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Titre : Image-based modeling for object and human reconstruction Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Fabio Remondino, Auteur Editeur : Zurich : Institut für Geodäsie und Photogrammetrie IGP - ETH Année de publication : 2006 Collection : IGP Mitteilungen, ISSN 0252-9335 num. 091 Importance : 159 p. Format : 21 x 30 cm ISBN/ISSN/EAN : 978-3-906467-61-0 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Photogrammétrie numérique
[Termes IGN] acquisition d'images
[Termes IGN] compensation par faisceaux
[Termes IGN] étalonnage de capteur (imagerie)
[Termes IGN] extraction automatique
[Termes IGN] géométrie projective
[Termes IGN] modélisation 3D
[Termes IGN] objet mobile
[Termes IGN] orientation du capteur
[Termes IGN] orientation externe
[Termes IGN] orientation interne
[Termes IGN] orientation relative
[Termes IGN] photogrammétrie terrestre
[Termes IGN] points homologues
[Termes IGN] reconstruction 3D
[Termes IGN] reconstruction d'objet
[Termes IGN] semis de points
[Termes IGN] traitement d'image
[Termes IGN] vision par ordinateurIndex. décimale : 33.30 Photogrammétrie numérique Résumé : (Auteur) The topic of this research is the investigation of the image-based approach for the 3D modeling of close-range scenes, static objects and moving human characters. Three-dimensional (3D) modeling from images is a great topic of investigation in the research community, even if range sensors are becoming more and more a common source and a good alternative for the generation of 3D information. The interest in 3D modeling is motivated by a wide spectrum of applications, such as video games, animation, navigation of autonomous vehicles, object recognition, surveillance and visualization. In particular, the production of 3D models from existing images or old movies would allow the generation of new scenes involving objects or human characters who may be unavailable for other modeling techniques.
Techniques for 3D modeling have been rapidly advancing over the past few years although most of them focus on single objects or specific applications such as architecture or city mapping. Nowadays the accurate and fully automated reconstruction of 3D models from image data is still a challenging problem. Most of the current approaches developed to recover accurate 3D models are based on semi-automatic procedures, therefore the introduction of new reliable and automated algorithms is one of the key goals in the photogrammetric and vision communities. In fact fully automated image-based approaches generally do not work under certain image network configuration or are not reliable enough for some applications, like cultural heritage documentation. Automated image-based methods require good features in multiple images and very short baselines between consecutive frames to extract dense depth maps and complete 3D models. But these requirements are not satisfied in some practical situations, due to occlusions, illumination changes and lack of texture. Automated processes often end up with areas containing too many features that are not all needed for the object modeling and areas with very few features to pro-duce a complete and detailed model. Automated reconstruction methods generally do not report good accuracy, limiting their use for applications that require only nice-looking 3D models. Furthermore, post processing operations are often required, which means that the user interaction is still needed. Therefore fully automated procedures are generally limited in finding point correspondences and camera poses while for the surface measurement phase the user interaction is generally preferred, in particular for architectures.
The image-based modeling of an object should be meant as the complete process that starts from the acquisition system and ends with a virtual model in three dimensions visible interactively on a computer. The photogrammetric modeling pipeline consists of few well known steps: calibration and orientation, surface measurement and point cloud generation, structuring and modeling of the object geometry, visualization and analysis. Different efforts have been done to increase the level of automation within these steps and broaden the use of the image-based modeling technology. So far, however, the efforts to completely automate the processing, from the image acquisition to the output of a 3D model, are not always successful or not applicable in many 3D modeling projects.
In this dissertation different techniques developed to analyze existing sequence of images and partially automate the process of constructing digital 3D models of static objects or moving human characters are reported. In particular the work investigates if automated and markerless sensor orientation is feasible and under which conditions, if it is possible to recover complete and detailed 3D models of complex objects using automated measurement procedures, which kind of (3D) information can be retrieved from existing image data as well as the capabilities or limits of photogrammetric algorithms in dealing with uncalibrated images and zooming effects. For the investigations, sets of available or self-acquired images, as well as frames digitized from existing monocular videos are used.
The possibility to automatically orient an image sequence heavily depends on the type of images, acquisition and scene. Compared to other research approaches, the developed method for the automated tie point extraction and image orientation relies on accurate feature location achieved using least squares matching measurement algorithm and a statistical analysis of the matched and adjustment results. The reported examples demonstrate its capabilities also for the orientation of images acquired under a wide baseline. A photogrammetric bundle adjustment is always employed to recover the camera parameters and the 3D object coordinates. On the other hand, the analysis of moving human characters using a monocular video is based on a deterministic approach together with constraints and assumptions on the imaged scene as well as on the human's shape and movement. The developed photogrammetric pipeline can accommodate different input data and different types of human motions. The resulted 3D characters and scene information can be used for visualization or animation purposes or in biometric applications with medium accuracy requirements.
