Shape-from-Template dans Flatland

International audienceLe Shape-from-template (SfT) consiste en la reconstruction d'un objet déformable observé sur une image grâce à sa forme de référence. Le 2DSfT est le cas usuel du SfT où la forme de référence est une surface plongée dans un espace 3D et l'image une projection 2D. Nous présentons le 1DSfT, un nouveau cas du SfT où la forme de référence est une courbe plongée dans un espace 2D et l'image une projection 1D. Nous nous concentrons sur les déformations isométriques, pour lesquelles le 2DSfT est un problème bien posé. À travers une étude théorique du 1DSfT avec projection perspective, nous montrons que ce cas est lié au 2DSfT, mais qu'il possède des propriétés différentes : (i) le 1DSfT ne possède pas de solution à la fois exacte et locale et (ii) le 1DSfT ne possède pas de solution unique, mais un nombre fini d'au moins deux solutions. Ensuite, nous proposons deux méthodes d'initialisation convexes: une solution locale et analytique basée sur la linéarité infinitésimale et une solution globale basée sur l'inextensibilité. Nous montrons comment le raffinement non-convexe peut être implémenté et comment l'isométrie peut être contrainte avec une nouvelle paramétrisation basée sur l'angle. Enfin, notre méthode est testée sur des données simulées et réelles

Simulation Guidée par l’Image pour la Réalité Augmentée durant la Chirurgie Hépatique

The main objective of this thesis is to provide surgeons with tools for pre and intra-operative decision support during minimally invasive hepaticsurgery. These interventions are usually based on laparoscopic techniques or, more recently, flexible endoscopy. During such operations, the surgeon tries to remove a significant number of liver tumors while preserving the functional role of the liver. This involves defining an optimal hepatectomy, i.e. ensuring that the volume of post-operative liver is at least at 55% of the original liver and the preserving at hepatic vasculature. Although intervention planning can now be considered on the basis of preoperative patient-specific, significant movements of the liver and its deformations during surgery data make this very difficult to use planning in practice. The work proposed in this thesis aims to provide augmented reality tools to be used in intra-operative conditions in order to visualize the position of tumors and hepatic vascular networks at any time.L’objectif principal de cette thèse est de fournir aux chirurgiens des outils d’aide à la décision pré et per-opératoire lors d’interventions minimalement invasives en chirurgie hépatique. Ces interventions reposent en général sur des techniques de laparoscopie ou plus récemment d’endoscopie flexible. Lors de telles interventions, le chirurgien cherche à retirer un nombre souvent important de tumeurs hépatiques, tout en préservant le rôle fonctionnel du foie. Cela implique de définir une hépatectomie optimale, c’est à dire garantissant un volume du foie post-opératoire d’au moins 55% du foie initial et préservant au mieux la vascularisation hépatique. Bien qu’une planification de l’intervention puisse actuellement s’envisager sur la base de données pré-opératoire spécifiques au patient, les mouvements importants du foie et ses déformations lors de l’intervention rendent cette planification très difficile à exploiter en pratique. Les travaux proposés dans cette thèse visent à fournir des outils de réalité augmentée utilisables en conditions per-opératoires et permettant de visualiser à chaque instant la position des tumeurs et réseaux vasculaires hépatiques

