Image-laser fusion for 3D modeling in complex environments

• Auteur / Autrice : Daniela Craciun
• Direction : Nicolas Paparoditis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal et images
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris, Télécom ParisTech

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Photogrammétrie

Imagerie tridimensionnelle

Résumé

La numérisation exhaustive et photoréaliste d'environnements complexes représente aujourd'hui un grand défi en raison d'une part du besoin d'automatisation des processus d'acquisition et de traitement qui sont encore quasiment manuels et d'autre part en raison de la difficulté de vérifier in situ le l'adéquation du modèle avec le cahier des charges. Très souvent on constate, a posteriori, une fois les données traitées, que le modèle 3D est incomplet et il n'est souvent pas possible de retourner sur site pour compléter les numérisations. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à l'automatisation du processus de numérisation 3D d'environnements complexes et en particulier non-structurés qui sont plus difficiles aujourd'hui à traiter avec les outils proposés dans la littérature. Les travaux de recherches réalisés visent la mise en oeuvre à la fois de méthodologies d'acquisition des données et de développement d'algorithmes pour le traitement de données in-situ afin d'aider les opérateurs dans leur travail de manière à assurer la bonne numérisation du site. Comme contexte applicatif, nous nous intéressons aux grottes ornées préhistoriques qui sont des environnements particulièrement difficiles. Dans de tels environnements l'absence des structures habituellement utilisées pour la mise en correspondance et la mise en géométrie des images rend le problème très difficile, voir impossible. L'utilisation de cibles pour faciliter la partie de mise en géométrie des données n'est pas souhaitable d'une part parce qu'elle ralentit fortement les cadences de numérisation (alors que le temps de numérisation autorisé est restreint) et d'autre part car il est difficile voir interdit de poser des cibles sur des parois. Par ailleurs, le recours à des solutions basées sur des systèmes de localisation/navigation externe (centrale inertielle, triangulation, ect. ) pour aider au géoréférencement est difficilement envisageable et complexe à mettre en oeuvre (par rapport à des chantiers en extérieur ou le GPS est disponible). Nous proposons un système de numérisation par vision photogrammétrique et laserphotogrammétrique basé sur l'acquisition d'un réseau de panoramiques.

One might wonder what can be gained from the image-laser fusion and in which measure such a hybrid system can generate automatically complete and photorealist 3D models of difficult to access and unstructured underground environments. In such environments, special attention must be given to the main issue standing behind the automation of the 3D modeling pipeline whic is represented by the capacity to match reliably image and laser data in GPS-denied and feature-less areas. In addition, time and in-situ access constraints require fast and automatic procedures for in-situ data acquisition, processing and interpretation in order to allow for in situ verification of the 3D scene model completeness. Finally, the currently generated 3D model represents the only available information providing situational awareness based on which autonomous behavior must be build in order to enable the system to act intelligently onthe- fly and explore the environment for ensuring the 3D scene model completeness. This dissertation evaluates the potential of a hybrid image-laser system for generating in-situ complete and photorealist 3D models of challenging environments, without requiring human operator intervention. The presented research focuses on two main aspects: (i) the automation of the 30 modeling pipeline, targeting the automatic data matching in feature-less and GPS-denied areas for in situ world modeling and (ii) the exploitation of the generated 3D models along with visual servoing procedures to provide mobile systems with autonomous site digitization and exploration capabilities. We design a complementary and cooperative image-laser fusion which lead to a 4D mosaicing sensor prototype.