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Publié par | profil-zyak-2012 |
Publié le | 01 octobre 2005 |
Nombre de lectures | 41 |
Poids de l'ouvrage | 6 Mo |
Extrait
N˚d’ordre : 2265
`THESE
pr´esent´ee pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
´Ecole doctorale d’Informatique et T´el´ecommunications
Sp´ecialit´e en Signal, Image et Acoustique
en cotutelle avec l’Institut d’Automatique, Acad´emie des Sciences de Chine
Par
Timoth´ee BAILLOEUL
Contours actifs et information a priori pour l’analyse de changements :
application `a la mise `a jour de cartes num´eriques du bˆati urbain `a partir
d’images optiques de t´el´ed´etection haute r´esolution
Soutenue le 21 octobre 2005 devant le jury compos´e de :
Long Quan Professeur Universit´e des Sciences et Technologies de Hong Kong, Pr´esident
Chine.
Mihai Datcu Professeur Ecole Nationale Sup´erieure des T´el´ecommunications, Rapporteur
France.
ZhanYi Hu Professeur Institutd’Automatique,Acad´emiedesSciencesdeChine. Rapporteur
Baogang Hu Professeur Institutd’Automatique,Acad´emiedesSciencesdeChine. Co-directeur
Ian Jermyn Charg´e de recherche InstitutNationaldeRechercheenInformatiqueetenAu- Examinateur
tomatique, France.
Philippe Marthon Professeur Institut National Polytechnique de Toulouse, France. Co-directeur
V´eronique Prinet Professeur associ´e Institutd’Automatique,Acad´emiedesSciencesdeChine. Examinateur
Bruno Serra Ing´enieur, Docteur Alcatel Alenia Space, France. Examinateur
PengFei Shi Professor Universit´e Jiao Tong de Shanghai, Chine. Invit´e
Jixian Zhang Professeur Institut National de Relev´e Topologique et de Cartogra- Invit´e
phie, Chine.
12Remerciements
Jetienstoutd’abord`aremercierBaogangHuetMarcJaegerpourm’avoiraccueilliauLIAMA
et pour leur pr´evenance `a rendre mon s´ejour au laboratoire le plus agr´eable possible.
Je suis reconnaissant `a V´eronique Prinet et Jean-Guy Plan`es pour m’avoir propos´e ce sujet de
th`ese et pour la confiance qu’ils m’ont accord´ee. Merci `a V´eronique pour avoir encadr´e mes
recherches, pour les libert´es qu’elle m’a laiss´ees et pour avoir toujours ´et´e pr´esente lors des passages
d´elicats de ce long trajet de th`ese.
Mes remerciements vont ´egalement `a Bruno Serra et Philippe Marthon qui ont aussi suivi mes
travaux.Merci`aPhilippepoursesremarques,sescritiquesconstructivesetpourm’avoirre¸cudans
son unit´e de recherche. J’adresse toute ma sympathie `a Bruno pour avoir ´et´e un correspondant
actif, volontaire et efficace a` Alcatel Alenia Space. Je remercie son soutien et sa gentillesse.
Je remercie tr`es vivement les membres du jury pour le temps qu’ils ont pass´e `a la lecture de ce
document.
Je remercie Josiane Z´erubia et toute son ´equipe pour m’avoir accueilli pendant plusieurs mois
au sein du projet Ariana. Je tiens particuli`erement `a remercier Ian Jermyn et Marie Rochery pour
leur assistance et leurs conseils sur les mod`eles quadratiques. Merci `a Ian pour sa patience, nos
nombreuses discussions et l’int´erˆet qu’il a port´e a` mes travaux.
Je suis ´egalement reconnaissant `a Pinxiang Chen, Haitao Zhang et Lebing Sun de l’Institut de
Relev´e Topographique et de Cartographie de P´ekin pour nous avoir prˆet´e les cartes et les images
a´eriennes utilis´ees dans cette ´etude. Je tiens `a remercier tr`es sinc`erement Haitao Zhang pour sa
disponibilit´e et son aide diligente.
Merci`aV´eroniquePrinet,PhilippeMarthon,BaogangHu,FengfengTang,BizhenHong,Wenli
Lou, Li Li, Martine Lacoste et Serge Lefeuvre pour m’avoir aid´e `a surmonter les difficult´es de la
mise en place de la premi`ere cotutelle entre l’Acad´emie de Sciences de Chine et l’INPT. Mille
mercis `a Fengfeng Tang pour avoir ´et´e un secr´etaire exemplaire, efficace et enthousiaste.
Merci ´egalement `a Jean-Fran¸cois Barczi pour sa bonne humeur, et pour avoir r´epondu sans
relˆache a` mes questions d’ordre informatique.