Correction of Errors in Time of Flight Cameras

En esta tesis se aborda la corrección de errores en cámaras de profundidad basadas en tiempo de vuelo (Time of Flight - ToF). De entre las más recientes tecnologías, las cámaras ToF de modulación continua (Continuous Wave Modulation - CWM) son una alternativa prometedora para la creación de sensores compactos y rápidos. Sin embargo, existen gran variedad de errores que afectan notablemente la medida de profundidad, poniendo en compromiso posibles aplicaciones. La corrección de dichos errores propone un reto desafiante. Actualmente, se consideran dos fuentes principales de error: i) sistemático y ii) no sistemático. Mientras que el primero admite calibración, el último depende de la geometría y el movimiento relativo de la escena. Esta tesis propone métodos que abordan i) la distorsión sistemática de profundidad y dos de las fuentes de error no sistemático más relevantes: ii.a) la interferencia por multicamino (Multipath Interference - MpI) y ii.b) los artefactos de movimiento. La distorsión sistemática de profundidad en cámaras ToF surge principalmente debido al uso de señales sinusoidales no perfectas para modular. Como resultado, las medidas de profundidad aparecen distorsionadas, pudiendo ser reducidas con una etapa de calibración. Esta tesis propone un método de calibración basado en mostrar a la cámara un plano en diferentes posiciones y orientaciones. Este método no requiere de patrones de calibración y, por tanto, puede emplear los planos, que de manera natural, aparecen en la escena. El método propuesto encuentra una función que obtiene la corrección de profundidad correspondiente a cada píxel. Esta tesis mejora los métodos existentes en cuanto a precisión, eficiencia e idoneidad. La interferencia por multicamino surge debido a la superposición de la señal reflejada por diferentes caminos con la reflexión directa, produciendo distorsiones que se hacen más notables en superficies convexas. La MpI es la causa de importantes errores en la estimación de profundidad en cámaras CWM ToF. Esta tesis propone un método que elimina la MpI a partir de un solo mapa de profundidad. El enfoque propuesto no requiere más información acerca de la escena que las medidas ToF. El método se fundamenta en un modelo radio-métrico de las medidas que se emplea para estimar de manera muy precisa el mapa de profundidad sin distorsión. Una de las tecnologías líderes para la obtención de profundidad en imagen ToF está basada en Photonic Mixer Device (PMD), la cual obtiene la profundidad mediante el muestreado secuencial de la correlación entre la señal de modulación y la señal proveniente de la escena en diferentes desplazamientos de fase. Con movimiento, los píxeles PMD capturan profundidades diferentes en cada etapa de muestreo, produciendo artefactos de movimiento. El método propuesto en esta tesis para la corrección de dichos artefactos destaca por su velocidad y sencillez, pudiendo ser incluido fácilmente en el hardware de la cámara. La profundidad de cada píxel se recupera gracias a la consistencia entre las muestras de correlación en el píxel PMD y de la vecindad local. Este método obtiene correcciones precisas, reduciendo los artefactos de movimiento enormemente. Además, como resultado de este método, puede obtenerse el flujo óptico en los contornos en movimiento a partir de una sola captura. A pesar de ser una alternativa muy prometedora para la obtención de profundidad, las cámaras ToF todavía tienen que resolver problemas desafiantes en relación a la corrección de errores sistemáticos y no sistemáticos. Esta tesis propone métodos eficaces para enfrentarse con estos errores

Correction of Errors in Time of Flight Cameras

En esta tesis se aborda la corrección de errores en cámaras de profundidad basadas en tiempo de vuelo (Time of Flight - ToF). De entre las más recientes tecnologías, las cámaras ToF de modulación continua (Continuous Wave Modulation - CWM) son una alternativa prometedora para la creación de sensores compactos y rápidos. Sin embargo, existen gran variedad de errores que afectan notablemente la medida de profundidad, poniendo en compromiso posibles aplicaciones. La corrección de dichos errores propone un reto desafiante. Actualmente, se consideran dos fuentes principales de error: i) sistemático y ii) no sistemático. Mientras que el primero admite calibración, el último depende de la geometría y el movimiento relativo de la escena. Esta tesis propone métodos que abordan i) la distorsión sistemática de profundidad y dos de las fuentes de error no sistemático más relevantes: ii.a) la interferencia por multicamino (Multipath Interference - MpI) y ii.b) los artefactos de movimiento. La distorsión sistemática de profundidad en cámaras ToF surge principalmente debido al uso de señales sinusoidales no perfectas para modular. Como resultado, las medidas de profundidad aparecen distorsionadas, pudiendo ser reducidas con una etapa de calibración. Esta tesis propone un método de calibración basado en mostrar a la cámara un plano en diferentes posiciones y orientaciones. Este método no requiere de patrones de calibración y, por tanto, puede emplear los planos, que de manera natural, aparecen en la escena. El método propuesto encuentra una función que obtiene la corrección de profundidad correspondiente a cada píxel. Esta tesis mejora los métodos existentes en cuanto a precisión, eficiencia e idoneidad. La interferencia por multicamino surge debido a la superposición de la señal reflejada por diferentes caminos con la reflexión directa, produciendo distorsiones que se hacen más notables en superficies convexas. La MpI es la causa de importantes errores en la estimación de profundidad en cámaras CWM ToF. Esta tesis propone un método que elimina la MpI a partir de un solo mapa de profundidad. El enfoque propuesto no requiere más información acerca de la escena que las medidas ToF. El método se fundamenta en un modelo radio-métrico de las medidas que se emplea para estimar de manera muy precisa el mapa de profundidad sin distorsión. Una de las tecnologías líderes para la obtención de profundidad en imagen ToF está basada en Photonic Mixer Device (PMD), la cual obtiene la profundidad mediante el muestreado secuencial de la correlación entre la señal de modulación y la señal proveniente de la escena en diferentes desplazamientos de fase. Con movimiento, los píxeles PMD capturan profundidades diferentes en cada etapa de muestreo, produciendo artefactos de movimiento. El método propuesto en esta tesis para la corrección de dichos artefactos destaca por su velocidad y sencillez, pudiendo ser incluido fácilmente en el hardware de la cámara. La profundidad de cada píxel se recupera gracias a la consistencia entre las muestras de correlación en el píxel PMD y de la vecindad local. Este método obtiene correcciones precisas, reduciendo los artefactos de movimiento enormemente. Además, como resultado de este método, puede obtenerse el flujo óptico en los contornos en movimiento a partir de una sola captura. A pesar de ser una alternativa muy prometedora para la obtención de profundidad, las cámaras ToF todavía tienen que resolver problemas desafiantes en relación a la corrección de errores sistemáticos y no sistemáticos. Esta tesis propone métodos eficaces para enfrentarse con estos errores

