Thèse soutenue

Estimation du mouvement de caméra à partir de deux vues en présence de dégénérescence planaire
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Auteur / Autrice : Martin Rebert
Direction : Christophe Cudel
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Electronique, optronique et systèmes
Date : Soutenance le 15/12/2020
Etablissement(s) : Mulhouse
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique, Mathématiques, Automatique et Signal (Mulhouse) - Institut de Recherche en Informatique Mathématiques Automatique Signal - IRIMAS - UR 7499 / IRIMAS

Résumé

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Le nombre de véhicules sans-pilote et leurs champs d’applications sont aujourd’hui en pleine croissance. Bien que ces véhicules ne soient pas encore tous autonomes, chaque nouvelle génération tend à le devenir d’avantage. Cette nouvelle autonomie provient de leur capacité à naviguer dans leur environnement de façon autonome. Un des points majeurs de la navigation est la capacité à se positionner. Cette capacité peut découler d’un certain nombre de technologies, néanmoins dans un contexte militaire se localiser à l’aide d’une caméra présente plusieurs intérêts : une indépendance à une infrastructure extérieure et une furtivité grâce à la nature passive du capteur. Le processus permettant d’estimer sa trajectoire et par extension sa position à partir d’un flux d’images est appelé odométrie visuelle. Malgré la maturité de cette branche de la vision par ordinateur, les algorithmes existants sont parfois en difficulté, notamment dans des environnements alternants entre un contenu riche en 3D et du contenu plan. Les premiers faisant appel à un modèle épipolaire et les derniers à un modèle homographique. Malheureusement, les deux modèles ne sont pas interchangeables, ce qui conduit à des difficultés lors de l’estimation du mouvement de la caméra. Dans le but de joindre les forces des deux modèles, les travaux de thèse ont conduit à développer une méthode appelée « Parallax Beam ». Cette méthode permet de choisir le modèle le plus adapté à la scène vue par la caméra et surtout d’estimer le modèle épipolaire à partir du modèle homographique lorsque celui-ci est inadapté. Aucun effort de calcul n’est alors perdu, ce qui est intéressant dans un contexte de système embarqué. La méthode proposée se montre capable d’estimer le mouvement de la caméra dans des environnements riches en 3D présents dans des bases de données publiques. L’évaluation sur des environnements plans a demandé la création de données synthétiques capables de reproduire des données d’entrées similaires à celles utilisées sur le système réel, tout en correspondant une scène plane vue depuis un véhicule en mouvement. Cette création a été motivée après une analyse des bases de données existantes concluant sur l’absence de données adéquates. L’évaluation du Parallax Beam sur les données synthétiques a permis de mettre en avant ses capacités. Finalement la méthode a également été comparée à une position obtenue par le GPS de haute précision qui équipe le véhicule ARTEMIPS de l’UHA, ainsi que sur les plateformes terrestres de l’ISL où l’alternance entre environnements 3D et plans est plus marquée du fait de l’orientation de la caméra. La méthode du Parallax Beam étant alors la seule capable d’estimer fidèlement la position du véhicule.