Ces travaux avaient pour objectif la preuve de concept et le développement d’un dispositif embarqué sur un T-shirt visant à terme à se substituer au corset afin de pouvoir améliorer la prise en charge des patients scoliotiques. Il s’agissait d’orienter les soins de la scoliose vers un traitement permettant au patient de conserver l’ensemble de sa mobilité et de rééquilibrer l’activité des muscles de son tronc. Tout d’abord, une étude clinique comparative entre sujets sains, patients scoliotiques lombaires et patients scoliotiques thoraciques a été menée afin de mettre en évidence des différences cinématiques et posturales potentiellement corrigeables, à travers l’étude de mouvements simples standardisés. Ensuite, le dispositif baptisé « kinésithérapeute embarqué » a été développé. Son but est de détecter des anomalies cinématiques ou de mauvaises postures chez le patient afin de les lui signaler pour lui permettre une autocorrection de ses défauts. Le T-shirt permet alors une mesure précise des mouvements de l’utilisateur en temps-réel et sans dispositif externe, à l’aide de centrales inertielles. Deux feedbacks ont été conçus répondant à deux utilisations différentes, l’un vibro-tactile pour une correction posturale en ambulatoire au cours de la journée, et l’autre visuel permettant d’apprendre et d’entraîner des mouvements spécifiques lors de séances de kinésithérapie à domicile. / The purpose of this thesis was the proof of concept and the development of an embedded device on a T-shirt aiming in the future to replace the brace for improving the medical care of scoliotic patients. The aim was to orient scoliosis care toward a treatment allowing a patient to keep his/her full mobility and rebalancing his trunk muscles. First, a comparative clinical study between healthy subjects, lumbar scoliotic patients and thoracic scoliotic patients was conducted in order to highlight kinematic and postural differences potentially correctable through the study of simple and standardized movements. Then, the so-called “embedded physiotherapist” device has been developed. Its aim is to detect patient’s kinematic singularities or bad postures and to alert him/her for an auto-correction of the defect. Thus, the T-shirt is able to accurately measure user’s motion in real-time and without any external device, using inertial measurement units. Two feedback have been designed for satisfying two different purposes, first a vibro-tactile one for postural corrections during the day, and a visual one allowing the user to learn and train specific motions during physiotherapy sessions at home.

Les plaies chroniques restent un problème de santé important dans le monde. La compression de la jambe inférieure est un traitement efficace dans la prévention des maladies veineuses et lymphatiques, avec des résultats qui dépendent fortement du gradient de compression appliqué de bas en haut le long de la jambe. Un outil d'aide à la pose des bandes et au contrôle du maintien des niveaux de pressions dans le temps serait donc très utile pour améliorer l'efficacité du traitement. L'objectif de cette étude est donc de développer un "système de mesure embarqué" capable de détecter les pressions de contention et d'enregistrer automatiquement leur valeur en fonction du temps, à distance et sans fil de connexion. Ceci nécessite de mettre au point un capteur de pression souple et fin et un système électronique embarqué miniaturisé qui communiquera les valeurs mesurées à une station d'enregistrement. Ce travail a été réalisé au sein du Laboratoire de recherche et de conception (LRC) d'URGO à Chenôve du Laboratoire d'Electronique, d'Informatique et d'Images (LE2I - uMR 5158) de l'Université de Bourgogne. Il s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche européen associant des partenaires industriels et universitaires (CEA-Léti, Philips, Fraunhofer, etc.).Ce projet collaboratif, intitulé STELLA (STretchable ELectronic for Large area Applications) nous a permis de bénéficier de l'aide de tous nos partenaires. L'optimisation du capteur de pression représente l'avancée majeure de ce travail de thèse. En effet, le fait d'ajouter des éléments d'une certaine dureté à l'interface entre le capteur et la peau a permis d'améliorer les caractéristiques métrologiques liées à la mesure de pression en thérapie de compression. Cette réalisation a fait l'objet d'un dépôt d'une demande de brevet (FR0950147). Nos choix pour la réalisation du prototype final ont été détaillés dans ce mémoire de thèse. Ils ont été guidés par un cahier des charges fonctionnel établi en début de projet. / Chronic wounds are a major health problem worldwide.The compression of the lower leg is an effective treatment in preventing venous and lymphatic disease, with results that depend