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Vision 3D – Capteurs Catadioptriques
Activités de Recherche en vision 3D
Dans le domaine de la vision par ordinateur, le champ de vision restreint des caméras traditionnelles (généralement 60°) constitue l’un des problèmes matériels les plus courants. Notre activité de recherche porte sur l’étude des capteurs catadioptriques. Ces derniers sont dotés d’un champ de vision étendu à 360°. Ainsi, une seule image permet de visualiser l’ensemble de l’environnement autour du capteur.
Ces équipements trouvent naturellement leur place dans des domaines tels que la détection de mouvements (aux alentours d’un robot militaire par exemple), ou bien la vision 3D qui, d’ordinaire, nécessite un grand nombre de caméras afin d’assurer la reconstruction complète d’une scène. C’est dans ce dernier domaine, très ouvert à ce jour, que nos recherches sont axées. Les problèmes de synchronisation des différentes prises de vue, de stabilité des robots transportant les capteurs, en font un véritable « système complexe ».
Un capteur catadioptrique se compose d’une caméra et d’un miroir, hyperbolique le plus souvent. La caméra étant orientée vers le miroir filme tout ce qui se passe derrière et autour d’elle.
Voyons comment reconstruire une scène en 3D à l’aide de deux images :
Ces deux images, prises avec une caméra ordinaire, présentent des similitudes évidentes. Parmi celles-ci, le coin, en haut à gauche, du toit qui apparaît à la fois sur l’image 1 et sur l’image 2. Nous appelons « points appariés », tout couple de points {P1, P2} appartenant à des images différentes, mais représentant le même point M du monde. Notons que la position du point P1 dans l’image 1, n’est pas la même que celle du point P2 dans l’image 2.
La remarque précédente se justifie du fait que les deux images sont prises de deux endroits différents. A partir de l’image 1, une seule conclusion s’impose : M appartient à la droite l1. De même, à partir de l’image 2, nous déduisons que M appartient à la droite l2. La position de M, dans l’espace 3D, correspond simplement à l’intersection de ces deux droites.
La reconstruction suivante est basée sur le principe précédent adapté à la géométrie particulière des capteurs catadioptriques :
Examinons quelques problèmes liés à la reconstruction complète d’une scène en 3D
Supposons que nous souhaitions reconstruire un objet, un vase par exemple, en 3D. Celui-ci devant être vu sous tous les angles pour être reconstruit intégralement, deux capteurs ne suffiront pas.
Plus de deux caméras étant utilisées, plusieurs reconstructions seront effectuées : une reconstruction par couple de capteurs. Chacune d’entre elles représentera une face différente de l’objet. Leur fusion aboutira ainsi sa reconstruction complète.
Ce qui rend un tel système complexe est la difficulté d’accroître
sa robustesse sachant que la synchronisation entre les différents
capteurs doit être parfaite (toutes les images doivent être
capturées simultanément). De plus, les robots transportant
ceux-ci, dans le cas de la reconstruction d’une scène animée,
doivent être très stables de sorte à ce que l’image
ne soit pas détériorée.
Face à ces contraintes, il est évident que certaines images
seront inutilisables. Dès lors, une reconstruction par face ne
semble pas suffisante ; dans le cas où celle-ci serait erronée
une information redondante est nécessaire.
L’utilisation de capteurs catadioptriques en vision 3D est récente
et encore peu étendue. Toutefois, leurs caractéristiques
suscitent un intérêt grandissant pour les problèmes
de surveillance, de multimédia (WebCam panoramique, etc.), d’asservissement
visuel (robots bâtisseurs de maisons, etc.), ou encore d’intelligence
artificielle.
Leur géométrie particulière pose de nouveaux problèmes
dont la résolution est indispensable à la bonne utilisation
de ces capteurs en vision 3D. Plusieurs axes de recherche, tous aussi
novateurs les uns que les autres, restent à explorer…
