Analyse d'écoulements fluides à partir de séquences d'images

Auteur(s) :

Corpetti, Thomas Découvrir l'auteur

Résumé

Décrit quelques aspects des écoulements des fluides, puis propose une étude bibliographique : état de l'art sur les méthodes de mesure (mouvement et vision) par ordinateur pour l'analyse d'écoulement des fluides. Sont ensuite proposées 2 méthodes d'analyse : une méthode d'estimation dense du mouvement pour l'imagerie fluide et une méthode d'analyse d'un champ de vitesse.

Éditeur(s)
- Hermès science publications
Date
- 2004
Notes
- Bibliogr. p. 251-265. Index
Langues
- Français
Description matérielle
- 268 p. : ill. ; 24 cm
Collections
- Collection Traitement du signal et de l'image
Sujet(s)
- Mécanique des fluides
- Simulation par ordinateur
ISBN
- 2-7462-0911-X
Indice
- 532 Mécanique des fluides, hydraulique
Quatrième de couverture
- Cet ouvrage présente deux méthodes issues de la vision par ordinateur pour l'analyse d'écoulements fluides.
  Il traite d'abord le problème de l'estimation du mouvement. Après avoir posé les problématiques générales de la mesure du mouvement en vision par ordinateur puis s'être penché sur le cas des fluides, ce livre propose un estimateur de mouvement spécialement conçu pour les phénomènes dynamiques de nature fluide. Dans ce contexte, l'utilisation de techniques standard, originalement conçues pour des mouvements rigides et reposant sur des hypothèses parfois trop simples au regard de la physique des phénomènes étudiés, est délicate. L'estimateur de mouvement proposé intègre des données physiques dans les modèles génériques (équation de continuité et régularisation «div-curl» en particulier).
  Ce livre analyse ensuite un champ de déplacement préalablement estimé, relatif à un mouvement fluide. Une méthode visant à extraire les vortex et puits/sources de l'écoulement en s'appuyant sur le modèle de Rankine est proposée. La méthode s'appuie sur une représentation analytique du champ des vitesses et permet d'extraire d'autres informations pertinentes relatives à l'écoulement (fonctions de potentiels, décomposition selon Helmholtz de l'écoulement, points singuliers, ...).
  Les méthodes présentées sont suivies par des études de validation, l'une d'entre elles ayant été menée en collaboration avec un laboratoire de mécanique des fluides se focalise sur la validité des résultats obtenus à partir d'écoulements expérimentaux.
Tables des matières
- - Analyse d'écoulements fluides à partir de séquences d'images
  - Thomas Corpetti
  - Thermes Science
  - Introduction générale 13
  - Motivations: intérêts de l'étude d'écoulements fluides13
  - Contexte14
  - Plan du document
    15
  - Chapitre 1. Généralités sur les mouvements fluides
    17
  - 1.1. Représentation d'un fluide en mouvement17
  - 1.1.1. Représentation Lagrangienne17
  - 1.1.2. Représentation Eulérienne18
  - 1.1.3. Passage de la représentation Eulérienne à la représentation Lagrangienne18
  - 1.1.4. Passage de la représentation Lagrangienne à la représentation Eulérienne18
  - 1.2. Les équations fondamentales19
  - 1.2.1. L'équation de continuité19
  - 1.2.2. Les équations de Navier-Stokes19
  - 1.3. Éléments de description21
  - 1.3.1. Quelques propriétés mathématiques21
  - 1.3.2. La divergence, la vorticité et le cisaillement23
  - 1.3.3. La décomposition de Helmholtz24
  - 1.3.4. Quelques courbes caractéristiques25
  - 1.3.5. Les fonctions de potentiel29
  - 1.3.6. Lien entre ces différentes descriptions30
