suelles asso iées
4.1.1 Contexte général
Rappelons que es travaux s'ins rivent dans la problématique du robot personnel. Le dé nal est de voir notre robot mobile autonome naviguer en présen e de publi . Durant ses tâ hes de plani atio n et d'exé ution de traje toires,le robot doit prendre en ompte la présen e desusagers de l'environnement , par exemple en fa ilitant leurs dépla ement s. Onparle i i d'intera tio n passiveave l'homme.
Le robot ne doit pas ependant se limiter à être un simple usager au sens où il doit pouvoir interagir ave les humains qui partagent l'environnement. On parle i i d'intera tio n a tive.Parsesdépla ement s,ilpeut her heràinterpellerleshumainsvia une phased'appro he,à s'asservirsur leurdépla ement s, et .
Lorsdesanavigation,lerobot s'appuiesurtousses apteursproprio eptifset exté- ro eptifs(notamment améras).
Le groupeRobotiqueet Intelligen eArti ielle diposedeplusieurs plateformesmo- biles. Nous nous fo alisons sur Ra kham dont les ara téristiques sont adaptées au ontexte dé rit pré édemment . Nous le dé rivons i-après de même que les modalités d'intera tio n qu'il doitintégrer.
4.1.2 Ra kham : le robot guide de la Cité de l'Espa e
Dansle adred'une oopération entreleLAAS-CNRSet
Fig. 4.1 Visiteursà la Citéde l'Espa e
la Cité de l'Espa e de Toulouse d'une part, du projet RO- BEA [Bailly et al.,2005℄ d'autre part, un robot mobile au- tonome de type guide de musée a été développé. Ce robot, appeléRa kham( gure 4.2.(a)),évoluedansune exposition de la Cité de l'Espa e où il guide les visiteurs qui le sou- haitent vers diérents stands de l'exposition. Equipé d'un télémètre laser SICK, d'une einture d'ultra-sons et d'une améra numérique ouleur à l'avant, il navigue de manière autonome dans l'environnement de l'exposition ( gure 4.1). La gure4.2.(a) montrelerobotave sesdiérents apteurs et interfa es pour l'intera tion. Il est apable de se repérer dans les lieux, de plani er et d'exé uter ses dépla ement s y ompris sil'environnement esten ombré d'obsta les et de
personnes.Ra khamdisposeaussidediversesinterfa espourinteragirave lesvisiteurs. Uné ranta tileleurprésenteleplandel'expositionetleurproposeunmenusurlequel ilsséle tionnentlestandauquelilssouhaitentêtre onduitsparlerobot( gure4.2.(b)). Sur e même é ransont a hésun lonevirtuel parlant développépar les laboratoires ICP/INPGet GRAVIR/IMAG( gure 4.2.(b)en basàdroite), ainsique lerésultatdu traitement desimagesissues d'une améra ouleur dédiée àl'intera tio n ( gure 4.2.(b) en haut àdroite).
(a) (b)
Fig. 4.2 (a) le robot Ra kham ave ses apteurs et interfa es, (b)informations pré- sentées sursoné ranta tile
Grâ e à une synthèse vo ale, le lone peut parler aux visiteurs pour les interpeller ou les renseigner sur l'exposition. Un mi ro permet en retour au robot d'enregistrer le
Dans es travaux, l'intera tion repose sur les apteurs visuels embarqués ar ils permettent une intera tion à distan e et diversi ée de par la ri hesse du signal vidéo délivré.Nous privilégionsla améra situéeà l'arrière durobot. Cette améra,à ourte fo ale, est montée sur une platine site-azimut. Elle est exploitée pour observer tout visiteuren situation d'intera tio n.
4.1.3 Des ription d'un s énario type
Dé nissons uns énario-type à partir duquel le robot Ra kham est ensé guider les visiteurs dansunmusée.
