Projet ANR-15-CE22-0009 – VIPeR : VIsion PolarimétriquE pour la navigation de Robots
Programme : Véhicules propres et sûrs (DS0603) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Olivier Morel (Laboratoire Le2i UMR CNRS 6306)
Montant : 124430.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 24 mois
Résumé : La capacité des véhicules à pouvoir se déplacer et naviguer de manière autonome dans un environnement inconnu est directement liée à leur faculté à extraire les informations qui les entourent. Dans ce domaine, les informations de polarisation ne sont pas encore exploitées alors qu'elles le sont par de nombreux insectes et animaux. Le ciel produit par exemple une cartographie polarimétrique qui permet aux abeilles de s'orienter dans l'espace. Le projet VIPeR (VIsion PolarimétriquE pour la navigation de Robots) a pour objectif de proposer une plate-forme expérimentale démontrant l'intérêt de l'imagerie de polarisation pour les robots terrestres et aériens. Pour ce projet, nous nous appuierons sur la récente plate-forme robotique du laboratoire Le2i UMR 6306 qui s'est engagé à nous mettre à disposition un robot terrestre (Summit XL) et un drone (AscTec Pelican).
La première application est directe et visera à instrumenter une caméra tri-CCD polarimétrique sur le robot Summit XL. Nous exploiterons dans ce cas les propriétés de la lumière naturelle qui, après réflexion par une surface, devient partiellement linéairement polarisée. L'objectif de cette première tâche sera de réaliser rapidement un démonstrateur capable de localiser les étendues d'eau et par conséquent de les éviter. Par ailleurs, dans les environnements urbain le véhicule sera également capable de détecter des surfaces semi-réfléchissantes comme les vitres ou portes-fenêtres.
La deuxième application consistera à embarquer un capteur polarimétrique sur un drone et à exploiter les données produites par ce dernier. Pour cette réalisation, nous serons confrontés aux contraintes liées à l'encombrement du capteur et à la charge maximale admissible du drone. Nous proposerons deux solutions techniques, la première reposera sur l'utilisation d'une caméra équipée d'un filtre polarisé pixelisé et la deuxième utilisera un porte filtre motorisé placé devant une caméra conventionnelle. Cette deuxième technique a l'avantage de présenter une solution relativement flexible et à moindre frais. En revanche, elle impliquera de lever un verrou scientifique car il s'agira d'adapter les algorithmes de traitement des données polarimétriques en temps réel. Une fois cette tâche réalisée, la dernière tâche consistera à réaliser le démonstrateur (drone équipé du capteur polarimétrique) afin d'exploiter la nouvelle source d'informations produite. Nous travaillerons sur deux applications reposant sur les propriétés de la polarisation de la lumière par diffusion. Dans un premier temps, il s'agira de mesurer la carte polarimétrique du ciel afin de la comparer au motif théorique pour en déduire l'attitude du robot par des techniques d'optimisation. Dans un second temps, nous étendrons une méthode initialement dédiée à la suppression de l'effet bleuté sur des images de scène à très grande profondeur de champ. En effet, il s'agira de déterminer une carte de profondeur approximative car la lumière diffuse produisant un effet bleuté est polarisée et son état de polarisation est directement lié à la profondeur des objets dans la scène. 
Le projet VIPeR est un projet court, sur deux ans, qui a pour ambition de démarrer une nouvelle thématique au laboratoire en associant l'imagerie non-conventionnelle à la vision pour la robotique. Une fois l'apport de l'imagerie polarimétrique démontrée de manière concrète pour la navigation de robots terrestres et aériens, ce développement expérimental nous permettra d'initier des projets de plus grande envergure en travaillant avec des laboratoires spécialisés dans la navigation de véhicules intelligents afin de mettre en oeuvre et d'exploiter cette nouvelle modalité d'imagerie.