Le travail présenté dans ce mémoire porte sur l’aide à la navigation pour un fauteuil intelligent. Le but est de réaliser un système de reconnaissance et de suivi de trajets. Ce travail s’inscrit dans le projet VAHM qui utilise des fauteuils électriques du commerce sur lesquels ont été ajoutés une série de capteurs et un calculateur. Le VAHM utilise différents comportements (suivi de direction, suivi de mur, évitement d’obstacles,...) pour contrôler le fauteuil et pour réagir à l’environnement. On étudie, en premier lieu, la possibilité d’utiliser l’enchaînement des comportements du fauteuil pour modéliser et reconnaître un trajet en utilisant les MMC. Cette méthode montre ses limites en ce qui concerne la généralisation du modèle à des trajets non appris. Puis l’utilisation des MMC-MD est alors étudiée en intégrant, en plus des comportements, des données provenant des capteurs. Cependant les essais montrent que la reconnaissance est meilleure en utilisant uniquement les données provenant des capteurs. Ceci qui nous a conduit à n’utiliser que les données provenant des capteurs dans la suite du projet pour réaliser la reconnaissance. L’algorithme CONDENSATION est alors utilisé. Il possède de nombreux avantages dont celui de ne pas avoir besoin de modèle complexe puisque un seul trajet de référence est nécessaire pour réaliser la reconnaissance. Ces modèles de trajets sont ensuite mis dans un réseau bayésien pour faciliter les transitions d’un modèle à l’autre. La dernière partie du mémoire présente les résultats de la mise en œuvre de la reconnaissance en conditions réelles sur le fauteuil VAHM 3 / The work presented in this thesis concerns navigation assistance for a smart wheelchair. We propose a new approach based on this behaviour based structure, aiming at assisting the user in a global way. The intelligent system relies on a modelisation of the most frequently used routes and assists the user when navigating by suggesting the next movement when the route has been recognised. The user will not have to change the direction, thus sparing him/her an action. This work is included in the VAHM project that use commercial electric wheelchair which is enhanced by several sensors and a calculator. The VAHM project is using a multi-agent control system. Different behaviours (direction following, wall following, obstacle avoidance ...) are designed react to the environment. At first, we tried to modelize and recognize behaviour sequences with HMM. This method showed its limits to generalize the recognition of unlearned trajectories. Then we used M-HMM (by adding sensor’s data) to achieve recognition. However, our tests show that the recognition is better by using only sensor’s data. These observations have conducted us to use only sensor’s data for the recognition. The CONDENSATION algorithm had been tested to perform recognition from sensor's data. This system earn numerous advantages including that it doesn’t need a complex model since only one reference trajectory is necessary to perform the recognition. Then these trajectory models have been put into a Bayesian network to facilitate transitions between models in order to recognize a long trajectory. The last part of this thesis presents recognition’s results in real conditions on the VAHM 3 wheelchair prototype

A l'instar d'autres domaines d'activités, l'environnement du marin s'est enrichi d'appareils électroniques à des fins d'aide à la navigation et de sécurité. Dans le cas de la navigation maritime, ces dispositifs ont pour principal but de donner des informations sur l'environnement dans lequel évolue le bateau: profondeur d'eau, bouées de signalisation par exemple et sur son état: cap, vitesse, etc. La complexité et le nombre d'appareils à bord des bateaux dépendent de la taille du bateau, d'un GPS portatif pour un jet-ski à un ensemble complexe d'ECDIS, de radar et d'AIS sur les cargos. Aujourd'hui, malgré l'évolution des appareils d'aide à la navigation, les accidents perdurent (échouage et collisions) et sont en partie dus aux erreurs humaines (33%). Il existe 3 grandes causes:- La charge cognitive trop importante. Cette dernière est liée à la complexité des appareils (ECDIS par exemple) [Jie and Xian-Zhong, 2008], leurs nombres et leurs orientations différentes de la vue pont [Prison and Porathe, 2007].- La mobilité de l'information. La majorité des appareils électroniques à bord des bateaux est positionné à un endroit et ne permet pas l'accès aux données en dehors de cet emplacement.