strongly on the gradient of compression applied upward along the leg. A tool for laying tape and control the maintenance of pressure levels over time would be very useful to improve the effectiveness of treatment. The objective of this study is to develop a "board measurement system" capable of detecting pressure containment and automatically record their value over time, distance and wireless electrical connection. This requires to develop a pressure sensor thin and flexible and a miniaturized electronic system to communicate the values measured at a recording station. This work was performed at the Laboratoires Recherche et Conception (LRC) of URGO Chenôve and at the Laboratoire d'Electronique d'Informatique et d'Images (LE2I - UMR 5158) of the University of Burgundy. It is part of a European research project involving partners from industry and academia (CEA - LETI, Philips, Fraunhofer, etc.). This collaborative project, called STELLA (STretchable ELectronic for Large Area Applications) enabled us to benefit from the assistance of our partners. The optimization of the pressure sensor is the major breakthrough of this thesis. Indeed, the addition of elements of a certain hardness at the interface between the sensor and the skin has improved matrological characteristics related to the measurement of pressure in compression therapy. This achievement has been the subject of an application for a patent (FR0950147). Our choices for the realization of the final prototype were detailed in this thesis. They were guided by functional requirements established at the beginning of the project.

Cette thèse étudie la reconnaissance des émotions à partir de signaux physiologiques dans le contexte des jeux vidéo et la faisabilité de sa mise en œuvre sur un système embarqué. Les défis suivants sont abordés : la relation entre les états émotionnels et les réponses physiologiques dans le contexte du jeu, les variabilités individuelles des réponses psycho-physiologiques et les problèmes de mise en œuvre sur un système embarqué. Les contributions majeures de cette thèse sont les suivantes. Premièrement, nous construisons une base de données multimodale dans le cadre de l'Affective Gaming (DAG). Cette base de données contient plusieurs mesures concernant les modalités objectives telles que les signaux physiologiques de joueurs et des évaluations subjectives sur des phases de jeu. A l'aide de cette base, nous présentons une série d'analyses effectuées pour la détection des moments marquant émotionnellement et la classification des émotions à l'aide de diverses méthodes d'apprentissage automatique. Deuxièmement, nous étudions la variabilité individuelle de la réponse émotionnelle et proposons un modèle basé sur un groupe de joueurs déterminé par un clustering selon un ensemble de traits physiologiques pertinents. Nos travaux mettent en avant le fait que le modèle proposé, basé sur un tel groupe personnalisé, est plus performant qu'un modèle général ou qu'un modèle spécifique à un utilisateur. Troisièmement, nous appliquons la méthode proposée sur un système ARM A9 et montrons que la méthode proposée peut répondre à l'exigence de temps de calcul. / This thesis investigates physiological-based emotion recognition in a digital game context and the feasibility of implementing the model on an embedded system. The following chanllenges are addressed: the relationship between emotional states and physiological responses in the game context, individual variabilities of the pschophysiological responses and issues of implementation on an embedded system. The major contributions of this thesis are : Firstly, we construct a multi-modal Database for Affective Gaming (DAG). This database contains multiple measurements concerning objective modalities: physiological signals (ECG, EDA, EMG, Respiration), screen recording, and player's face recording, as well as subjective assessments on both game event and match level. We presented statistics of the database and run a series of analysis on issues such as emotional moment detection and emotion classification, influencing factors of the overall game experience using various machine learning methods. Secondly, we investigate the individual variability in the collected data by creating an user-specific model and analyzing the optimal feature set for each individual. We proposed a personalized group-based model created the similar user groups by using the clustering techniques based on physiological traits deduced from optimal feature set. We showed that the proposed personalized group-based model performs better than the general model and user-specific model. Thirdly, we implemente the proposed method on an ARM A9 system and showed that the proposed method can meet the requirement of computation time.