For the automated tie point extraction phase, programs for the feature extraction and the relative orientation between image pairs and triplets were implemented, together with a graphical tool to display the recovered correspondences and epipolar geometry. Concerning the human reconstruction from monocular videos, programs were developed to recover 3D models from single images and combine them under the same reference system in case of image sequence analysis.Note de contenu : 1. INTRODUCTION
1.1. 3D Modeling
1.2. Motivations, objectives and contributions
1.3. Overview and organization
2. PROJECTIVE GEOMETRY
2.1. Geometry layers
2.2. Homogeneous coordinates: points, lines, planes and conies
2.3. Projective transformation
2.4. Projective invariants
2.5. Projective camera model
2.6. The reconstruction problem
3. 3D MODELING FROM IMAGES
3.1. 3D modeling overview
3.2. Terrestrial image-based 3D modeling
3.3. 3D modeling from a single image
3.4. Examples
3.5. Final considerations
4. CALIBRATION AND ORIENTATION OF IMAGE SEQUENCES
4.1. Orientation approaches
4.2. Automated tie point extraction
4.3. Bundle adjustment
4.4. Approximative values for the adjustment's unknowns
4.5. Linear features bundle adjustment
4.6. Calibration and orientation of stationary but freely rotating cameras
4.7. Calibration of stationary and fixed camera
5. HUMAN BODY MODELING AND MOVEMENT RECONSTRUCTION
5.1. 3D Modeling of human characters
5.2. Image-based reconstruction of static human body shape
5.3. Forensic metrology
5.4. Markerless motion capture from monocular videos
6. EXPERIMENTS
6.1. Automated markerless tie point extraction
6.2. 3D modeling of an architectural object
6.3. Human body shape modeling from images
6.4. Photogrammetric analysis of monocular videos
6.5. Cultural Heritage object modeling
7. CONCLUSIONS
7.1. Summary of the achievements
7.2. Automated markerless image orientation
7.3. 3D models from images
7.4. Human character reconstruction
7.5. Future work
Appendix A. Detectors and descriptors
A.1. Operators for photogrammetric applications
A.2. Point and region detectors
A.3. Descriptors
A.4. Experimental setup and results
A.5. Location accuracy improvement for detectors and descriptors
A.6. Conclusions
Appendix B. Alternative form of the coplanarity condition
B.1. Relative orientation between two images
B.2. Estimating the Fundamental matrix
B.2.1. Least squares and iterative techniques
B.2.2. Robust estimatorsNuméro de notice : 15201 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse étrangère DOI : 10.3929/ethz-a-005211924 En ligne : http://dx.doi.org/10.3929/ethz-a-005211924 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=55093 Réservation
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Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 15201-01 33.30 Livre Centre de documentation Photogrammétrie - Lasergrammétrie Disponible Utilisation conjointe de données image et laser pour la segmentation et la modélisation 3D / Matthieu Deveau (2006)
Titre : Utilisation conjointe de données image et laser pour la segmentation et la modélisation 3D Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Matthieu Deveau , Auteur ; Marc Pierrot-Deseilligny , Directeur de thèse ; Georges Stamon, Directeur de thèse Editeur : Paris : Université de Paris 5 René Descartes Année de publication : 2006 Importance : 135 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse présentée pour l'obtention du titre de docteur de l'université René Descartes Paris 5, spécialité informatiqueLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Photogrammétrie numérique
[Termes IGN] appariement de points
[Termes IGN] détection de contours
[Termes IGN] données laser
[Termes IGN] forme linéaire
[Termes IGN] image numérique
[Termes IGN] modélisation 3D
[Termes IGN] orientation interne
[Termes IGN] orientation relative
[Termes IGN] point d'intérêt
[Termes IGN] reconstruction 3D du bâti
[Termes IGN] segmentation
[Termes IGN] semis de pointsIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Cette thèse aborde le sujet de l'automatisation de la modélisation 3D de scènes complexes par combinaison d'une image numérique et de données laser. La complémentarité géométrique de l'image et des données laser est mise à profit dans une configuration faisant intervenir une image haute résolution et un nuage de points de résolution inférieure, acquis du même point de vue. Ces travaux s'articulent autour de trois thèmes principaux : l'orientation relative des données, leur segmentation et leur modélisation. Une méthode de mise en place relative des images à partir de points et de segments est proposée. Cette méthode s'appuie d'une part sur l'appariement de points d'intérêts par corrélation entre image numérique et image d'intensité laser, dans les zones texturées, et d'autre part sur l'extraction d'éléments linéaires, sur les discontinuités radiométriques et géométriques. Une deuxième étape consiste à séparer les différents