Phase
#1
: Á l'état ina tif, le robot est a priori immobile et guette à distan e l'arrivée d'un visiteur. Le robot interpelle alors les visiteurs par sonsynthétiseur vo al.Pourappuyersavolontéd'interagir,ilpeutee tuerquelquesmètresendi- re tiondetoutvisiteurdéte téetsuivivisuellement.Cettemodalitéd'intera tion, éventuellement passive, est relative à une première fon tion de suivi éloigné ousurveillan e.Phase
#2
:Levisiteurintéressépeutalors ommuniquerave lerobot paré ran ta tile, re onnaissan e vo ale ou gestuelle ( gure 4.1). Indépendamme nt de la re onnaissan egestuelle abordéeau hapitre suivant, ette intera tion proximale meten éviden eune se onde fon tion desuivi proximal .Phase
#3
: Le robot dispose d'un planappris automatiquement durant l'explo- ration préalabledu site. Cette arte,illustrée surla gure4.2.(b), permet (1)au visiteurde hoisirlestandàvisitervia l'é ranta tile,(2)aurobot desedépla er aulieu désiréaprèsavoirpréalablement plani ésatraje toire.Durantl'exé ution de ette traje toire, lerobot selo aliseà haqueinstant grâ eà ses apteursem- barqués. Alors qu'il s'avan e vers le stand désiré, il s'assure visuellement que le visiteurlesuit.Lesmouvementsrelatifs robot/visiteur,le hampdevuelimité de la améra,voiredeso ultation spon tuellespeuvent ependantaboutiràlaperte duvisiteur guidé. Celui- i devra alors de lui-même se repla er dansle hamp de vueoupresserun bouton de on rmationsurl'é ran. Cettemodalité estrelative àunetroisièmefon tiondesuivipro he,quidevrain lurenotammentuneétape deréinitialisation automatique.Revenons en détail sur es diérentes modalités omplément air es d'intera tio n, et dé- linonsles fon tionsde suivi,outra kersasso iées.
4.1.4 Modalités d'intera tion-Fon tions de suivi asso iées
Le s énario générique présenté i-dessus a mis en exergue les trois modalités d'in- tera tionet fon tions desuivi suivantes :
1. suivi éloigné ou surveillan e : robot en attente d'intera tion et surveillant desvisiteurs potentiels (
distance H/R > 3m
);2. suiviproximal:robotenintera tionproximale ave unvisiteur(robot àl'arrêt,
3. suivi pro he : robot guidant un visiteur dans le lieu de son hoix (robot en mouvement,
distance H/R
entre1m
et3m
environ).Le suivi proximal est relatif à laphase
#2
du s énario pré édent où lerobot est né essairementimmobile.Soninterlo uteurinteragitave luivia l'é ranta tile,lemi ro pour la ommande vo ale et/ou la améra arrière pour la ommande gestuelle. Il est situé àmoinsd'un mètre,et tend àresterimmobileet de fa e.La gure4.3.(a) illustre un exemplede situation orrespondant à ette modalité.(a) (b) ( )
Fig.4.3Situationsd'intera tion:(a)proximale,(b)à ourte distan e,( )àmoyenne distan e(ou surveillan e)
Le suivipro heestlié àlaphase
#3
dus énariopré édent.Lerobotestdon mo- bile etle visiteurest ensé lesuivreàune distan erelativement ourte( gure 4.3.(b)). Dans e adre,ladistan erelativeH/R estnaturelleme nt ompriseentre1m
et3m
.La ` ible peut temporairement être absente du ot vidéo de par : (1) les o ultation s par uneautrepersonne - inévitabledansunmusée -,(2)lesmouvements onjointsdu robot et de la ible.Celle- i sortdu hampde vue de la améra, il est alors né essaire de réinitialiser automatiquement lesuivi de manière adéquate. Certes, les ommandes en vitesse appliquées au robot permettent d'anti iper et d'orienter onvenablement la améra. Il apparaît ependant, que tous es mouvements simultanés (robot, améra, ible) induisent desmouvementsapparentsde la ible quel onques et sans réelle ohé- ren etemporelle.Notons en n que dans ette modalité, l'attention du visiteur n'est pas en perma- nen efo aliséesurlerobot omme pré édemment. Ildétourne naturellement leregard, éventuellement pivotesurlui-même durant lepro essusde guidage.