- Le manque de pratique de plaisanciers. Les règles de navigation sont indispensable à la sécurité du marin et peuvent être oubliées par manque de pratique et causent des incidents (ou accidents). Dans ces travaux, nous proposons une solution mobile pour rendre accessible Les données en tout point du bateau. De plus, le prototype est basé sur la technologie de réalité augmentée pour afficher les données dans le champ de vision de l'utilisateur pour une réduction de la charge cognitive. Enfin l'application exécutée sur le prototype délivre uniquement les informations essentielles pour une navigation sécurisée. La première partie de cette thèse détaille une étude utilisateur menée pour comprendre les habitudes et les besoins des plaisanciers afin de sélectionner les données à afficher et leur représentation graphique. Suite à cette étude, une analyse du besoin logiciel et matériel a été menée. Le but de cette analyse est de lister les différents éléments pouvant supporter les contraintes maritimes (soleil, brouillard, nuit, houle, mobilité) afin de proposer un appareil et une application mobile sur technologie de réalité augmentée. La deuxième partie de cette thèse aborde le design du prototype (architecture, display) et du logiciel. Cet ensemble a pour but d'aider le plaisancier lors de conditions météos difficiles. La technologie mise en œuvre dans ce nouvel outil est la réalité augmentée, plus précisément Optical See-through. Le principe de l'application exécutée sur le prototype est un serveur proposant des services à l'utilisateur en fonction des appareils disponibles à bord du bateau tout en limitant la charge cognitive du marin. En effet, l'application conserve uniquement les informations utiles et les affiche dans le champ de vision de l'utilisateur, de plus elles sont superposées à sa vue directe sur le monde.La dernière partie, elle, décrit le générateur de carte qui nous permet d'extraire les données maritimes issues de différents formats de carte pour les adapter au format 3D utilisé dans l'application. Ce dernier est capable de placer automatiquement des objets 3D pour représenter le système de balisage, les amers, etc. Ce générateur a été développé pour reconstituer des zones interdites comme les zones de profondeurs, d'interdiction de chasse sous-marine, etc. Ceci a été mis en œuvre afin de répondre au mieux aux besoins de tous types de plaisanciers, de l'utilisateur de jet-ski au yacht et du pêcheur au plongeur amateur par exemple. / Compared to the other activities, the sailor's environment has been enhanced with electronic devices in order to help the sailor and improve the security. In case of maritime navigation, these devices are mainly used to give information on the environment which the boat moves such as the water depth, seamarks for instance and its state: bearing, speed, etc. The complexity and the number of devices onboard depend on the boat size, from a wearableGPS on a jet-ski to a complex set of ECDIS, radar and AIS on a merchant ship. Today, despite the evolution of the navigational aid devices, the accidents still happen and they are due in part to human errors (33%). There are 3 main causes: The cognitive load issue. The latter is linked to the complexity of devices (ECDIS for instance [Jie and Xian-Zhong, 2008]); their quantity and their orientations which is different from the bridge view or the user's field of view [Prison and Porathe, 2007]. The information's mobility. Most of the devices onboard are put in a specific place and the data are not accessible outside this place. The lack of practice of the recreational boats owner. The maritime navigation rules are vital to sail safely but some of sailors can forget some significations and an accident may result from a wrong choice.In this thesis, we provide a mobile solution to make accessible data everywhere on the boat. Furthermore, the prototype is based on the augmented reality technology to display data in the user's field of view to reduce cognitive load. Finally, the application run on the prototype delivers only the relevant information for a safe navigation. The first part in this thesis details a user study conducted to understand the sailor's habits and their needs in order to select data to display and their graphical representation. Following this study, a needs analysis on the software and hardware has been realized. The purpose of this analysis is to list the different elements that are usable under maritime constraints (sun, fog, night, swell, mobility) in order to provide a device and a mobile application based on the augmented reality technology.The second part in this thesis reaches the prototype (architecture, display) and the software design. Both of them aim to help the sailors when the weather is bad. The technology used in this new tool is the augmented reality, more precisely an Optical see-Through system. The principle of the application run on the prototype is like a server, which provides services to the user depending on devices available onboard, while limiting the sailor's cognitive load. Indeed, the applications keeps only the useful data and display them in the user's field of view, furthermore they are superimposed on his/her direct view of the world.The last part in this thesis details the chart generator, which allows us to extract maritime data from different chart formats to adopt the 3D one used in the application. The latter is able to automate the placement of the 3D objects to build the buoyage system, landmarks, etc. This generator has been developed to recreate the danger areas such as depth areas, prohibited diving areas and so on. This has been done to satisfy user's expectations from the jet-ski to the yacht owner and the fisher man to the diver for instance.

