Йcole Polytechnique de Montrйal Dйpartement de gйnie йlectrique

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École Polytechnique de MontréalDépartement de
génie électrique

• ELE3100 - Projets de génie électrique
• Robotique et informatique
• Cours no. 4 Systèmes de perception pour robots
  mobiles

CoordonnateurRéjean Plamondon, ing. Ph.D.,
professeur titulaireDépartement de génie
électrique, section génie biomédical
(A.429.16)Courriel rejean.plamondon_at_polymtl.ca
Chargé de cours et de laboratoireJulien
Beaudry, étudiant M.Sc.A. (A.321)Courriel
julien.beaudry_at_polymtl.ca Chargé de
laboratoireMoussa Djioua, étudiant Ph.D.
(A.408)Courriel moussa.djioua_at_polymtl.ca
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Plan du cours

• Problématique
• Classification des capteurs
• Capteurs usuels
• Cas particulier vision artificielle
• Capteurs redondants et fusion dinformation
• Interfaces avec ordinateur de bord

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Rôle du système de perception au sein du logiciel
de contrôle du robot
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Rôle du système de perception au sein du logiciel
de contrôle du robot Donner au robot une
représentation adéquate des informations lui
permettant daccomplir son travail. Ce système
doit utiliser des capteurs capables de mesurer
certaines informations propres au robot ainsi que
certaines caractéristiques de lenvironnement.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer?
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer?

• Létat de divers systèmes (ex. tension des
  batteries, position, vitesse de ses roues)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer?

• Létat de divers systèmes (ex. tension des
  batteries, position, vitesse de ses roues)
• Son état dans lenvironnement (ex.position,
  vitesse de son centre de masse ou de son
  effecteur)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Quest-ce quun robot peut chercher à mesurer?

• Létat de divers systèmes (ex. tension des
  batteries, position, vitesse de ses roues)
• Son état dans lenvironnement (ex.position,
  vitesse de son centre de masse ou de son
  effecteur)
• Létat de lenvironnement (ex. position de
  balises, position et dimension dobstacles,
  relief du terrain)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
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J.S. Albus,  Outline for a Theory of
Intelligence , IEEE SMC, vol. 21(3), pp.
473-509, 1991.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Logiciel de contrôle
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J.S. Albus,  Outline for a Theory of
Intelligence , IEEE SMC, vol. 21(3), pp.
473-509, 1991.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Problématique
Logiciel de contrôle
Système de perception
11
J.S. Albus,  Outline for a Theory of
Intelligence , IEEE SMC, vol. 21(3), pp.
473-509, 1991.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Classification des capteurs
Il existe 2 grandes catégories de capteurs
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Classification des capteurs
Il existe 2 grandes catégories de capteurs

• Capteurs proprioceptifs capteurs capables de
  mesurer des informations propres (internes) au
  robot. Grâce à ces capteurs, le robot peut
  déterminer létat de certaines de ses composantes
  (batteries, actuateurs, etc.). Il peut
  possiblement en déduire son état dans
  lenvironnement.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Classification des capteurs
Il existe 2 grandes catégories de capteurs

• Capteurs proprioceptifs capteurs capables de
  mesurer des informations propres (internes) au
  robot. Grâce à ces capteurs, le robot peut
  déterminer létat de certaines de ses composantes
  (batteries, actuateurs, etc.). Il peut
  possiblement en déduire son état dans
  lenvironnement.
• Capteurs extéroceptifs capteurs capables de
  mesurer des informations provenant de
  lenvironnement (mesures externes). Il permettent
  au robot de modéliser son environnement extérieur.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Mesure de position/vitesse angulaire Le
dispositif le plus utilisé est lencodeur
optique. Lidée est dutiliser un disque troué,
une source lumineuse et un capteur optique pour
générer un signal numérique lors de la rotation
de laxe rotatif.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Mesure de position/vitesse angulaire Le
dispositif le plus utilisé est lencodeur
optique. Lidée est dutiliser un disque troué,
une source lumineuse et un capteur optique pour
générer un signal numérique lors de la rotation
de laxe rotatif.
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http//www.eventide.com/technote/
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Mesure de position/vitesse angulaire Le
dispositif le plus utilisé est lencodeur
optique. Lidée est dutiliser un disque troué,
une source lumineuse et un capteur optique pour
générer un signal numérique lors de la rotation
de laxe rotatif.

