Développement d’un système intelligent de reconnaissance automatisée pour la caractérisation des états de surface de la chaussée en temps réel par une approche multicapteurs

Le rôle d’un service dédié à l’analyse de la météo routière est d’émettre des prévisions et des avertissements aux usagers quant à l’état de la chaussée, permettant ainsi d’anticiper les conditions de circulations dangereuses, notamment en période hivernale. Il est donc important de définir l’état de chaussée en tout temps. L’objectif de ce projet est donc de développer un système de détection multicapteurs automatisée pour la caractérisation en temps réel des états de surface de la chaussée (neige, glace, humide, sec). Ce mémoire se focalise donc sur le développement d’une méthode de fusion de données images et sons par apprentissage profond basée sur la théorie de Dempster-Shafer. Les mesures directes pour l’acquisition des données qui ont servi à l’entrainement du modèle de fusion ont été effectuées à l’aide de deux capteurs à faible coût disponibles dans le commerce. Le premier capteur est une caméra pour enregistrer des vidéos de la surface de la route. Le second capteur est un microphone pour enregistrer le bruit de l’interaction pneu-chaussée qui caractérise chaque état de surface. La finalité de ce système est de pouvoir fonctionner sur un nano-ordinateur pour l’acquisition, le traitement et la diffusion de l’information en temps réel afin d’avertir les services d’entretien routier ainsi que les usagers de la route. De façon précise, le système se présente comme suit :1) une architecture d’apprentissage profond classifiant chaque état de surface à partir des images issues de la vidéo sous forme de probabilités ; 2) une architecture d’apprentissage profond classifiant chaque état de surface à partir du son sous forme de probabilités ; 3) les probabilités issues de chaque architecture ont été ensuite introduites dans le modèle de fusion pour obtenir la décision finale. Afin que le système soit léger et moins coûteux, il a été développé à partir d’architectures alliant légèreté et précision à savoir Squeeznet pour les images et M5 pour le son. Lors de la validation, le système a démontré une bonne performance pour la détection des états surface avec notamment 87,9 % pour la glace noire et 97 % pour la neige fondante

Les désignations du corps déficient et de la personne dépendante

Commentaires sur « L'impact du vieillissement des personnes, handicapées ou non, sur l'utilisation d'objets techniques », recherche menée sous la responsabilité scientifique de Jean-Claude SPERANDIO, par Cécilia DE LA GARZA, Gabriel MICHEL, Maryline SPECHT, Gérard UZAN, et « Ofrre technique et milieu gérontoloique à Toulouse. De la résidence intégrée au système multicapteurs », travail mené par Serge CLÉMENT, Christine DUBREUIL, Fabien MILANOVI

Fusion de données dans un système multicapteurs pour l'étude du mouvement d'un objet dans une scène réelle

Dans ce papier, nous présentons une nouvelle méthode de détermination des paramètres de rotation d'un objet sans connaissance a priori. Cette méthode exploite le fait que l'état d'une onde réfléchie est fonction de l'orientation de la surface observée. Une mise en correspondance spatio-temporelle fondée sur l'étude des histogrammes procure la valeur de l'angle de rotation autour d'un axe quelconque. Des résultats expérimentaux sur scènes réelles sont présentés

Conception et développement d'un système multicapteurs en gaz et en liquide pour la sécurité alimentaire

