Multi-target detection and recognition by UAVs using online POMDPs

This paper tackles high-level decision-making techniques for robotic missions, which involve both active sensing and symbolic goal reaching, under uncertain probabilistic environments and strong time constraints. Our case study is a POMDP model of an online multi-target detection and recognition mission by an autonomous UAV.The POMDP model of the multi-target detection and recognition problem is generated online from a list of areas of interest, which are automatically extracted at the beginning of the flight from a coarse-grained high altitude observation of the scene. The POMDP observation model relies on a statistical abstraction of an image processing algorithm's output used to detect targets. As the POMDP problem cannot be known and thus optimized before the beginning of the flight, our main contribution is an ``optimize-while-execute'' algorithmic framework: it drives a POMDP sub-planner to optimize and execute the POMDP policy in parallel under action duration constraints. We present new results from real outdoor flights and SAIL simulations, which highlight both the benefits of using POMDPs in multi-target detection and recognition missions, and of our`optimize-while-execute'' paradigm

Décision séquentielle pour la perception active : p-POMDP versus POMDP

Cet article propose une étude du compromis entre la prise d’information et la décision dans un cadre applicatif qui se rapporte à une mission d’exploration, où l’agent interagit avec son environnement pour identifier l’état caché du système. Dans ce problème de décision séquentielle pour la perception, il est possible de faire reposer la fonction de récompense sur une mesure de l’incertitude sur l’état de croyance de l’agent (Araya-López et al., 2010; Candido & Hutchinson, 2011; Eidenberger & Scharinger, 2010). Sa forme est donc différente de celle utilisée dans le cadre classique des POMDP qui est, pour sa part, basée sur la paire état-action. Nous comparons donc deux approches d’optimisation des politiques pour ce type de problème. D’une part nous proposons un critère mixte qui couple une mesure de l’incertitude sur l’état de croyance avec les récompenses définies par les paires état-action et nous développons un schéma algorithmique de résolution pour ce critère. D’autre part, nous proposons d’ajouter au modèle des états but fictifs au moyen des actions de classification afin de revenir à une modélisation sous-forme de POMDP classique (critère non mixte). Une étude comparative de ces approches est ici présentée afin de vérifier leur équivalence en termes de prise d’informations. Les résultats nous mènent à conclure que ces approches sont non seulement comparables et équivalentes en termes de réduction d’incertitude, mais aussi, qu’elles peuvent être utilisées en parfaite complémentarité de façon à permettre : de caractériser une politique correspondant aux taux acceptables des bonnes et mauvaises classifications et de déterminer les bonnes valeurs des coûts et des récompenses du modèle POMDP classique