Stratégie de perception active pour l'interprétation de scènes

Active Perception’s Strategy for scene’s interpretation

• Auteur / Autrice : Coralie Bernay-Angeletti
• Direction : Roland Chapuis
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Vision pour la Robotique
• Date : Soutenance le 29/06/2016
• Etablissement(s) : Clermont-Ferrand 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences pour l'ingénieur (Clermont-Ferrand)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pascal (Aubière, Puy-de-Dôme) - Institut Pascal
• Jury : Président / Présidente : François Charpillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roland Chapuis, Romuald Aufrère, Christophe Debain
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Helder Araújo‎, Samia Bouchafa

Mots clés

Mots clés contrôlés

Capteurs (technologie)

Statistique bayésienne

Mots clés libres

Approche Top-Down

Réseau bayésien

Focalisation

Modèle en parties

Multi-capteurs

Top-Down approach

Bayesian Network

Focusing

Part based models

Multi-sensors

Résumé

La perception est le moyen par lequel nous connaissons le monde extérieur. C’est grâce à nos perceptions que nous sommes capables d’interagir avec notre environnement et d’accomplir de nombreuses actions du quotidien comme se repérer, se déplacer, reconnaître des objets et autres. Cette perception n’est pas juste passive comme peut l’être une sensation, elle comporte des aspects actifs. En particulier, elle peut être orientée dans un but précis, permettant de filtrer les données pour ne traiter que les plus pertinentes. Si la perception humaine est particulièrement efficace, la perception artificielle, elle, demeure un problème complexe qui se heurte à de nombreuses difficultés. Ainsi, les changements de conditions de perception comme des modifications de l’illumination ou des occultations partielles de l’objet à percevoir doivent pouvoir être gérées efficacement. Pour résoudre ces difficultés, s’inspirer de la perception humaine semble être une piste intéressante. Ce manuscrit propose un système de perception polyvalent et générique reposant sur une stratégie de perception active. Pour ce faire, nous proposons un algorithme Top-Down utilisant un modèle en parties. Le problème de perception est transformé en un problème d’estimation d’un vecteur de caractéristiques. La détection des différentes parties permet de réaliser cette estimation. Le système de perception proposé est un algorithme itératif multi-capteurs. À chaque itération, il sélectionne au mieux, en fonction des objectifs fixés par l’application, la partie à détecter ainsi que les meilleurs capteur et détecteur compatibles. Un réseau bayésien est utilisé pour prendre en compte les événements incertains pouvant survenir lors de ce processus comme la défaillance d’un détecteur ou la non existence potentielle d’une partie donnée. Un processus de focalisation à la fois spatiale et de caractéristiques permet d’améliorer la détection en augmentant le rapport signal sur bruit, en restreignant la zone de recherche pour une partie et en éliminant certains des candidats trouvés. Ce processus de focalisation permet aussi de réduire les temps de calcul et de restreindre l’influence des distracteurs. L’ajout de nouveaux capteurs, détecteurs ou parties se fait simplement. De plus, l’utilisation d’un réseau bayésien permet une grande flexibilité au niveau de la modélisation des événements pris en compte : il est facile de rajouter de nouveaux événements pour obtenir une modélisation plus réaliste. L’algorithme proposé a été utilisé pour plusieurs applications incluant de la reconnaissance d’objets, de l’estimation fine de pose et de la localisation.

Perception is the way by which we know the outside world. Thanks to our perceptions we are able to interact with our environment and to achieve various everyday life actions as locating or moving in an environment, or recognizing objects. Perception is not passive whereas sensations are, it has active components. In particular, perception can be oriented for a specific purpose allowing to filter data and to take care only of the most relevant. If human perception is particularly effective, artificial perception remains a complex problem with a lot of non solved difficulties. For example, changes of perception conditions as modification of illumination or partial occultation of the searched object must be effectively managed. This thesis proposes a system of perception based on a strategy of active perception which can adapt itself to various applications. To do it, we propose an algorithm Top-Down using a part-based model. The problem of perception is transformed into a problem of estimation of a characteristics vector. The detection of the different parts constituting the searched object allows to realize this estimation. The proposed perceptive system is an iterative and multi-sensors algorithm. In every iteration, it selects, at best, according to the application objectives, the part to detect and the best compatible sensor and detector. A bayesian network is used to take into account uncertain events which can arise during this process as detector failure or potential non existing part. A focus process consisting of a spatial focus and of a characteristics focus, improves the detection by restricting the search area, by improving the signal to noise ratio and by eliminating some erroneous candidates. This focus process also allows to reduce computation time and to restrict influence of distractors. Adding a part, a sensor or a detector is simple. Furthermore, the use of a bayesian network allows to be flexible in the events modelisation : it is easy to add new events to obtain a more realistic modelisation. The proposed algorithm has been used for several applications including object’s recognition, fine pose estimation and localization. So, it is multi-purpose and generic.