FORMULAIRE D ENREGISTREMENT DE THÈSE SOUTENUE. ECOLE DOCTORALE Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Sophia Antipolis

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1 MINISTÈRE DE L ÉDUCATION NATIONALE SOUS DIRECTION DES BIBLIOTHÈQUES FORMULAIRE D ENREGISTREMENT DE THÈSE SOUTENUE ET DE L INFORMATION SCIENTIFIQUE À FOURNIR OBLIGATOIREMENT EN 2 EXEMPLAIRES POUR TOUTE SOUTENANCE DE THÈSE REMISE SOUS FORME PAPIER, QUE CETTE THÈSE SOIT OU NON REPRODUITE (*) ÉTABLISSEMENT INRIA Sophia Antpolis ECOLE DOCTORALE Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, Sophia Antipolis À REMPLIR EN MAJUSCULES PAR L ÉTUDIANT 1. AUTEUR * NOM DE NAISSANCE MEI PRÉNOM(S) CHRISTOPHER NOM D USAGE MEI NOM FIGURANT SUR LA PUBLICATION, si différent des deux précédents DATE DE NAISSANCE (Format JJMMAAAA) ADRESSE N et RUE 2 RUE ST FRANCOIS DE SALES CODE POSTAL PAYS FRANCE VILLE GRENOBLE ADRESSE ÉLECTRONIQUE (facultatif) christopher_mei@yahoo.com 3. DATE DE SOUTENANCE ANNÉE (AAAA) 2007 MOIS (MM) DIRECTEUR DE THÈSE SPÉCIALITÉ ROBOTIQUE NOM RIVES PRÉNOM(S) PATRICK 5. TYPE DE DOCTORAT : COCHER LE TYPE DE DOCTORAT X THÈSE DOCTORAT THÈSE D EXERCICE THÈSE DOCTORAT D ÉTAT DISCIPLINE Informatique Temps Réel, Automatique et Robotique 6. INDICATIONS BIBLIOGRAPHIQUES : Nombre de volumes : 1 Nombre total de pages : 236 Nombre de références bibliographiques : 195 AUCUN TEXTE MANUSCRIT N EST ADMIS. DACTYLOGRAPHIER OU COLLER LE TEXTE IMPRIMÉ DANS LES ZONES PRÉVUES.

2 TITRE DE LA THÈSE EN FRANÇAIS : Transcrire en toutes lettres les symboles spéciaux. Couplage Vision Omnidirectionnelle et Télémétrie Laser pour la Navigation en Robotique (*) Les informations demandées sur ce formulaire sont destinées, à l exception de l adresse, à la constitution du catalogue collectif du Sudoc. Le Sudoc a fait l objet d une déclaration à la CNIL (arrêté du 10 septembre 1991 : publié au Journal Officiel du 1 er octobre 1991). Le droit d accès et de rectification prévu par la loi n du 6 janvier 1978 relative à l informatique, aux fichiers et aux libertés ne concerne que les informations de la première page de ce formulaire. Il peut s exercer auprès de : Agence bibliographique de l enseignement supérieur BP / MONTPELLIER CEDEX 5 RESUMÉ DE LA THÈSE EN FRANÇAIS Chaque cadre doit contenir un résumé de 1700 caractères maximum, espaces compris. En cas de dépassement, la coupure sera automatique. Le doctorant adresse son texte sous forme électronique selon les recommandations de la bibliothèque Estimer le mouvement d'un robot et construire en même temps une représentation de l'environnement (problème SLAM: Simultaneous Localisation And Mapping) est souvent considéré comme un problème essentiel pour développer des robots pleinement autonomes qui ne nécessitent pas de connaissances a priori de l'environnement pour réaliser leurs tâches. L'évolution du SLAM est très liée aux capteurs utilisés. Les sonars couplée avec l'odométrie sont souvent présentés comme les premiers capteurs ayant fourni des résultats convaincants. Depuis, les lasers 2D ont souvent remplacés ces capteurs pour des raisons de précision et de rapport signal/bruit. Néanmoins les lasers 2D permettent uniquement d'estimer des mouvements planaires et ne donnent pas des informations perceptuelles suffisantes pour identifier de manière fiable des régions précédemment explorées. Ces observations nous ont amenés à explorer à travers cette thèse comment combiner un capteur omnidirectionnel avec un télémètre laser pour effectuer la localisation et cartographie simultanée dans des environnements complexes et de grandes tailles. Les contributions de cette thèse concernent l'étalonnage des capteurs centraux catadioptriques (avec le développement d'un logiciel opensource disponible sur le site internet de l'auteur) et la recherche de la position relative entre un capteur omnidirectionnel et un télémètre laser. Des approches efficaces pour estimer le mouvement 3D du capteur en utilisant des droites et des plans sont détaillées. Enfin deux méthodes sont proposées combinant laser et vision pour effectuer du SLAM planaire mais aussi pour estimer la position 3D du robot ainsi que la structure de l'environnement.

