Rendu interactif d’image hyper spectrale par illumination globale pour la prédiction de la signature infrarouge d’aéronefs - ONERA - Office national d'études et de recherches aérospatiales Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2019

Interactive hyper spectral image rendering by global illumination for aircraft infrared signature prediction

Rendu interactif d’image hyper spectrale par illumination globale pour la prédiction de la signature infrarouge d’aéronefs

Résumé

Sensor dimensioning is a major issue for the aircraft detection field in the infrared and the visible bands. In this vein, it is appropriate to simulate these sensors via models and a consequent set of spectral images in several scenarios. The acquisition of these images via an airborne measure campaign is unfortunately costly, time-consuming and difficult. A robust and fast simulation of these data is hence very appealing. In order to answer the needs of accuracy, the spectral complexity of the airborne scenes combined with the technological evolution of the aircraft furtivity lead us to use global illumination method in high spectral dimension. In these circumstances, these methods raise serious issues in term of memory consumption and of computing time. Our research project focuses on these problematics. In the first instance, we have focused on the Path Tracing method and its GPU parallelization for the spectral image rendering. We have investigated at first the issues of this kind of rendering on the GPU. Then we have proposed the DPEPT (“Deferred Path Evaluation Path Tracing”) and an efficient spectral parallelization pattern which allows us to reduce significantly the memory consumption and the computing time. In the second phase, we have investigated how to reduce the spectral computational load of the simulation in taking care not to deteriorate the accuracy. In that sense, we have proposed to generalize the stochastic spectral rendering of color (XYZ) image to the stochastic spectral image rendering. This new method renders directly the channels of a sensor which allows us to reduce the memory and the computing requirements by reducing the spectral computational load of the simulation when the spectral input data of the scene are complex. To sum up, the works of this thesis allows us to simulate accurately multi, hyper and ultra spectral images. The interactive time can be achieved in our case (low spectral image spatial dimension and medium geometric complexity scenes) in multi and hyper spectral resolution.
Le dimensionnement de capteur est un enjeu majeur pour le domaine de la détection d’aéronefs dans les bandes infrarouge et visible. Dans cette optique, il est nécessaire de simuler ces capteurs via des modèles et un nombre conséquent d’images spectrales d’aéronefs dans divers scénarios. L’obtention de ces images via des campagnes aériennes de mesure est malheureusement onéreuse, chronophage et difficile. Une simulation rapide et robuste de ces données s’impose donc. Afin de répondre aux besoins de précision, la complexité spectrale des scènes aériennes combinée à l’évolution technologique de la furtivité des aéronefs nous amène à utiliser des algorithmes d’illumination globale à haute dimension spectrale. Dans ces conditions, ces algorithmes posent d’importants problèmes de consommation mémoire et de temps de calcul. Le projet de recherche de cette thèse s’inscrit dans le cadre de ces problématiques. Dans un premier temps, nous nous sommes focalisés sur l’algorithme du Path Tracing et la parallélisation GPU pour le rendu d’images spectrales. Nous avons d’abord analysé les problèmes de ce type de rendu sur GPU. Nous avons ensuite proposé le DPEPT (« Deferred Path Evaluation Path Tracing ») et un schéma de parallélisation spectral qui permettent de réduire significativement la consommation mémoire et les temps de calcul. Dans un second temps, nous avons cherché à réduire la charge de calcul spectrale de la simulation en prenant soin de ne pas dégrader la précision. À cet égard, nous avons proposé de généraliser le rendu spectral stochastique d’image dans l’espace XYZ en rendu d’image spectrale stochastique. Cette nouvelle méthode permet de rendre directement et de manière plus précise et rapide les canaux d’un capteur en diminuant la dimension spectrale de la simulation, quand les données spectrales d’entrée sont complexes. Pour conclure, les travaux de cette thèse permettent de simuler de manière précise des images multi, hyper et ultra spectrales. Le temps interactif peut être atteint dans notre cas (rendu d’image à faible résolution spatiale pour des scènes de complexité géométrique intermédiaire) en multi et hyper spectrale.
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tel-02918973 , version 1 (21-08-2020)

Identifiants

  • HAL Id : tel-02918973 , version 1

Citer

Romain Hoarau. Rendu interactif d’image hyper spectrale par illumination globale pour la prédiction de la signature infrarouge d’aéronefs. Sciences de l'ingénieur [physics]. AIX-MARSEILLE UNIVERSITE, 2019. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-02918973⟩

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