objets présents dans la scène. Cette étape a été étudiée en s'appuyant sur le principe de segmentation hiérarchique. Cette solution permet de combiner information radiométrique et géométrique dans le processus de segmentation. Elle conduit à disposer d'une architecture compacte de description d'une scène, adaptée à de nombreuses applications : pilotage de la phase d'acquisition, sous-échantillonnage adaptatif, caricature de maillage, modélisation... Si cette structure peut s'intégrer dans un processus de modélisation tout-automatique, elle peut aussi être utilisée à travers un outil de saisie semi-automatique, qui permet de garder une part d'interprétation dans le processus de modélisation, tout en disposant d'un outil de modélisation rapide. Cet outil de saisie réunit des informations 2D et des informations 3D, ce qui facilite l'analyse de la scène. Il permet de visualiser différents niveaux du graphe hiérarchique et de sélectionner pour chaque objet le meilleur niveau de description. Il débouche naturellement sur une fonctionnalité de modélisation, examinée en dernier lieu. Celle-ci s'intéresse à la modélisation automatique de surfaces construites à partir de profils quelconques. On obtient ainsi une décomposition très générale de la scène en plans, cylindres à profils quelconques et surfaces de révolution ; la triangulation venant compléter la description là où les autres modèles ne conviennent pas. Note de contenu : Introduction
1 Contexte
2 Caractéristiques des scènes considérées
3 Description recherchée
4 Précision recherchée
5 Structure du document
6 Méthodes de relevé et de reconstruction 3D
6.1 La topométrie
6.2 La photogrammétrie
6.3 La numérisation laser - lasergrammétrie
6.4 Comparaison entre photogrammétrie et lasergrammétrie
6.5 Automatisation de la reconstruction géométrique - État de l'art
7 Stratégie proposée
8 Données
8.1 Caractéristiques des images numériques
8.2 Caractéristiques des nuages de points
8.3 Jeux de données
Chapitre 1 Orientation relative image/laser
1.1 État de l'art
1.1.1 Méthodes par saisie d'éléments ponctuels
1.1.2 Méthode par comparaison des images
1.1.3 Appariement d'éléments linéaires
1.2 Solution proposée
1.3 Modélisation du système
1.3.1 Distance entre points
1.3.2 Distance entre segments
1.3.3 Énergie globale
1.4 Résolution du système
1.4.1 Solution approchée
1.4.2 Algorithme de Gauss-Newton
1.5 Extraction et appariement de points et de segments
1.5.1 Appariement de points
1.5.2 Extraction de segments
1.6 Résultats et éléments d'évaluation
1.6.1 Tests en simulation
1.6.2 Évaluation qualitative
1.6.3 Évaluation quantitative
1.7 Conclusion et perspectives
Chapitre 2 Segmentation hiérarchique conjointe image/laser
2.1 État de l'art
2.1.1 Les approches frontière
2.1.2 Les approches région
2.1.3 Classification
2.1.4 RANSAC (Random Sample Consensus)
2.1.5 Segmentation et fusion de données
2.2 Solution étudiée : la segmentation hiérarchique
2.3 Segmentation hiérarchique de données hétérogènes
2.3.1 Choix de l'énergie pour la construction de la hiérarchie
2.3.2 Bilan des différentes solutions pour le choix de l'énergie
2.4 Solution retenue : segmentation conjointe image/laser
2.4.1 Segmentation initiale conjointe image/laser
2.4.2 Segmentation conjointe des données - résultat
Chapitre 3 Applications de la segmentation pour la modélisation
3.1 Recherche automatique d'une coupe dans la hiérarchie
3.1.1 Critère de coupe
3.1.2 Sélection de modèle
3.1.3 Signature sur la sphère de Gauss
3.2 Recherche interactive d'une coupe dans la hiérarchie
3.2.1 Outils spécialisés
3.3 Reconstruction
3.3.1 Surface de révolution
3.3.2 Surface de translation
3.4 Évaluation de la segmentation
Conclusion et perspectivesNuméro de notice : 13383 Affiliation des auteurs : MATIS (1993-2011) Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de doctorat : Informatique : Paris 5 : 2006 Organisme de stage : MATIS (IGN) nature-HAL : Thèse DOI : sans Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=45200 Réservation
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Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 13383-01 THESE Livre Centre de documentation Thèses Disponible Documents numériques
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Utilisation conjointe de données... - pdf auteur -Adobe Acrobat PDF Development of a robust photogrammetric metrology system for monitoring the healing of bedsores [... pour la surveillance de la guérison des escarres] / A. Malian in Photogrammetric record, vol 20 n° 111 (September - November 2005)
[article]
Titre : Development of a robust photogrammetric metrology system for monitoring the healing of bedsores [... pour la surveillance de la guérison des escarres] Type de document : Article/Communication Auteurs : A. Malian, Auteur ; A. Azizi, Auteur ; et al., Auteur Année de publication : 2005 Article en page(s) : pp 241 - 273 Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Photogrammétrie terrestre
[Termes IGN] acquisition d'images
