Brevet FR2984511A1 — publié le 20130621

Système et procédé de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé L'invention porte sur un système et un procédé de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, à partir de signaux représentatifs du mouvement de l'être animé, tel un humain ou un robot mobile. Une activité stationnaire se définit par des caractéristiques statistiques de l'activité invariantes par translation dans le temps, tels les moments d'ordre k, et plus particulièrement les moments d'ordre 1 (par exemple une moyenne) et les moments d'ordre 2 (par exemple une corrélation)). En guise d'exemples d'activités stationnaires, nous pouvons citer, de façon non exhaustive, les activités suivantes : course à pied, natation, équitation, musculation...Ces activités présentent en effet des phases stationnaires pendant lesquelles les caractéristiques statistiques restent invariantes dans le temps. Elles peuvent toutefois être entrecoupées de phases dites transitoires pendant lesquelles l'être animé change son activité. Une phase transitoire correspond à un état durant lequel l'activité stationnaire de l'être animé est perturbée, et durant lequel il y a une modification des propriétés statistiques. Une phase transitoire peut apparaitre sous différentes formes, par exemple sous la forme d'un obstacle à surmonter (des haies à sauter durant un sprint ou des obstacles à sauter durant une séance d'équitation), d'un changement de direction ou de cap de l'être animé (changement de sens lors d'une série de longueurs effectuée par un nageur ou un coureur à pied), ou d'un bref changement d'activité envisagé par l'être animé pour entrecouper son activité stationnaire (série de flexions/extensions durant un footing). Il est ainsi possible de retrouver différentes phases transitoires au sein de la même activité stationnaire. Citons pour exemple une séance de footing en lignes droites entrecoupée de flexions/extensions et marquée par des changements de direction à la fin de chaque ligne droite. Il est intéressant de pouvoir fournir à l'acteur de l'activité des informations sur cette activité, d'une manière automatique et objective, en détectant et en comptant le nombre d'occurrences d'événements dans son activité. Ainsi, la détection et le comptage des phases transitoires dans une activité peuvent constituer une information pertinente pour l'acteur de l'activité. La demande de brevet américain US 4932045 porte sur un système qui assure le comptage des longueurs mais avec une intervention manuelle du nageur. Le compteur, fixé sur la main ou au pied du nageur, doit subir un appui contre la paroi de la piscine lors de chaque retournement du nageur afin de s'incrémenter d'une unité. Ce dispositif peut perturber la nage de l'athlète. La demande de brevet américain US 2007/0293374 Al divulgue un système permettant de compter automatiquement les longueurs d'un nageur sans l'intervention manuelle de celui-ci. Le compteur d'allers-retours comprend un boitier, des moyens de fixation du boitier sur le nageur, un capteur compas interne au boîtier pour fournir un signal de sortie qui change au moment du retournement du nageur (i.e. en fonction de la direction aller ou retour du nageur dans la piscine) et un processeur programmé pour détecter dans le signal de sortie du capteur le changement de direction du nageur et compter le nombre d'allers-retours du nageur. Un tel système comporte un certain nombre d'erreurs de détection de retournements. Un but de l'invention est de proposer un système et un procédé de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, permettant notamment d'améliorer les performances de détection du système en diminuant le nombre de fausses détections et de non détections, sans en augmenter le coût de calcul. Aussi, il est proposé, selon un aspect de l'invention, un système de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, comprenant des moyens de détermination de signaux représentatifs du mouvement dudit être animé selon au moins une voie, des moyens de calcul d'un signal résultant représentatif d'un lien statistique entre des échantillons desdits signaux représentatifs dudit mouvement appartenant respectivement à au moins deux fenêtres glissantes, temporellement décalées, et des moyens de détection d'une phase transitoire à partir dudit signal résultant. Les moyens de détermination des signaux représentatifs du mouvement, peuvent être constitués de capteurs de mouvement portés par l'être animé, par exemple des capteurs de types accéléromètres, magnétomètres, ou gyromètres. Il