Navigation autonome d'un drone en intérieur basée sur les images

par Jose juan Tellez guzman

Thèse de doctorat en Automatique et productique

Sous la direction de Nicolas Marchand.

Le président du jury était Michèle Rombaut.

Le jury était composé de Pedro Castillo, Guillaume Allibert, José-Ernesto Gomez-Balderas.

Les rapporteurs étaient Isabelle Fantoni-Coichot, Cédric Demonceaux.


  • Résumé

    Cette thèse présente la conception et la mise en œuvre pratique d’unsystème de navigation intérieure d’un Drone en utilisant un système de vision dont les données sont obtenues à partir des informations sur l'environnement acquises par une caméra embarquée sur un Drone. Les techniques récemment utilisent les systèmes mono vision, vision stéréo et SLAM. Dans cette thèse nous développons de techniques pour la mono vision, en raison de la charge utile limitée dans un Drone. Les propriétés de perspective dans le traitement d’images sont utilisées pour concevoir le système de vision embarquée qui vise à extraire des informations visuelles. Afin de réaliser la navigation au milieu d’un couloir, la matrice de rotation de la caméra est obtenue à partir de directions orthogonales extraites par des points de fuite, dont les directions définissent un environnement structuré commun. Pour commander et stabiliser notre système de type Drone, un schéma de commande à base de quaternion borné est présenté, celui stabilise l'orientation du Drone, et il est également utilisé pour commander sa direction, en fusionnant les informations visuelles et celles provenant de la centrale inertielle.Pour corroborer nos résultats, le modèle mathématique du drone, les lois de commande et le système de vision, sont simulés afin de tester la stabilité du système complet. Une fois les simulations validées, la navigation autonome d’un drone dans le monde réel a été réalisée. Finalement, nous avons fait évoluer une plateforme réelle dans un environnement virtuel, intitulé quais-virtuel.

  • Titre traduit

    Autonomous indoor navigation of a UAV : single image based.


  • Résumé

    This thesis presents the design and practical implementation of aquadrotor indoor navigation system using a vision system whose inputdata are obtained from environment information acquired by an embedded camera placed on quadrotor system. Actually, some used techniquesare mono vision, stereo vision, SLAM among others. For our researchwe propose to work with mono vision system, due the limited payload ofa quadrotor system. Properties in image perspective are used to designthe embedded vision system which aim is to extract visual information,to fly placed always in the center of a corridor. Camera rotation matrix is obtained by means of orthogonal directions extracted by vanishingpoints, which directions define a common structured environment. Then,to control and to stabilize our quadrotor system, a quaternion boundedcontrol scheme is presented, which stabilize quadrotor’s orientation, andalso is used to control its heading direction merging visual information.Quadrotor estimation positions with respect to world reference in y andz-axes are used as input for the bounded position control to pose it atdesired position. It should be mentioned that vision strategy is not ableto estimate x-axis, thus this axis is controlled manually.In order to corroborate ours results, mathematical model, control lawand vision system are simulated to corroborate the closed-loop system’sstability and for test our result in real world some platforms have beendeveloped, proposing a new quasi-virtual system that merge virtual worldwith real platform.


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