[Termes IGN] contrainte géométrique
[Termes IGN] éclairement lumineux
[Termes IGN] méthode robuste
[Termes IGN] orientation du capteur
[Termes IGN] orientation interne
[Termes IGN] photogrammétrie médicale
[Termes IGN] reconstruction 3D
[Termes IGN] surveillance sanitaireRésumé : (Auteur) A three-camera close range photogrammetric system for robust and precise measurement of bedsores has been designed and constructed. MEDPHOS (MEDical PHOtogrammetric System) consists of three synchronised cameras with convergent optical axes. A light projector is fixed in the centre of the rig that holds the cameras. A special dot pattern is projected onto the surface to be measured, to compensate for the lack of natural texture on the wound surface. The proposed algorithm consists of the following steps : the cameras and projector are calibrated so that all interior and exterior parameters are known ; tailored image segmentation procedures are developed and applied for the detection of the projected pattern dots from the uneven background of the images using morphologic operators ; and watershed transformation is used to tackle the problem of overlapping pattern dots. To reduce the effects of non-uniform illumination and specular reflection of light due to humidity (often the case with wounds), a homomorphic transformation is developed and applied to the images. After segmentation of the images, a connected-component labelling procedure is used to establish the points for matching. The centroids of these components were precisely calculated. Intensity-based image matching has been tested without yielding satisfactory results due to the significant deviation from the Lambertian reflection assumption used for solving the correspondence problem. This problem is reliably solved by developing a new algorithm based on geometric constraints that allow feature-based matching and do not need approximate values of the location of the targets in the images. This robust three focal constraint is found to be very effective for matching provided the necessary conditions for the system configuration are met. Auxiliary photometric constraints together with the calibrated projector (which is treated like an active camera) also serve as additional sources of information for reducing the number of remaining ambiguities and checking the consistency of the results. Almost all of the required biometric information can be obtained rapidly, robustly and easily using MEDPHOS. Experimental results showed the effectiveness of the proposed technique. Numéro de notice : A2005-379 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.1111/j.1477-9730.2005.00319.x En ligne : https://doi.org/10.1111/j.1477-9730.2005.00319.x Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=27515
in Photogrammetric record > vol 20 n° 111 (September - November 2005) . - pp 241 - 273[article]Réservation
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Code-barres Cote Support Localisation Section Disponibilité 106-05031 RAB Revue Centre de documentation En réserve L003 Disponible A photogrammetric method for single image orientation and measurement / Antonio Maria Garcia Tommaselli in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 71 n° 6 (June 2005)
[article]
Titre : A photogrammetric method for single image orientation and measurement Type de document : Article/Communication Auteurs : Antonio Maria Garcia Tommaselli, Auteur ; M.L. Lopes-Reiss, Auteur Année de publication : 2005 Article en page(s) : pp 727 - 732 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Photogrammétrie spatiale
[Termes IGN] équation linéaire
[Termes IGN] espace objet
[Termes IGN] image isolée
[Termes IGN] image numérique
[Termes IGN] matrice de rotation
[Termes IGN] orientation interne
[Termes IGN] surface planeRésumé : (Auteur) The aim of this paper is to present a photogrammetric method for determining the dimensions of flat surfaces, such as billboards, based on a single digital image. A mathematical model was adapted to generate linear equations for vertical and horizontal lines in the object space. These lines are identified and measured in the image and the rotation matrix is computed using an indirect method. The distance between the camera and the surface is measured using a lasermeter, providing the coordinates of the camera perspective center. Eccentricity of the lasermeter center related to the camera perspective center is modeled by three translations, which are computed using a calibration procedure. Some experiments were performed to test the proposed method and the achieved results are within a relative error of about 1 percent in areas and distances in the object space. This accuracy fulfills the requirements of the intended applications. Numéro de notice : A2005-220 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.14358/PERS.71.6.727 En ligne : https://doi.org/10.14358/PERS.71.6.727 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=27357