3 RESUMÉ DE LA THÈSE EN ANGLAIS The problem of estimating the motion of a robot and simultaneously building a representation of the environment (known as SLAM: Simultaneous Localisation And Mapping) is often considered as an essential topic of research to build fully autonomous systems that do not require any prior knowledge of the environment to fulfill their tasks. The evolution of SLAM is closely linked to the sensors used. Sonars with odometry are often presented as the first sensors having led to convincing results. Since then, 2D laser range finders have often replaced sonars when possible because of the higher precision and better signal to noise ratio. However 2D lasers alone limit SLAM to planar motion estimation and do not provide sufficiently rich information to reliably identify previously explored regions. These observations have led us to explore throughout this thesis how to combine an omnidirectional camera with a laser range finder to help solve some of the challenges of SLAM in large scale complex environments. The contributions of this thesis concern a method to calibrate central catadioptric cameras (with the development of an opensource toolbox available on the author's website) and find the relative position between an omnidirectional sensor and a laser range finder. How to represent lines and planes for motion estimation is also studied with the use of Lie algebras to provide a minimal parameterisation. Finally we will detail how laser and vision can be combined for planar SLAM and 3D structure from motion. TITRE DE LA THÈSE EN ANGLAIS : Laser Augmented Omnidirectionnal Vision for 3D Localisation and Mapping

4 PROPOSITION DE MOTS CLÉS : 1 Vision omnidirectionnelle 5 Suivi basé vision 2 Télémétrie laser 6 3 Cartographie 7 4 Estimation du mouvement 8 AUTORISATIONS : X OUI, la thèse est diffusable dans le respect des droits à l image, droits d auteurs et droits voisin : X En texte intégral Après retrait des œuvres ou extraits significatifs d œuvres protégées et signalées comme telles dans la thèse NON : préciser obligatoirement Je n autorise pas la diffusion de ma thèse sur Internet après sa numérisation Je n autorise pas la reproduction de ma thèse aux frais de l Etat sous forme de microfiches DATE ET SIGNATURE DE L AUTEUR À REMPLIR PAR LE SERVICE DE DOCTORAT ÉTABLISSEMENT CONFIDENTIALITÉ PRONONCÉE PAR LE PRÉSIDENT DE L ÉTABLISSEMENT NON OUI : thèse confidentielle JUSQU EN (préciser obligatoirement) CORRECTIONS : une possibilité uniquement Pas de correction demandée Thèse corrigée dans le délai de 3 mois après la soutenance Thèse non corrigée dans le délai de 3 mois après la soutenance

5 APRÈS VÉRIFICATION, DATE et CACHET DU SERVICE DE DOCTORAT

6 À REMPLIR PAR LA BIBLIOTHÈQUE CATALOGAGE DE LA THÈSE ASSURÉ PAR LA BIBLIOTHEQUE DE L ÉTABLISSEMENT LOCALISATION DE L EXEMPLAIRE ORIGINAL : RCR NUMÉRO D IDENTIFICATION DE LA THESE Composé de 12 caractères : les 4 premiers indiquent l année de soutenance, les 4 suivants l établissement, les 4 derniers correspondent à un numéro séquentiel DISCIPLINE (telle qu elle est indiquée sur la page de titre de la thèse.) INDEXATION RAMEAU INDEXATION LIBRE REPRODUCTION NON OUI : Thèse reproductible sous forme de microfiches. Transmission d un exemplaire accompagné du formulaire à l Atelier national de reproduction de Lille Grenoble OUI : Thèse diffusable sur Internet En texte intégral Après retrait des œuvres ou extraits significatifs d œuvres protégées et signalées comme telles dans la thèse

7 DATE ET CACHET DE L ÉTABLISSEMENT