• Il existe principalement deux types dencodeurs
  optiques 
• Encodeur optique absolu
• Encodeur optique incrémental

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http//www.eventide.com/technote/
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Encodeur optique absolu 
• Il discrétise laxe de rotation en un nombre N
  de positions et retourne une valeur binaire
  unique pour chacune des positions.
• La position est alors représentée par un nombre
  n de bits où N2n. Ces bits peuvent être lus de
  façon parallèle.
• Cet encodeur a lavantage de demander peu de
  conversion pour obtenir lorientation actuelle de
  laxe et de ne pas dériver au niveau de la
  position angulaire (doù le terme absolu), mais
  il demande plus de câblage puisque la lecture se
  fait en parallèle.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
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Capteurs usuels
Encodeur optique absolu, signaux générés 
Disque dun encodeur 8 bits
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Source BEI (http//www.beiied.com)
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Capteurs usuels

• Encodeur optique incrémental 
• Il envoit de façon sérielle des bits 0 et 1 pour
  indiquer la rotation de laxe.
• Il est alors nécessaire dutiliser des compteurs
  suffisamment rapides pour lire ces variations de
  position et mesurer le déplacement angulaire dans
  un intervalle donné.
• La quadrature de phase permet de mesurer le sens
  de rotation et daugmenter la précision de
  lencodeur (par un facteur 4).
• Cet encodeur a lavantage de donner directement
  le déplacement de laxe (facilite le calcul de
  vitesse) et demande peu de câblage.
• Par contre, la mesure dorientation nest pas
  directe et peut occasionner une dérive, doù
  lutilité dun bit INDEX pour signaler un tour
  complet de laxe.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
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Capteurs usuels
Encodeur optique incrémental, signaux générés 
Principe de fonctionnement

• Grâce à la quadrature de phase, 4 fois plus de
  précision

Source National Instruments (http//zone.ni.com/
devzone/conceptd.nsf/webmain/)
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Mesure de position/vitesse angulaire
• Il existe quelques autres dispositifs
• Potentiomètre (résistance variable) la valeur
  de la résistance permet de déterminer la position
  angulaire grâce à un CAN. Solution économique
  mais précision moyenne.
• Tachymètre génération dun signal analogique ou
  numérique en fonction de la vitesse angulaire.
• La majorité des circuits de contrôle de moteurs
  DC fonctionnent avec des encodeurs optiques.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Mesure de position linéaire Utilisation de
capteurs de rotation grâce à un lien mécanique.
Traduction du mouvement rotatif mesuré en
mouvement linéaire. Exemple
Source BEI (http//www.beiied.com)
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Capteurs inertiels Les capteurs inertiels
cherchent à mesurer les accélérations, linéaires
et/ou angulaires, du véhicule en mouvement.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Accéléromètres mesure des accélérations
  linéaires du repère mobile, généralement grâce à
  un système micro électromécanique (MEMS).

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• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Exemples daccéléromètres
• ADXL202 de National Instruments
  (http//www.analog.com/)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Exemples daccéléromètres
• ADXL202 de National Instruments
  (http//www.analog.com/)
• Mesure des accélérations selon 2 axes (X et Y)
• Bon marché (moins de 10US par circuit)
• Caractéristiques intéressantes pour le prix
  (voir fiche technique)
• Pratique pour mesurer des collisions sur des
  véhicules mobiles
• Peu approprié pour du positionnement (trop de
  bruit)

• Fabricant daccéléromètres INTERTECHNOLOGY,
  (http//www.intertechnology.com/Kistler/indexAccel
  eration.htm)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Utilisation des accéléromètres
• Attention à la largeur de bande du capteur
  (mesure de vibrations?)
• Attention à lemplacement p.r. au repère mobile

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Utilisation des accéléromètres
• Attention à la largeur de bande du capteur
  (mesure de vibrations?)
• Attention à lemplacement p.r. au repère mobile

Mesures du capteur
Am
accéléromètre X-Y
ra
ym
?
Accélérations linéaires
xm
am
doit être connu
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• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Gyroscopes mesure des vitesses angulaires.