est également possible d'utiliser des moyens qui équipent l'environnement dans lequel sont effectués les mouvements. Par exemple des moyens de capture du mouvement optiques, électromagnétiques. Un tel système permet, à coût réduit de détecter au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé. Selon un mode de réalisation, le système comprend des moyens de filtrage desdits signaux représentatifs dudit mouvement en amont desdits moyens de calcul. Les moyens de filtrage permettent de sélectionner, au sein desdits signaux représentatifs dudit mouvement, les composantes spectrales d'intérêt et de focaliser le traitement qui suit sur les composantes spectrales majoritairement représentatives de la rupture de stationnarité. Par exemple, lesdites fenêtres glissantes se recouvrent partiellement. Ainsi, l'évolution temporelle du lien statistique entre les échantillons issus desdites fenêtres glissantes pourra être calculée plus précisément que lorsque le recouvrement est nul. Ceci permettra au final une détection plus précise des phases transitoires. En outre, lesdites fenêtres glissantes peuvent être de même taille. Ainsi, le calcul du lien statistique est simplifié car il est réalisé sans ajout ou suppression d'échantillons au sein desdites fenêtres coulissantes. Dans un mode de réalisation, les fenêtres glissantes ordonnées temporellement et respectivement indicées de 1 à F, sont temporellement espacées de manière à respecter la relation suivante : Ti +DF S dans laquelle: T1 représente la durée de la première fenêtre indicée 1, DF représente le décalage entre la première fenêtre indicée 1 et la dernière fenêtre indicée F, et S correspond à une durée minimale de l'activité stationnaire entre deux phases transitoires successives. Ainsi, il existe au moins un instant entre deux phases transitoires successives, pour lequel le lien statistique est calculé à partir d'échantillons provenant tous de la même phase stationnaire. A ces instants, l'amplitude du signal résultant, représentatif du lien statistique, sera minimale et pourra être exploitée pour identifier et séparer les différents types de phases. Selon un mode de réalisation, lorsque lesdits signaux représentatifs du mouvement sont déterminés selon au moins deux voies de mesure, le système comprend des moyens de fusion des composantes selon chaque voie dudit signal résultant. Ainsi, il est possible d'augmenter les performances de détection de la phase transitoire, en multipliant les mesures du mouvement et ainsi en augmentant la probabilité que les mesures soient porteuses de la rupture statistique due à la phase transitoire du mouvement. Les moyens de fusion permettent ensuite de se ramener au cas à une composante en fusionnant l'information utile issue de toutes les voies de mesures. Par exemple, lesdits moyens de fusion peuvent être adaptés pour calculer la somme des composantes selon chaque voie dudit signal résultant. Il est ainsi possible de condenser l'information à moindre coût. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de détection sont adaptés pour : - détecter une première phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion devient supérieur à un premier seuil ; et - détecter une autre phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion, depuis la dernière détection d'une phase transitoire, a été inférieur à un deuxième seuil puis est supérieur audit premier seuil ; ledit deuxième seuil étant inférieur audit premier seuil. Il est ainsi possible de détecter une série de phases transitoires dans l'activité stationnaire. Selon un mode de réalisation, le système comprend des moyens de différenciation adaptés pour effectuer une différence entre deux instants desdits signaux représentatifs du mouvement, et des moyens de détermination de la composante d'énergie maximale des signaux différenciés, lesdits moyens de détection étant adaptés pour détecter une autre phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsqu'en outre le signe de ladite composante maximale, lorsque le signal fusionné est supérieur audit premier seuil, est l'opposé du signe de ladite composante maximale lors de la détection précédente. La précision de détection est ainsi améliorée. En outre, le système peut comprendre des moyens de comptage du nombre de phases transitoires. Ainsi, en plus de détecter les phases transitoires, le système peut les compter et aussi fournir l'instant d'occurrence de la phase transitoire dans le temps. En outre, le système peut comprendre des moyens de chronométrage des phases transitoires et/ou stationnaires. De