  - 1.4. Les structures singulières31
  - 1.4.1. Importance des singularités dans l'interprétation d'un écoulement fluide32
  - 1.4.2. Modèle mathématique du mouvement autour d'une singularité32
  - 1.5. Conclusion35
  - Chapitre 2. État de l'art sur les méthodes de mesure du mouvement
    37
  - 2.1. Introduction37
  - 2.1.1. Importance du mouvement apparent37
  - 2.1.2. Un problème classique dans la mesure du mouvement: le problème de l'ouverture38
  - 2.2. Méthodes paramétriques41
  - 2.2.1. Paramétrisation 2D41
  - 2.2.2. Paramétrisation 3D42
  - 2.2.3. Autres paramétrisations42
  - 2.2.4. Intérêts/limitations42
  - 2.3. Mesure du mouvement par corrélation43
  - 2.4. Méthodes de flot optique: approche fondatrice de Horn et Schunck45
  - 2.4.1. La conservation de la luminance45
  - 2.4.2. Le terme de régularisation45
  - 2.4.3. Discussion46
  - 2.5. Régularisation avec préservation de discontinuités47
  - 2.5.1. Un formalisme d'interprétation: la notion de "diffusion"47
  - 2.5.2. Choix d'une fonction de régularisation53
  - 2.5.3. Les fonctions semi-quadratiques57
  - 2.5.4. Remarques58
  - 2.5.5. Synthèse59
  - 2.6. Régularisations spatio-temporelles60
  - 2.7. Synthèse
    61
  - Chapitre 3. La vision par ordinateur pour l'analyse d'écoulements fluides
    63
  - 3.1. Contributions dans la mesure du mouvement63
  - 3.1.1. Mesure du mouvement par corrélation64
  - 3.1.2. Méthodes de flot optique67
  - 3.1.3. Discussion71
  - 3.2. Analyse et caractérisation de l'écoulement71
  - 3.2.1. Techniques de détection de points singuliers72
  - 3.2.2. Techniques d'extraction des domaines d'influence linéaires d'une singularité78
  - 3.2.3. Discussion84
  - 3.3. Conclusion
    84
  - Première partie. Estimation dense du mouvement pour l'imagerie fluide
    87
  - Chapitre 4. Méthode d'estimation dense du mouvement fluide
    89
  - 4.1. Introduction89
  - 4.2. Position du problème90
  - 4.3. Intégration d'une loi physique: l'équation de continuité91
  - 4.3.1. Motivations91
  - 4.3.2. De l'équation de continuité à la contrainte du flot optique92
  - 4.3.3. Conditions d'application93
  - 4.4. Régularisation div-curl96
  - 4.4.1. Interprétation de la régularisation du premier ordre et problématique96
  - 4.4.2. Régularisation div-curl du second ordre98
  - 4.4.3. Schéma de régularisation proposé98
  - 4.5. Gestion des grands déplacements101
  - 4.5.1. Version intégrée de l'équation de continuité102
  - 4.5.2. Principe du schéma multirésolution incrémental103
  - 4.5.3. Définition de la régularisation div-curl dans un cadre multirésolution105
  - 4.5.4. Conclusion partielle105
  - 4.6. Choix des fonctions de pénalisation106
  - 4.7. Minimisation108
  - 4.7.1. Schéma de discrétisation108
  - 4.7.2. Minimisation par rapport aux scalaires Epsilon et sigma110
  - 4.7.3. Minimisation par rapport aux variables auxiliaires z^d, z^epsilon et z^sigma110
  - 4.7.4. Minimisation par rapport au champ incrémental h: approche multigrille111
  - 4.7.5. Synthèse114
  - 4.8. Conclusion
    116
  - Chapitre 5. Résultats expérimentaux
    117
  - 5.1. Introduction117
  - 5.2. Résultats sur des exemples synthétiques118
  - 5.2.1. Comparaison de la méthode de régularisation à une régularisation classique du premier ordre118
  - 5.2.2. Comparaison du terme d'observation à l'ECMA121
  - 5.3. Résultats sur des exemples météorologiques123
  - 5.3.1. Images issues du canal infrarouge124
