L'ajustement de faisceaux contraint comme cadre d'unification des méthodes de localisation : application à la réalité augmentée sur des objets 3D

Les travaux realises au cours de cette these s’inscrivent dans la problematique de localisation en temps reel d’une camera par vision monoculaire. Dans la litterature, il existe differentes methodes qui peuvent etre classees en trois categories. La premiere categorie de methodes considere une camera evoluant dans un environnement completement inconnu (SLAM). Cette methode realise une reconstruction enligne de primitives observees dans des images d’une sequence video et utilise cette reconstruction pour localiser la camera. Les deux autres permettent une localisation par rapport a un objet 3D de la scene en s’appuyant sur la connaissance, a priori, d’un modele de cet objet (suivi base modele). L’une utilise uniquement l’information du modele 3D de l’objet pour localiser la camera, l’autre peut etre consideree comme l’intermediaire entre le SLAM et le suivi base modele. Cette derniere methode consiste a localiser une camera par rapport a un objet en utilisant, d’une part, le modele de ce dernier et d’autre part, une reconstruction en ligne des primitives de l’objet d’interet. Cette reconstruction peut etre assimilee a une mise a jour du modele initial (suivi base modele avec mise a jour). Chacune de ces methodes possede des avantages et des inconvenients. Dans le cadre de ces travaux de these, nous proposons une solution unifiant l’ensemble de ces methodes de localisation dans un unique cadre designe sous le terme de SLAM contraint. Cette solution, qui unifie ces differentes methodes, permet de tirer profit de leurs avantages tout en limitant leurs inconvenients respectifs. En particulier, nous considerons que la camera evolue dans un environnement partiellement connu, c’est-a-dire pour lequel un modele (geometrique ou photometrique) 3D d’un objet statique de la scene est disponible. L’objectif est alors d’estimer de maniere precise la pose de la camera par rapport a cet objet 3D. L’information absolue issue du modele 3D de l’objet d’interet est utilisee pour ameliorer la localisation de type SLAM en incluant cette information additionnelle directement dans le processus d’ajustement de faisceaux. Afin de pouvoir gerer un large panel d’objets 3D et de scenes, plusieurs types de contraintes sont proposees dans ce memoire. Ces differentes contraintes sont regroupees en deux approches. La premiere permet d’unifier les methodes SLAM et de suivi base modele, en contraignant le deplacement de la camera via la projection de primitives existantes extraites du modele 3D dans les images. La seconde unifie les methodes SLAM et de suivi base modele avec mise a jour en contraignant les primitives reconstruites par le SLAM a appartenir a la surface du modele (unification SLAM et mise a jour du modele). Les avantages de ces differents ajustements de faisceaux contraints, en terme de precision, de stabilite de recalage et de robustesse aux occultations, sont demontres sur un grand nombre de donnees de synthese et de donnees reelles. Des applications temps reel de realite augmentee sont egalement presentees sur differents types d’objets 3D. Ces travaux ont fait l’objet de 4 publications internationales, de 2 publications nationales et d’un depot de brevet.