Cette thèse se propose de situer dans le cadre du paradigme instrumental un ensemble d'études dans le domaine de la conception des artefacts embarqués pour l'automobile. L'objectif est de retrouver, dans la diversité apparente des systèmes embarqués (dits d' «aides à la conduite», de «confort», de «communication» ...) des invariants de conception susceptibles d'orienter en amont certains choix dimensionnants. <br /><br />Dans la perpective de répondre à cet objectif, le modèle instrumental propose une analyse des liens entre les trois pôles Sujet-Instrument-Objet de la situation. Sur cette base nous avons développé un modèle opératif qui met en miroir une face dite «psychologique» non directement observable, mais explicitable, et une face « comportementale » plus directement observable. L'acte instrumental se comprenant comme une articulation entre ces deux faces du même modèle.<br /><br />La première partie porte sur des artefacts de guidage. Plusieurs modalités sont comparées: Utilisation d'une carte papier, Copilotage humain, Guidage par différentes versions d'un système computationnel.<br />Les résultats indiquent que par rapport à l'usage de la carte papier, et contrairement aux hypothèses de départ, le guidage avec le système n'augmente pas les performances navigationelles du conducteur, mais diminue significativement le nombre de «situations accidentogènes» rencontrées .<br />Par ailleurs les résultats montrent aussi que dans les cas où il existe une incohérence, du point de vue du conducteur, entre les prescriptions transmises par le système et ce qu'il perçoit directement de l'environnement routier, des stratégies efficaces de régulation de l'activité sont mises en place.<br />L'application du cadre instrumental a permis d'interpréter ces résultats en termes de schèmes de gestion des compromis de l'action. Ce compromis s'est réalisé entre «prise de risque» et «performance».<br /><br />La deuxième partie élargit cette approche à l'analyse de cas d' artefacts diversifiés (commandes sur les ouvrants, sur les essuies vitres ...). Les situations analysées proviennent alors plus souvent d'entretiens relatifs à des situations d'usage d'équipements existant plutôt qu'à partir d'expérimentations ad hoc comme dans la première partie. <br />L'analyse de la réussite ou non de la conception se fait en terme de concordance entre les deux faces, psychologique et comportementale, du modèle : c'est à dire entre ce qui est attendu et ce qui est obtenu par le sujet au cours de l'activité instrumentée.<br /><br />Une recherche d'opérationnalisation a ensuite été réalisée en montrant d'une part comment l'analyse de certaines situations d'usage pouvait être généralisée pour servir à la conception d'autres artefacts qui par certains traits caractéristiques pouvaient s'apparenter à la situation étudiée, et d'autre part, par l'établissement d'une correspondance entre des critères de conception et le modèle de l'activité proposé.<br /><br />De cette recherche transparaissent deux éléments :<br />- L'analyse à partir du modèle instrumental permet bien d'identifier des invariants de conception, généralisables à une classe donnée d'artefacts.<br />- Pour cette recherche d'invariants, il peut exister une alternative à la mise en place d'expérimentations sur des prototypes ad hoc du système en cours de conception : l'analyse à partir d'entretiens sur des situations d'usage de systèmes existants.

