im-portante au regard des applications envisag´ees (la reconstruction tridimensionnelle) et poss`ede de surcroˆıt une faible fr´equence de mise `a jour de ses donn´ees (de l’ordre de 100 ms) ;
– les capteurs relatifs (centrale inertielle, odom´etrie, autocalibration et recalage t´el´e-m´etrique) ont exactement les caract´eristiques inverses. Ils sont tr`es pr´ecis `a court terme et poss`ede une fr´equence de mise `a jour des donn´ees importante (inf´erieure `a 10 voire 1 ms) mais souffrent in´evitablement d’une d´erive dans le temps.
L’id´ee consiste alors `a utiliser le GPS pour recaler au fur et `a mesure les capteurs relatifs.
Une m´ethode a fait ses preuves en mati`ere de fusion d’informations h´et´erog`enes [3] : le filtre de Kalman [75]. `A partir d’une mod´elisation des erreurs propres aux donn´ees, ce filtre permet de les lisser de fa¸con optimale (si cette mod´elisation est lin´eaire). Ainsi, il permet de fusionner les donn´ees GPS et les donn´ees de la centrale inertielle de fa¸con optimale, `a la lin´earisation du probl`eme pr`es [3].
En conclusion
La pr´ecision de localisation actuelle est suffisante au regard de la r´esolution des capteurs. Le GPS permet de corriger les d´erives des capteurs de localisation pr´ecis `a court terme (INS, recalage d’images ou de profils t´el´em´etriques). `A l’avenir, nul doute que ces techniques vont s’am´eliorer, que ce soit pour l’autocalibration, la localisation par GPS/Galil´eo ou pour l’int´egration des donn´ees h´et´erog`enes dans un mˆeme r´ef´eren-tiel. Ce qui sera n´ecessaire pour exploiter la r´esolution toujours en hausse des capteurs CCD/CMOS et pour satisfaire l’exigence toujours plus forte de la qualit´e des mod`eles tridimensionnels.
8.3 Fusion des approches t´ el´ em´ etrique / photogram-m´ etrique
Cette section consid`ere la fusion des deux approches photographique et t´el´em´etrique, pr´esent´ees dans ce chapitre. Le tableau 8.1 r´ecapitule les principaux inconv´enients et avantages de chaque capteur.
Le laser permet ainsi de pallier certaines difficult´es propres aux approches strictement photogramm´etriques (sp´ecularit´e des surfaces, transparence, ambigu¨ıt´es de textures, faible pr´ecision `a grande distance, etc.). C’est ainsi que de nombreuses ´equipes s’int´eressent `a la fusion des donn´ees issues de ces capteurs. Parmi les travaux les plus avanc´es, citons celui de Fr¨uh et Zakhor [59] (figure 8.18). Cette approche s’appuie sur l’utilisation d’un laser 2D vertical qui scanne la ville en profils verticaux, d’un syst`eme de localisation (GPS+INS+recalage via un laser 2D horizontal) et de plusieurs cam´eras. Les r´esultats qu’ils obtiennent montrent les difficult´es inh´erentes `a la num´erisation de l’environnement urbain :
– la pr´esence d’objets dynamiques, tels que les pi´etons et voitures notamment, qui faussent, d’une part la reconstruction du fait de leurs d´eplacements propres, et d’autre part, qui ne sont pas souhaitables dans la reconstruction finale ;
Chap. 8. Approches t´el´em´etrique et photogramm´etrique : ´etat de l’art
Donn´ees Laser Cam´era CCD / CMOS
Avantages : Avantages :
- g´en´eralement pr´ecises - information dense
- mod`eles 3D faciles `a obtenir - information colorim´etrique
- large champ de vue (270 `a 360 ˚) - information 3D directe via la st´er´eovision - localisation par recouvrement de scans - localisation par autocalibration (Sfm)
Inconv´enients : Inconv´enients :
- donn´ees ´eparses (selon le laser) - reconstruction 3D parfois difficile - pas d’information colorim´etrique (surfaces sp´eculaires ou uniformes) - probl`eme de mauvaises r´eflexions - pr´ecises `a courte distance seulement (vitres notamment)
Tableau8.1 – Caract´eristiques des capteurs : avantages et inconv´enients
– la pr´esence d’objets fins tels que les ´echelles, les poteaux, les balcons, etc. qui passent au travers des mailles du laser1. Seule une analyse pouss´ee de l’image permet de les extraire correctement ;
– les occultations : le v´ehicule n’a pas acc`es `a toutes les structures ext´erieures des bˆatiments ;
– et les autres difficult´es telles que la transparence des objets, les textures moins d´etaill´ees en hauteur, l’aspect colorim´etrique, les ombres, etc.
