Caractérisation, modélisation et simulation des effets visuels du brouillard pour l'usager de la route

• Main Author: Dumont, Eric
• Language: FRE
• Published: Université René Descartes - Paris V 2002
• Subjects: [INFO:INFO_MO] Computer Science/Modeling and Simulation; brouillard; visibilité; simulation; traitement d'images; synthèse d'images
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00164237; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/16/42/37/PDF/theseDumont02.pdf

Sur la route, le brouillard est relativement rare, mais particulièrement meurtrier. Pour améliorer la sécurité des usagers, les solutions passent d'abord par la prévention, la prévision et la détection, mais également par la signalisation, l'éclairage et l'aide à la conduite. Toutefois, la conception de solutions adaptées, susceptibles de compenser la perte de visibilité induite par le brouillard, repose sur la compréhension du phénomène. De plus, l'évaluation de ces solutions en termes de comportement de conduite passe nécessairement par la simulation, étant donnée la quasi-impossibilité des expérimentations en brouillard réel. L'objet de cette étude est de décrire les dégradations induites par le brouillard dans l'environnement visuel du conducteur, en vue de les modéliser et de les reproduire sur simulateur de conduite.<br />Dans la première partie, essentiellement bibliographique, on commence par constater la contradiction entre la complexité et la diversité des propriétés microphysiques et optiques du brouillard d'une part, et l'utilisation courante de la notion de “ distance de visibilité ” pour en décrire les effets perceptifs d'autre part. On montre ensuite que la caractérisation des effets visuels du brouillard passe par une analyse fréquentielle des perturbations induites par la diffusion de la lumière dans la distribution de luminance formant le signal visuel. En vue de maîtriser le recueil des images indispensables à cette analyse, on choisit de faire appel à la synthèse d'images en privilégiant la méthode du tracé de rayons.<br />Dans la deuxième partie, on commence par décrire la technique de tracé de photons de type Monte-Carlo développée pour simuler la diffusion multiple et anisotrope de la lumière au sein d'un milieu polydispersé tel que le brouillard. Le code ainsi mis au point est ensuite mis en œuvre afin d'étudier les propriétés de la fonction de transfert de modulation d'une couche de brouillard, assimilée à un filtre optique, ce qui nous conduit à définir un opérateur fréquentiel de contraste pour caractériser le halo généré autour du signal transmis par l'énergie lumineuse diffusée. En se basant sur la loi de Koschmieder, on propose finalement un modèle étendu des effets visuels du brouillard – extinction, halo et voiles (atmosphérique et rétro-diffusé) – permettant de prédire les dégradations engendrées par le brouillard dans l'environnement visuel de l'usager de la route en toutes conditions de circulation. On montre également que le modèle proposé est compatible avec une mise en œuvre interactive sur simulateur de conduite.<br />Le modèle photométrique des effets visuels du brouillard issu de ce travail a dores et déjà fait l'objet d'une validation expérimentale, en collaboration avec des psychologues de la conduite. Il a également été utilisé pour améliorer les outils de simulation de conduite dans le brouillard, en collaboration avec une société spécialisée dans la simulation temps-réel. Il est prévu de mettre en œuvre ces outils pour étudier les performances de l'infrastructure routière en termes de visibilité et de lisibilité par temps de brouillard.