Un nouveau moteur de recherche embarqué conçu pour les objets intelligents. Ces dispositifs sont généralement équipés d'extrêmement de faible quantité de RAM et une grande capacité de stockage Flash NANAD. Pour faire face à ces contraintes matérielles contradictoires, les moteurs de recherche classique privilégient soit la scalabilité en insertion ou la scalabilité en requête, et ne peut pas répondre à ces deux exigences en même temps. En outre, très peu de solutions prennent en charge les suppressions de documents et mises à jour dans ce contexte. nous avons introduit trois principes de conception, à savoir y Write-Once Partitioning, Linear Pipelining and Background Linear Merging, et montrent comment ils peuvent être combinés pour produire un moteur de recherche intégré concilier un niveau élevé d'insertion / de suppression / et des mises à jour. Nous avons mis en place notre moteur de recherche sur une Board de développement ayant un représentant de configuration matérielle pour les objets intelligents et avons mené de vastes expériences en utilisant deux ensembles de données représentatives. Le dispositif expérimental résultats démontrent la scalabilité de l'approche et sa supériorité par rapport à l'état des procédés de l'art. / A new embedded search engine designed for smart objects. Such devices are generally equipped with extremely low RAM and large Flash storage capacity. To tackle these conflicting hardware constraints, conventional search engines privilege either insertion or query scalability but cannot meet both requirements at the same time. Moreover, very few solutions support document deletions and updates in this context. we introduce three design principles, namely Write-Once Partitioning, Linear Pipelining and Background Linear Merging, and show how they can be combined to produce an embedded search engine reconciling high insert/delete/update rate and query scalability. We have implemented our search engine on a development board having a hardware configuration representative for smart objects and have conducted extensive experiments using two representative datasets. The experimental results demonstrate the scalability of the approach and its superiority compared to state of the art methods.

Les cameras intelligentes, ou Smart Cameras, sont des systèmes embarqués de vision artificielle. Ces systèmes se différencient des caméras "communes" par leur capacité à analyser les images, afin d'en extraire des informations pertinentes sur la scène observée, et ceci de féçon autonome grâce à des dispositifs embarqués de calcul. Les applications pratiques de ce type de système sont nombreuses (vidéo-surveillance, vision industrielle, véhicules autonomes, etc.), mais leur implémentation est assez complexe, et demande un haut degré d'expertise et des temps de développement élevés. Les travaux présentés dans cette thèse s'adressent à cette problématisue, et proposent une méthodologie d'implémentation permettant de simplifier le développement d'applications au sein des plateformes Smart Camera basées sur un dispositif FPGA. Cette méthodologie s'appuie d'une part sur l'instanciation au sein du FPGA d'un processeur "soft-core" taillé sur mesure, et d'autre part sur un flot de design à deux niveaux, permettant ainsi de traiter séparément les aspects matériels liés à la plateforme et les aspects algorithmiques liés à l'application

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans la société moderne, le stress s’avère un problème omniprésent. Un stress permanent peut entraîner divers problèmes mentaux et physiques notamment pour des personnes confrontées à des situations d'urgence comme par exemple des pompiers en intervention: il peut modifier leurs actions et les mettre en danger. Par conséquent, dans ce contexte, il est pertinent de chercher à évaluer le stress de la personne. Sur la base de cette idée, a été proposé le projet Psypocket qui vise à concevoir un système portable capable d'analyser précisément l'état de stress d'une personne en fonction de ses modifications physiologiques, psychologiques et comportementales, puis de proposer des solutions de rétroaction pour réguler cet état. Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet Psypocket. Nous y discutons de la faisabilité et de l'intérêt de la reconnaissance du stress à partir de données hétérogènes. Non seulement les signaux physiologiques, tels que l'électrocardiographie (ECG), l'élecchtromyographie (EMG) et l'activité électrodermale (EDA), mais aussi le temps de réaction (RT) sont adoptés pour discriminer différents états de stress d'une personne. Pour cela nous proposons une approche basée sur un classifieur SVM (Machine à Vecteurs de Support). Les résultats obtenus montrent que le temps de réaction peut-être un moyen d’estimation du niveau de stress de l’individu en complément ou non des signaux physiologiques. En outre, nous discutons de la faisabilité d'un système embarqué à même de réaliser la chaîne globale de traitement des signaux. Cette thèse contribue donc à la conception d’un système portable de reconnaissance du stress d'une personne en temps réel en adoptant des données hétérogènes, en l’occurrence les signaux physiologiques et le temps de réaction / In modern society, the stress of an individual has been found to be a common problem. Continuous stress can lead to various mental and physical problems and especially for the people who always face emergency situations (e.g., fireman): it may alter their actions and put them in danger. Therefore, it is meaningful to provide the assessment of the stress of an individual. Based on this idea, the Psypocket project is proposed which is aimed at making a portable system able to analyze accurately the stress state of an individual based on his physiological, psychological and behavioural modifications. It should then offer solutions for feedback to regulate this state.The research of this thesis is an essential part of the Psypocket project. In this thesis, we discuss the feasibility and the interest of stress recognition from heterogeneous data. Not only physiological signals, such as Electrocardiography (ECG), Electromyography (EMG) and Electrodermal activity (EDA), but also reaction time (RT) are adopted to recognize different stress states of an individual. For the stress recognition, we propose an approach based on a SVM classifier (Support Vector Machine). The results obtained show that the reaction time can be used to estimate the level of stress of an individual in addition or not to the physiological signals. Besides, we discuss the feasibility of an embedded system which would realize the complete data processing. Therefore, the study of this thesis can contribute to make a portable system to recognize the stress of an individual in real time by adopting heterogeneous data like physiological signals and RT

Le travail présenté dans ce mémoire concerne une méthode de conception sûre de systèmes(COTS). Un COTS est un composant matériel ou logiciel générique qui est naturellement conçu pour être réutilisable et cela se traduit par une forme de flexibilité dans la mise en oeuvre de sa fonctionnalité : en clair, une même fonction peut être réalisée par un ensemble (potentiellement infini) de scénarios différents, tous réalisables par le COTS. La complexité grandissante des fonctions implémentées fait que ces situations sont très difficiles à anticiper d’une part, et encore plus difficiles à éviter par un codage correct. Réaliser manuellement une fonction composite correcte sur un système de taille industrielle, s’avère être très coûteuse. Elle nécessite une connaissance approfondie du comportement des COTS assemblés. Or cette connaissance est souvent manquante, vu qu’il s’agit de composants acquis, ou développés par un tiers, et dont la documentation porte sur la description de leur fonction et non sur sa mise en IJuvre. Par ailleurs, il arrive souvent que la correction manuelle d’une faute engendre une ou plusieurs autres fautes, provoquant un cercle vicieux difficile à maîtriser. En plus, le fait de modifier le code d’un composant diminue l’avantage lié à sa réutilisation. C’est dans ce contexte que nous proposons l’utilisation de la technique de synthèse du contrôleur discret (SCD) pour générer automatiquement du code de contrôle commande correct par construction. Cette technique produit des composants, nommés contrôleurs, qui agissent en contraignant le comportement d’un (ou d’un assemblage de) COTS afin de garantir si possible la satisfaction d’une exigence fonctionnelle. La méthode que nous proposons possède plusieurs étapes de conception. La première étape concerne la formalisation des COTS et des propriété de sûreté et de vivacité (P) en modèles automate à états et/ou en logique temporelle. L’étape suivante concerne la vérification formelle du modèle d’un(des) COTS pour l’ensemble des propriétés (P). Cette étape découvrir les états de violation des propriétés (P) appelés états d’erreur. La troisième étape concerne la correction automatique des erreurs détectées en utilisant la technique SCD. Dans cette étape génère on génère un composant correcteur qui sera assemblé au(x) COTS original(aux) pour que leur comportement général respecte les propriétés souhaitées. L’étape suivante concerne la vérification du système contrôlé pour un ensemble de propriétés de vivacité pour assurer la passivité du contrôleur et la vivacité du système. En fin, une étape de simulation est proposée pour observer le comportement du système pour quelque scénarios