Je remercie chaleureusement tous les ´etudiants et les stagiaires du LIAMA qui participent a`
l’ambiance sympathique du laboratoire. J’ai une pens´ee particuli`ere pour Jinghui Duan et
FengfengTangquionttoujours´et´eprompts`ar´esoudremesprobl`emesaveclalanguechinoise.J’adresse
toute mon amiti´e `a Wanlin Zhu pour nos discussions hebdomadaires sur les contours actifs et nos
parties de badminton endiabl´ees. Merci `a vous tous pour votre r´evision efficace du r´esum´e chinois
de la th`ese.
3Enfin, un grand merci `a ma famille francai¸ se et chinoise pour leur soutien inalt´erable. Merci a`
mesparentsquim’onttoujoursencourag´edeloin(ausenscartographiqueduterme):jeremerciema
m`ere pour ses nombreuses relectures du manuscrit et mon p`ere pour sa curiosit´e in´epuisable envers
mes activit´es scientifiques. Merci `a Jing, ma femme, pour son optimisme et ses encouragements qui
ont ´et´e d’un r´econfort essentiel durant ces ann´ees de th`ese.
4R´esum´e
La maintenance de donn´ees cartographiques est traditionnellement un processus de
photointerpr´etation d’images de t´el´ed´etection. Avec l’´emergence commerciale des images satellitaires
optiques de r´esolution sub-m´etrique (Ikonos, Quickbird) la mise `a jour fiable et r´eguli`ere de cartes
num´eriques a` grande ´echelle devient abordable. Cependant, l’actualisation manuelle des donn´ees
cartographiques, lente et couˆteuse, ne permet plus de r´epondre au flux grandissant des donn´ees de
t´el´ed´etection. De nombreux travaux en vision par ordinateur ont ´et´e d´edi´es `a l’automatisation de
cette tˆache, offrant des r´esultats satisfaisants sur des sc`enes rurales ou p´eri-urbaines. Les milieux
urbains restent n´eanmoins plus complexes `a analyser `a haute r´esolution : la pr´esence d’ombres,
d’occlusions et la profusion de d´etails rendent l’interpr´etation des images difficile.
Cette th`ese a pour objectif de proposer une m´ethodologie visant `a analyser les changements
entre une carte num´erique de batˆ iments et des donn´ees de t´el´ed´etection optiques haute r´esolution
plus r´ecentes. L’id´ee centrale de notre approche est d’utiliser l’information g´eom´etrique et
sp´ecifique des bˆatiments symbolis´es dans la carte afin de faciliter leur reconnaissance dans une image
satellitaire panchromatique et de s’affranchir des difficult´es du milieu urbain. Cette connaissance
a priori est incorpor´ee comme une contrainte de forme dans un mod`ele variationnel de recalage
fin carte-image par contours actifs. Nous proposons des solutions nouvelles pour l’am´elioration de
la robustesse des contours actifs contraints : la fusion de l’image avec un Mod`ele Num´erique de
Surface(MNS)permetdesurmonterleprobl`emedesminimalocaux;lavariationspatio-temporelle
de la contrainte de forme permet aussi d’accroˆıtre l’efficacit´e de la mise en correspondance tout en
r´eduisant les temps de convergence. Les variabilit´es locales de forme carte-image dues soit a` des
erreursdesaisielorsdelaphoto-interpr´etation,soitauxeffetsdesimplificationetdeg´en´eralisation
de la carte, sont aussi consid´er´ees. Nous proposons un nouveau crit`ere ´energ´etique de contrainte
de forme, alliant ´energie lin´eaire et quadratique, permettant aux contours actifs de s’affranchir
localement et parall`element de la forme a priori entach´ee d’erreur.
L’alignement des donn´ees par contours actifs permet ainsi d’accroˆıtre la coh´erence entre la
carte et l’image et am´eliore la position planim´etrique des objets cartographiques retrouv´es dans
l’image.Cerecalagefinr´esoutleprobl`emedesvariabilit´esexog`enescarte-imageind´ependantesd’un
changement effectif et rend ainsi l’analyse de changements subs´equente plus fiable. Des indices de
chant simplement calcul´es `a partir du MNS et d’une image satellitaire multispectrale sont
fusionn´es pour la d´etection de changements univoques du bˆati urbain. En l’absence de changement
univoque, une m´ethode bas´ee sur le vote de Hough quantifie la ressemblance entre le polygone
cartographique recal´e et des primitives segments extraites de l’image panchromatique. La fusion
du score de Hough avec la variation g´eom´etrique enregistr´ee par le recalage des contours actifs
permet la formulation d’une probabilit´e de non-changement visant `a assister un op´erateur dans sa
tacˆ he de r´evision de carte. Nous illustrons l’efficacit´e de l’approche propos´ee a` partir d’exp´eriences
men´ees avec une carte d’´echelle 1 :10,000 et une image satellitaire Quickbird (0.6 m/pixel) de la
ville de P´ekin qui connaˆıt actuellement un fort d´eveloppement de son tissu urbain.
56Abstract
The maintenance of cartographic data usually applies to the photo-interpretation of remote
sensing images. With the commercial advent of optical satellite images with sub-meter
resolution (Ikonos, Quickbird) a higher frequency of digital map revision and monitoring is affordable
and r