Electronic noses and tongues systems based on chemical and electrochemical sensors are an advantageous solution for the characterisation of odours and tastes that are emanating from food products. The cross-selectivity of the sensor array coupled with patter recognition methods is the key element in the design and development of these systems. In this context, we have demonstrated the ability of an electronic nose device to discriminate between different types of drugs, to analyse cheeses freshness, to identify adulterated cheeses and to differentiate between potable and wastewaters. We have also succeeded to correctly classify drinking waters (mineral, natural, sparkling and tap) and wastewaters by using a potentiometric electronic tongue. This study was validated by Gas Chromatography coupled with Mass Spectrometry (GC-MS). Furthermore, we have developed a voltammetric electronic tongue based on a Diamond Doped Boron electrode to differentiate treatment stages of domestic and hospital wastewaters and to identify different heavy metals (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni and Zn) contained in Rhône river. The Differential Pulse Anodic Stripping Voltammetry (DPASV) was used as an electrochemical method to characterise the studied waters. Finally, the hybrid multisensor systems have proven to be good analytical tools to characterise the products of food industry such as Tunisian juices and Moroccan olive oilsLes systèmes de nez et de langues électroniques à base de capteurs chimiques et électrochimiques constituent une solution avantageuse pour la caractérisation des odeurs et des saveurs émanant des produits agroalimentaires. La sélectivité croisée de la matrice des capteurs couplée aux méthodes de reconnaissance de formes est l'élément clé dans la conception et le développement de ces systèmes. Dans cette optique, nous avons démontré la capacité d'un dispositif expérimental de nez électronique à discriminer entre les différents types de drogues, à analyser la fraîcheur des fromages, à identifier entre les fromages adultérés et à différentier entre les eaux potables et usées. Nous avons également réussi à classifier correctement les eaux potables (minérales, de source, gazeuse et de robinet) et usées par utilisation d'une langue électronique potentiométrique. Cette étude a été validée par la Chromatographie en Phase Gazeuse couplée à la Spectrométrie de Masse (CPG-MS). En outre, nous avons développé une langue électronique voltammétrique à base d'une électrode de Diamant Dopé au Bore pour différencier les phases de traitement des eaux usées domestiques et hospitaliers et pour identifier les différents métaux lourds (Pb, Hg, Cu, Cd, Ni et le Zn) contenus dans l'eau du fleuve Rhône. La Voltammétrie à Redissolution Anodique à Impulsion Différentielle (DPASV) a été utilisée comme une méthode électrochimique pour caractériser les eaux étudiées. Enfin, les systèmes multicapteurs hybrides se sont avérés un bon outil analytique pour caractériser les produits de l'industrie agroalimentaire tels que les jus tunisiens et les huiles d'olives marocaine

Intégration d'un système radio à bande ultra-large pour la navigation de robots mobiles

RÉSUMÉ: La localisation revêt une grande importance dans les applications de robotique mobile. Cette tâche devient plus compliquée quand il s'agit d’une localisation d'un groupe de robots évoluant dans un environnement partagé. Un élément clé dans ce type d'application est le système de mesure des distances qui permet de localiser chaque robot en se basant sur les mesures des distances qui les séparent. Les travaux réalisés, dans la plupart des algorithmes multi-robots, supposent qu'il existe une solution efficace pour effectuer ces mesures de distance. Cependant, avoir une bonne précision dans le système de mesures représente un vrai problème, en particulier dans un environnement intérieur. Le travail réalisé dans le cadre de cette maîtrise a pour objectif le déploiement d'un système permettant à un robot mobile d'effectuer des mesures de distance avec d'autres robots ou un certain nombre de points de référence. Ceci est fait en intégrant aux robots un système de communication Ultra Wideband (UWB) pour les mesures de distance. Cette technologie est l'une des plus intéressantes pour ce type d'application. Son avantage majeur est sa forte résolution temporelle pour effectuer des mesures assez précises du temps de propagation d'un signal. Le système de mesure de distance développé a été également exploité dans la navigation robotique ce qui devrait être utile dans nombreuses applications. En effet, la fusion des mesures de distance UWB avec un système de navigation inertielle permet d'avoir un système de localisation haute précision qui peut être déployé autant à l'intérieur qu'à l'extérieur. Les résultats expérimentaux montrent que ce système de localisation hybride peut être intégré dans plusieurs types de plate-formes robotiques, tels que les drones et les robots au sol. En outre, le système conçu peut servir également à la communication courte portée entre les robots. Mots clés : Ultra Wideband, système de mesure de distance, localisation, robotique mobile.---------- ABSTRACT Localization is one of the most important tasks in mobile robotics applications. The complexity of this task increases when it comes to multi-robot localization. For such applications, a ranging system could be used to perform range measurements between robots and enable cooperative localization of the robots based on range measurements. Much of the work carried in multi-robot localization assumes that there is an efficient solution to perform ranging measurements. However, such a system is not easy to deploy, especially in an indoor environment. In this report, we introduce a design of a ranging system based on Ultra-wideband technology. This system is able to provide effective tools for mobile robots to perform ranging measurements with other robots. UWB technology has important advantages for such applications due to its good ability to resolve the temporal features of signals. The developed ranging measurement system is also used for robotic localization, which is useful in many applications, such as autonomous navigation. In fact, merging the UWB ranging system with an inertial navigation system allows us to achieve cm-level accuracy at high update rates. Merging these two systems makes up for the shortcomings of each, and gives a better performance than what is possible with a single system. The experimental results show that the hybrid positioning system can be used with several types of robotic platforms, such as drones and unmanned ground robots. In addition, the proposed system could be useful for the short-range communication between robots. Keywords : Ultra Wideband, ranging measurements system , localization, mobile robotics