Peuvent être mécaniques en utilisant le principe
dune toupie http//www.accs.net/users/cefpearso
n/gyro.htm
Exemple GG2479 de Honeywell, http//content.honey
well.com/dses/products/gyros/rlg-gg2479.htm
Peuvent être optiques en utilisant le principe de
Sagnac http//www.mathpages.com/rr/s2-07/2-07.htm

Exemple DSP-5000 de KVH, http//www.kvh.com/prod
ucts/product.asp?id45
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Inclinomètres mesure de linclinaison p.r. à
  lhorizontale, généralement grâce à une masse en
  mouvement. Ils sont généralement influencés par
  laccélération du repère mobile (compensation
  possible en environnement dynamique).

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Inclinomètres mesure de linclinaison p.r. à
  lhorizontale, généralement grâce à une masse en
  mouvement. Ils sont généralement influencés par
  laccélération du repère mobile (compensation
  possible en environnement dynamique).

Exemple CXTILT02 de Crossbow, http//www.xbow.com
/Products/productsdetails.aspx?sid39
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Centrale inertielle (Inertial Measurement Unit,
  IMU) combinaison de plusieurs capteurs inertiels
  pour donner les déplacements tri-dimensionnels
  dun véhicule en mouvement.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Centrale inertielle (Inertial Measurement Unit,
  IMU) combinaison de plusieurs capteurs inertiels
  pour donner les déplacements tri-dimensionnels
  dun véhicule en mouvement.

Exemple DQI de BEI Technologies,
http//www.systron.com/pro_DQI.asp
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs inertiels
• Il est possible dobtenir les positions et
  vitesses dun véhicule par lintégration des
  mesures des capteurs inertiels
• Mais attention à la dérive des mesures, il est
  nécessaire de corriger par capteur absolu.

Exemple Matlab de positionnement avec
accéléromètre
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs de force/pression
• Les capteurs de force peuvent être utiles pour
  manipuler des objets à laide dun bras robotisé
  (mesure de contact, contrôle en force, limites de
  sécurité, etc.)
• Ils existent sous différentes technologies,
  voici un exemple utilisant des résistances
  piézoélectriques

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs de force/pression
• Les capteurs de force peuvent être utiles pour
  manipuler des objets à laide dun bras robotisé
  (mesure de contact, contrôle en force, limites de
  sécurité, etc.)
• Ils existent sous différentes technologies,
  voici un exemple utilisant des résistances
  piézoélectriques

Exemple capteurs de force de Honeywell, http//co
ntent.honeywell.com/sensing/prodinfo/force/
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs de contact
• Capteurs donnant un signal binaire
  (interrupteurs) lors dun contact physique. Ils
  sont faciles à interfacer et peuvent aider à la
  navigation sécuritaire dun robot.

Exemple interrupteurs de contact de Omron,
http//www.omron.ca/

• Ils peuvent également être regroupés sous forme
  de pare-chocs instrumenté.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Système de positionnement global GPS permet
  dobtenir la position en longitude et latitude
  sur le globe.
• Précision de plusieurs mètres si utilisé de
  façon conventionnelle
• Utilisation du GPS différentiel pour améliorer
  la précision. Possibilité datteindre des
  précisions de quelques centimètres.

Référence web http//www.wordiq.com/definition/Gl
obal_Positioning_System
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Capteurs à ultrasons (sonar) capteurs combinant
un émetteur et un récepteur à ultrasons. Le temps
de transport de londe permet de déterminer la
distance relative dobjets extérieurs.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels
Capteurs à ultrasons (sonar) capteurs combinant
un émetteur et un récepteur à ultrasons. Le temps
de transport de londe permet de déterminer la
distance relative dobjets extérieurs.
Exemple Nomadic Sensus 200
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs laser (laser rangefinders)
• Utilisation semblable à un capteur à ultrasons.
  Mesure de distance en mesurant le temps de
  transport du signal laser ou son déphasage à la
  réception. Précision de lordre de quelques mm.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Capteurs laser (laser rangefinders)
• Utilisation semblable à un capteur à ultrasons.
  Mesure de distance en mesurant le temps de
  transport du signal laser ou son déphasage à la
  réception. Précision de lordre de quelques mm.

