Contributions à la vision omnidirectionnelle : étude, conception et étalonnage de capteurs pour l’acquisition d’images et la modélisation 3D

Abstract

Cette thèse présente des contributions au domaine de la vision omnidirectionnelle. Les travaux ont été effectués dans le contexte de la localisation par l'image, dans lequel une caméra est utilisée comme appareil portatif pour localiser et guider une personne. Des apports théoriques sont proposés et deux capteurs omnidirectionnels sont développés et décrits pour l'acquisition respectivement de mosaïques d'images et de modèles 3D d'intérieurs de bâtiments. Le premier chapitre présente le domaine de l'imagerie à large champ de vision et les différents moyens d'obtenir un champ visuel important. Quelques modèles géométriques sont décrits pour différentes caméras et les spécificités pour l'étalonnage sont discutées. Les caméras sont séparées en deux familles, selon qu'elles possèdent un centre de projection unique (caméras centrales) ou non (caméras non centrales). Finalement, la reprojection des images entre différents modèles de caméra est présentée. Le second chapitre présente une nouvelle approche de la vision omnidirectionnelle utilisant une caméra standard dotée d'un capteur électronique d'orientation pour l'obtention automatique de mosaïques d'images orientées. Ces images possèdent une résolution plus importante que celles provenant d'une caméra catadioptrique. Le champ de vision couvert par notre caméra est omnidirectionnel et son encombrement et son coût sont moins élevés que ceux d'un ensemble de plusieurs caméras. Elle permet la création de mosaïques en temps réel, qui peuvent être affinées par la méthode de l'ajustement de faisceaux. Le troisième chapitre traite de la caméra paracatadioptrique, qui est centrale. Une méthode est proposée pour la détection des projections de droites dans l'image, dans le cas où la caméra est étalonnée, puis est utilisée pour estimer l'orientation de la caméra par rapport à la verticale. Une nouvelle méthode d'étalonnage géométrique utilisant des images de droites est développée, fournissant des résultats plus précis et répétables que les méthodes existantes et utilisant une meilleure paramétrisation des images de droites. Cette méthode est robuste et permet l'étalonnage automatique à partir d'une image contenant des projections de droites. Le quatrième chapitre propose une méthode pour calculer l'image (ou les images) d'un point observé par une caméra catadioptrique non centrale avec un miroir en forme de quadrique. Cette méthode est validée pour différentes formes de quadriques puis est utilisée pour calculer la projection de droites (ou segments de droites), la reprojection de texture et enfin permettre l'étalonnage géométrique de la caméra. Le dernier chapitre décrit un nouveau capteur, doté d'un champ de vision omnidirectionnel, utilisé pour acquérir des modèles 3D d'intérieurs de bâtiments à partir d'une caméra paracatadioptrique. Le développement et l'étalonnage du capteur sont présentés, et les premiers résultats de reconstruction 3D du modèle de l'environnement sont montrés, pour différents niveaux d'automatisation.