Maximizing the Predictivity of Smooth Deformable Image Warps through Cross-Validation

Estimating smooth image warps from landmarks is an important problem in computer vision and medical image analysis. The standard paradigm is to find the model parameters by minimizing a compound energy including a data term and a smoother, balanced by a ‘smoothing parameter’ that is usually fixed by trial and error. We point out that warp estimation is an instance of the general supervised machine learning problem of fitting a flexible model to data, and propose to learn the smoothing parameter while estimating the warp. The leading idea is to depart from the usual paradigm of minimizing the energy to the one of maximizing the predictivity of the warp, i.e. its ability to do well on the entire image, rather than only on the given landmarks. We use cross-validation to measure predictivity, and propose a complete framework to solve for the desired warp. We point out that the well-known noniterative closed-form for the leave-one-out cross-validation score is actually a good approximation to the true score and show that it extends to the warp estimation problem by replacing the usual vector two-norm by the matrix Frobenius norm. Experimental results on real data show that the procedure selects sensible smoothing parameters, very close to user selected ones

The Fifteenth Marcel Grossmann Meeting

The three volumes of the proceedings of MG15 give a broad view of all aspects of gravitational physics and astrophysics, from mathematical issues to recent observations and experiments. The scientific program of the meeting included 40 morning plenary talks over 6 days, 5 evening popular talks and nearly 100 parallel sessions on 71 topics spread over 4 afternoons. These proceedings are a representative sample of the very many oral and poster presentations made at the meeting.Part A contains plenary and review articles and the contributions from some parallel sessions, while Parts B and C consist of those from the remaining parallel sessions. The contents range from the mathematical foundations of classical and quantum gravitational theories including recent developments in string theory, to precision tests of general relativity including progress towards the detection of gravitational waves, and from supernova cosmology to relativistic astrophysics, including topics such as gamma ray bursts, black hole physics both in our galaxy and in active galactic nuclei in other galaxies, and neutron star, pulsar and white dwarf astrophysics. Parallel sessions touch on dark matter, neutrinos, X-ray sources, astrophysical black holes, neutron stars, white dwarfs, binary systems, radiative transfer, accretion disks, quasars, gamma ray bursts, supernovas, alternative gravitational theories, perturbations of collapsed objects, analog models, black hole thermodynamics, numerical relativity, gravitational lensing, large scale structure, observational cosmology, early universe models and cosmic microwave background anisotropies, inhomogeneous cosmology, inflation, global structure, singularities, chaos, Einstein-Maxwell systems, wormholes, exact solutions of Einstein's equations, gravitational waves, gravitational wave detectors and data analysis, precision gravitational measurements, quantum gravity and loop quantum gravity, quantum cosmology, strings and branes, self-gravitating systems, gamma ray astronomy, cosmic rays and the history of general relativity

The Fifteenth Marcel Grossmann Meeting

The three volumes of the proceedings of MG15 give a broad view of all aspects of gravitational physics and astrophysics, from mathematical issues to recent observations and experiments. The scientific program of the meeting included 40 morning plenary talks over 6 days, 5 evening popular talks and nearly 100 parallel sessions on 71 topics spread over 4 afternoons. These proceedings are a representative sample of the very many oral and poster presentations made at the meeting.Part A contains plenary and review articles and the contributions from some parallel sessions, while Parts B and C consist of those from the remaining parallel sessions. The contents range from the mathematical foundations of classical and quantum gravitational theories including recent developments in string theory, to precision tests of general relativity including progress towards the detection of gravitational waves, and from supernova cosmology to relativistic astrophysics, including topics such as gamma ray bursts, black hole physics both in our galaxy and in active galactic nuclei in other galaxies, and neutron star, pulsar and white dwarf astrophysics. Parallel sessions touch on dark matter, neutrinos, X-ray sources, astrophysical black holes, neutron stars, white dwarfs, binary systems, radiative transfer, accretion disks, quasars, gamma ray bursts, supernovas, alternative gravitational theories, perturbations of collapsed objects, analog models, black hole thermodynamics, numerical relativity, gravitational lensing, large scale structure, observational cosmology, early universe models and cosmic microwave background anisotropies, inhomogeneous cosmology, inflation, global structure, singularities, chaos, Einstein-Maxwell systems, wormholes, exact solutions of Einstein's equations, gravitational waves, gravitational wave detectors and data analysis, precision gravitational measurements, quantum gravity and loop quantum gravity, quantum cosmology, strings and branes, self-gravitating systems, gamma ray astronomy, cosmic rays and the history of general relativity