Public thesis defense of Antoine LEGRAND - ICTEAM
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6D Pose Estimation of Uncooperative Spacecraft for Proximity Operations: a Neural Radiance Fields Perspective on Data-Driven Methods
Thursday June 18th, 2026 - 4:00pm - Auditorium BARB93 - Place Sainte-Barbe 1, 1348 Louvain-la-Neuve
Les opérations autonomes de rendez-vous et de proximité nécessitent pour un satellite d’estimer la pose 6D d’un satellite cible à partir d’images monoculaires. Bien que les méthodes d’apprentissage profond aient démontré de bonnes performances, elles reposent sur des données d’entraînement synthétiques générées à partir de modèles CAO et présentent souvent une généralisation limitée aux conditions réelles en orbite. En outre, ces méthodes apprises s’appuient sur des réseaux neuronaux dont le processus de décision demeure opaque, limitant de ce fait la confiance pouvant leur être accordée.
Cette thèse propose de lever ces limitations au travers de Neural Radiance Fields (NeRFs), interprétés comme la fonction inverse de l’estimation de pose via la synthèse de nouvelles vues. Une première contribution consiste en une méthode de reconstruction 3D basée sur les NeRFs permettant d’inférer la géométrie et l’apparence de la cible à partir d’un nombre limité d’images, rendant possible un apprentissage sans modèle CAO. Une deuxième contribution exploite cette représentation pour générer des images géométriquement cohérentes sous des points de vue et des conditions d’apparence variés, réalisant ainsi une augmentation de données et améliorant de ce fait la robustesse de l’estimateur face à des changements d’illumination. Enfin, une dernière contribution permet de visualiser les caractéristiques 3D du satellite cible exploitées par l’estimateur de pose, apportant un éclairage sur son processus de décision et améliorant son interprétabilité.
Cette thèse étend donc l’estimation de pose à des cibles inconnues, améliore la généralisation hors domaine et renforce la transparence des modèles, en vue de leur déploiement dans des missions spatiales autonomes.
Jury members
Prof. Christophe De Vleeschouwer (UCLouvain), Supervisor
Prof. Renaud Detry (KULeuven), Supervisor
Prof. Laurent Francis (UCLouvain), Chairperson
Prof. Benoît Macq (UCLouvain), Secretary
Prof. Jean Berlamont (KULeuven)
Prof. Dirk Vandepitte (KULeuven)
Prof. Yang Gao (Hong Kong University Of Science And Technology, Hong Kong)
Dr. Jonathan Denies (Aerospacelab)