in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS > vol 71 n° 6 (June 2005) . - pp 727 - 732[article]Stability analysis and geometric calibration of off-the-shelf digital cameras / A. Habib in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 71 n° 6 (June 2005)
[article]
Titre : Stability analysis and geometric calibration of off-the-shelf digital cameras Type de document : Article/Communication Auteurs : A. Habib, Auteur ; M. Morgan, Auteur Année de publication : 2005 Article en page(s) : pp 733 - 741 Note générale : Bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Acquisition d'image(s) et de donnée(s)
[Termes IGN] caméra numérique
[Termes IGN] chambre CMOS
[Termes IGN] chambre DTC
[Termes IGN] compensation par faisceaux
[Termes IGN] élément d'orientation interne
[Termes IGN] étalonnage géométrique
[Termes IGN] orientation interne
[Termes IGN] stabilitéRésumé : (Auteur) Recent developments of digital cameras in terms of the size of a Charged Coupled Device (CCD) and Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) arrays, as well as reduced costs, are leading to their applications in traditional and new photogrammetric, surveying, and mapping functions. Such cameras require careful calibration to determine their metric characteristics, as defined by the Interior Orientation Parameters (IOP), which are essential for any photogrammetric activity. Moreover, the stability of the estimated iop of these cameras over short and long time periods has to be analyzed and quantified. This paper outlines the incorporation of straight lines in a bundle adjustment procedure for calibrating off-the-shelf/low-cost digital cameras. A framework for automatic extraction of the straight lines in the images is also presented and tested. In addition, the research introduces new approaches for testing the camera stability, where the degree of similarity between reconstructed bundles using two sets of IOP is quantitatively evaluated. Experimental results with real data proved the feasibility of the line-based self-calibration approach. Analysis of the estimated IOP from various calibration sessions over long time periods revealed the stability of the implemented camera. Numéro de notice : A2005-221 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.14358/PERS.71.6.733 En ligne : https://doi.org/10.14358/PERS.71.6.733 Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=27358
in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS > vol 71 n° 6 (June 2005) . - pp 733 - 741[article]Influence of system calibration on direct sensor orientation / N. Yastikli in Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, PERS, vol 71 n° 5 (May 2005)PermalinkOrtho-rectification of QuickBird satellite / F. Volpe in GEO: Geoconnexion international, vol 4 n° 4 (april 2005)PermalinkMesure de champs de déplacements tridimensionnels d'un glissement de terrain par stéréocorrélation d'images aériennes / I. Piquee (2005)PermalinkMise en place d'un procédé photogrammétrique simple pour le relevé des tessons de céramique en archéologie / Mahzad Kalantari (2005)PermalinkPermalinkFour years of Landsat-7 on orbit geometric calibration and performance / D. Scott Lee in IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, vol 42 n° 12 (December 2004)PermalinkOptimising the accuracy of a low-cost photogrammetric motion study system / A.K. Chong in Photogrammetric record, vol 19 n° 106 (June - August 2004)PermalinkAutomatisation de l'orientation intérieure / B. Fredericque (2003)PermalinkConception et mise en place d'un polygone d'étalonnage des caméras numériques sur le site de l'école nationale des sciences géographiques / S. Oueslati (2003)PermalinkDigital photogrammetry / W. Linder (2003)PermalinkSolutions for exterior orientation in photogrammetry: a review / Pierre Grussenmeyer in Photogrammetric record, vol 17 n° 100 (October 2002 - March 2003)PermalinkKonzeption, Entwicklung und Erprobung eines digitalen integrierten flugzeuggetragenen Fernerkundungssystems für Precision Farming (PFIFF) / Görres Grenzdorffer (2002)PermalinkDigital photogrammetry, 1. Tome 1 / T. Schenk (1999)PermalinkPrincipal point behaviour and calibration parameter models for kodak DCS cameras / M.R. Shortis in Photogrammetric record, vol 16 n° 92 (October 1998 - March 1999)PermalinkPhotogrammétrie analogique, version provisoire / Didier Moisset (1995)PermalinkPhotogrammétrie, cours 31 C2 / Anonyme (1993)PermalinkAnalytical calibration of the airborne photogrammetric system using a priori knowledge of the exposure station obtained from kinematic Global Positioning System techniques / Lewis A. Lapine (1991)PermalinkQualitätssteigerung der automatischen Höhenmessung in Stereobildern durch flächenbasierte Kernlinienkorrelation / J. Piechel (1991)PermalinkIntroduction aux méthodes photogrammétriques [Version 1.1] / Stéphane Rasse (1990)PermalinkFisheye-Objektive in der Nahbereichsphotogrammetrie / H.J. Hellmeier (1983)Permalink