Color perception model. Application to image quality assessment

The design of image visual quality objective criteria is very useful in order to optimize the performances of image processing systems for storage and transmission of visual data. An objective quality criterion should provide quality measures in good correspondence with human judgment. So, it is necessary to introduce the main properties of the human visual system (HSV) in the design of such a criterion. This paper presents a very elaborated model of color images perception by the HVS. It takes into account and models in a coherent way the key functions of human perception : visual space for color representation, contrast sensitivity functions for achromatic and chromatic components respectively, perceptual channels decomposition, intra and inter pathways masking functions. All these models have been deduced from the interpretation of results of psychophysics experiments. Next, we present an application of the perception model to the design of an objective quality criterion with full reference for color images. This application is based on a critical analysis of different ways to construct the pooling function of perceived errors including inter-pathway pooling, inter-channel pooling and spatial pooling. The entire objective quality criterion have been tested on a database of natural color images which have been stressed with distortions of different nature and strength. Performances in terms of correlation with mean human judgment is more than 0.94 and 97 % of images are correctly assessed according to the accuracy on the subjective rate given by observers.La conception de critères objectifs d'évaluation de qualité visuelle des images est d'une grande utilité afin d'optimiser les performances des systèmes de traitement d'images pour le stockage et la transmission de l'information visuelle. Un critère objectif de qualité doit fournir des mesures de qualité en forte correspondance avec le jugement humain. Il est donc nécessaire d'intégrer des modèles des principales propriétés du système visuel humain dans la conception d'un tel critère. Ce papier présente un modèle très élaboré de perception des images couleur par le système visuel humain (SVH). Il prend en compte et modélise de façon cohérente les fonctions clé de la perception : espace de représentation visuelle des couleurs, fonctions de sensibilité aux contrastes des composantes achromatique et chromatiques, décomposition en canaux perceptifs, fonctions de masquage intra et inter composante. Tous ces modèles ont été déduits à partir de résultats de tests psychophysiques et de leur interprétation. L'application du modèle de perception à la conception d'un critère objectif de qualité d'images couleur avec image de référence est ensuite effectuée. Elle se base sur une analyse critique des différentes façons de construire une fonction de cumul des dégradations perçues : cumul inter-composante, cumul inter-canal, cumul spatial. L'ensemble du critère objectif de qualité a été testé sur une base d'images naturelles couleur ayant subies des dégradations de nature et de force différentes. Les performances en terme de corrélation avec le jugement humain moyen est supérieure à 0,94 et 97 % des images sont correctement évaluées au regard de la précision sur les notes subjectives données par l'humain

Les nouvelles technologies : une réponse aux effets physiologiques du vieillissement et des maladies liées au grand âge

