Sujets de these 2009 clady v3

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• Publié par: Dihom
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• Langue: Français

Extrait

Sujet de thèses 2009


Titre de la thèse : Détection et analyse de gestes par vision pour l'interaction Homme/Robot
dans le cadre de l'assistance à personnes âgées
Laboratoire : Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique - ISIR UMR7222,
Equipe Perception et mouvement
Adresse : 4, place Jussieu, case courrier 173, 75005 Paris
Etablissement de rattachement : Université Pierre et Marie Curie, Paris
Directeur de thèse : Prof. Philippe Bidaud
Ecole doctorale : Sciences Mécaniques, Acoustique et Electronique (Ed 391)
Compétences requises : Connaissances en traitement et analyse d'images
Bon niveau de programmation
Rattachement à un programme : ANR TecSan, projet MIRAS (2009-2012)
programme européen AAL, projet DOMEO (2009-2012)

Résumé du sujet :
Les robots mobiles de type DOMEO (de Robosoft [1], cf. figure 1) peuvent rendre de précieux services aux
personnes âgées de par leurs fonctions :












Fig. 1 : illustration du robot d'assistance à
personnes âgées, DOMEO, disponible au
laboratoire ISIR

− de communications visiophoniques, visant au renforcement ou au maintien d'un lien social à
l'extérieur ou à l'intérieur de l'hôpital. L'intercommunication peut permettre un lien affectif rassurant pour mieux
lutter contre l'angoisse, l'ennui ou la dépression, et donc avoir une importance dans la processus de gérisson et de
récupération du malade. « En plus de la voix apportée par le téléphone[...], le fait de voir la personne à laquelle
on s'adresse accroît considérablement l'intérêt et le contenu de la communication, aussi bien dans un contexte
médical que de soutien social » [2].
− de télésurveillance, permettant de détecter les incidents (chutes, errance,...), le télé-suivi de paramètres
biologiques ou physiologiques, ou des mesures de comportement. En effet, une personne fragile, qui du fait de sa
maladie ou de son âge, serait sujette au chute, pourrait ainsi bénéficier d'un niveau de sécurité accrue. De plus,
suivre les paramètres biologiques, physiologiques ou comportementaux peut permettre l'identification
automatique de signes précurseurs (perte de poids, de mobilité,...) et anticiper ainsi certaines situations critiques.
− d'assistance physique, comme le déambulateur intelligent et actionné (le projet Monimad initié au sein
du laboratoire) cherchant à favoriser et sécuriser la marche d'une personne devenue incapable de marcher sans
aide. Monimad possède des poignées « intelligentes » capables d'analyser en temps réel l'effort de poussée
produite par la personne. Les poignées peuvent ainsi détecter des situations de déséquilibre permettant à
Monimad de stabiliser le patient pour éviter la chute, source de traumatisme fréquents chez les personnes âgées.
− d'interaction et stimulation cognitives s'adressant à des personnes souffrant de la solitude ou de la
dépression où le robot peut être un soutien psychologique et cognitif en leur proposant une interaction ludique, voire émotionnelle. Ces personnes ont en effet un besoin d'activitées cognitives. Des expérimentations avec des
chats et des chiens robots (AIBO) ou des peluches (PARO) ont montré qu'un robot pouvait agir comme un
substitut d'animal de compagnie sans les nécessités d'entretien d'un véritable animal.
L'intégration de tels robots dans les milieux hospitaliers serait donc d'une forte utilité, en déchargeant quelque
peu le personnel de certains actes non purement médicaux, mais aussi d'une grande importance thérapeutique.
Le fait qu'une telle assistance soit mobile peut permettre la mise à disposition de ces services à un grand nombre
de patients. Cependant cette intégration nécessite la mise en oeuvre de capacités d'interaction homme/robot
complexes. Le robot doit pouvoir répondre aux requêtes des personnes exprimées de manière naturelle et aussi
analyser le comportement de celles-ci. Une des voies d'expression priviligiée chez l'homme est la gestuelle.
Aussi dans cette thèse, nous proposons de mettre en oeuvre un module de détection et d'analyse de la gestuelle
de personnes par vision. L'objectif sera d'extraire un ensemble de caractéristiques permettant la reconnaissance
et l'analyse de gestes particuliers qui iront des gestes de désignation (indication d'un lieu ou d'une direction où
doit se rendre le robot) ou de gestes de communication simples (signes d'appel ou de d'arrêt par exemple). Les
caméras par leur caractère non intrusif sont les capteurs par excellence pour ce type d'application.

Les principales difficultés scientifiques liées à la détection et l'analyse de geste par vision pour l'interaction
homme/robot se situent à la fois au niveau de la grande variabilité spatiale et temporelle de la gestuelle chez
l'homme, et aussi des conditions de prises de vue délicates (éclairage, occlusion, points de vue, échelle...)
lorsque celles-ci sont réalisées dans un contexte non controlé. Cela nécessite la mise en oeuvre de nouvelles
représentations des données robustes, invariantes aux échelles spatiales et temporelles. Des avancées
notables dans ce domaine ont été réalisées ces dernières années exploitant des représentations temporelles et
locales («space time features » par exemple) ou plus globales (« spatial pyramid » par exemple) associées à des
classifieurs statistiques (SVM, Adaboost,...). L'association de ces représentations relativement complexes avec
des primitives plus classiques (couleur de peau, mouvement,...) mais connues pour leur manque de précision par
rapport aux conditions de prises de vue, sera particulièrement étudiée afin d'assurer robustesse et fonctionnement
en temps réel. Dans ce but, nous envisagerons aussi l'usage de caméras actives (permettant une segmentation 3D
temps réel). L'utilisation d'un système de détection de personnes ou de visage selon l'apparence sera aussi
pertinent afin de limiter la zone de travail dans l'image. Une des innovations attendue sera de tenir compte du fait
que le robot peut-être en mouvement ; il s'agira donc de tenir compte de cette contrainte dans la représentation à
déterminer. Après un bilan de l’état de l’art scientifique, les outils seront sélectionnés et développés vis-à-vis de
leur pertinence pour la reconnaissance de gestes de désignation et de communication (via un dictionnaire de
gestes), mais aussi dans le cadre d'analyses multi-modales mixant des modules (développés par ailleurs au sein
du laboratoire) de reconnaissance et d'analyse de la voix, de la parole.

Cette thèse sera réalisée dans le cadre de plusieurs projets ANR ou européen en cours (ANR Tecsan MIRAS
et projet européen AAL DOMEO) ou en cours de demande. Elle bénéficiera de plus d'une collaboration avec
l'Hôpital Charles Foix (Institut de la longévité [4]) permettant une mise en oeuvre dans un centre hospitalier et
l'accès à un échantillon représentatif de la population agée.

[1] http://www.robotsoft.com
[2] V. Raille, Technologies nouvelles susceptibles d'améliorer les pratiques gérontechnologiques et la vie
quotidienne des malades âgées et de leur famille, rapport au Ministre de la Santé et des Solidarités, mai 2007
[3] http://www.plan-alzheimer.gouv.fr
[4] http://www.bourse-charlesfoix.com