Détection de rails, caractérisation de croisements et localisation de trains sur la trajectoire d'un métro automatique

par Jorge Corsino Espino

Thèse de doctorat en Informatique temps réel, robotique et automatique

Sous la direction de Brigitte d' Andréa-Novel.

Soutenue le 13-06-2014

à Paris, ENMP , dans le cadre de École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Centre de robotique (Paris) (laboratoire) .

Le président du jury était Bernadette Dorizzi.

Le jury était composé de Brigitte d' Andréa-Novel, Bogdan Stanciulescu, Philippe Forin.

Les rapporteurs étaient Didier Aubert, Antoine Manzanera.


  • Résumé

    Cette thèse porte sur la fonction de détection d'obstacles dans le domaine ferroviaire à partir de la vision par ordinateur. Il s'agit d'assurer une perception de l'environnement situé à l'avant du train afin de détecter et d'évaluer les distances des obstacles situés sur la voie.Nous avons donc proposé un module détection de rails à partir des images à niveaux de gris, pour déterminer une zone libre d'obstacles à l'avant du train. Cette détection est basée dans l'algorithme de RANSAC et une estimation de la voie par un polynôme de degré 2. Elle s'est montrée robuste à notre base de données et a permis de détecter les rails à des distances supérieures à la distance d'arrêt. Aussi, un algorithme d'étalonnage des caméras installées dans le train a été proposé à partir de la morphologie de la voie.Comme support de la reconnaissance de rails, nous présentons un module de détection et classification des appareils de voie basé dans le descripteur HOG extrait des images IPM (Inverse Perspective Mapping). Un classifieur SVM (Support Vector Machines) binaire a été utilisé pour la détection et un SVM multi-classe pour différencier les appareils de voie existants sur la ligne.Après avoir élaboré le module de détection des rails, nous avons implémenté un détecteur de trains. À partir d'un échantillon des images de trains de la ligne en question et des images négatives comme des voitures ou des bus, nous avons créé une base de données d'obstacles pour trouver un descripteur robuste qui arrive à décrire la forme des trains et permet à un classifieur SVM de discriminer les images et détecter les trains. Par la suite, ce classifieur est utilisé par le système global pour déterminer la présence d'un train au-delà de la détection de la voie. À la distance maximale de détection, un rectangle de la taille d'un train est extrait de l'image pour vérifier la présence d'un train. Ces rectangles font l'objet d'une classification au moyen de descripteurs globaux de type HOG et une structure SVM binaire.Cette étude permettra non seulement de déboucher sur des applications concrètes, mais surtout d'évaluer la maturité des technologies de traitements d'images pour réaliser des fonctions sûres appliquées aux systèmes ferroviaires.

  • Titre traduit

    Rails detection, turnouts characterisation and trains localization in an automated metro's trajectory


  • Résumé

    This thesis deals with obstacle detection in a railway setting using computer vision. The main task is to provide perception of the environment in front ofthe train using an optical sensor to detect and evaluate distances to obstacles along the track path.We present a module for detecting rails from grayscale images to determine an obstacle-free zone in front of the train. This detection is based on the RANSACalgorithm and fitting the track to a second degree polynomial. The method has shown itself robust to our dataset and allows detecting the rails at distancesgreater than the emergency stopping distance. In addition, a method for calibrating the cameras installed on the train is proposed based on the morphology ofthe track.To supplement rail detection, we present a new module for detecting and classifying junctions based on the HOG descriptor extracted from InversePerspective Mapping (IPM) images. A Support Vector Machines (SVM) binary classifier was used for detection and a multi-class SVM for distinguishing ofjunctions along the rails.In the sequel, a train detector was implemented. Using a set of images of trains found on the studied line and negative images such as cars or buses, we havecreated a database of obstacles to find a robust descriptor which is able to model the form of trains and allows a SVM classifier to distinguish images anddetect trains. Next this classifier is used by the overall system to determine the presence of a train in addition to detecting rails. At the maximum detectiondistance, a train-sized rectangle is extracted from the image in order to confirm the presence of a train. These rectangles are classified by means of HOG-typeglobal descriptors and a binary SVM structure.In addition to its applications to concrete problems, this study permits to evaluate the maturity of image processing technologies forfail-safe railway systems.


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