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Localisation et reconnaissance de marqueurs circulaires à partir d'une vue de leur contour

Mariyanayagam, Damien. Localisation et reconnaissance de marqueurs circulaires à partir d'une vue de leur contour. PhD, Informatique et Télécommunications, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2020

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Abstract

La localisation ou l’estimation de la pose d’une caméra à partir d’une vue est un problème essentiel dans de nombreuses applications, telles que le suivi d’une trajectoire de véhicule autonome ou la réalité augmentée. La pose d’une caméra peut être estimée à partir de marqueurs construits spécifiquement pour cette tâche et qui peuvent être placés dans la scène. Ces marqueurs possèdent des caractéristiques qui permettent de les distinguer des autres objets de la scène. Il est ainsi plus facile de les détecter dans une image et de les reconnaître que des objets naturels comme des points d’intérêts. La correspondance entre la forme du marqueur et son image par une caméra contraint la pose de sorte qu'il est possible de retrouver les coordonnées du marqueur dans le repère de la caméra. Les marqueurs circulaires sont particulièrement intéressants pour leur résilience à l’occultation partielle de l’image. En effet une ellipse peut être estimée à partir de seulement 5 points quelconques de son contour. Ainsi un marqueur partiellement occulté peut toujours être correctement localisé. Le problème c’est que l’image du contour circulaire n’est pas suffisante pour calculer la pose du marqueur, les marqueurs circulaires fonctionnent ainsi soit avec une caméra calibrée, soit en ajoutant d’autres primitives comme par exemple des cercles concentriques. L’image du contour est pourtant souvent la seule information fiable dont on dispose dans certains cas d’utilisation. De plus, même avec une caméra est calibrée, l’image d’un seul cercle n’est pas suffisante pour obtenir la pose de son plan de support, il existe en effet une double ambiguïté qu’on ne peut distinguer sans information supplémentaire. En plus de cette ambiguïté, il existe une infinité de poses possibles pour le marqueur. Ces poses correspondent à l’ensemble des rotations autour de l’axe perpendiculaire au plan de support et passant par le centre du cercle. Ainsi nous pouvons distinguer quatre problématiques majeures traitées dans cette thèse : 1) Comment prendre en compte des connaissances approximatives sur les paramètres de calibrage ? 2) Quelles sont les conditions minimales de résolution de l’ambiguïté sur la pose du plan ? 3) Comment calculer la rotation autour de l’axe du cercle ? 4) Est-il possible d’identifier le marqueur en utilisant également son environnement ? Notre première contribution répond à la première question. Pour cela nous proposons un modèle « par défaut » de la caméra. Ce modèle permet d’insérer nos incertitudes sur les paramètres intrinsèques de la caméra dans un algorithme qui recherche une solution photométrique au problème de la rectification métrique de l’image du marqueur. Les résultats démontrent que l’utilisation de ce modèle « par défaut » offre des perspectives encourageantes pour les marqueurs circulaires. Notre seconde contribution porte sur l’ambiguïté de la pose du plan de support. Pour l’étudier nous proposons une nouvelle formulation du problème de l’estimation de la pose d’un cercle à partir de l’image de son contour. Cette formulation permet de faire le lien entre l’ambiguïté géométrique et les solutions algébriques obtenues. Cela nous amène à proposer une paramétrisation minimale de la pose qui fournit une condition simple de résolution de l’ambiguïté. Enfin nous proposons une nouvelle méthode de localisation du marqueur circulaire à partir de points d’intérêts détectés dans son voisinage. La méthode repose sur une bibliothèque composée de vues de référence du marqueur prises hors ligne. Le marqueur est ensuite reconnu sur une nouvelle vue en utilisant conjointement l’image du cercle et des correspondances de points sur les vues de références. Le modèle de pose est ensuite validé par une procédure de type RANSAC qui s’appuie sur une paramétrisation minimale par l’image d’un point 3D et d’un cercle.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Charvillat, Vincent and Chambon, Sylvie
Statistics:download
Deposited On:18 Dec 2020 08:39

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