SLAM-6D terrestre : cartographie et localisation simultanées sur système mobile LiDAR / Caméra

6D Terrestrial SLAM : simultaneous localization and mapping on LiDAR / Camera mobile system

Thèse de doctorat
CAOR / Mines ParisTech
2011-2014

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Contexte et objectifs

Contexte général

La création de cartes 3D présente un intérêt considérable pour de nombreuses applications : navigation routière et pédestre, planification d’itinéraires, visites virtuelles, jeux, applications militaires, etc. Ceci entraîne depuis quelques années un engouement, à la fois pour l’usage de ces cartes, et pour de nouvelles méthodes d’acquisition plus performantes et moins coûteuses, à la fois par des grandes entreprises (Google Maps, Microsoft Virtual Earth), et par des laboratoires de recherche. Le projet de recherche et développement Terra Mobilita, réunissant un consortium de 8 partenaires français, qui se déroulera de 2011 à 2014, s’intéresse à la création de cartes précises de la voirie et de l’espace public urbain, avec une précision centimétrique, et à ses applications pour la mobilité, les circulations douces (piétons, vélos) et l’accessibilité des Personnes à Mobilité Réduite. Ce projet, financé par le programme FUI 11, est labellisé par les pôles de compétitivité Cap Digital et Advancity.

Contexte à Mines ParisTech

Le Centre de Robotique de Mines ParisTech (CAOR) a mis au point une technique de numérisation 3D d’environnements urbains et routiers, utilisant une plateforme de développement appelée LARA-3D. Il s’agit d’une voiture équipée d’un système de localisation géographique précis (GPS, Centrale Inertielle), d’un télémètre laser fixé à l’arrière du véhicule, et de caméras [Goulette 06]. Ce dispositif permet de recueillir des nuages de points 3D décrivant avec une bonne précision les éléments présents le long des trajets effectués (routes, ronds-points, façades, arbres, voitures…), et après traitement d’avoir des modèles par facettes des scènes numérisées. Il est utilisé dans le cadre de plusieurs projets de recherche du CAOR. Une nouvelle plateforme, basée sur les mêmes principes mais plus performante, appelée L3D2, est en cours de développement. L’objectif des développements en cours est, dans le cadre du projet Terra Mobilita, de rivaliser avec la précision de systèmes d’acquisition « fixes ». Ceci demande une précision de localisation absolue du véhicule de quelques centimètres. Or l’utilisation du système dans certaines campagnes d’acquisitions a montré des discontinuités et des imprécisions dans les modèles 3D construits. Le système de localisation actuel est basé sur de la fusion de données temps réel par filtre de Kalman des informations GPS et Centrale Inertielle. La caractérisation de la précision effectivement obtenue par le système actuel est réalisée dans le cadre d’une thèse au laboratoire. Des améliorations sur le système existant sont également prévues, ainsi que la mise au point d’un nouvel équipement plus performant. Mais ces éléments ne seront pas suffisants pour permettre d’arriver aux objectifs prévus.


Objectifs de la thèse

Dans le cadre de cette thèse, on souhaite explorer des approches de localisation et cartographie simultanée. Il s’agit de repenser l’architecture des traitements de données réalisés sur le système actuel, qui distingue deux blocs logiciels : localisation du système par fusion de données GPS / Centrale Inertielle / odométrie ; géo-localisation des données laser et images sur la base des informations de localisation. Nous pensons pertinent et prometteur d’utiliser les informations laser et images dès l’étape de localisation. Ceci s’insère dans le cadre large des méthodes de SLAM (Simultaneous Localisation and Mapping) et en particulier de SLAM-6D [Nüchter et al. 07]. Plusieurs pistes pourront être explorées : extraction de points caractéristiques dans les données laser et images pour utilisation dans la fonction de localisation ; refonte de l’algorithme de localisation, en utilisant à la fois les nouvelles données disponibles et éventuellement des approches non-linéaires [Bonnabel et Salaun 11]. Des expérimentations avec le véhicule sont à prévoir. Ces pistes feront l’objet de discussions avec les encadrants, en fonction de l’avancement et des résultats obtenus.


Profil du candidat

Profil général • Bon relationnel, rigueur et autonomie • Qualités de rédaction et de présentation à l’oral • Anglais parlé et écrit. • (Pour étrangers) Français parlé et écrit. • Ingénieur Grande Ecole apprécié Compétences demandées / appréciées Connaissances scientifiques et technologiques utilisées : • Traitement d’images, Synthèse d’images • Capteurs, mesure • Automatique, fusion de données (filtrage de Kalman). Les développements informatiques se feront sur PC sous Windows avec les environnements Visual C++ et RTMAPS.


Informations

Modalités Durée : 3 ans. Cette thèse se réalisera en lien avec une équipe du CAOR travaillant au développement de la plateforme LARA-3D et L3D2. Participation à des campagnes d’acquisition sur le terrain, dans le cadre du projet Terra Mobilita. Laboratoire d’accueil Centre de Robotique (CAOR) / Mines ParisTech 60 boulevard Saint Michel 75272 Paris Cedex 06 http://caor.mines-paristech.fr


Encadrement

Directeur de thèse / Maître de thèse: François Goulette Tél. : 01.40.51.92.35, E-mail : francois.goulette@mines-paristech.fr Silvère Bonnabel Tél. : 01.40.51.91.19, E-mail : silvere.bonnabel@mines-paristech.fr Renseignements administratifs Mme Christine Vignaud Tél : 01 40 51 92 55 Courriel : christine.vignaud@mines-paristech.fr


Références

[Goulette et al. 2006] F. Goulette, F. Nashashibi, I. Abuhadrous, S. Ammoun, C. Laurgeau. (2006). An Integrated On-Board Laser Range Sensing System for On-The-Way City and Road Modelling. Proc. ISPRS – Commission I (Sensors), Marne-la-Vallée (France), July 2006. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. 34, Part A. [Nüchter et al. 07] Nüchter, A., Lingemann, K., Hertzberg, J. and Surmann, H. (2007), 6D SLAM—3D mapping outdoor environments. Journal of Field Robotics, 24: 699–722. doi: 10.1002/rob.20209 [Bonnabel et Salaun 11] S. Bonnabel and E. Salaun. Design and prototyping of a low-cost vehicle localization system with guaranteed convergence properties. In Press. Control Engineering Practice (CEP). 2011.


 
caor/positions/2011_thesis_slam6d.txt · Last modified: 2012/04/27 12:15 by MOUTARDE Fabien
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