Quelques contributions en localisation et cartographie simultanées multi-capteurs : application à la réalité augmentée

Some contributions to multi-sensor simultaneous localization and mapping : application to augmented reality

• Auteur / Autrice : Maxime Boucher
• Direction : Malik Mallem, Fakhr-Eddine Ababsa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Traitement des images et du signal
• Date : Soutenance le 26/09/2014
• Etablissement(s) : Evry-Val d'Essonne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie (Evry ; 2008-2015)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Informatique, Biologie Intégrative et Systèmes Complexes (Evry, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Michel Devy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hichem Maaref, Éric Marchand
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Thierry Chateau, Fawzi Nashashibi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vision artificielle (robotique)

Vision par ordinateur

Réalité augmentée

Mots clés libres

SLAM monoculaire

SLAM multi-capteurs

Résumé

La tâche consistant à tirer de l'information des images d'une caméra au cours du temps pour cartographier l'environnement et se localiser à l'intérieur de celui-ci, est appelée Localisation et Cartographie Simultanée ou SLAM.Développée à la fois par les communautés scientifiques de robotique et vision par ordinateur les applications sont multiples. Des robots bénéficient de cette capacité en gagnant en autonomie. Ces dernières années, des résultats impressionnants ont été obtenus pour des applications à des moyens de transport autonomes.Une autre champ d'application est la réalité augmenté. La localisation donnée par le SLAM offre la possibilité d'obtenir un rendu des éléments virtuels en cohérence avec les mouvements de l'utilisateur. Ainsi le cinéma, les jeux vidéos, le tourisme peuvent bénéficier de techniques SLAM. L'assistance aux travailleurs effectuant des tâches de précision ou répétitives compte également parmi les champs d'application du SLAM. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés au SLAM dans une optique d'applications réalistes de réalité augmentée. Bien que le sujet ait été beaucoup exploré et que d'intéressants résultats aient été obtenus, la tâche n'est toujours pas parfaitement résolue. Le problème du SLAM est un sujet de recherche ouvert, aussi bien sur des aspects spatiaux (dérive, fermeture de boucle) que temporels (temps de traitement). Dans le cadre du SLAM monoculaire nous avons surtout adressé le problème de la dérive. Puis nous nous sommes intéressés au SLAM multi-capteurs, afin d'adresser le problème des mouvements de rotation problématiques dans le cas monoculaire, et celui de la complexité calculatoire.

Gathering informations from the images of a camera, over time, in order to map the environment and localize the camera in it, is a task refered to as Simultaneous Localization and Mapping, or SLAM. Developped both by the robotics and computer vision scientific communities, its applications are many. Robots gain autonomy from this ability. Quite recently, impressive results have been obtained in applications to autonomous transportation vehicles. Another field of application is augmented reality. The localization offered by SLAM enables us to display virtual objects in a consistent way a user movements. Thus, cinema, video games, tourisme applications can benefit from SLAM methods. Visual aids to workers performing complex or repetetive tasks is also an interesting application of SLAM methods. During this PhD thesis, we took interest in SLAM with the idea of realistic augmented reality applications in mind. Though the topic has been extensively explored and many impressive results obtained, the task isn't completely solved. The problem is still an open one, regarding spatial facets (drift, loop closure) as well as temporal (processing time). As part of our monocular SLAM explorations, we mainly studied the drift issue. We then explored multisensor SLAM, both as a mean to handle problematical rotational movements for the monocular setup and as mean to reduce the substantial processing times needed to solve the problem.