  - 5.3.2. Images issues du canal vapeur d'eau128
  - 5.3.3. Remarques130
  - 5.4. Validation qualitative131
  - 5.4.1. Reconstruction de trajectoires131
  - 5.4.2. Extraction de zones significatives de divergence et de vorticité132
  - 5.5. Résultats en imagerie non-fluide133
  - 5.6. Conclusion
    134
  - Chapitre 6. Validation sur des écoulements expérimentaux
    137
  - 6.1. Introduction137
  - 6.2. Les couches de mélange138
  - 6.2.1. Définition138
  - 6.2.2. Caractérisation139
  - 6.2.3. Génération d'une couche de mélange141
  - 6.2.4. Conditions d'expérimentations142
  - 6.2.5. Étude d'un déplacement instantané144
  - 6.2.6. Étude sur un ensemble de déplacements148
  - 6.2.7. Conclusion150
  - 6.3. Sillage d'un cylindre153
  - 6.3.1. Présentation de l'écoulement153
  - 6.3.2. Génération de l'écoulement154
  - 6.3.3. Conditions d'expérimentations155
  - 6.3.4. Étude d'un déplacement instantané156
  - 6.3.5. Étude sur un ensemble de déplacements159
  - 6.3.6. Synthèse162
  - 6.4. Conclusion
    162
  - Conclusion intermédiaire
    165
  - Deuxième partie. Extraction de structures caractéristiques d'un écoulement fluide
    167
  - Chapitre 7. Méthode d'analyse d'un champ de vitesses
    169
  - 7.1. Introduction169
  - 7.2. Représentation complexe171
  - 7.3. Séparation d'un champ de vitesses et estimation des fonctions de potentiels172
  - 7.3.1. Étude de la composante laminaire172
  - 7.3.2. Extraction des parties irrotationnelles et solénoïdales et des potentiels associés173
  - 7.4. Extraction de points singuliers177
  - 7.5. Choix d'un modèle178
  - 7.5.1. Modèles s'appuyant sur des fonctions holomorphes179
  - 7.5.2. Le modèle de Rankine pour les vortex et ses extensions181
  - 7.6. Identification de modèles de Rankine à partir d'un champ de vitesses183
  - 7.6.1. Cas d'un champ solénoïdal184
  - 7.6.1.1. Estimation du rayon186
  - 7.6.1.2. Choix de la fonction de pénalisation189
  - 7.6.1.3. Estimation de la force191
  - 7.6.1.4. Synthèse193
  - 7.6.2. Cas d'un champ irrotationnel193
  - 7.6.2.1. Estimation du rayon193
  - 7.6.2.2. Estimation de la force194
  - 7.7. Robustesse au bruit194
  - 7.8. Conclusion
    195
  - Chapitre 8. Résultats expérimentaux
    199
  - 8.1. Introduction199
  - 8.2. Résultats sur un exemple synthétique199
  - 8.3. Résultats sur des exemples réels202
  - 8.3.1. Application à des déplacements obtenus avec l'estimateur de mouvement dédié202
  - 8.3.1.1. Champ des vitesses correspondant à une séquence météorologique infrarouge202
  - 8.3.1.2. Champ de déplacement représentant l'explosion d'une cellule convective203
  - 8.3.1.3. Champ des vitesses provenant de la mécanique des fluides expérimentale205
  - 8.3.2. Champ de déplacements fourni par l'Ifremer208
  - 8.4. Influence du seuil de la distance de Bhattacharyya209
  - 8.5. Comparaison à la méthode des indices de Poincaré212
  - 8.6. Conclusion
    213
  - Conclusion intermédiaire
    217
  - Conclusion générale 219
  - Synthèse des travaux présentés219
  - Perspectives liées
    221
  - Annexes
    225
  - A. M-Estimateurs robustes225
  - B. Estimation du modèle paramétrique229
  - C. Intégration numérique pour la reconstruction de trajectoires237
  - D. Segmentation de zones significatives de divergence et de vorticité239
  - E. Dérivation par rapport au rayon de la fonction d'énergie du chapitre 7241
  - F. Analyse du mouvement par vélocimétrie 2D
    245
  - Bibliographie
    251
  - Index 267
Origine de la notice:
- BNF