Vision pour la commande

La démarche proposée dans [CG96] an d'adapter les systèmes de vision aux systèmes dynamiques consiste à augmenter la fréquence d'acquisition des images et de réduire le temps de latence dû aux temps d'exposition, de transmission et de traitement des don- nées. En réalité, les capteurs existants dans le marché sont capables d'acquérir des images à des fréquences très élevées [EPK+_{03]. Cependant, ce qui limite l'exploitation de telles}

vitesses d'acquisitions est la bande passante limitée qui représente un goulot d'étrangle- ment entre le capteur et l'unité de traitement (Fig. 1.1). An d'éviter ce phénomène, plusieurs approches ont été proposées dans la littérature. L'une d'entre elles, qui est assez originale, consiste à utiliser des dizaines de caméras miniatures dont la fréquence d'acqui- sition est assez faible (30 Hz) pour simuler l'acquisition d'une caméra rapide [WJV+_05].

Ainsi, la fréquence équivalente de l'acquisition séquentielle d'une scène par 52 caméras est équivalente à une fréquence d'acquisition de 52 × 30 = 2500 Hz. Cependant, même si l'approche est intéressante, l'entrelacement temporel entre les images acquises par les diérentes caméras dû au temps d'exposition qui est nalement supérieur à la fréquence d'acquisition équivalente ainsi que la variation de l'angle de vue de la scène observée par les diérentes caméras, dont les paramètres intrinsèques sont à priori diérents, font que l'émulation d'une caméra rapide n'est certainement pas parfaite, ce qui conduit à d'autres problématiques.

Une approche plus classique consiste à faire un compromis entre la fréquence d'acqui- sition et la résolution de l'image. Dans [ATS+_{09], un système de vision à 120 Hz avec}

une résolution de 640 × 220 a été utilisé dans une commande cinématique de robot paral- lèle. La même conguration du système de vision avait été adoptée dans l'implémentation d'une commande prédictive d'un robot manipulateur [GdM03]. Dans [CGdMF06], comme l'application de robotique chirurgicale ne nécessitait pas un large champ de vue, la résolu- tion a encore été baissée par la même équipe à (256 × 256) an d'augmenter la fréquence d'acquisition qui atteint 500Hz. Cependant, dans des applications où l'espace de travail est plus important, une faible résolution se traduirait par une per te de précision sur la mesure.

Une autre approche pour éviter le goulot d'étranglement consiste à rapprocher l'u- nité de traitement du capteur grâce à de l'électronique embarquée [IMT92, KIIY03]. Le

Asservissement visuel dynamique 39 système est basée sur une architecture parallèle ce qui permet d'atteindre des fréquences d'acquisition élevées 1kHz mais avec une résolution assez faible (16 × 16 pixels [INI96] et 128 × 128 pixels [NITM00, CRVG+_{04]). L'inconvénient majeur de ce système est que la}

résolution de l'image est trop faible. De plus, à cause de la méthode de transmission et de traitement des images, la résolution du capteur ne peut être augmentée sans procéder à des modications matérielles importantes. Ce mode d'acquisition a été utilisé dans des applications de suivi dans l'image [NITM00] et de saisie d'objets en vol par une main articielle [FNTI06] et de commande d'un robot poly articulé grâce à un système stéréo [SNI04]. Cependant, la résolution faible des images acquises limitent considérablement le rapport entre la précision et la largeur du champ de vue.

Dans [MDP07] des algorithmes de compression ont été utilisés pour la transmission d'images de hautes résolutions (1280 × 1024) à une fréquence de 500 images seconde à travers une interface de communication USB. Cependant, l'utilisation de compression avec perte an d'atteindre le taux de compression souhaité représente une source de dégradation de l'image d'autant plus importante que le taux de compression est élevé, ce qui peut détériorer, par la même occasion, la précision sur la détection des primitives dans l'image. Dans un contexte de reconstruction de forme par lumière structurée où il n'y a pas besoin d'avoir des images en niveau de gris, les pixels des images acquises ont été codées sur 1 bit an d'augmenter la fréquence d'acquisition [TKH07].

Nous pouvons constater que les méthodes qui ont été proposées s'inscrivent dans deux approches globales. La première consiste à réduire la quantité d'informations à transmet- tre, ce qui se traduit par la détérioration du signal utile, alors que la deuxième consiste à eectuer les traitements le plus près possible de l'image. Cependant, dans l'une comme dans l'autre méthode, l'information circule dans le même sens c.-à-d. du capteur vers l'u- nité de traitement. Une autre manière plus ecace de faire mieux collaborer le traitement haut et bas-niveau serait de faire circuler l'information dans les deux sens ce qui permet de voir le problème sous un autre angle.

En eet, la solution de vision rapide qui semble être la plus intéressante dans une application de commande haute performance à été proposée dans [URLP04]. Ce système de vision intègre un FPGA auprès du capteur CMOS (1024 × 1024) pour permettre l'accès à une partie des images acquises. Ainsi, grâce à une communication avec une unité de traitement, seules les régions d'intérêt de l'image sont transmises ce qui permet de réduire la quantité de données à transmettre sans pour autant perdre les informations utiles. Cette optimisation de la bande passante de l'interface de communication (USB) permet d'augmenter la fréquence d'acquisition qui atteint 2500 Hz pour des dimensions de fenêtres de 16 × 16 pixels. Ce mode d'acquisition par fenêtre d'intérêt sera développé plus en détail dans le chapitre suivant.

40 État de l'art

(a) (b)

Figure 1.7  Exemples de robots à structure cinématique parallèles. (a) Plate-forme de Gough-Stewart ; (b) Le robot Quattro.