Vision et reconstruction 3D : application à la robotique mobile

Vision and 3D reconstruction : application to Mobile Robotics

• Auteur / Autrice : Rihab Hmida
• Direction : René Zapata, Abdellatif Mtibaa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 16/12/2016
• Etablissement(s) : Montpellier en cotutelle avec Laboratoire d'électronique et de micro-électronique (Monastir, Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Youcef Mezouar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : René Zapata, Abdellatif Mtibaa, Youcef Mezouar, Ali Douik, Frédéric Comby, Mohamed Atri
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ali Douik

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vision par ordinateur

Robotique

Imagerie tridimensionnelle

Mots clés libres

Vision

Reconstruction 3D

Robotique

Vision

3D reconstruction

Robotics

Résumé

Avec l’évolution des processus technologiques, l’intérêt pour la robotique mobile n’a de cesse d’augmenter depuis quelques années, notamment pour remplacer l’homme dans des environnements à risque (zones radioactives, robots militaires) ou des zones qui lui sont inaccessibles (exploration planétaire ou sous-marine), ou à des échelles différentes (robot à l’intérieur d’une canalisation, voire robot chirurgical à l’intérieur du corps humain). Dans ce même contexte, les systèmes de navigation destinés plus particulièrement à l’exploration sous-marine suscitent de plus en plus l’intérêt de plusieurs géologues, roboticiens et scientifiques en vue de mieux connaître et caractériser les réseaux sous-marins. Pour des raisons de sécurité optimale, de nouvelles technologies (Radar, Sonar, système de caméras,..) ont été développées pour remplacer les plongeurs humains.C’est dans ce cadre que s’intègre les travaux de cette thèse ayant comme objectif la mise en œuvre d’un système de vision stéréoscopique permettant l’acquisition d’informations utiles et le développement d’un algorithme pour la restitution de la structure 3D d’un environnement confiné aquatique. Notre système est composé d’une paire de capteurs catadioptriques et d’une ceinture de pointeurs lasers permettant d’identifier des amers visuels de la scène et d’une plateforme pour l’exécution du processus de traitement des images acquises. La chaîne de traitement est précédée par une phase d’étalonnage effectuée hors-ligne pour la modélisation géométrique du système complet. L’algorithme de traitement consiste à une analyse pixellique des images stéréoscopiques pour l’extraction des projections lasers 2D et reconstruire leurs correspondants 3D en se basant sur les paramètres d’étalonnage.La mise en œuvre du système complet sur une plateforme logicielle demande un temps d’exécution supérieur à celui exigé par l’application. Les travaux clôturant ce mémoire s’adressent à cette problématique, et proposent une solution permettant de simplifier le développement et l’implémentation d’applications temps-réel sur des plateformes basées sur un dispositif FPGA. La mise en œuvre de notre application a été effectuée et une étude des performances est présentée tout en considérant les besoins de l’application et ses exigences de point de vue précision, rapidité et taux d’efficacité.

With the development of technological processes, interest in mobile robotics is constantly increasing in recent years, particularly to replace human in environments of risk (radioactive areas, military robots) or areas that are inaccessible (planetary or underwater exploration), or at different scales (robot within a pipeline or surgical robot inside the human body). In the same context, navigation systems are designed specifically for underwater exploration which is attracting more and more interest of several geologists, robotics and scientists in order to better understand and characterize submarine environment. For optimal security, new technologies (radar, sonar, camera system, ..) have been developed to replace human.In this context, the work of this thesis is focusing with the aim of implementing a stereoscopic vision system to acquire useful information and the development of an algorithm for the restoration of the 3D structure of a confined aquatic environment. Our system consists of a pair of catadioptric sensors and a laser pointer belt permitting to identify visual landmarks of the scene and a platform for the implementation of the acquired image processing. The processing chain is preceded by an offline calibration phase to generate the geometric modeling of the complete system. The processing algorithm consists of pixel-wise analysis of the stereoscopic images for the extraction of 2D laser projections and rebuilds their 3D corresponding based on the calibration parameters.The implementation of the complete system on a software platform requests an execution time higher than that required by the application. The work closing the memory is addressed to this problem and proposes a solution to simplify the development and implementation of real-time applications on platforms based on a FPGA device. The implementation of our application was performed and a study of performance is presented, considering the requirements of the application in terms of precision, speed and efficiency rate.