Aging is unfortunately like living with a lot of conditions which aren’t affecting people because of homeostasis. When something goes wrong, such as a fall or a sudden and acute disease, elderly people would have terrible consequences, worse than for younger people. Thus, preventing falls, and monitoring pre-existing pathologies such as Alzheimer’s disease is a key to a good aging because geriatrician will adapt their prevention strategies for each individuals. Gerontechnologies (technologies for gerontological purposes) can help global prevention strategies for aging with relative ease. But, what is exactly a gerontechnology? What are the mechanics that can prevent falls? How to assess such devices? Is there any technical limitations we should pay attention for? Is there any clinical outcomes we should see? By reviewing previously made work on assessing technologies we showed what are the main outcomes on assessing technologies, what is lacking in such assessments and proposed a simple model for pluridisciplinary evaluations. This includes clinical outcomes (prevention), technical limitations, medico-economical outcomes, sociological outcomes (acceptability, appropriation, habits…) and intrinsic parameters of the devices. Such assessment is made possible with a controlled environment, clinical trial methodology and partnership with industry. With the result of a previous, real life conditions, clinical trial on simple assisting devices, we were able to design a large scale clinical trial with a complete evaluation of commercialized teleassistance service combined with home-based technologies. Indeed, our pilot study highlighted the potentials benefits of such devices on health, falls, functional autonomy and carers.Le vieillissement est malheureusement souvent le fait de devoir vivre avec des problèmes qui n'affecteraient pas des personnes jeunes à cause de l'homéostasie. Lorsque quelque chose va mal, comme par exemple une chute ou une maladie aiguë, les personnes âgées peuvent avoir des conséquences bien plus terribles que des personnes jeunes. Ainsi, la prévention des chutes et la surveillance de pathologies pré-existantes comme par exemple la maladie d'Alzheimer est une des clés du "bien vieillir", car le gériatre pourra adapter sa stratégie de prévention à chaque individu. Les gérontechnologies (technologies au service de la personne âgée) peuvent aider dans le cadre des stratégies de prévention globale. Mais, qu'est-ce exactement qu'une gérontechnologie ? Quels sont les déterminants à explorer pour prévenir les chutes ? Comment évaluer de tels dispositifs ? Y a-t-il des limitations techniques auxquelles nous devrions faire attention ? Y a-t-il des résultats cliniques attendus pour ces technologies ? En passant en revue la littérature préexistante sur l'évaluation de gérontechnologies, nous avons montré quels sont les principaux résultats à attendre, ce qu'il manque dans ces évaluations, et nous avons donc proposé un modèle simple d'évaluation pluridisciplinaire. Ce dernier inclus les résultats cliniques (prévention), les limitations techniques, le médico-économique, une évaluation sociologique (acceptabilité, appropriation, habitudes d'utilisation...), et la détermination des paramètres intrinsèques des équipements. Une telle évaluation n'est rendue possible que par un environnement contrôlé, une méthodologie qui suit celle des essais cliniques et par un partenariat avec les industriels. Avec les résultats d'une étude clinique en environnement écologique sur des technologies simples d'assistance et de prévention à domicile, nous avons été capables de dimensionner un essai clinique randomisé bien plus grand en termes d'échantillon afin d'évaluer l'impact préventif d'un service de téléassistance couplé à des technologies de prévention au domicile. En effet, notre étude pilote a montré les bénéfices potentiels d'équipements gérontechnologiques pour les personnes âgées et leurs aidants en termes de santé, de chutes, et d'autonomie fonctionnelle

Capteur à fibre optique basé sur le principe de Résonance de Plasmons de Surface : optimisation pour la détection d'espèces chimiques