Au cours des dernières décennies, le développement rapide de la technologie sans fil et micro-électronique a provoqué un profond impact sur notre vie quotidienne. Parallèlement à la tendance, les technologies d'assistance ont été révolutionnées en termes de miniaturisation et de portabilité. Les traditionnels encombrants systèmes de dispositifs aidés, à connexion filaire sont maintenant remplacés par d'autres plus compacts, légers et portables. Le nombre de personnes aveugles et ayant une déficience visuelle continue à faire face à de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne, en particulier dans la mobilité et la navigation. La théorie de la substitution sensorielle dans laquelle l'information obtenue d'une modalité sensorielle, peut atteindre les structures du cerveau physiologiquement par d'autres modalités sensorielles; par conséquent, il est possible pour les personnes aveugles et malvoyantes d'obtenir les informations désirées par d'autres sens. Sur la base de ces technologies et principes, nous voulons améliorer le Tongue Display Unit, un dispositif de visio-tactile lingual a été inventé par le professeur Bach-y-Rita à un, dispositif à long terme sans fil portable pour la navigation. Afin de rendre ce dispositif autonome, certaines propriétés doivent être étudiées: l'optimisation de la consommation d'énergie (à faire à long terme) et la communication sans fil efficace. Nous avons fait un examen très détaillé afin de choisir les composants optimaux et la méthode adéquate pour notre système. La conception du matériel a été effectuée en choisissant le meilleur algorithme. Le module émetteur-récepteur sans fil basé sur ZigBee contribue à réduire la consommation globale d'énergie. Notre antenne omnidirectionnelle est appropriée pour une utilisation chez les personnes aveugles qui ne peuvent pas être orientés à l'avance. Nous avons modifié tous les composants de la TDU, du matériel au logiciel, à partir du contrôleur à l'actionneur. La conception de l'ensemble d'électrodes n'est pas rectangulaire comme traditionnellement mais sous une forme ronde avec un soutien utilisé pour la direction et à la navigation. Enfin, le système a été validé par TDU fonctionnement en temps réel et testé sur les utilisateurs réels. Les performances du système en termes de design et d'énergie ont été améliorées. La communication sans fil est plus efficace et consomme moins d'énergie. Les premiers résultats sur les essais des utilisateurs montrent une assez bonne perception de notre TDU. / Over the last decades, the rapid development of wireless technology and microelectronic has caused a profound impact on our daily lives. Alongside the trend, assistive technologies have revolutionized in terms of miniaturization and wearability. The traditional bulky aided devices systems with wired connection are now replaced by the compact, lightweight and portable ones. The number of blind and visually impaired people continues to deal with many difficulties in daily lives, especially in mobility and navigation. The theory of sensory substitution in which information gained from one sensory modality can reach brain structures physiologically through other sensory modalities; therefore, it is possible for the blind and visually impaired people to get desired information via other senses. Based on these technologies and principles, we want to enhance the Tongue Display Unit, a lingual visuo-tactile device was invented by Professor Bach-y-Rita to a wireless, wearable, long-term device for navigation. In order to make such device, some properties have to be studied: optimization of energy consumption (to make it long-term) and efficient wireless communication. We made a very detailed review in order to choose the optimal components and method for our system. The hardware design was calculated and selected the best algorithm. The ZigBee-based wireless transceiver module contributes to reducing the overall power consumption. Our omnidirectional antenna is appropriate for usage in blind people who cannot orient in advance. We modified all components of the TDU, from the hardware to software, from controller to actuator. The design of the electrode array is not rectangular as traditional but in a round shape which is supportively used for direction and navigation. Lastly the TDU system was validated by real-time operation and tested on real users. The performance of the system in terms of design and energy has been improved. The wireless communication is more effective and consumes less power. The primary results on users' trials show rather good perception on our TDU.

Dans cette thèse, nous proposons la mise en place d'un système de réalité augmentée fondé sur le son 3D et la sonification, ayant pour objectif de fournir les informations nécessaires aux non- voyants pour un déplacement fiable et sûr. La conception de ce système a été abordée selon trois axes. L'utilisation de la synthèse binaurale pour générer des sons 3D est limitée par le problème de l'individualisation des HRTF. Une méthode a été mise en place pour adapter les individus aux HRTF en utilisant la plasticité du cerveau. Évaluée avec une expérience de localisation, cette méthode a permis de montrer les possibilités d'acquisition rapide d'une carte audio-spatiale virtuelle sans utiliser la vision. La sonification de données spatiales a été étudiée dans le cadre d'un système permettant la préhension d'objet dans l'espace péripersonnel. Les capacités de localisation de sources sonores réelles et virtuelles ont été étudiées avec un test de localisation. Une technique de sonification de la distance a été développée. Consistant à relier le paramètre à sonifier aux paramètres d'un effet audio, cette technique peut être appliquée à tout type de son sans nécessiter d'apprentissage supplémentaire. Une stratégie de sonification permettant de prendre en compte les préférences des utilisateurs a été mise en place. Les " morphocons " sont des icônes sonores définis par des motifs de paramètres acoustiques. Cette méthode permet la construction d'un vocabulaire sonore indépendant du son utilisé. Un test de catégorisation a montré que les sujets sont capables de reconnaître des icônes sonores sur la base d'une description morphologique indépendamment du type de son utilisé.