3D reconstruction of low-texture indoor scenes from pictures

Les méthodes actuelles de photogrammétrie permettent de reconstruire en 3D de nombreux objets et/ou scènes à partir de leurs photographies. Pour ce faire, les méthodes classiques détectent des points saillants dans les images et les mettent en correspondance entre plusieurs images. Ces correspondances permettent d'obtenir une information de calibration entre les différentes positions d'où la scène a été photographiée. Une fois ces positions déterminées, il est alors possible d'obtenir une reconstruction dense de la scène en triangulant les parties de la scène vues dans plusieurs images. La détection et la mise en correspondance de points saillants jouent un rôle crucial dans le procédé de reconstruction 3D. C'est pourquoi certaines scènes ou objets sont encore difficiles à reconstruire à partir de méthode de photogrammétrie. C'est notamment le cas des scènes d'intérieur, souvent constituées de larges pans de mur peu texturés où la détection et la mise en correspondance de points sont souvent défaillantes. De plus, la très grande présence de motifs planaires, cas dégénérés des méthodes de calibration usuelles, rend ces scènes très difficiles à calibrer. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'utilisation de segments pour compenser la faible efficacité des points dans le cas des scènes d'intérieur. Dans un premier temps, nous introduisons une méthode de détection de segments plus robuste au manque de contraste des scènes d'intérieur. C'est une méthode multi-échelle qui permet également d'obtenir d'aussi bons résultats quelle que soit la résolution de l'image utilisée. Nous utilisons pour cela des critères inspirés des méthodes emph{a contrario} pour éviter l'utilisation de nombreux paramètres. Nous présentons ensuite une méthode de calibration bifocale utilisant à la fois les segments et les points pour obtenir une méthode robuste au manque de texture et à la planarité de la scène tout en conservant la précision des méthodes de points. Nous introduisons alors une variante du RANSAC emph{a contrario} pour déterminer lorsqu'il vaut mieux utiliser les segments plutôt que les points pour calibrer. Enfin, pour compenser le manque de recouvrement entre photographies dans le cadre des scènes d'intérieur, nous introduisons une méthode de calibration multi-vue utilisant des contraintes de coplanarité entre segments sans avoir besoin de contraintes trifocales. Nous expliquons enfin comment modifier les contraintes trifocales usuelles pour les ajouter aux contraintes de coplanarité et ainsi obtenir une méthode plus robuste mais aussi précise que les méthodes usuellesThe 3D reconstruction of many objects and/or scenes from their photographies is made possible by current photogrammetry methods. To do so, usual methods detect salient points in every pictures and then match them between each pictures. These matches then give information on the position of every camera that took a picture of the scene. Once these positions are obtained, a dense reconstruction of the scene can be obtained by triangulating the parts seen in different pictures. Point detection and matching are crucial parts of these 3D reconstruction methods. That is why some scenes or objects are still hard to reconstruct in 3D with photogrammetry methods. Indoor scenes belong to these difficult cases, with their lack of texture that causes point detection and matching to give poor results. Moreover, the planarity of these scenes is a degenerate case for usual calibration methods. Combined, these drawbacks explain the difficulty to calibrate such scenes. In this thesis, we explain how to use segments to compensate for the lack of robustness of point methods in the case of indoor scenes. First, we introduce a segment detection method that is more robust to the lack of contrast in indoor scenes. This multi-scale method also gives good results whatever the image resolution is. We use criterion inspired from emph{a contrario} methods to avoid usage of several parameters. We then present a bifocal calibration method that uses both line segments and points. Segments allow the method to still work in low-texture and/or planar scenes and points allow the method to be as accurate as other point methods. To do so, we introduce an emph{a contrario} RANSAC variant to choose, for each scene, whether points or line segments should be used for calibration. Finally, to deal with the lack of overlap between consecutive pictures in indoor scenes, we introduce a multi-view calibration method that uses coplanarity constraints between segments when there are no trifocal constraints. We explain how to modify usual trifocal constraints to combine them with coplanarity constrains in order to obtain a method as accurate as usual methods but more robust in wide-baseline scene