Fusion de données multicapteurs pour la construction incrémentale du modèle tridimensionnel texturé d'un environnement intérieur par un robot mobile
Résumé
This thesis examines the problem of 3D Modelling of indoor environment (supposed unknown) by a mobile robot. Our main contribution consists in constructing a dense geometrical model represented as a heterogeneous map containing textured planar landmarks, 3D lines and interest points. In order to achieve this mission, we must fuse geometrical and photometrical data. Hence, we began by improving the stereo vision algorithm. We proposed a new approach that transform the stereo matching into a problem of minimization of a global energy function. The minimum of this function is found by finding a minimum cut in a graph. The most significant contribution on stereovision is to propose, for the first time, the construction of a reduced graph that allows to accelerate the stereo correspondence using graph cuts and to provide better results than the local methods. Nevertheless, this method remains non applicable in mobile robotics. Also, to perceive the environment, the robot is equipped by a laser scanner rotating around a horizontal axis and by a camera. We proposed an algorithmic chain allowing to construct incrementally the heterogeneous map, using the algorithm of Simultaneous Localization and Mapping based on the extended Kalman filter (EKF-SLAM). Mapping the texture on the planar landmarks makes the model more realistic for a user, and makes more robust the phase of data association, which is essential to guarantee the map consistency. The different developed mechanisms were illustrated by experimental results.
Ce travail traite la problématique de la Modélisation 3D d'un environnement intérieur supposé inconnu par un robot mobile. Notre principale contribution concerne la construction d'un modèle géométrique dense représenté par une carte hétérogène qui combine des amers plans texturés, des lignes 3D et des points d'intérêt. Afin de réaliser cette tâche, nous devons fusionner des données géométriques et photométriques. Pour cela, nous avons d'abord amélioré la stéréovision dense, en proposant une approche qui transforme le problème de la mise en correspondance stéréoscopique en un problème de minimisation d'une fonction d'énergie globale. Le minimum de cette fonction est trouvé par une coupure minimale dans un graphe. Notre contribution réside dans la construction d'un graphe réduit qui a permis d'accélérer considérablement cette méthode globale de l'appariement stéréoscopique et d'obtenir de meilleurs résultats que les méthodes locales. Néanmoins, cette méthode reste non applicable en robotique mobile. Aussi, pour percevoir l'environnement, le robot est équipé d'un télémètre laser pivotant autour d'un axe horizontal et d'une caméra. Nous proposons une chaîne algorithmique permettant de construire de manière incrémentale une carte hétérogène, par l'algorithme de Cartographie et Localisation Simultanées basé sur le filtre de Kalman étendu (EKF-SLAM). Le placage de la texture sur les facettes planes rend le modèle plus réaliste pour un opérateur ; il a permis aussi de solidifier l'étape d'association de données, une étape essentielle pour garantir la cohérence de la carte. Les différents mécanismes développés sont illustrés et validés par des résultats expérimentaux.