Exemple SICK LMS200, http//www.sick.de/de/produc
ts/categories/auto/lasermeasurementsystemsindoor/e
n.html
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs usuels

• Autres types de capteurs
• Capteurs de lumière capteurs infra-rouges,
  photorésistances, phototransistors, cellules
  photoélectriques
• Capteurs sonores microphones
• Capteurs de températures
• Capteurs olfactifs

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle
Concept de base Tout comme pour lêtre humain, la
vision dun robot est de loin son sens le
plus complexe. Mais cest également le plus
puissant puisquil permet dobtenir une quantité
impressionnante dinformation provenant de son
environnement.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle
Concept de base Tout comme pour lêtre humain, la
vision dun robot est de loin son sens le
plus complexe. Mais cest également le plus
puissant puisquil permet dobtenir une quantité
impressionnante dinformation provenant de son
environnement. Au sein dun robot, lobjectif de
la vision artificielle est dacquérir une
certaine information visuelle de lenvironnement,
et de la traiter adéquatement de façon à mettre
en forme une représentation adéquate de ce
dernier.
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Principales utilités dun système de vision au
  sein dun robot mobile
• Reconnaître le terrain (relief, obstacles, etc.)
• Recherche de balises et positionnement par
  rapport à un référentiel absolu
• Reconnaissance dobjets mobiles
  (caractéristiques, positionnement relatif, etc.)
• Traitement dinformation visuelle abstraite
  (symboles écrits, expressions visuelles, etc.)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle
Comment développer un tel système???
Quel type de caméra utiliser? Combien de fps
vais-je obtenir?
Quel type de lentille utiliser? Mon image
sera-t-elle déformée?
Vision couleur ou noir et blanc?
Quest-ce que la vision stéréo? Est-ce nécessaire?
Comment je traite mon image une fois numérisée?
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Principaux types de caméras
• Caméras analogiques caméras avec capteur CCD de
  dimension variable retournant un signal
  analogique selon les standards NTSC, PAL ou SECAM
  (explications http//www.alkenmrs.com/video/stan
  dards.html )
• Environ 30 fps
• Signaux sur câbles conventionnels (composite,
  coaxial ou RGB)
• Besoin dune carte dacquisition pour lire et
  numériser limage

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Caméras analogiques, exemples de fabricants
• Caméras PULNIX (http//www.pulnix.com)

Caméra couleur analogique

• Cartes dacquisition Matrox (http//www.matrox.c
  om/imaging/)

Acquisition couleur, format PC/104
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Principaux types de caméras
• Caméras numériques caméras avec capteur CCD
  offrant un signal numérique en sortie
• Pas dentrelacement comme pour caméras
  analogiques
• Possibilité de qualité dimage et de fps élévés
• Interfaces numériques standardisées (parallèle
  LVDS ou série CameraLink, FireWire)
• Besoin dune carte dacquisition pour lire image
  numérisée

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Caméras numériques, exemples de fabricants
• Caméras PULNIX (http//www.pulnix.com)

Exemple TMC6700, caméra couleur numérique,
format LVDS ou Camera Link, 60fps
(http//www.pulnix.com/Imaging/Released/c-c6700.ht
ml)

• Cartes dacquisition Coreco (http//www.imaging.
  com)

Exemple PC-CamLink, lecture de caméras
numériques selon le format Camera Link, transfert
direct en mémoire (DMA) à 120Mo/s, possibilités
de traitement sur carte (LUT)
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Principaux types de caméras
• Caméras USB caméras avec capteur CCD offrant un
  signal numérique sur le bus USB
• en version USB 1.1 (12Mb/s), permettent environ
  15fps maximum en couleur
• pas besoin de cartes dacquisition
• solution bon marché à performances moyennes
• avec larrivée du USB 2.0 (480Mb/s),
  performances beaucoup plus intéressantes

