Soutenance mémoire
D’une part, l’évolution actuelle de la technologie pousse l’Homme à innover en permanence les techniques d’interfaçage Homme-Machine. D’autre part, les difficultés rencontrées lors de la modélisation mathématique des mouvements complexes en vue de les faire analyser par un ordinateur, incitent la recherche sur de nouveaux moyens permettant d’analyser et de reproduire ces mouvements. Entre ces deux facteurs d’innovation, la puissance croissante des processeurs actuels joue un rôle important notamment à l’ouverture de nouvelles portes à des applications nécessitant de grandes capacités de calcul.
De ces faits, la motion capture est de nos jours en perpétuel évolution, que ce soit sur les techniques pour la réaliser ou sur ses applications. Elle montre une nouvelle facette de la communication Homme-Machine, et s’avère être une bonne technique d’animation. Elle estsouvent accompagnée par l’animation 3D qui est une branche de l’imagerie 3D. Cette dernière contribue à la résolution des problèmes relatifs : à la vue en perspective, et aux systèmes de simulation en trois dimensions.
GENERALITE
Le traitement d’images
Définition
Une image est une transformation d’une scène réelle par un capteur. Certains objets émettent des ondes électromagnétiques, d’autres reflètent ou réfractent ces dernières. Ici l’intérêt se porte sur les ondes électromagnétiques dont les longueurs d’onde se situent de 400 nm à 800 nm. Dans cet intervalle se situent les longueurs d’ondes visibles. Parfois, les longueurs d’ondes en infrarouge ou ultra-violet sont prises en compte. L’imagerie infrarouge étant utilisée pour détecter les zones émettant de la chaleur .
Domaines d’applications
Les domaines d’application du traitement d’image se regroupent actuellement suivant trois catégories fondamentales.
• L’imagerie aérienne et spatiale dans laquelle les traitements concernent l’amélioration des images satellites, l’analyse des ressources terrestres, la cartographie automatique, les analyses météorologiques. Le type d’images utilisé est issu de caméras dans le visible ou l’infrarouge ainsi que des radars.
• Les technologies biomédicales dont l’exemple le plus connu utilisant le traitement d’image est le scanner, mais on trouve des utilisations de cette technique dans l’échographie, la résonance magnétique nucléaire, ainsi que dans le domaine de la reconnaissance automatique de cellules ou de chromosomes.
• La robotique qui connaît actuellement le plus grand développement et dont les tâches usant de l’imagerie sont principalement : l’assemblage (pièces mécaniques, composants électroniques…), le contrôle qualité, ainsi que la robotique mobile .
Acquisition d’une image
Les capteurs
On peut distinguer les capteurs chimiques tels que les systèmes biologiques, les films photographiques ; les capteurs thermiques (thermopile) et les capteurs photoélectriques (photodiodes, CCD). Il existe bien d’autres capteurs, notamment dans le domaine de l’imagerie médicale (IRM, Tomographie, …) ou de l’imagerie sismique. Le signal obtenu est caractérisé par sa dimension et sa nature. Un signal de dimension 1 correspond à une image linéique. C’est le type de signal que l’on a l’habitude de voir sur un oscilloscope par exemple. C’est aussi le type d’image à une seule ligne (ou une seule colonne) que l’on peut obtenir à l’aide d’une barrette CCD. Un signal à 2 dimensions est une image plane. Une image à 3 dimensions est une image volumique. Une image de dimension 3 peut également être une vidéo. Dans ce cas, on parle d’mage 2D+T. La nature du signal peut être analogique ou numérique .
Comme nous nous intéressons ici au traitement vidéo, nous allons porter notre intérêt aux caméras. Deux types de cameras se distinguent sur le marché : les caméras à tubes et les caméras CCD.
i. Caméras à tubes
Nous ne ferons qu’une brève description de celles-ci. Elles sont composées d’une cible photoconductrice qu’explore un faisceau électronique. L’exploration se fait ligne par ligne. A chaque ligne correspond en sortie un signal analogique proportionnel à l’intensité lumineuse. L’un des standards les plus courants est le standard CCIR : le balayage s’effectue à une fréquence image de 1/25 de seconde, chaque image étant constituée de 625 lignes.
ii. Caméras CCD (Charge Coupled Device)
Elles sont constituées d’un assemblage de photodiodes, chacune d’entre elles délivrant une intensité proportionnelle à l’intensité lumineuse d’un point de l’image. Contrairement aux caméras à tubes qui fournissent un signal continu qu’il faut échantillonner spatialement pour isoler chaque pixel, les caméras CCD fournissent directement l’intensité pour chaque point de l’image. On distingue deux familles de caméras CCD notamment : les caméras matricielles et les caméras unilignes .
