Projets Génie Electrique 2004

P03A4

Caractérisation d'un système de contrôle automatique de véhicule guidée par vision déportée

Etudiants : Mickael Fournial et Sébastien Lucet
Tuteur Technique : Thierry Chateau
Tuteur Industriel : Pascal Fickenger



Ce projet s'inscrit dans le contexte de la robotique mobile par vision monoculaire. Il s'agit, à partir d'une description visuelle de l'environnement de robot, de contrôler la vitesse de déplacement et l'angle des roues afin de répondre à un objectif applicatif.
Ici, les deux objectifs fixés sont le suivi d'une ligne blanche ainsi que la poursuite d'une cible mouvante en régulant la distance cible - véhicule.
Ces deux applications sont soumises à la même architecture logicielle représentée sur la figure ci-dessous.


Pour mener à bien ce projet, nous disposons d'un véhicule électrique radiocommandé, d'une carte de contrôle de la vitesse ainsi de l'angle de braquage des roues, d'un récepteur HF de commande de cette carte, d'une capteur CCD (320*240 pixels) et de son émetteur vidéo 2.4GHz. Coté commande, nous disposons d'un récepteur vidéo ainsi que d'une carte d'acquisition vidéo pour PC, d'un PC (600 MHz) et d'une carte de transmission HF pour le pilotage du véhicule.

1ère application : Suivi d'une ligne blanche.

Pour pouvoir suivre une ligne, il nous faut, à partir d'une image de la chaussée, déterminer l'équation mathématique de la droite dans cette image. Pour cela, on effectue tout d'abord un gradient horizontal de l'image ce qui fait ressortir les différentes lignes de contraste verticales de l'image puis, grâce à la transformation de HOUGH, nous arrivons à extraire l'équation de la ligne blanche dans l'image. Ensuite, grâce à cette équation, nous connaissons la position de la voiture par rapport à la ligne et il nous est alors aisé de corriger la trajectoire du véhicule pour lui faire suivre la ligne. Nous avons retenu une commande calculer à partir du centre instantanée de rotation car c'est elle qui nous a semblé réunir la simplicité et l'efficacité.



La droite rouge représente la droite mathématique calculée par l'application. Ensuite, grâce à cette équation, nous pouvons en déduire la commande appropriée tirée du croquis de gauche.


2ème application : Poursuite d'une cible mouvante.

Après une phase d'initialisation de la cible que l'on veut poursuivre, on recherche en permanence cette cible dans toutes les images transmises par la caméra grâce à la méthode du filtrage mono particulaires. Cette méthode consiste à rechercher l'élément le plus proche possible de la cible donnée pendant l'initialisation. Ensuite, comme on veut garder la taille constante de la cible dans l'image, il suffit de mesurer un des paramètres dimensionnels de la cible (par ex. la hauteur), pour asservir la vitesse du véhicule. Si la cible s'éloigne, la mesure que l'on en fait dans l'image diminue et donc, on accélère la vitesse pour garder la taille de l'objet constant et donc, la distance véhicule - cible. Pour cela, nous avons choisi une commande proportionnelle intégrale afin d'annuler l'erreur de position.




Le cercle rouge est l'estimation de l'emplacement de la cible. En mesurant son diamètre et en essayant d'aligner son centre sur le centre de l'image, on peut tirer les consignes d'angle et de vitesse que l'on tire des deux croquis de gauche. Le problème ici, est qu'il faut que la cible est des mouvements particuliers pour palier aux contraintes non holonomes du véhicules. Le véhicule, de par sa géométrie, ne peut, par exemple, pas se déplacer sur le coté. D'autres commandes permettent de résoudre ses problèmes mais se sont des commandes plus complexes que nous n'avons pas eu le temps d'étudier et d'implémenter.

Bilan :

Nos applications fonctionnent correctement mais plusieurs paramètres nous empêchent d'avoir des applications fiables.
Tout d'abord, nous testons nos applications en intérieur et à cause de cela, nous avons des trous de réceptions de l'image ce qui fait que l'on ne peut faire de traitement et donc, contrôler correctement le véhicule.
Ensuite, il nous arrive d'être ébloui par la lumière artificielle des salles dans lesquelles nous travaillons et donc, nous ne pouvons percevoir l'environnement correctement, ce qui entraîne parfois des commandes hasardeuses.