Une approche de calibrage géométrique de caméras par speckle laser pour la vision artificielle stéréoscopique active et passive

• Main Author: Samson, Éric
• Other Authors: Laurendeau, Denis
• Format: Others
• Language: FR
• Published: Université Laval 2010
• Subjects: Génie électrique et génie informatique
• Online Access: http://www.theses.ulaval.ca/2010/27511/27511.pdf

Le calibrage des caméras est l'une des pierres angulaires de la plupart des systèmes de vision artificielle car c'est cette opération qui établit le lien entre le monde physique et l'image. On dispose aujourd'hui de plusieurs techniques bien établies pour réaliser cette opération. Il existe toutefois certaines situations pour lesquelles les techniques usuelles ne sont pas assez précises. C'est le cas notamment des systèmes de vision 3D actifs. Les systèmes dits ``actifs'' disposent d'un mécanisme d'entraînement qui leur permet repositionner leurs caméras en temps réel. Puisque les mesures 3D en vision reposent sur la connaissance de la position relative des caméras, les déplacements de celles-ci à l'intérieur d'un système actif doivent être modélisés et calibrés afin que leur position exacte puisse être mise à jour en continue. Mener à bien ce type de calibrage exige que les déplacements des caméras puissent être mesurés avec une très grande précision. Cette thèse propose une approche pour le calibrage géométrique de caméras qui répond aux besoins en précision des systèmes actifs. L'originalité de cette approche vient du fait qu'elle exploite les propriétés du speckle laser. Les bases théoriques sur lesquelles elle s'appuie sont tirées du domaine de la mesure par speckle (``speckle metrology''). C'est la première fois que les principes de la mesure par speckle sont appliqués au domaine de la vision artificielle. L'intérêt de faire intervenir le speckle laser dans le calibrage est qu'il permet de découpler les composantes en rotation de celles en translation du mouvement des caméras. Dans le contexte des systèmes actifs, ce découplage des deux types de mouvements permet d'atteindre un niveau de précision de calibrage qu'il est impossible d'atteindre avec les approches classiques basées sur l'observation d'une cible de calibrage conventionnelle. Outre le calibrage de systèmes actifs, l'approche proposée peut s'appliquer à d'autres aspects du calibrage de caméras. En particulier, on démontre comment celle-ci peut être utilisée pour calibrer une paire de caméras stéréoscopiques classique. La méthode proposée permet d'obtenir un calibrage dont la précision est équivalente à celle des méthodes conventionnelles tout en offrant deux avantages pratiques importants. Le premier est que le dispositif permettant d'effectuer le calibrage est compact et le second est que le calibrage peut être réalisé sans qu'il ne soit nécessaire d'avoir accès au volume de travail de la paire stéréo. %Outre le calibrage de systèmes actifs, l'approche proposée peut s'appliquer à d'autres aspects du calibrage de caméras. En particulier, on démontre comment celle-ci peut être utilisée pour calibrer une paire de caméras stéréoscopiques classique. La méthode proposée permet d'obtenir un calibrage dont la précision est équivalente à celle des méthodes conventionnelles tout en offrant les avantages pratiques suivant. Le dispositif permettant d'effectuer le calibrage est compact. Le calibrage peut être complété avec moins de manipulations. Enfin, le calibrage peut être réalisé sans qu'il ne soit nécessaire d'avoir accès au volume de travail de la paire stéréo. === Because it establishes the link between image coordinates and the physical world, camera calibration is one of the corner stones of computer vision systems. Several existing techniques can perform this operation, but these are not always accurate enough, depending on circumstances. This is particularly the case for ``active'' 3D systems that incorporate mechanisms to allow real time repositioning of cameras. Since 3D measurements in computer vision rely on the knowledge of the relative camera positions, their exact movements within the active system must be updated in a continuous fashion. Calibrating such systems is only feasible when camera movements can be measured very accurately, which is not possible using current techniques. In this thesis, an original approach is proposed for the geometric camera calibration of active vision systems, based on the theoretical foundations of speckle metrology. It exploits the unique properties of laser speckle to meet the special requirements of active vision systems. It also represents the first use of laser speckle in this field. The main benefit of laser speckle is that it allows the measurement of rotational component of the camera movements independently from its translational component. The ability to perform independent measurements of these two components is what gives this new approach a much improved accuracy compared to conventional techniques based on the use of calibration targets. Besides the calibration of active vision systems, the proposed approach can be applied to other types of vision systems as well. In particular, the thesis shows that the proposed approach can also be applied to calibrate a classical pair of static stereoscopic cameras. The proposed technique show equivalent accuracy compared to conventional techniques while providing two major practical advantages. First, the calibration device is very compact and second, the calibration procedure doesn't require the working area of the stereo pair to be accessed.