THESE

Année 2004 THESE Préparé au Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes du CNRS En vue de l’obtention du titre de Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse Spécialité : Informatique et Télécommunications par Antonio MARIN HERNANDEZ Vision dynamique pour la navigation d’un robot mobile Soutenue le 9 février 2004 devant le jury : Président R. CHATILA Directeur de thèse M. DEVY Rapporteurs A. CASALS F. JURIE Examinateurs A. AYACHEA Andréa et a mes parentsRemerciements Avant tout je tiens à remercier MM. Jean-Claude Laprie et Malik Ghallab directeurs successifs du LAAS-CNRS, qui m’ont accueilli dans ce Laboratoire. Je tiens également à remercier M. Raja Chatila responsable du groupe de recherche Robotique et Intelligence Artificielle (RIA) du LAAS-CNRS, pour m’avoir permis de travailler dans ce groupe pour réaliser cette thèse. Je remercie Alicia Casals, professeur à l’Universitat Politecnica de Catalunya à Barcelone, et Frédéric Jurie, chargé de recherche CNRS au LASMEA à Clermont- Ferrand, pour avoir accepté d’être rapporteur sur ma thèse, ainsi que M. Alain Ayache pour avoir accepté de participer à mon jury de thèse. Un grand remerciement à Michel Devy, mon directeur de thèse pour son soutien tout au long de la préparation de cette thèse ainsi que pour sa patience à l’heure de corriger le manuscript. Je voudrais remercier les membres du groupe RIA, permanents et doctorants, qui ont fait de mon séjour en France et plus précisément dans le groupe RIA, une expérience inoubliable. Je voudrais remercier très spécialement Sara Fleury pour toute l’aide donnée pour réaliser la manip. Enfin je voudrais remercier tous les membres du collectif mexlaas, pour m’avoir supporté pendant tout ce temps.vii Table de matières THÈSE............................................................................................................... i Table de matières ............................................................................................ vii Table des figures .............................................................................................. xi Introduction générale......................................................................................... 1 Vision Dynamique et Navigation d’un robot mobile ..................................... 5 1.1 Objectif de nos travaux ...................................................................... 5 1.2 Navigation en milieu intérieur............................................................ 8 1.2.1 Navigation métrique....................................................................... 9 1.2.2 Navigation avec une carte topologique......................................... 10 1.3 Navigation en extérieur.................................................................... 12 1.4 Suivi d’objets : Etat de l’art.............................................................. 13 1.4.1 Méthodes de suivi ........................................................................ 14 1.4.2 Contrôle d’exécution du suivi visuel ............................................ 15 1.5 Vision Active................................................................................... 17 1.6 Architecture du système - l'architecture LAAS................................. 18 1.7 Conclusions ..................................................................................... 21 Chapitre 2 Méthodes de suivi visuel ............................................................. 23 2.1 Introduction ..................................................................................... 23 2.2 Snakes ou Contours Actifs............................................................... 24 2.2.1 Formulation classique de l’énergie............................................... 24 2.2.2 Définition des modèles déformables............................................. 27viii 2.2.3 Snakes Couleur ............................................................................ 32 2.3 Suivi avec corrélation 1D................................................................. 36 2.4 Ensemble des points......................................................................... 39 2.5 Suivi par différences des Motifs....................................................... 41 2.5.1 Approche de Hager et Belhumeur. ............................................... 41 2.5.2 Approche de Jurie et Dhome ........................................................ 44 2.5.3 Calcul de la Matrice d’Interaction ................................................ 50 2.6 Conclusions ..................................................................................... 52 Chapitre 3 Caractérisation de Méthodes de Suivi.......................................... 53 3.1 Caractérisation des méthodes de suivi .............................................. 53 3.1.1 Contours Actifs............................................................................ 55 3.1.2 Corrélation 1D ............................................................................. 56 3.1.3 Ensemble de points. ..................................................................... 57 3.1.4 Différences de Modèles................................................................ 58 3.1.5 Initialisation des méthodes de suivi. ............................................. 59 3.2 Détection et reprise d’erreurs ........................................................... 61 3.2.1 Contours Actifs............................................................................ 61 3.2.2 Corrélation 1D ............................................................................. 63 3.2.3 Ensemble de points ...................................................................... 64 3.2.4 Différences des Modèles .............................................................. 65 3.3 Comparaison des méthodes de suivi................................................. 66 3.3.1 Fréquence. ................................................................................... 66 3.3.2 Cibles et environnements ............................................................. 67 3.3.3 Caractéristiques des méthodes et détection d’erreurs. ................... 69 3.3.4 Avantages et inconvénients.......................................................... 70 3.4 Analyse de performances pour différentes contextes ........................ 70 3.4.1 Caractérisation des contextes pour l’évaluation des performances.72ix 3.4.2 Caractérisation de cibles et d’environnements. ............................. 73 3.4.3 Déformations et variations de forme de la cible............................ 78 3.5 Conclusions ..................................................................................... 80 Chapitre 4 Planification Perceptuel et Collaboration entre méthodes de suivi 83 4.1 Introduction ..................................................................................... 83 4.2 Planification perceptuel.................................................................... 84 4.2.1 Approche initiale de planification pour la navigation métrique..... 85 4.2.2 Visibilité des amer plans .............................................................. 91 4.2.3 Critères d’utilité. .......................................................................... 94 4.3 Enchaînement et permutation entre méthodes de suivi ................... 104 4.3.1 Transition entre méthodes dans la présence des erreurs .............. 105 4.3.2 Changements des cibles ............................................................. 107 4.3.3 Autres modules : contrôleur du module de suivi, observateurs.... 109 4.4 Conclusions ................................................................................... 110 Chapitre 5 Intégration et expérimentation ................................................... 111 5.1 Introduction ................................................................................... 111 5.2 Commande des paramètres de la camera ........................................ 112 5.2.1 Angle du champ visuel - Zoom .................................................. 113 5.2.2 Angles azimut et site.................................................................. 115 5.2.3 Résultats du contrôle d’une caméra active.................................. 116 5.3 Simulation (environnement virtuel d’intérieur) .............................. 116 5.4 Intégration et résultats expérimentaux............................................ 119 5.4.1 Intérieur – navigation par suivi d’amers ..................................... 120 5.4.2 Intérieur - navigation par suivi de primitives .............................. 121 5.4.3 Navigation en extérieur pour le suivi de routes ou chemins. ....... 124 5.4.4 Suivi d’obstacles en milieu routier. ............................................ 126 5.5 Conclusions ................................................................................... 127x Conclusion générale et perspective................................................................ 129 Références Bibliographiques ......................................................................... 133