Fusion d'informations multi-capteurs pour la commande du robot humanoïde NAO

Résumé : Dans cette thèse nous montrons comment améliorer la perception d’un robot humanoïde NAO en utilisant la fusion multi-capteurs. Nous avons proposé deux scénarios: la détection de la couleur et la reconnaissance d’objets colorés. Dans ces deux situations, nous utilisons la caméra du robot et nous ajoutons des caméras externes pour augmenter la fiabilité de la détection car nous nous plaçons dans un contexte expérimental dans lequel l’environnement est non contrôlé. Pour la détection de la couleur, l’utilisateur demande au robot NAO de trouver un objet coloré. La couleur est décrite par des termes linguistiques tels que: rouge, jaune, .... Le principal problème à résoudre est la façon dont le robot reconnaît les couleurs. Pour ce faire, nous avons proposé un système Flou de Sugeno pour déterminer la couleur demandée. Pour simplifier, les cibles choisies sont des balles colorées. Nous avons appliqué la transformation de Hough pour extraire les valeurs moyennes des pixels des balles détectées. Ces valeurs sont utilisées comme entrées pour le système Flou. Les fonctions d'appartenance et les règles d'inférence du système sont construites sur la base de l'évaluation perceptive de l'humain. La sortie du système Flou est une valeur numérique indiquant le nom de la couleur. Une valeur de seuil est introduite pour définir la zone de décision pour chaque couleur. Si la sortie floue tombe dans cet intervalle, alors la couleur est considérée comme la vraie sortie du système. Nous sommes dans un environnement non contrôlé dans lequel il y a des incertitudes et des imprécisions (variation de la lumière, qualité des capteurs, similarité entre couleurs). Ces facteurs affectent la détection de la couleur par le robot. L’introduction du seuil qui encadre la couleur, conduit à un compromis entre l'incertitude et la fiabilité. Si cette valeur est faible, les décisions sont plus fiables, mais le nombre de cas incertains augmente, et vice et versa. Dans nos expérimentations, on a pris une valeur de seuil petite, de sorte que l'incertitude soit plus importante, et donc la prise de décision par un capteur unique, celui de NAO, soit faible. Nous proposons d'ajouter d’autres caméras 2D dans le système afin d’améliorer la prise de décision par le robot NAO. Cette prise de décision résulte de la fusion des sorties des caméras en utilisant la théorie des fonctions de croyance pour lever les ambiguïtés. La valeur de seuil est prise en compte lors de la construction des valeurs de masse à partir de la sortie Floue de Sugeno de chaque caméra. La règle de combinaison de Dempster-Shafer et le maximum de probabilité pignistique sont choisis dans la méthode. Selon nos expériences, le taux de détection du système de fusion est grandement amélioré par rapport au taux de détection de chaque caméra prise individuellement. Nous avons étendu cette méthode à la reconnaissance d’objets colorés en utilisant des caméras hétérogènes 2D et 3D. Pour chaque caméra, nous extrayons vecteurs de caractéristiques (descripteurs SURF et SHOT) des objets, riches en informations caractérisant les modèles d'objets. Sur la base de la correspondance avec des modèles formés et stockés dans la base d'apprentissage, chaque vecteur de caractéristiques de l'objet détecté vote pour une ou plusieurs classes appartenant à l'ensemble de puissance. Nous construisons une fonction de masse après une étape de normalisation. Dans cette expérimentation, la règle de combinaison de Dempster-Shafer et le maximum de probabilité pignistique sont utilisés pour prendre la décision finale. A la suite des trois expérimentations réalisées, le taux de reconnaissance du système de fusion est bien meilleur que le taux de décision issu de chaque caméra individuellement. Nous montrons ainsi que la fusion multi-capteurs permet d’améliorer la prise de décision du robot.
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Thèse
Robotique [cs.RO]. Université Grenoble Alpes, 2017. Français. 〈NNT : 2017GREAA010〉
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Soumis le : mercredi 13 décembre 2017 - 11:03:48
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Thanh Long Nguyen. Fusion d'informations multi-capteurs pour la commande du robot humanoïde NAO. Robotique [cs.RO]. Université Grenoble Alpes, 2017. Français. 〈NNT : 2017GREAA010〉. 〈tel-01662492〉

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