como software de medición del modelo 3D el programa 3DULC, creado por los autores. Este procedimiento escanea y reconstruye un modelo digital 3D de la úlcera utilizando una cámara digital, con la que se adquieren una serie de fotografías desde varias localizaciones y orientaciones. Para la validación del procedimiento SfM-3DULC, se realizó un estudio piloto en el que se evaluó su fiabilidad y exactitud. También se propuso una nueva variante del procedimiento ImageJ, en la que se utiliza una ortofotografía (Ortho-ImageJ), para medir el área proyectada. Por último, se compararon las mediciones realizadas por un grupo de dermatólogos y otro grupo de no expertos. Todas las variables medidas por dermatólogos usando SfM-3DULC mostraron excelentes puntuaciones de fiabilidad intra-evaluador (ICC > 0.99) e inter-evaluador (ICC > 0.98). En conclusión, el software 3DULC desarrollado, en su versión 1.0: 1/ Interviene en la fase de medición de la úlcera cutánea, tras su escaneo. 2/ Es autónomo respecto al procedimiento de escaneo, y podría utilizarse junto a cualquier otra técnica que obtenga una nube de puntos de la úlcera cutánea. 3/ Detecta el contorno de la úlcera de forma asistida basándose en su respuesta espectral. 4/ Clasifica las zonas de la úlcera cutánea según su tipo de tejido utilizando un árbol de decisión. 5/ Mide las siguientes variables morfométricas de la úlcera cutánea: coeficiente de circularidad, coeficiente de lisura, longitud máxima, perímetro, profundidad máxima, área proyectada, área de la superficie excavada, área de la superficie de referencia y volumen. 6/ Presenta los resultados con un informe HTML que facilita la interpretación por personal sanitario. / [CA] La Fotogrametria és una ciència i tecnologia que té utilitat mèdica creixent. Una aplicació mèdica destacable de la Fotogrametria és el mesurament de les úlceres de la pell. Les úlceres de la pell constitueixen un problema mèdic i social important: pel seu elevat cost econòmic, afectació de la salut i qualitat de vida, freqüent cronicitat i complicacions. El mesurament de l'úlcera és necessària i útil per al seguiment clínic. La disminució de variables de mida de l'úlcera indica la seva progressió cap a la cicatrització. Els procediments tradicionals de mesurament unidimensional i bidimensional, com el regle graduat i la planimetria amb acetat, es continuen utilitzant per la seva senzillesa i comoditat d'ús. No obstant això, són invasius i tenen inconvenients tècnics, com inexactitud i imprecisió. Altres procediments de mesurament tridimensional (3D), com la injecció de líquid i els motles de pasta, poden tenir, a més, efectes adversos, com dolor, irritació o reaccions al·lèrgiques. Alguns procediments sense contacte que utilitzen tècniques d'escaneig amb llum estructurada o làser: 1 / necessiten dispositius d'escaneig específics; 2 / no s'ha demostrat la seva utilitat en la pràctica clínica; 3 / tenen un cost elevat. D'altra banda, no hi ha un procediment de referència (patró or) per al mesurament del volum de les úlceres cutànies. Una optimització de les tècniques utilitzades per a la valoració objectiva de l'evolució de les úlceres de la pell ajudaria a comparar l'eficàcia dels diferents tractaments i seleccionar els més adequats, així com predir el temps de curació. Per tot l'anterior, es justifica el desenvolupament d'un procediment de mesurament de úlceres basat en una tècnica fotogramètrica sense contacte, com la estereofotogrametría. L'objectiu general d'aquesta tesi és desenvolupar un procediment fotogramètric per a l'escaneig, mesurament, classificació tissular i seguiment clínic d'úlceres cutànies; i validar aquest procediment en un estudi clínic amb pacients, avaluant la seva fiabilitat i exactitud. El procediment SFM-3DULC està basat en les tècniques estereofotogramétricas SFM (Structure from Motion) i MVS (Multi View Stereo) i utilitza com a programari d'escaneig Agisoft PhotoScan i com a programari de mesurament de el model 3D el programa 3DULC, creat pels autors. Aquest procediment escaneja i reconstrueix un model digital 3D de l'úlcera utilitzant una càmera digital, amb la qual s'adquireixen una sèrie de fotografies des de diverses localitzacions i orientacions. Per a la validació de l'procediment SFM-3DULC, es va realitzar un estudi pilot en el qual es va avaluar la seva fiabilitat i exactitud. També es va proposar una nova variant del procediment ImageJ, en què s'utilitza una ortofotografia (Ortho-ImageJ), per mesurar l'àrea projectada. Finalment, es van comparar les mesures realitzades per un grup de dermatòlegs i un altre grup de no experts. Totes les variables mesures per dermatòlegs usant SFM-3DULC van mostrar excel·lents puntuacions de fiabilitat intra-avaluador (ICC> 0.99) i inter-avaluador (ICC> 0.98). En conclusió, el programari 3DULC desenvolupat, en la seva versió 1.0: 1 / Intervé en la fase de mesurament de l'úlcera cutània, després de la seva exploració. 