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Hdr Année : 2010

Techniques d'automatique et de traitement du signal pour l'asservissement visuel et la perception auditive en robotique

Patrick Danès
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 870744

Résumé

The work developed in this manuscript essentially deals with a set of functional primitives in Robotics, whose scientific foundations are anchored in Automatic Control and Signal Processing. Far more than an application domain of theories developed elsewhere, Robotics, through its specificities or its constraints, often questions the state of the art in Control or Signal Processing, or even requires nontrivial methodological extensions. The richness of the dialog between these three scientific areas guided our research. A first part of our work has been geared towards the development of a generic framework to the ''multicriteria'' analysis and synthesis of visual-based control schemes, i.e.\ which take into account constraints (visibility, actuators' saturations, 3D constraints during the motion, etc.). These problems have been turned into the stability analysis / stabilization of uncertain nonlinear rational systems subject to rational constraints. The underlying theoretical issues are Lyapunov stability and LMI optimization. By duality, visual-based localization has been tackled by robust set-membership filtering techniques for rational systems. A second contribution takes place within the relatively new area of Robot Audition. We have proposed low-level auditory functions for detection, localization and extraction of sound sources. An original integrated auditory sensor developed at LAAS-CNRS has enabled their implementation. The underlying theoretical issues are array processing (beamforming, high resolution methods) and LMI optimization. More recently, the foundations of a new approach to voice activity detection have been seet, on the basis of stochastic matched filtering. In parallel to these targeted developments, a groundwork in stochastic filtering and change detection got materialized into scientific collaborations within targeted application domains: sequential Monte Carlo and Quasi Monte Carlo methods for visual tracking of people / gestures and for visual human motion capture; change detection and IMM filtering with heterogeneous state space models for dynamic scene monitoring and ARGOS localization. Some of the above themes ''merge'' into some structuring axes of our future developments. A particular effort will concern active perception (viz.\ which exploits proprioception and motion) declined in the context of binaural audition, as well as the fusion of embedded and deported auditory functions in intelligent environments.
Les travaux présentés dans ce manuscrit d'Habilitation à Diriger des Recherches concernent essentiellement un ensemble de primitives du niveau fonctionnel de la Robotique, dont les fondements scientifiques sont ancrés dans l'Automatique et le Traitement du Signal. Bien plus qu'un domaine d'application de théories développées par ailleurs, la Robotique, par ses spécificités ou ses contraintes, " questionne " souvent l'état de l'art en Automatique et Signal, voire exige des extensions méthodologiques non triviales. C'est la richesse du dialogue entre ces trois disciplines qui a constitué le fil conducteur principal de nos recherches. Un premier volet de nos travaux vise à développer un cadre générique pour l'analyse et la synthèse "multicritères" de commandes référencées vision, i.e. qui prennent en compte l'ensemble des contraintes (visibilité, saturations d'actionneurs, contraintes 3D pendant le déplacement, etc.). Ces problèmes sont ramenés à l'analyse en stabilité / la stabilisation de systèmes non linéaires incertains rationnels sous contraintes rationnelles. Le support théorique est la théorie de Lyapunov et l'optimisation LMI. Par dualité, la localisation visuelle est abordée par des techniques de filtrage ensembliste robuste de systèmes rationnels. Une deuxième contribution s'inscrit dans la thématique relativement récente de l'Audition en Robotique. Nous proposons des fonctions auditives bas-niveau pour la détection de sources sonores, leur localisation et leur extraction. Un capteur auditif intégré original conçu au LAAS-CNRS permet leur implémentation. Le support théorique est le traitement d'antenne (formation de voie, méthodes à haute résolution) et l'optimisation LMI. Plus récemment, nous avons posé les fondements d'une nouvelle approche pour la détection d'activité vocale, sur la base du filtrage adapté stochastique. En parallèle à ces développements ciblés, un travail de fond dans les thématiques du filtrage stochastique et de la détection de ruptures s'est matérialisé par des collaborations scientifiques dans des domaines d'application ciblés : méthodes séquentielles de Monte Carlo et Quasi Monte Carlo pour le suivi visuel de personnes, de gestes, et la capture de mouvement par vision ; détection de ruptures et filtrage IMM entre modèles d'état d'ordres hétérogènes pour la surveillance de scènes dynamiques et la localisation ARGOS. Certaines des thématiques exposées ci-dessus se " rejoignent " au sein des axes structurants de nos développements futurs. Un effort particulier concernera la perception active (i.e. exploitant la proprioception et le mouvement), déclinée dans le cadre de l'audition binaurale, ainsi que la fusion de données auditives embarquées et déportées dans des lieux intelligents.
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Dates et versions

tel-00604522 , version 1 (29-06-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00604522 , version 1

Citer

Patrick Danès. Techniques d'automatique et de traitement du signal pour l'asservissement visuel et la perception auditive en robotique. Automatique / Robotique. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. ⟨tel-00604522⟩
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