Capteurs optiques minimalistes et réflexes oculomoteurs biomimétiques : Applications à la robotique aérienne

par Lubin Kerhuel

Thèse de doctorat en Automatique, traitement du signal et génie informatique

Sous la direction de Nicolas Franceschini et de René Zapata.

Soutenue en 2009

à Montpellier 2 .


  • Résumé

    En robotique mobile, la navigation à base de vision s'appuie traditionnellement sur des imageurs de type « caméra », dotés de plusieurs centaines de milliers de pixels. Le traitement de ces flux d'images nécessite une puissance de calcul qu'il serait aujourd'hui difficile d'embarquer à bord d'un micro-aéronef de quelques grammes ou dizaines de grammes. Il existe déjà quelques agents dont les performances de navigation en milieu inconnu sont inégalées et qui fonctionnent pourtant de tout autre façon. Les oiseaux et les insectes montrent une capacité inégalée à éviter les obstacles et à poursuivre leurs proies ou leurs congénères, une capacité qui découle de leur perception particulière de l'environnement. Des capteurs minimalistes originaux permettent aux insectes de percevoir efficacement l'environnement malgré leurs faibles capacités cognitives. Certains insectes comme la mouche améliorent encore leur perception de l'environnement en stabilisant leur système visuel grâce à un découplage tête-corps contrôlé par un réflexe inertiel équivalent au réflexe vestibulo-oculaire des mammifères. Cette stabilisation de la plate-forme visuelle est apparemment essentielle pour simplifier le traitement visuel et mettre en œuvre des stratégies de navigation efficaces. La thèse s'inspire largement de ces considérations biologiques et s'articule autour de deux axes : • un premier axe « capteur » qui prend appui délibérément sur un œil élémentaire (composé de seulement deux photorécepteurs, donc deux pixels). Nous avons d'abord amélioré les performances du capteur de flux optique inspiré de la mouche et construit au laboratoire. Puis nous avons proposé un principe de traitement visuel nouveau permettant la mesure très fine de la positon angulaire d'un bord contrasté. • un deuxième axe « réflexe visuo-inertiel » pour lequel nous avons développé un nouveau mini-robot aérien, appelé OSCAR 2. Equipé de notre nouveau capteur optique, OSCAR 2, qui ne pèse que 100 grammes, est capable de fixer du regard une cible visuelle stationnaire, et de poursuivre en lacet une cible mobile, en dépit des fortes perturbations aérodynamiques qu'on lui impose. Il préfigure les micro-véhicules aériens de demain, qui se dirigeront là où ils porteront leur regard

  • Titre traduit

    Minimalist optical sensors & biomimetic oculomotor reflexes : Application to aerial robots


  • Résumé

    In mobile robotics, navigation based on vision use traditional imagers type "camera", with hundreds of thousands of pixels. The treatment of these flows of images requires a computing power that would be difficult today to embark on a micro-aircraft with a few grams or tens of grams. There are already some robotics agents whose performance navigation in unfamiliar surroundings are unparalleled and yet operate any other way. Birds and insects show a unique ability to avoid obstacles and to pursue prey or conspecifics, an ability that stems from their unique perception of the environment. The original minimalist sensors allow insects to perceive the environment effectively despite their low cognitive abilities. Some insects, like the fly, further improve their perception of the environment by stabilizing their visual system with a decoupling head-body controlled by an equivalent inertial vestibulo-ocular reflex in mammals. This stabilization of the visual platform is apparently essential to simplify the visual processing and implement strategies for effective navigation. The thesis is based largely on these biological considerations and based on two axes: • a first axis "sensor" that is deliberately builds around a basic eye (consisting of only two photoreceptors, thus two pixels). We first improved the performance of optical flow sensor inspired by the fly and built in the laboratory. Then we proposed a new principle of visual processing that permit measurement of very precise angular position of an edge contrast. • a second axis "visuo-inertial reflex" for which we have developed a new mini aerial robot called OSCAR 2. Equipped with our new optical sensor, OSCAR 2, which weighs only 100 grams, is capable of staring at a stationary visual target, and further tracking a moving target, despite strong aerodynamic disturbances imposed on its body. It prefigures the micro-air vehicles of tomorrow, who will head where they focus their gaze

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Informations

  • Détails : 1 vol. (223 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 213-223. Annexes

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Bibliothèque interuniversitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS 2009.MON-176
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