nombreux coureurs à pieds désirent connaître le nombre de sprints effectués lors d'une séance de fractionné (série de sprints réalisés sur une distance ou un temps fixe et entrecoupés par de brefs plages de repos sous la forme de trottinements). En général, le coureur se fixe à l'avance un nombre de sprints à atteindre pour valider sa séance d'entrainement. Or, il n'est pas toujours facile d'effectuer cet exercice physique tout en comptant mentalement le nombre de sprints effectués. Le fait de disposer d'un système qui détecte et compte automatiquement les phases transitoires (correspondant en l'espèce les phases de trottinements) qui entrecoupent les sprints permet au coureur d'améliorer les conditions dans lesquelles se déroulent ses entrainements. Dans un mode de réalisation, lesdits moyens de détection sont adaptés pour détecter des demi-tours d'une personne, entre deux parcours de sens opposés d'une ligne droite, ou pour détecter des changements de direction d'une personne sur un parcours comportant une série de lignes droites. Selon un mode de réalisation, muni d'un boîtier étanche comprenant lesdits moyens de détermination des signaux représentatifs du mouvement d'un nageur et des moyens de fixation pour lier solidairement ledit boîtier à une partie du corps dudit nageur, ladite activité stationnaire étant la nage d'une longueur de piscine et la phase transitoire étant un demi-tour. Par exemple, lesdits moyens de comptage sont adaptés pour compter les allers-retours d'un nageur dans une piscine. En effet, de nombreux nageurs désirent pouvoir évaluer précisément la distance qu'ils ont parcourue lors d'une séance de natation. En général, la longueur effectuée est connue du pratiquant et correspond pour lui à une distance renseignée. Toutefois, le fait de devoir compter le nombre de longueurs ou d'allers-retours est fastidieux, comporte un risque d'erreur non négligeable et pour un nageur de bon niveau peut le perturber et limiter sa performance. Un procédé de comptage des phases transitoires (ici, les retournements du nageur) qui interviennent entre chaque longueur permet de résoudre ces problèmes. En outre, en plus du comptage automatique du nombre de longueurs effectuées, l'invention permet de fournir l'instant de chaque retournement et permet ainsi d'enrichir les informations de comptages fournies au nageur. Par exemple, ledit calcul du lien statistique comprend une fonction de la covariance. Selon un autre aspect de l'invention, il est également proposé un procédé de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, dans lequel on détermine des signaux représentatifs du mouvement dudit être animé selon au moins un axe, et on calcule un signal résultant représentatif d'un lien statistique entre des échantillons de signaux représentatifs dudit mouvement appartenant respectivement à au moins deux fenêtres glissantes, temporellement décalées. L'invention sera mieux comprise à l'étude de quelques modes de réalisation décrits à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés sur lesquels : - les figures 1 à 5 illustrent schématiquement des modes de réalisation d'un système, selon un aspect de l'invention ; et - les figures 6 à 13 illustrent des signaux correspondant aux traitements mis en oeuvre par le système de la figure 4, selon un aspect de l'invention. Sur la figure 1, le système de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, selon un aspect de l'invention, comprend un module de détermination DETER de signaux représentatifs du mouvement dudit être animé selon au moins un axe, un module de calcul CALC d'un signal résultant représentatif d'un lien statistique entre des échantillons desdits signaux représentatifs dudit mouvement appartenant respectivement à au moins deux fenêtres glissantes, temporellement décalées, et un module de détection DETEC d'une phase transitoire à partir dudit signal résultant. Un module de filtrage optionnel FILT desdits signaux représentatifs dudit mouvement en amont desdits moyens de calcul, comme représenté sur la figure 2. Par exemple, les fenêtres glissantes peuvent se recouvrir partiellement, et/ou être de même taille. En outre, les fenêtres glissantes ordonnées temporellement et respectivement indicées de 1 à F, sont temporellement espacées de manière à respecter la relation suivante : Ti +DF S dans laquelle: T1 représente la durée de la première fenêtre indicée 1, DF représente le décalage entre la première fenêtre indicée 1 et la dernière fenêtre indicée F, et S correspond à une durée minimale de l'activité stationnaire