• Les caméras matricielles : les photodiodes sont assemblées en une matrice de n lignes et p colonnes. Cette matrice peut être carrée ou bien rectangulaire.
• Les cameras unilignes : les photodiodes sont assemblées suivant une seule ligne. L’obtention d’une image bidimensionnelle nécessite le déplacement de la caméra afin d’acquérir plusieurs lignes.
Représentation informatique d’une image
La représentation informatique d’une image est nécessairement discrète alors que l’image est de nature continue. Certains capteurs effectuent une discrétisation : c’est le cas des appareils photos numériques. D’autres comme les appareils photos argentiques n’effectuent pas cette discrétisation. La transformation d’un signal analogique 2D nécessite à la fois un échantillonnage qui est une discrétisation de l’espace et une quantification qui est une discrétisation des couleurs. Pour un ordinateur, une image est un ensemble de pixels. Un pixel, c’est un élément d’image (en anglais « picture element »).
Les images en « noir et blanc » sont composées de pixels noirs ou blancs (deux valeurs possibles). Les images en niveaux de gris sont composées de pixels de valeurs scalaires représentant la luminosité. En général, les valeurs sont entières entre 0 (le noir) et 255 (le blanc). Les images couleurs sont composées de pixels dont les valeurs sont soit scalaires (on parle alors de couleurs indexées car la valeur représente un numéro de couleur) soit vectorielles (les couleurs sont représentées selon trois composantes ou plus). Le nombre de valeurs pouvant être prises par un scalaire est directement lié à la quantification. Lorsque le nombre de valeurs est limité, des défauts peuvent apparaître. Lorsqu’on augmente le nombre de valeurs, celles-ci prennent plus d’espace et l’image sera alors plus volumineuse. Il faut donc trouver un compromis acceptable entre qualité de l’image et mémoire occupée. Ce compromis va dépendre de l’application et de ses contraintes .
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Table des matières
Introduction
Chapitre I : GENERALITE
I.1. Le traitement d’images
I.1.1. Définition
I.1.2. Domaines d’applications
I.1.3. Acquisition d’une image
a. Les capteurs
b. Représentation informatique d’une image
I.1.4. Notion de distance
I.1.5. La couleur
a. Définitions
b. Représentation sur 3 composants
I.1.6. Histogramme
I.1.7. Prétraitement
I.1.8. Segmentation
Chapitre II : LA « MOTION CAPTURE » OU CAPTATION DE MOUVEMENT
II.1. Définition
II.2. Historique
II.3. Caractérisation des mouvements humains
II.3.1. Modèles de mouvement humain
II.3.2. Structures articulées
II.3.3. Analyse des caractéristiques du mouvement humain
II.4. Principes et techniques de la « motion capture »
II.4.1. Systèmes optiques
a. Systèmes optiques à marqueurs passifs
b. Systèmes optiques à marqueurs actifs
c. Systèmes optiques sans marqueurs
d. Avantages et inconvénients des systèmes optiques
II.4.2. Systèmes non optiques
a. Systèmes mécaniques
b. Systèmes à centrales inertielles
c. Systèmes magnétiques
II.5. Applications
II.6. Objectifs à atteindre dans un système de « motion capture »
II.7. Les principaux sociétés offrant un service de « motion capture » dans le monde
II.7.1. Les systèmes optiques
II.7.2. Les systèmes non optiques
a. Système magnétique
b. Système inertiel
c. Système mécanique
II.8. Mise en œuvre
Chapitre III : 3DMOCAP V1.0
III.1. Définition
III.2. Les outils
III.2.1 Matériels
III.2.2. Logiciels
a. OpenCV
b. Direct3D
c. Autodesk 3ds Max
III.3. Le logiciel 3DMocap V1.0
III.3.1. Mise en œuvre
a. Partie motion capture
b. Passage motion capture-animation 3D
c. L’animation
III.3.2. Les fonctionnalités
a. La fenêtre principale
b. Le mode d’utilisation
c. Le test
Conclusion