intéressent par rapport à son implémentation finale. / This PhD dissertation contributes to the safe design of COTS-based control-command embedded systems. Due to design constraints bounding delays, costs and engineering resources, component re-usability has become a key issue in embedded design. Our proposal is a design method which ensures correction of COTS-based designs. This method uses in synergy a number of design techniques and tools. It starts from modeling of the COTS components which are stored in a generic COTS library, and ends with a design of the global control-command system, verified to be free of errors and ready to be implemented over a hardware chip such as an ASIC or an FPGA "Field Programmable Gate Array". The designer starts by modeling the temporal and logical local preconditions and postconditions of each COTS component, then the global pre/post conditions of the assembly which are not necessary a simple combination of local properties. He models also a list of properties that must be satisfied by the assembly. Any violation of these properties is defined as a design error. Then, by using the model checking approach the model of the assembly is verified against the predefined local and global properties. Some design errors can be corrected automatically through the Discrete Controller Synthesis method (DCS), others however must be manually corrected. After the correction step, the controlled control-command system is verified. Finally a global simulation step is proposed in order to perform a system-level verification beyond the capabilities of available formal tools. We apply the method on two different systems, one concerns transferring data from senders to receivers through FIFO unit, the other is controlcommand system of a train passengers’ access.

Dans un souci d’amélioration des conditions de sécurité routière, l’union Européenne s’est fixée comme objectif de réduire le nombre de décès sur les routes. Le projet Européen ASSET aspire à l’amélioration de la sécurité et de la protection des conducteurs, des engins roulants ainsi que des infrastructures routières. Notre travail de thèse s’inscrit pleinement dans le cadre du projet ASSET et a pour application le développement d’outils théoriques et pratiques intégrant un véhicule lambda pour l’amélioration de la sécurité routière. L’objectif de la thèse est de réaliser ou d’utiliser les bus de communication de terrain au sein du véhicule, permettant à ce dernier de communiquer avec tous ses organes et de récolter des informations importantes qui seront dans un deuxième temps communiquées en liaison sans fil aux autres véhicules (ou à une centrale) afin de renseigner sur l’état du véhicule ou de la route. Nous proposons un système ubiquitaire intelligent nommé PCAN (Pervasif Controller Area Network), qui aspire à être un système embarqué automatique et intelligent dans un véhicule pour améliorer la sécurité routière et le confort de conduite. Concrètement, ce système PCAN permet de recueillir des informations contextuelles sur l'environnement extérieur et intérieur du véhicule et aussi de communiquer en liaison sans fil avec d'autres systèmes externes. Lesystème est composé d'un bus CAN ouvert, d'un système de communication sans fil et d'un ordinateur embarqué. Le bus CAN ouvert est composé de nœuds permettant l'ajout direct de différents capteurs ou actionneurs. Deux différents ordinateurs embarqués ont été utilisés : Le CompactRio et un ordinateur portable. Grâce à ces derniers, des modules de communication sans fil ont été utilisés permettant l'échange des données par Wi-Fi, ZigBee et GPRS. Toutes les informations collectées peuvent être affichées au conducteur grâce à un écran tactile.Le système PCAN est implémenté dans un véhicule Citroën C4. Sur la base de ce véhicule intelligent, nous avons développé des scénarios et applications afin d'améliorer la sécurité routière et le confort de conduite. Une application de l'avertissement de l'ABS est développée et testée expérimentalement pour deux scénarios : un avertissement par V2V direct et un avertissement par V2I ou V2V indirect. Concernant l'avertissement V2V en communication ZigBee, une application de la localisation de véhicule en détresse est proposée grâce à une modélisation mathématique de la distance en fonction de la qualité du signal. Par ailleurs, un algorithme d’optimisation est réalisé pour rechercher la station de service (ou le point de recharge dans le cas d’un véhicule électrique) optimale en fonction de différents critères.Le système PCAN peut recueillir des informations contextuelles sur le véhicule et son environnement, il peut également établir des communications sans fil. Ces fonctionnalités sont enrichies par la possibilité d'effectuer le