entre deux phases transitoires successives. En outre, comme illustré sur la figure 3, le système peut comprendre un module de fusion FUS des composantes selon chaque voie dudit signal résultant, par exemple adapté pour calculer la somme des composantes selon chaque voie dudit signal résultant. En outre, le module de détection DETEC peut être adapté pour : - détecter une première phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion FUS devient supérieur à un premier seuil Seuil_1 ; et - détecter une autre phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion FUS, depuis la dernière détection d'une phase transitoire, a été inférieur à un deuxième seuil Seuil_2 puis est supérieur audit premier seuil Seuil_1 ; ledit deuxième seuil Seuil_2 étant inférieur audit premier seuil Seuil_1. Lesdits seuils Seuil_1 et Seuil_2 dépendent de la plage de mesure du ou des capteurs qui ont servi à acquérir lesdits signaux représentatifs du mouvement, et/ou sont fixés par apprentissage à partir d'une base de signaux de mouvements enregistrés par le ou les capteurs. En outre, le système peut comprendre un module de comptage CPT du nombre de phases transitoires, comme illustré sur la figure 4. Le module de détection DETEC peut être adapté pour détecter des demi-tours d'une personne, entre deux traversées de sens opposés d'une ligne droite. Par exemple, le système peut comprendre un boîtier étanche comprenant les moyens de détermination DETER des signaux représentatifs du mouvement d'un nageur et des éléments de fixations pour lier solidairement le boîtier à une partie du corps du nageur, ladite activité stationnaire étant la nage d'une longueur de piscine et la phase transitoire étant un demi-tour. Le module de comptage CPT peut être adapté pour compter les allers-retours d'un nageur dans une piscine. Aussi, le module de comptage peut en déduire le nombre de longueurs parcourues, donc la distance nagée. Il peut en outre fournir les instants correspondant aux demi-tours détectés. On pourra en déduire une vitesse moyenne de nage, par exemple, sur une ou plusieurs longueurs. Le calcul du lien statistique peut, par exemple, comprendre une fonction de la covariance. En outre, comme illustré sur la figure 5, le système peut comprendre un module de différenciation DIFF adapté pour effectuer une différence entre deux instants t et t+At (avec At N (respectivement Ti seuill et que l'amplitude du signal soit redescendu en-dessous d'une deuxième valeur de seuil seuil2 entre les instants T et T+1. En pratique seui11>seuil2 comme illustré sur la figure 12. Les valeurs des seuils sont par exemple définies par un apprentissage sur une base de données annotées. Les étoiles noires sur la figure 12 représentent les instants réels des demi-tours du sprinteur ou du nageur tandis que les carrés indiquent les instants des demi-tours détectés automatiquement par le système. Les traits horizontaux symbolisent respectivement les seuils seuil1 et seuil2. Les performances de détection des phases transitoires par le système peuvent être améliorées en ajoutant une contrainte supplémentaire au moment de la prise de décision, par exemple en faisant intervenir le signe de la composante principale (composante d'énergie la plus élevée) du signal filtré, différencié entre les instants t et t-nt, comme illustré sur la figure 13 : MFD,(t)= MF,(t)- MF,(t - At), At e {x, Y, z} At étant du même ordre de grandeur que la taille L de la fenêtre qui assure le calcul de moyenne. Sur la figure, le signal à trois composantes filtré et différencié a pour composante maximale, la composante z, qui change de signe à chaque demi-tour. En plus des conditions sur l'amplitude du signal MFC décrites précédemment, un retournement peut être détecté si le signe de la composante maximale au moment du dépassement du premier seuil seuil1 par MFC est différent du signe de cette même composante lors du retournement précédent. Cette contrainte supplémentaire permet de diminuer le nombre de fausses détections des phases transitoires mais nécessite en contrepartie de différencier le signal MF ce qui sinon n'est pas nécessaire dans la chaîne de traitement proposée. Il est à noter que l'utilisation de ce signe, même si elle améliore les résultats, est totalement facultative et ne modifie en rien les calculs de la chaîne de traitements. REVENDICATIONS1. Système de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détermination (DETER) de signaux représentatifs du mouvement dudit être animé selon au moins une voie, des moyens de calcul (CALC) d'un signal résultant représentatif d'un lien statistique entre des échantillons desdits signaux représentatifs dudit mouvement appartenant respectivement à au moins deux fenêtres glissantes, temporellement décalées, et des moyens de détection (DETEC) d'une phase transitoire à partir dudit signal résultant. 