2 / És autònom respecte a l'procediment d'escaneig, i podria utilitzar-costat de qualsevol altra tècnica que obtingui un núvol de punts de l'úlcera cutània. 3 / Detecta el contorn de l'úlcera de forma assistida basant-se en la seva resposta espectral. 4 / Classifica les zones de l'úlcera cutània segons el seu tipus de teixit utilitzant un arbre de decisió. 5 / Mesura les variables morfomètriques de l'úlcera cutània: coeficient de circularitat, coeficient de llisor, longitud màxima, perímetre, profunditat màxima, àrea projectada, àrea de la superfície excavada, àrea de la superfície de referència i volum. 6 / Presenta els resultats amb un informe HTML que facilita la interpretació per personal sanitari. / [EN] Photogrammetry is a science and technology of increasing medical utility. A notable medical application of photogrammetry is the measurement of skin ulcers. Skin ulcers are a major medical and social problem: due to their high economic cost, impact on health and quality of life, frequent chronicity and complications. Ulcer measurement is necessary and useful for the clinical follow-up. Decreasing ulcer size variables indicate progression towards healing. Traditional one- and two-dimensional measurement procedures, such as the graduated ruler and acetate planimetry, are still used because of their simplicity and ease of use. However, they are invasive and have technical drawbacks, such as inaccuracy and imprecision. Other three-dimensional (3D) measurement procedures, such as liquid injection and paste moulds, may also have adverse effects, such as pain, irritation or allergic reaction. Some non-contact procedures that use structured light or laser scanning techniques: 1/ require specific scanning devices; 2/ have not been demonstrated to be useful in clinical practice; 3/ are expensive. Moreover, there is no reference procedure (gold standard) for the measurement of skin ulcer volume. Optimisation of the techniques used for the objective assessment of the evolution of skin ulcers would help to compare the efficacy of different treatments and to select the most appropriate ones, as well as to predict healing time. Therefore, the development of an ulcer measurement procedure based on a non-contact photogrammetric technique, such as stereophotogrammetry, is justified. The main objective of this thesis is to develop a photogrammetric procedure for the scanning, measurement, tissue classification and clinical follow-up of skin ulcers; and to validate this procedure in a clinical study with patients, evaluating its reliability and accuracy. The SfM-3DULC procedure is based on the stereophotogrammetric techniques SfM (Structure from Motion) and MVS (Multi View Stereo) and uses Agisoft PhotoScan as scanning software and 3DULC as 3D model measurement software. This procedure scans and reconstructs a 3D digital model of the ulcer using a digital camera, which acquires photographs from various locations and orientations. In order to validate the SfM-3DULC procedure, a pilot study was conducted to assess its reliability and accuracy. A new variant of the ImageJ procedure was also proposed, in which an orthophotography (Ortho-ImageJ) is used to measure the projected area. Finally, measurements made by a group of dermatologists and a group of non-experts were compared. All the variables measured by dermatologists using SfM-3DULC showed excellent scores of intra-rater reliability (ICC > 0.99) and inter-rater reliability (ICC > 0.98). In conclusion, the 3DULC software developed, in its version 1.0: 1/ Is used to measure the skin ulcer, after its scan. 2/ Is autonomous with respect to the scanning procedure, and could be used with any other technique that obtains a point cloud of the skin ulcer. 3/ Outlines the edge of the ulcer semi-automatically, based on its spectral response. 4/ Classifies skin ulcer areas according to their tissue type, using a decision tree. 5/ Measures the following morphometric variables of the skin ulcer: circularity coefficient, evenness coefficient, maximum length, perimeter, maximum depth, projected area, surface area, reference surface area and volume. 6/ Presents the results with an HTML report that facilitates its interpretation by healthcare personnel. / Esta tesis doctoral fue financiada con una beca predoctoral de la Generalitat Valenciana – Consellería de Educación, Investigación, Cultura y Deporte, y el Fondo Social Europeo (ACIF/2018/160). / Sánchez Jiménez, D. (2022). SfM-3DULC: Desarrollo y validación de un procedimiento fotogramétrico para el escaneo, medición, clasificación tisular y seguimiento clínico de úlceras cutáneas [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/181691 / TESIS