Con ernant le suivi éloigné ou surveillan e, lerobot est immobile et observe l'environnement (phase
#1
du s énario). En attente d'une éventuelle intera tion, il surveillelesdépla ement sdespersonnessituéesà3m
etaudelà( gure4.3.( )).Pour es distan es,les risquesd'o ultation sont plusimportantsque pour laphase#3
. Notonsave la modalité
#2
du s énario : une personne plus pro he du robot peut lan er une intera tion proximale via l'a tivation desinterfa es.D'après le s énario dé rit, le robot peut éventuellement (au hoix du superviseur) se dépla er de quelques mètres en dire tion d'un visiteur. Ce omportement du robot n'implique pas de fon tion visuelle spé i queen raison de lanature supposée brève et ourte du dépla ement induit. Les séquen es d'images traitées et présentées i i sont toutes issues a quises depuis la améra arrière et pour une fo ale xe. A terme, nous exploiteronsnaturelleme ntla améra situéeen hautdumât-audessusdestêtes-pour ettemodalité.La améra utiliséen'étant pasdotéede zoom, lesa quisitions d'images relativesà ettemodalité sont ee tuées a tuellement àfo ale xe.
La gure4.4s hématiseledé oupage
Fig.4.4Distan esrelativesH/Rpournos modalités
de l'espa e d'intera tio n du robot selon nostroismodalités.Ceszonessontdéter- minées empiriquement à partir de l'ob- servation du omportement habituel des personnes interagissant ave le robot.
Ces diérentes modalités étant ébau- hées,ilnousfautalorsproposerdesfon - tions de suivi visuel adaptées. Pour e faire, nous avons à disposition des stra- tégiesde ltrage ( hapitre2) et desfon - tionsd'importan eetdemesurereposant surdiversattributs visuels( hapitre 3).
4.1.5 Proto ole d'évaluation
Les fon tions de suivi proximal, suivi pro he et surveillan e sont détaillées et éva- luées,en termes de stratégies de ltrage et de mesures,dans lesse tions 4.2 à 4.4.Les hoix seront argumentés à partir des évaluations ee tuées sur des séquen es tests a - quisesdepuislerobot.Les ontextesde prisedevuevarient etsont ara téristiquesdes situationsren ontréesparnotrerobotdurantl'explorationdel'environnement: ouloirs a priori sur- ou sous-é lairés, espa es ouverts éventuellement en ombrés, o ultations éventuelles de la ible,... À notre onnaissan e, peu de travaux proposent, ertes dans un adreappli atif très pré is,desévaluations et omparaisons aussipousséesentreles nombreusesstratégies de ltrage parti ulairepour lafusionde données.
Chaque séquen e a quise est dépouillée a n de ara tériser le ve teur d'état pour haqueimage et ainsi onstituer une vérité terrain pour les évaluations ultérieures. Ladémar heestsoitmanuelle,soitsemi-automatique. Elle onsisteàlan erun ltre admettantunnombre onsidérabledeparti ules,etdeleréinitialisermanuelleme ntlors d'éventuels dé ro hages durant lesuivi.
Sur l'ensemble des séquen es, nous évaluons alors les stratégies de ltrage en- visagées pour haque modalité, selon les ritères dé nis par Torma et Szepesvári dans[Tormaet al.,2003℄,à savoir :
template et savraiepositionà haqueinstant;
letauxd'é he (en
%
):quanti éparlenombrededé ro hagesobservés, ha un étantnoti élorsqueladistan epré édente estsupérieureàunseuilpréalablement xé.En n, le temps de traitement (en
ms
) sera également évalué ar il représente un ritère essentiel pour nosplateformesembarquant desressour es CPUlimitées.Le nombre
N
de parti ules in uen e grandement les performan es d'un ltre par- ti ulaire. Aussi, haque stratégie est évaluée sur haque séquen e pour10 < N < 900
. En n, le ara tèrealéatoire du ltrageparti ulairene permettant pasde basersonéva- luation suruneseule desesréalisations,une étudestatistiquedu omportement moyen du ltre est ee tuée. Ainsi, les erreurs, taux d'é he et temps moyens sont al ulés pour haque stratégie àpartir de20
réalisationsappliquéessur haque séquen e.Signalons en n quel'appelspé i queà une fon tion visuelle,voire la ommutatio n d'une fon tion à une autre sont liées à l'état ourant global du robot et au ontexte environnemental. Étant gérées au niveau du superviseur, elles sortent par onséquent du adrede ettethèseetnesontpasétudiéesi i.Desheuristiquesreposantsurl'é helle du template dansl'image sont également envisageables en pratique.