Figure 8.18 – Exemple de reconstruction tridimensionnelle obtenue `a partir d’un laser et de plusieurs cam´eras embarqu´es sur un v´ehicule en d´eplacement [59].
1si le v´ehicule avance `a 10 km/h environ, du fait de la vitesse de balayage du laser (10 `a 40 points/seconde pour notre laser IBEO), on obtient un point laser 3D tous les 10 `a 30 cm en horizontal.
Nous avons aussi une faible densit´e verticale de points en raison de la r´esolution angulaire du laser (pas de 0.25˚au mieux).
145
Sec. 8.3. Fusion des approches t´el´em´etrique / photogramm´etrique La segmentation en couches, pr´esent´ee en premi`ere partie de ce m´emoire, est une so-lution `a quelques-unes de ces difficult´es : elle permet de segmenter aussi bien les textures que le nuage de points. Les objets en d´eplacement peuvent ainsi ˆetre filtr´es. De surcroˆıt, la triangulation du nuage de points est plus ais´ee (via une triangulation de Delaunay
«2D 1/2») si les points t´el´em´etriques sont class´es dans leur couche respective. Mais une telle coop´eration n’est possible que lorsque les donn´ees sont projet´ees de fa¸con pr´ecise dans un mˆeme r´ef´erentiel, ce qui n´ecessite que les capteurs photographiques et t´el´em´e-triques soient pr´ecis´ement calibr´es (extrins`equement notamment). Le chapitre suivant d´e-crit maintenant une m´ethode d´evelopp´ee en d´ebut de th`ese pour calibrer de fa¸con pr´ecise et robuste une cam´era avec un t´el´em`etre laser.
Chapitre 9
Fusion laser / cam´ era : calibration des capteurs
Ce chapitre aborde maintenant la calibration extrins`eque des deux capteurs laser et cam´era : l’objectif est de d´eterminer la transformation g´eom´etrique permettant de passer du r´ef´erentiel de la cam´era `a celui du t´el´em`etre (et vice-versa) afin d’exploiter leurs donn´ees dans un r´ef´erentiel commun.
Cette calibration est n´ecessaire pour obtenir une reconstruction tridimensionnelle s’ap-puyant sur les deux types de donn´ees photographiques et t´el´em´etriques dont l’int´erˆet a
´et´e d´emontr´e dans le chapitre pr´ec´edent.
On d´ecrit d’abord le syst`eme d’acquisition puis les caract´eristiques propres `a chaque capteur qui influent sur le r´esultat final. Notre m´ethode de calibration est ensuite pr´esen-t´ee, suivie des r´esultats sur des donn´ees synth´etiques et r´eelles. Elle a ´et´e publi´ee dans la conf´erence internationale 3DIM [46].
Sommaire du chapitre
9.1 Descriptif du mat´eriel d’acquisition . . . 147 9.2 Objectif . . . 148 9.3 Principe g´en´eral du processus de calibration . . . 150 9.3.1 Descriptif exp´erimental du processus de calibration . . . 151 9.3.2 Estimation robuste de l’orientation relative de la mire . . . 153 9.4 R´esultats . . . 154 9.4.1 Donn´ees synth´etiques . . . 154 9.4.2 Donn´ees r´eelles . . . 155 9.5 Perspectives d’applications . . . 155
9.1 Descriptif du mat´ eriel d’acquisition
Notre syst`eme d’acquisition est compos´e d’un t´el´em`etre laser et d’une cam´era CCD li´es entre eux rigidement. Le «centre optique» du laser a ´et´e plac´e le plus pr`es possible
Sec. 9.2. Objectif