Métrologie totalement automatique par photogrammétrie aéroportée légère...

Sujet de thèse : Métrologie 100 % automatique par photogrammétrie aéroportée légère et GPS de précision permanent et embarqué, application au suivi de digues. 

Ecole Doctorale : MSTIC -Université Paris Est
Laboratoire d’accueil : Laboratoire d'Opto-Electronique, Métrologie et Instrumentation (LOEMI),
Directeurs de Thèse :  Marc Pierrot Deseilligny (HDR-LOEMI) , co-directeur Christian Thom (LOEMI)
Encadrement scientifique : Olivier Martin (LOEMI) et Paul-Henri Faure (ingénieur CNR).
Financement : Bourse de thèse  (Financement CNR)
Partenaire industriel : Compagnie Nationale du Rhône, Lyon. Concessionnaire du Rhône pour la production d’électricité (www.cnr.tm.fr).

1-Contexte scientifique

Ce sujet se situe à la croisée de deux contextes technologiques en pleine révolution depuis une décennie : le développement des vecteurs aériens légers (drone, ULM) et le développement de solutions algorithmiques totalement automatiques de modélisation 3D basées images. 
Aujourd'hui dans beaucoup de contexte, la production de modèles 3D visuellement « parfaits » n'est plus une question de recherche et il existe de nombreuses sociétés de drones qui proposent leurs services  de production de tels modèles en s'appuyant sur un des logiciels de photogrammétrie automatique du commerce.
Cependant lorsque ces modèles doivent être utilisés en tant qu'outil de mesure , leur obtention posent encore des problèmes non résolus si l'on exige précision, robustesse  et automatisme.

2-Contexte applicatif et travaux antérieurs

La thèse est un projet de recherche finalisé en partenariat entre CNR (concessionnaire du Rhône)  et l'IGN.  L'objectif est d'arriver à un système permettant, à partir de prises de vue aériennes légères,  de connaître finement la géométrie des ouvrages de type digues avec une précision centimétrique.
Une thèse précédente (Vincent Tournadre 2012-2015) a montré qu'en optimisant le traitement des données (modèle de caméra), la géométrie d'acquisition (images obliques et verticales) et le matériel d'acquisition il était possible d'arriver à la précision centimétrique requise avec un nombre réduit de points d'appuis (un tous les cent mètres). Dans le contexte du BTP, une thèse en cours d'achèvement (Mehdi Daakir 2014-2017) a montré qu'en embarquant un GPS de précision bon marché (GéoCube), il était possible d'arriver à une précision de 2-3cm avec un seul point d'appui.

3-Démarche scientifique et travail à réaliser

L'objectif de cette thèse sera d'arriver  à un précision centimétrique, voir un peu meilleure, sans aucun travail terrain, en s'appuyant sur un réseau GPS permanent de type GeoCube et des acquisitions photogrammétriques   
Une première itération, consistera à :
•    reprendre le travail existant (Daakir) qui en hybridant GPS embarqué et photogrammétrie permet d'avoir en automatique une précision de 2-3 cm ;
•    faire de la détection automatique précise (millimétrique?)  des GPS permanents à partir des positions prédites par l'orientation 
•    reprendre le travail existant (Tournadre et Daakir) pour la compensation optimisée de la photogrammétrie, du GPS embarqué et du GPS permanent.
On espère arriver assez rapidement à un système opérationnel pour peu que l'on ait suffisamment de  GPS permanents. Ensuite, pour avoir des systèmes déployables sur de grandes étendues, avec un nombre raisonnable de GPS, on abordera une partie plus innovante du traitement, parmi les pistes qui sont envisagées aujourd'hui:
    amélioration du calcul des points de liaisons, notamment en s'appuyant la prédiction donnée par le modèle 3D pour avoir des point distribués de manière homogène, d'une grande multiplicité et d'une précision meilleure que le 1/10 de pixel;
    utilisation de nouveaux modèles de distorsion pour les caméras, permettant de modéliser des systématismes haute fréquence.
La thèse comportera une partie importante d'expérimentation et de travail terrain. Le travail s'appuiera largement sur la chaine de photogrammétrie open source MicMac-Apero développée par l'IGN.  Il s'agit d'une thèse en contexte industriel et pour répondre au troisième objectif, l'ensemble des travaux devra être intégré dans une interface  documentée permettant à un utilisateur non spécialiste d'utiliser les méthodes développées.

4-Profil du candidat :

Le profil recherché :
•    un intérêt marqué pour la recherche appliquée ;
•    une bonne culture générale en mathématiques ;
•    une aptitude, et surtout un intérêt fort, pour la programmation avec déjà une certaine autonomie en C/C++ ;
•    des connaissances en traitement d'image ; le candidat idéal aurait eu une formation en photogrammétrie ou vision par ordinateur et en géodésie (GNSS).

5-Encadrement et conditions 

La thèse se déroule dans le cadre d'une collaboration entre la Compagnie Nationale du Rhône et l'Institut Géographique National. Le doctorant sera employé par l'IGN et son lieu de travail habituel sera l'Ecole Nationale des Sciences Géographiques à Marne la Vallée. 
Des déplacements fréquents sont à prévoir sur Lyon et sur les sites d'expérimentation sur la concession de la Compagnie Nationale du Rhône. 
La rémunération sera alignée sur les allocations des doctorants IGN soit 1684 Euro brut par mois actuellement, pouvant monter à 2024 brut en cas de monitorat  (environ 1340 et 1610 euros net).