Inspirés par les propriétés optiques des yeux composés de la mouche et par l’observation de micromouvements périodiques de sa rétine, différents capteurs visuels ont montré qu’il était possible de localiser un contraste très précisément. Ce fut les premières démonstrations d’hyperacuité visuelle de l’œil de la mouche.Dans cette thèse, un œil composé artificiel, doté d'un large champ de vision, est utilisé. Grâce à un nouvel algorithme de fusion des données visuelles, cet œil peut mesurer le déplacement d’un robot et lui permettre de se stabiliser au-dessus d’un environnement texturé. Localiser un contraste de manière linéaire sur l'ensemble du champ visuel demeure toutefois difficile. Un deuxième algorithme permet d’améliorer la localisation d’une barre grâce à un étalonnage, mais montre une certaine dépendance aux variations de contraste et de luminosité ambiante.Afin d'éviter ce processus d’étalonnage, un troisième algorithme qui s’appuie sur les travaux d'Heiligenberg et Baldi, a été proposé pour localiser deux contrastes. Ces auteurs ont montré que la somme pondérée de plusieurs capteurs ayant un champ récepteur gaussien pouvait fournir une estimation linéaire de la position d'un stimulus. Nous avons, pour la première fois, appliqué une variante de ce principe à un œil composé artificiel. Cet œil, une fois monté sur un robot permet de suivre une cible à une distance constante.Finalement, un œil composé artificiel dont la résolution intrinsèque est faible, peut être doté d’une hyperacuité visuelle et permettre de suivre une cible avec précision. Ces travaux ont ainsi conduit à proposer des stratégies bio-inspirées pour la localisation et la poursuite de cible. / Inspired by the optical properties of the fly compound eyes and the observation of its retinal periodic micro-movements, several visual sensors established that the localization of a contrast can be made very precisely. It was the first demonstration of the visual hyperacuity of the fly compound eye.In this thesis, an artificial compound eye with a wide field of view was used. Thanks to a novel algorithm fusing the visual signals, the sensor embedded onboard an aerial robot measures its displacement and enables the robot to hover above a textured environment.The localization of a contrast precisely over the whole field of view is still difficult. A second algorithm improved the localization of a bar thanks to a calibration. But it has a dependency to the contrast and the illuminance variations.In order to avoid a calibration process, a third algorithm was proposed to localize two contrasts. It is based on the work of Heiligenberg and Baldi, which showed that an array of Gaussian receptive field can provide a linear estimation of a stimulus position. For the first time, we applied a modified version of their estimation to an artificial compound eye. This sensor mounted on a rover allows following a target precisely at a constant distance.Finally, an artificial compound eye with a coarse spatial resolution can be endowed with hyperacuity and enables a robot to follow a target with precision. A step forward has been made toward bio-inspired target localization and pursuit.

Les insectes sont capables de prouesses remarquables lorsqu’il s’agit d’éviter des obstacles,voler en environnement perturbé ou poursuivre une cible. Cela laisse penser que leurs capacités de traitement, aussi minimalistes soient-elles, sont parfaitement optimisées pour le vol. A cela s’ajoute des mécanismes raffinés, comme la stabilisation de la vision par rapport au corps, permettant d’améliorer encore plus leurs capacités de vol.Ces travaux de thèse présentent l’élaboration d’un micro drone de type quadrirotor, qui ressemble fortement à un insecte sur le plan perceptif (vibration rétinienne) et reprend des points structurels clés, tels que le découplage mécanique entre le corps et le système visuel. La conception du quadrirotor (de type open-source), son pilotage automatique et son système occulo-moteur sont minutieusement détaillés.Des traitements adaptés permettent, malgré un très faible nombre de pixels (24 pixels seulement), de poursuivre finement du regard une cible en mouvement. A partir de là, nous avons élaboré des stratégies basées sur le pilotage par le regard, pour stabiliser le robot en vol stationnaire, à l’aplomb d’une cible et asservir sa position ; et ce, en se passant d’une partie des capteurs habituellement utilisés en aéronautique tels que les magnétomètres et les accéléromètres. Le quadrirotor décolle, se déplace et atterrit de façon autonome en utilisant seulement ses gyromètres, son système visuel original mimant l’oeil d’un insecte et une mesure de son altitude. Toutes les expérimentations ont été validées dans une arène de vol, équipée de caméras VICON.Enfin, nous décrivons une nouvelle toolbox qui permet d’exécuter en temps réel des modèles Matlab/Simulink sur des calculateurs Linux embarqués de façon complètement automatisée (http://www.gipsalab.fr/projet/RT-MaG/). Cette solution permet d’écrire les modèles, de les simuler, d’élaborer des lois de contrôle pour enfin, piloter en temps réel, le robot sous l’environnement Simulink. Cela réduit considérablement le "time-to-flight" et offre une grande flexibilité (possibilité de superviser l’ensemble des données de vol, de modifier en temps réel les paramètres des contrôleurs, etc.). / Insects, like hoverflies are able of outstanding performances to avoid obstacles, reject disturbances and hover or track a target with great accuracy. These means that fast sensory motor reflexes are at work, even if they are minimalist, they are perfectly optimized for the flapping flight at insect scale. Additional refined mechanisms, like gaze stabilization relative to the body, allow to increase their flight capacity.In this PhD thesis, we present the design of a quadrotor, which is highly similar to an insect in terms of perception (visual system) and implements a bio-inspired gaze control system through the mechanical decoupling between the body and the visual system. The design of the quadrotor (open-source), itspilot and its decoupled eye are thoroughly detailed. New visual processing algorithms make it possible to faithfully track a moving target, in spite of a very limited number of pixels (only 24 pixels). Using this efficient gaze stabilization, we developed new strategies to stabilize the robot above a target and finely control its position relative to the target. These new strategies do not need classical aeronautic sensors like accelerometers and magnetometers. As a result, the quadrotor is able to take off, move and land automatically using only its embedded rate-gyros, its insect-like eye, and an altitude measurement. All these experiments were validated in a flying arena equipped with a VICON system. Finally, we describe a new toolbox, called RT-MaG toolbox, which generate automatically a real-time standalone application for Linux systems from a Matlab/Simulink model (http://www.gipsalab.fr/projet/RT-MaG/). These make it possible to simulate, design control laws and monitor the robot’s flight in real-time using only Matlab/Simulink. As a result, the "time-to-flight" is considerably reduced and the final application is highly reconfigurable (real-time monitoring, parameter tuning, etc.).