Contribution à la perception et l’attention visuelle artificielle bio-inspirée pour acquisition et conceptualisation de la connaissance en robotique autonome

Contribution to Perception and Artificial Bio-inspired Visual Attention for Acquisition and Conceptualization of Knowledge in Autonomous Robotics

• Auteur / Autrice : Viachaslau Kachurka
• Direction : Kurosh Madani, Vladimir Golovko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Automatique
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• Etablissement(s) : Paris Est en cotutelle avec Brescki dzâržaǔny Ǔniversitet imâ A. S. Puškina
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Images, Signaux et Systèmes Intelligents (Créteil) - Laboratoire Images- Signaux et Systèmes Intelligents / LISSI
• Jury : Président / Présidente : Gilles Bernard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Kurosh Madani, Vladimir Golovko, Christophe Sabourin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Samia Bouchafa, Victor Krasnoproshin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Saillance visuelle

Vision artificielle (robotique)

Algorithmes génétiques

Mots clés libres

Attention Visuelle Artificielle

Perception Bio-Inspirée

Algorithmes Génétiques

Vision Artificielle

Saillance Visuelle

Robotique

Artificial Visual Attention

Bio-Inspired Perception

Genetic Algorithms

Artificial Vision

Visual Saliency

Robotics

Résumé

La présente thèse du domaine de la « Perception Bio-inspirée » se focalise plus particulièrement sur l’Attention Visuelle Artificielle et la Saillance Visuelle. Un concept de l’Attention Visuelle Artificielle inspiré du vivant, conduisant un modèle d’une telle attention artificielle bio-inspirée, a été élaboré, mis en œuvre et testé dans le contexte de la robotique autonome. En effet, bien qu’il existe plusieurs dizaines de modèles de la saillance visuelle, à la fois en termes de contraste et de cognition, il n’existe pas de modèle hybridant les deux mécanismes d’attention : l’aspect visuel et l’aspect cognitif.Pour créer un tel modèle, nous avons exploré les approches existantes dans le domaine de l’attention visuelle, ainsi que plusieurs approches et paradigmes relevant des domaines connexes (tels que la reconnaissance d’objets, apprentissage artificiel, classification, etc.).Une architecture fonctionnelle d’un système d’attention visuelle hybride, combinant des principes et des mécanismes issus de l’attention visuelle humaine avec des méthodes calculatoires et algorithmiques, a été mise en œuvre, expliquée et détaillée.Une autre contribution majeure du présent travail doctoral est la modélisation théorique, le développement et l’application pratique du modèle d’Attention Visuelle bio-inspiré précité, pouvant constituer un socle pour l’autonomie des systèmes robotisés d’assistance.Les études menées ont conclu à la validation expérimentale des modèles proposés, confirmant la pertinence de l’approche proposée dans l’accroissement de l’autonomie des systèmes robotisés – et ceci dans un environnement réel

Dealing with the field of ''Bio-inspired Perception'', the present thesis focuses more particularly on Artificial Visual Attention and Visual Saliency. A concept of Artificial Visual Attention, inspired from the human mechanisms, providing a model of such artificial bio-inspired attention, was developed, implemented and tested in the context of autonomous robotics. Although there are several models of visual saliency, in terms of contrast and cognition, there is no hybrid model integrating both mechanisms of attention: the visual aspect and the cognitive aspect.To carryout such a model, we have explored existing approaches in the field of visual attention, as well as several approaches and paradigms in related fields (such as object recognition, artificial learning, classification, etc.).A functional architecture of a hybrid visual attention system, combining principles and mechanisms derived from human visual attention with computational and algorithmic methods, was implemented, explained and detailed.Another major contribution of this doctoral work is the theoretical modeling, development and practical application of the aforementioned Bio-inspired Visual Attention model, providing a basis for the autonomy of assistance-robotic systems.The carried out studies and experimental validation of the proposed models confirmed the relevance of the proposed approach in increasing the autonomy of robotic systems within a real environment