Exemple de caméra Logitech QuickCam Pro 4000
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Caméra unique
• Caméras stéréoscopiques
• Caméras omnidirectionnelles

Possibilité dutiliser ces configurations en
combinaisons pour combiner leurs avantages
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Caméra unique champ de vision restreint,
  possibilité dorienter la caméra

Vision and Mobile Robotics Lab,
CMU http//www-2.cs.cmu.edu/vmr/
Chien AIBO http//www.sony.net/Products/aibo/
Champions RoboCup http//www.robocup.de/germante
am/
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Vision stéréoscopique reconstruction
  tridimensionnelle dune scène à partir dimages
  planaires provenant de deux caméras

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Vision stéréoscopique reconstruction
  tridimensionnelle dune scène à partir dimages
  planaires provenant de deux caméras

Robot humanoïde COG du MIT http//www.ai.mit.edu/
projects/humanoid-robotics-group/cog/cog.html
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Vision stéréoscopique reconstruction
  tridimensionnelle dune scène à partir dimages
  planaires provenant de deux caméras

Robots dexploration du Jet Propulsion
Laboratory http//marsrovers.jpl.nasa.gov/home/in
dex.html http//robotics.jpl.nasa.gov/people/mwm/v
isnavsw/aero.pdf
Robot humanoïde COG du MIT http//www.ai.mit.edu/
projects/humanoid-robotics-group/cog/cog.html
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Référence web http//www.cs.ubc.ca/spider/jhoey/r
eview/review.html
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Caméra omnidirectionnelle vision 360o, souvent
  obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique,
  conique, hyperboloïdal, parabolique)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Caméra omnidirectionnelle vision 360o, souvent
  obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique,
  conique, hyperboloïdal, parabolique)

Projet VISTA à CMU http//www.frc.ri.cmu.edu/proj
ects/vista/
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques configurations possibles
• Caméra omnidirectionnelle vision 360o, souvent
  obtenue grâce à un miroir convexe (sphérique,
  conique, hyperboloïdal, parabolique)

Projet Robofoot de Polytechnique http//robofoot.
auto.polymtl.ca/accueil.html
Projet VISTA à CMU http//www.frc.ri.cmu.edu/proj
ects/vista/
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Référence web http//www.cis.upenn.edu/kostas/om
ni.html
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques outils de développement
• OpenCV Open Souce Computer Vision Library,
  librairie C/C contenant une panoplie de
  méthodes usuelles en vision artificielle
  (http//www.intel.com/research/mrl/research/opencv
  /)
• CMVision Color Machine Vision, librairie C
  contenant quelques éléments utiles pour vision
  couleur en temps réel (http//www-2.cs.cmu.edu/jb
  ruce/cmvision/)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques outils de développement
• CVIPtools librairie doutils utiles au
  développement dapplications en vision
  artificielle (méthodes usuelles, interfaces de
  commande, etc.) (http//www.ee.siue.edu/CVIPtools/
  )
• Mathworks Image Acquisition Toolbox et Image
  Processing Toolbox permettent dacquisitionner
  des images provenant dune caméra et de faire
  différents traitements au sein de lenvironnement
  Matlab (http//www.mathworks.com/products/imaq/)
  (http//www.mathworks.com/products/image/)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Quelques outils de développement
• Certains fabricants de matériel de vision par
  ordinateur développent leurs propres librairies,
  souvent adaptées à leur propre matériel pour de
  meilleures performances. Ces librairies sont
  rarement gratuites. Exemple
• Matrox Imaging Library (http//www.matrox.com/im
  aging/products/mil/)

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Vision artificielle

• Références
• B. Klaus, P. Horn. Robot Vision. The MIT Press,
  Boston, USA, 1986.
• R. C. Gonzalez. Digital Image Processing.
  Prentice Hall, New Jersey, USA, 2002.
• G. Dudek, M. Jenkin. Computational Principles of
  Mobile Robotics. Cambridge University Press.
  Cambridge, UK, 2000.
• CVonline The Evolving, Distributed,
  Non-Proprietary, On-Line Compendium of Computer
  Vision. http//homepages.inf.ed.ac.uk/rbf/CVonline
  /

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation

• La redondance peut permettre une meilleure
  précision en combinant les qualités de plusieurs
  types de capteurs.