contrôle/commande de certains composants du véhicule raccordés au PCAN. Nous utilisons le système PCAN afin de contrôler et de commander à distance un actionneur mécatronique du véhicule. La méthode de commande est basée sur une association originale d'un PID avec un régulateur à base de Logique Floue (LF). / In order to improve road safety conditions, the European Union has set itself the objective of reducing the number of road deaths. The European ASSET project aims to improve the safety and protection of drivers, rolling stock and road infrastructure. Our thesis work is fully in line with the ASSET project and aims to develop theoretical and practical tools integrating a lambda vehicle for improving road safety. The objective of the thesis is to develop or use field communication buses within the vehicle, allowing the vehicle to communicate with all its components and collect important information that will then be communicated wirelessly to other vehicles (or to a central office) to provide information on the condition of the vehicle or road. We propose an intelligent ubiquitous system called PCAN (Pervasif Controller Area Network), which aims to be an automatic and intelligent embedded system in a vehicle to improve road safety and driving comfort. In practical terms, this PCAN system makes it possible to collect contextual information on the vehicle's external and internal environment and also to communicate wirelessly with other external systems. The system consists of an open CAN bus, a wireless communication system and an embedded computer. The open CAN bus consists of nodes that allow the direct addition of different sensors or actuators. Two different embedded computers were used: The CompactRio and a laptop computer. Thanks to the latter, wireless communication modules were used to exchange data via Wi-Fi, ZigBee and GPRS. All the information collected can be displayed to the driver via a touch screen and the PCAN system is implemented in a Citroën C4 vehicle. On the basis of this intelligent vehicle, we have developed scenarios and applications to improve road safety and driving comfort. An application of the ABS warning is developed and tested experimentally for two scenarios: a direct V2V warning and a V2I or indirect V2V warning. Concerning the V2V warning in ZigBee communication, an application of vehicle location in distress is proposed thanks to a mathematical modeling of the distance as a function of the signal quality. In addition, an optimization algorithm is used to search for the optimal filling station (or charging point in the case of an electric vehicle) according to different criteria. PCAN can collect contextual information about the vehicle and its environment, it can also establish wireless communications. These functionalities are enhanced by the possibility of carrying out the control/command of certain vehicle components connected to PCAN. We use the PCAN system to remotely control and command a mechatronic actuator in the vehicle. The control method is based on an original association of a PID with a Fuzzy Logic (LF) controller.Translated with www.DeepL.com/Translator

La méthode de mesures par PIV (Particle Image Velocimetry) est une technique pour mesurer un champ de vitesse de manière non intrusive et multipoints. Cette technique utilise l'algorithme de corrélation entre deux images consécutives pour déterminer les vecteurs vitesse. La quantité de calcul requis par cette méthode limite son usage à des traitements en temps différé sur ordinateur. Les performances des ordinateurs demeurent insuffisantes pour ce type d'applications sous contrainte temps réel sur des cadences de données élevés. Au vu de ces besoins, la définition et la conception d'architectures dédiées semblent être une solution adéquate pour atteindre le temps réel. L'évolution des niveaux d'intégration permet le développement des structures dédiées au traitement d'images en temps réel à bas prix. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à la conception d'une architecture de type SoC (System on-Chip) dédiée aux mesures de paramètres physiques par traitement d'images en temps réel. C'est une architecture hiérarchique et modulaire dédiée à des applications de type flot de données d'entrée dominant. Cette description hiérarchique permet la modification du nombre et/ou de la nature de ces éléments sans modifier profondément l'architecture. Pour le calcul d'une mesure, il faut 267 s avec un FPGA à 50 MHz. Pour estimer les performances du système, un imageur CMOS a été connecté directement au FPGA. Les avantages de ce prototype sont de réduire au minimum le mouvement de grands ensembles de données ainsi que la latence en commençant à traiter des données avant leur complète acquisition.