Geometrical characteristics measurement of spreading vegetation fires with multimodal stereovision
Estimation par stéréovision multimodale de caractéristiques géométriques d'un feu de végétation en propagation
Résumé
I fogu di vegetazione riprisentani un risicu maioru pa numarosi paesi ogni anu, piciani à pocu pressu un milione di ettari in Europa é dui milione é mezzu di ettari a u Canada. Pa parà issu risicu, sò rializati azzione di ghjestione, di privenzione é di lutta. L'efficacità di issi tre tipi d'azzione hè liatu à a cunniscenza di i fenomeni chi intervenani mentre a prupagazione di i fochi é a u migliuramentu di i modeli di cumprutamenti. Pa avè una cunniscenza piu fina di i fenomeni, pudè cumparà i dati sperimentali incu i dati ottenuti da i mudeli matematiche di prupagazione é à a fina ripiglià issi dati cume valori di intrata indè i mudeli di cumpurtamenti di fochi, hè primura di fà misure di e caracteristiche geometriche di u focu in core di à so prupagazione.
Dipoi u 2007, i tacchi di ricerca sont rializati in l'UMR CNRS 6134 di l'Università di Corsica pa sviluppà i strumenti di misura dedicati à i fochi di furesta, basati nanta u tratamentu di l'imagine é a visione. Belli avanzati sò stati fati cuncernandu u sviluppu di tal stuvigli pa i fochi in prupagazione in laboratoriu o fora nantu parcelle cuadratti di 10 m. Pa i scali piu maiori, a prisenzia di fumi opachi chi podani piatà u focu é i distanze maiore chi pudani esse francatu, sò prublematiche da risolve.
In lu casu di issa tesa, hè statu sviluppatu un dispusitivu aduprandu a visione pirmittandu di misurà e caracteristiche geometriche di un focu di vegetazione chi si prupaga à u nuvellu di una parcella. Hè cumpostu di parechji sistemi di "stereovision multimodaux" partendu di i quali sò stimati l'informazione cumplementari di u focu in tre dimensione. L'adattazione di issi dati permette d'ottene una modelisazione in tre dimesione di u fronte di u focu à parte si di quale sò stimati l'infurmazione tale chi à so posizione, à so vitezza, à so altezza, à so prufundezza, à so inclinazione, à so area è u so volume.
I travagli di ricerca si sò cuncentrati à nantu à :- l'apprezzazione è a creazione di nuveli "algorithme" pa rimarcà i "pixel" cuncernendu à parte di u focu indé l'imagine presi indé u spettru di u videbule, di u "proche-infrarouge" è di u "multimodale". Pa risalizà quistu, sò stati custruiti due base d'imagine di fochi di vegetazione, una cumposta di pliu di 500 imagine indé u videbule, è quidda altra di 100 imagine presi in modu simultaneu indè u videbule è u "proche-infrarouge",- u megliuramente di a quantità di i punti rimarcati è appariati à parte si d'imagine "stereoscopiques multimodales" ;- l'addattazione di l'informazione in tredimensione ottenuti da parte diogni sistema di "stereovison" incù u scopu di d'ottene una forma di focu glubale.
This thesis presents the geometrical characteristics measurement of spreading vegetation fires with multimodal stereovision systems. Image processing and 3D registration are used in order to obtain a three-dimensional modeling of the fire at each instant of image acquisition and then to compute fire front characteristics like its position, its rate of spread, its height, its width, its inclination, its surface and its volume.
The first important contribution of this thesis is the fire pixel detection. A benchmark of fire pixel detection algorithms of the litterature and of those that are developed in this thesis have been on a database of 500 vegetation fire images of the visible spectra which have been characterized according to the fire properties in the image (color, smoke, luminosity). Five fire pixel detection algorithms based on fusion of data from visible and near-infrared spectra images have also been developed and tested on another database of 100 multimodal images.
The second important contribution of this thesis is about the use of images fusion for the optimization of the matching point's number between the multimodal stereo images.
The second important contribution of this thesis is the registration method of 3D fire points obtained with stereovision systems. It uses information collected from a housing containing a GPS and an IMU card which is positioned on each stereovision systems. With this registration, a method have been developed to extract the geometrical characteristics when the fire is spreading.
The geometrical characteristics estimation device have been evaluated on a car of known dimensions and the results obtained confirm the good accuracy of the device. The results obtained from vegetation fires are also presented.
Les travaux menés dans cette thèse concernent le développement d'un dispositif de vision permettant l'estimation de caractéristiques géométriques d'un feu de végétation en propagation. Ce dispositif est composé de plusieurs systèmes de stéréovision multimodaux générant des paires d'images stéréoscopiques à partir desquelles des points tridimensionnels sont calculés et les caractéristiques géométriques de feu tels que sa position, vitesse, hauteur, profondeur, inclinaison, surface et volume sont estimées.
La première contribution importante de cette thèse est la détection de pixels de feu de végétation. Tous les algorithmes de détection de pixels de feu de la littérature ainsi que ceux développés dans le cadre de cette thèse ont été évalués sur une base de 500 images de feux de végétation acquises dans le domaine du visible et caractérisées en fonction des propriétés du feu dans l'image (couleur, fumée, luminosité). Cinq algorithmes de détection de pixels de feu de végétation basés sur la fusion de données issues d'images acquises dans le domaine du visible et du proche-infrarouge ont également été développés et évalués sur une autre base de données composée de 100 images multimodales caractérisées.
La deuxième contribution importante de cette thèse concerne l'utilisation de méthodes de fusion d'images pour l'optimisation des points appariés entre les images multimodales stéréoscopiques.
La troisième contribution importante de cette thèse est l'estimation des caractéristiques géométriques de feu à partir de points tridimensionnels obtenus depuis plusieurs paires d'images stéréoscopiques et recalés à l'aide de relevés GPS et d'inclinaison de tous les dispositifs de vision.
Le dispositif d'estimation de caractéristiques géométriques à partir de systèmes de stéréovision a été évalué sur des objets rigides de dimensions connues et a permis d'obtenir les informations souhaitées avec une bonne précision. Les résultats des données obtenues pour des feux de végétation en propagation sont aussi présentés.