Surface plasmon resonance (SPR) has been effectively used in the last years for creating highly sensitive sensors required in various fields such as health, security, and environment. The aim of this work is to investigate sensors based on SPR. They are very attractive due to their advantages such as high accuracy and real time monitoring. The novelty of this work is the use of optical fibers to build SPR sensors and than adding new features such as device miniaturizing and remote control of the measurements.The manuscript starts with a review of the theoretical treatment of surface plasmons. It continues with the presentation of the experimental set-up and details the process used for sensors manufacturing. It follows the experimental characterization of the SPR response for the obtained sensors. In particular, we have analyzed the effect of the ultra-thin metal film, of the fiber properties and the monolayer of thiols on the sensor sensitivity. The last section is dedicated to the numerical modelling of the sensor's response for both absorbing and non-absorbing media. This numerical study evaluates the effects of several other parameters on the sensor reponse, such as the effect of the thiol monolayer's refractive index on the SPR or kinetic studies of the absorbed organic materials (mass detection). From these numerical simulations, we demonstrate that the SPR theoretical curves agree well with experiments. The direct comparison between numerical and experimental results is used to optimize the physical parameters for the metal film and optical fiber characteristics.Ce travail de thèse s'inscrit dans la recherche et le développement de capteurs chimiques. Il est motivé par un besoin toujours croissant d'outils de détection dans des domaines aussi variés que la santé, la sécurité et l'environnement. Nous présentons l'étude de capteurs basés sur le principe de résonance plasmons de surface - SPR. L'intérêt de ce type de capteurs est principalement lié à leur grande sensibilité, leur réponse rapide en temps réel et leur grande précision sans l'utilisation de marqueurs. L'originalité de notre approche est l'utilisation de fibres optiques. Celles-ci offrent de nouveaux attraits tels la simplification de l'instrumentation et sa miniaturisation. Dans une première partie, nous présentons une revue théorique sur les plasmons de surface à l'interface métal – diélectrique. Nous présentons ensuite une étude expérimentale en deux parties : la première décrit la réalisation et la caractérisation des capteurs SPR à fibre optique, la seconde présente l'analyse de la réponse SPR des transducteurs ainsi réalisés. En particulier nous avons caractérisé par des études systématiques l'influence de paramètres physiques importants liés au métal, à la fibre optique et au traitement de surface de la partie sensible par le greffage d'une couche de thiols.Enfin, nous proposons une étude numérique simulant la réponse du capteur en fonction de différents stimuli. Ce modèle, basée sur le calcul de la réflectance de la lumière à l'interface d'un ensemble multicouches nous a permis de valider l'étude expérimentale et d'étendre les recherches en prenant en compte différent type de molécules cibles. En particulier, nous présentons des résultats sur des molécules absorbants ou non absorbants, greffées ou non à la surface du transducteur. Une comparaison entre résultats expérimentaux et simulations numériques valide l'ensemble du travail et nous permet finalement de proposer une configuration optimisée du capteur, en fonction de la nature de la couche métallique et de la fibre optique, ainsi que des molécules cibles à détecter

Développement de langue électronique : étude de mélanges complexes et de bactéries

The objective of this PhD thesis is to explore the potential applications of the electronic tongue, based on combinatorial cross-reactive receptors and surface plasmon resonance imaging, for analysis and discrimination of different complex mixtures and bacteria. In this work, various complex mixtures of different nature such as wine, beer, and milk (either animal-based or plant-based) are used. It has been demonstrated that the electronic tongue is capable of responding differently to theses samples with good selectivity. For each of them, it can generate characteristic continuous 2D profile and 3D image, based on which the differentiation and classification of the complex mixtures have been carried out. Furthermore, it has been illustrated that the electronic tongue is efficient for monitoring the deterioration of milk. In the second part of this thesis, the electronic tongue has been applied for detection and analysis of bacteria. At first, some fluidic parameters have been optimized due to the variable morphology of these complexes and large biological objects. Under optimized experimental conditions, the electronic tongue is effective for analysis of bacteria with the possibility for quantification. Thereafter, the electronic tongue has allowed for the discrimination of different bacteria according to their genus, species and strains based on continuous 2D profiles and 3D images.L'objectif de cette thèse est d'explorer les applications potentielles d'un système de langue électronique basée sur des récepteurs combinatoires à réactivités croisées et l'imagerie par résonance de plasmons de surface, pour l'analyse et la discrimination de différents milieux complexes et de bactéries. L'étude de milieux complexes a été réalisée sur des échantillons de différentes natures comme le vin, la bière et le lait d'origines végétale et animale. Les expériences ont démontré que notre système de langue électronique est capable de répondre avec une bonne sélectivité à ces milieux complexes et qu'il génère ainsi des profils continus 2D et des images 3D, propres à chaque échantillon. La différentiation et la classification de ces divers types de boissons ont été réalisées grâce à ces signatures 2D et 3D. Le dispositif a également prouvé son efficacité pour le suivi du vieillissement du lait. Une seconde étude a été dédiée à l'application du système pour la détection de bactéries. Dans un premier temps, des paramètres fluidiques ont été optimisés comme la forme et la profondeur de la cuve ou le débit fluidique, en raison de la morphologie variable des bactéries, considérées ici comme des objets biologiques complexes et volumineux. Dans un second temps, le système s'est révélé performant pour l'analyse de bactéries et a montré la possibilité de quantifier ces analyses. En effet, la langue électronique a permis la discrimination de différentes bactéries selon leur genre, leur espèce et en fonction des souches grâce aux profils continus 2D et aux images 3D