Estimation du temps de collision en vision catadioptrique

Abstract

Cette thèse s'intéresse à l'estimation du temps de collision d'un robot mobile muni d'une caméra catadioptrique. Ce type de caméra est très utile en robotique car il permet d'obtenir un champ de vue panoramique à chaque instant. Le temps de collision a été largement étudié dans le cas des caméras perspectives. Cependant, ces méthodes ne sont pas directement applicables et nécessitent d'être adaptées, à cause des distorsions des images obtenues par les caméras omnidirectionnelles. Dans ce travail, nous proposons d'exploiter explicitement et implicitement le flot optique calculé sur les images omnidirectionnelles pour en déduire le temps de collision (TTC) entre le robot et l'obstacle. Nous verrons que la double projection d'un point 3D sur le miroir puis sur le plan caméra aboutit à des nouvelles formulations du TTC pour les caméras catadioptriques. La première formulation est appelée globale basée sur les gradients, elle estime le TTC en exprimant le mouvement apparent en fonction du TTC et l'équation de la surface plane en fonction des coordonnées images et à partir des paramètres de son vecteur normal. Ces deux outils sont intégrés dans l'équation du flot optique (ECMA) afin d'en déduire le TTC. Cette méthode a l'avantage d'être simple rapide et fournit une information supplémentaire sur l'inclinaison de la surface plane. Néanmoins, la méthode globale basée sur les gradients est valable seulement pour les capteurs para-catadioptriques et elle peut être appliquée seulement pour les surfaces planes. La seconde formulation, appelée locale basée sur le flot optique, estime le TTC en utilisant explicitement le mouvement apparent. Cette formulation nous permet de connaître à chaque instant et sur chaque pixel de l'image le TTC à partir du flot optique en ce point. Le calcul du TTC en chaque pixel permet d'obtenir une carte des temps de collision. C'est une méthode plus générale car elle est valable pour tous les capteurs à PVU et elle peut être utilisée pour n'importe quelle forme géométrique d'obstacle. Les deux approches sont validées sur des données de synthèse et des expérimentations réelles.