2. Système selon la revendication 1, comprenant des moyens de filtrage (FILT) desdits signaux représentatifs dudit mouvement en amont desdits moyens de calcul. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites fenêtres glissantes se recouvrent partiellement. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites fenêtres glissantes sont de même taille. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les fenêtres glissantes ordonnées temporellement et respectivement indicées de 1 à F, sont temporellement espacées de manière à respecter la relation suivante : Ti +DF S dans laquelle: T1 représente la durée de la première fenêtre indicée 1, DF représente le décalage entre la première fenêtre indicée 1 et la dernière fenêtre indicée F, et S correspond à une durée minimale de l'activité stationnaire entre deux phases transitoires successives. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, lorsque lesdits signaux représentatifs du mouvement sont déterminés selon au moins deux voies de mesure, le système comprend des moyens de fusion (FUS) des composantes selon chaque voie dudit signal résultant. 7. Système selon la revendication 6, dans lequel lesdits moyens de fusion (FUS) sont adaptés pour calculer la somme des composantes selon chaque voie dudit signal résultant. 8. Système selon la revendication 7, dans lequel lesdits moyens de détection (DETEC) sont adaptés pour : - détecter une première phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion devient supérieur à un premier seuil (Seuil_1) ; et - détecter une autre phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsque le signal résultant selon une voie unique ou le signal fusionné de sortie des moyens de fusion (FUS), depuis la dernière détection d'une phase transitoire, a été inférieur à un deuxième seuil (Seuil_2) puis est supérieur audit premier seuil (Seuil_1) ; ledit deuxième seuil (Seuil_2) étant inférieur audit premier seuil (Seuil_1). 9. Système selon la revendication 8 comprenant des moyens de différenciation (DIFF) adaptés pour effectuer une différence entre deux instants desdits signaux représentatifs du mouvement, et des moyens de détermination (DET _CEM) de la composante d'énergie maximale des signaux différenciés, lesdits moyens de détection (DETEC) étant adaptés pour détecter une autre phase transitoire dans l'activité stationnaire lorsqu'en outre le signe de ladite composante maximale, lorsque le signal fusionné est supérieur audit premier seuil (Seuil_1), est l'opposé du signe de ladite composante maximale lors de la détection précédente. 10. Système selon l'une des revendications précédentes, et comprenant des moyens de comptage (CPT) du nombre de phases transitoires. 11. Système selon l'une des revendications précédentes, et comprenant des moyens de chronométrage (CHR) des phases transitoires et/ou stationnaires. 12. Système selon la revendication 10 ou 11, dans lequel lesdits moyens de détection (DETEC) sont adaptés pour détecter des demi-tours d'une personne, entre deux traversées de sens opposés d'une ligne droite, ou pour détecter des changements de direction d'une personne sur un parcours comportant une série de lignes droites. 13. Système selon l'une des revendication précédentes, muni d'un boîtier étanche comprenant lesdits moyens de détermination (DETER) des signaux représentatifs du mouvement d'un nageur et de moyens de fixation pour lier solidairement ledit boîtier à une partie du corps dudit nageur, ladite activité stationnaire étant la nage d'une longueur de piscine et la phase transitoire étant un demi-tour. 14. Système selon la revendication 12, dans lequel lesdits moyens de comptage sont adaptés pour compter les allers-retours d'un nageur dans une piscine. 15. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit calcul du lien statistique comprend une fonction de la covariance. 16. Procédé de détection d'au moins une phase transitoire dans une activité stationnaire d'un être animé, dans lequel on détermine des signaux représentatifs du mouvement dudit être animé selon au moins une voie, et on calcule un signal résultant représentatif d'un lien statistique entre des échantillons desdits signaux représentatifs dudit mouvement appartenant respectivement à au moins deux fenêtres glissantes, temporellement décalées.