Thèse de docteur ingénieur de Jürgen Stauder

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Estimation de l'illumination d'une scène à partir d'une séquence vidéo

Cette thèse présente une nouvelle méthode pour l'estimation de l'intensité relative et de la direction d'une source lumineuse ponctuelle. L'intensité de la source lumineuse est décrite par rapport à la lumière ambiante; la direction est décrite par deux angles sphériques. La méthode d'estimation fonctionne à partir de deux images d'une séquence vidéo, exploitant les paramètres décrivant la forme 3D et le mouvement 3D des objets texturés visibles dans la séquence.

La méthode développée s'appuie sur une description stochastique de l'information évaluée. A ce sujet, le bruit et la quantification du signal d'image ainsi que les erreurs sur les paramètres de la forme et du mouvement sont considérées. La description stochastique mène à une méthode d'estimation au maximum de vraisemblance, qui assure une variance des erreurs d'estimation minimale même dans le cas de la présence des sources d'erreurs indiquées.

La méthode d'estimation est vérifiée par une comparaison des vraies variances des erreurs d'estimation avec la borne inférieure de Cramér Rao. Les variances des erreurs d'estimation sont bien vérifiées comme étant proches de la borne. Une considération analytique de la borne inférieure a révélé les caractéristiques de la méthode d'estimation. Il est ainsi montré, que les variances des erreurs d'estimation augmentent dans le cas d'une faible rotation de l'objet, d'une intensité relative de la source basse ou d'une direction de la source proche de l'axe de rotation de l'objet.

Finalement on a montré que la précision de la méthode d'estimation développée suffit pour deux applications. Tout d'abord, la qualité de reconstruction des image dans un schéma de codage prédictif peut être améliorée jusqu'à 0.5dB - dépendant de l'amplitude de la rotation de l'objet et du type de l'illumination de la scène - grâce à une meilleure description des changements temporels du signal d'image à partir des paramètres d'illumination estimés. Ensuite, le mixage d'une scène synthétique et d'une scène réelle afin de générer d'une séquence vidéo hybride dans le cadre de production de film est améliorée d'un point de vue réalisme. A ce sujet, l'ombrage et les ombres portées sont générés pour les objets de la scène synthétique en utilisant les paramètres d'illumination estimés pour la scène réelles.

Université de Hanovre, Janvier 1999

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Publications liées:

J. Stauder: "Schätzung der Szenenbeleuchtung aus Bewegtbildfolgen", thèse doctorale, Fortschritt-Berichte VDI, serie 10, no. 584, ISBN 3-18-358410-7

J. Stauder: "Augmented Reality with Automatic Illumination Control Incorporating Ellipsoidal Models", IEEE Trans. on Multi Media, Volume 1, No.2, June 1999 (downloadable: draft version pdf et ps)