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation

• La redondance peut permettre une meilleure
  précision en combinant les qualités de plusieurs
  types de capteurs.
• Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs
  sources dinformations, un estimé dont lerreur
  est inférieure à celle obtenue par une source
  unique.

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• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation

• La redondance peut permettre une meilleure
  précision en combinant les qualités de plusieurs
  types de capteurs.
• Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs
  sources dinformations, un estimé dont lerreur
  est inférieure à celle obtenue par une source
  unique.
• La fusion dinformation implique donc un certain
  filtrage des données provenant des différentes
  sources et un système déquations permettant de
  les combiner

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation

• La redondance peut permettre une meilleure
  précision en combinant les qualités de plusieurs
  types de capteurs.
• Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs
  sources dinformations, un estimé dont lerreur
  est inférieure à celle obtenue par une source
  unique.
• La fusion dinformation implique donc un certain
  filtrage des données provenant des différentes
  sources et un système déquations permettant de
  les combiner

source1
estimé
. . .
filtre
sourceN
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation

• La redondance peut permettre une meilleure
  précision en combinant les qualités de plusieurs
  types de capteurs.
• Lobjectif est dobtenir, à partir de plusieurs
  sources dinformations, un estimé dont lerreur
  est inférieure à celle obtenue par une source
  unique.
• La fusion dinformation implique donc un certain
  filtrage des données provenant des différentes
  sources et un système déquations permettant de
  les combiner

source1
estimé
. . .
filtre
sourceN

• Le filtre de Kalman est une technique pouvant
  donner un estimé à erreur minimale

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation
Quelques exemples de redondance
Robot mobile Position obtenue de lodométrie
(encodeurs optiques) et dun système de
positionnement p.r à un référentiel fixe (vision,
GPS).
odométrie
gyro/boussole
position
fusion
GPS
vision
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation
Quelques exemples de redondance
Véhicule aérien Position obtenue dun système
GPS et dune centrale inertielle.
GPS
position, orientation
fusion
IMU (centrale inertielle)
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation
Quelques exemples de redondance
Véhicule sous-marin Position obtenue dun
système à ultrasons (exemple http//www.ixsea.com
/php/contenu/en/p-lbl_system.php) et dune
centrale inertielle.
ultrasons
position, orientation
fusion
IMU (centrale inertielle)
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation
Filtre de Kalman un aperçu

• Ensemble déquations mathématiques offrant une
  méthode numérique efficace (récursive) de la
  méthode des moindres carrés (http//mathworld.wolf
  ram.com/).
• Ce filtre est intéressant pour donner un estimé
  de létat actuel du système en fusionnant divers
  capteurs
• Ces capteurs peuvent donner des informations
  différentes, avec des niveaux de bruit
  différents, et à des intervalles de temps
  différentes.
• Référence web http//www.cs.unc.edu/welch/kalman
  /

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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Capteurs redondants et fusion dinformation
Filtre de Kalman un aperçu
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Source G. Welch, G. Bishop. An Introduction to
the Kalman Filter. http//www.cs.unc.edu/welch/m
edia/pdf/kalman_intro.pdf
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• ELE3100, Projets de génie électrique
• systèmes de perception pour robots mobiles

Interfaces avec ordinateurs de bord

• Pour un robot mobile, le système de perception
  se doit dêtre programmé sur lordinateur de
  bord.
• Cet ordinateur doit donc interfacer adéquatement
  les différents capteurs du robot.
• Différents types de capteurs différents types
  dinterfaces.

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Interfaces avec ordinateurs de bord

• Principales interfaces disponibles sur un
  ordinateur embarqué
• Connection directe du capteur
• CAN, I2C, RS232, RS422, RS485, USB,
  IEEE-1394 (FireWire),
• I2C, Ethernet, port parallèle
• Connection via une carte dentrées/sorties
• bus PCI (PC/104), bus ISA (PC/104)
• Référence web http//www.interfacebus.com/Interfa
  ce_Bus_Types.html

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