La méthode PDR nécessite l’estimation de deux paramètres, dont l’un est la longueur de pas. La méthode d’estimation de la longueur de pas utilisée dans ce travail et introduite dans cette partie est basée sur les travaux présentés dans [RENAUDINet collab., 2012a]. On distingue prin-cipalement quatre étapes : une étape de pré-traitement des données, une étape d’analyse de la démarche, une étape de détection de pas et enfin une étape d’estimation de la longueur de pas.
5.3.1 Pré-traitement des données
Cette approche est basée sur l’utilisation de capteurs inertiels (accéléromètres et gyromètres). Les données issues de ces capteurs sont exprimées dans le repère Body. Durant la marche avec un capteur tenu en main, l’orientation du capteur change en permanence. Ainsi, afin d’éviter de traiter ces changements d’orientation, la méthode utilise la norme des valeurs d’accélération et de vitesse angulaire.
Un filtrage des données est réalisé à l’aide d’un filtre passe-bas, avec une fréquence de coupure de 15 Hz afin de supprimer toutes les fréquences qui ne sont pas liées à la marche humaine. La composante en fréquence nulle est également retirée. Pour cela, la moyenne locale du signal est retirée grâce à l’utilisation d’une fenêtre glissante.
5.3.2 Classification de la démarche
Différentes classes de démarche sont mises en place et prises en compte par la méthode. Dans ce projet, on distingue ainsi quatre possibilités en fonction du mouvement de la main :
• Le mode "Texting" désigne une marche avec un capteur tenu en main de façon stable, de façon à ce que l’utilisateur puisse lire un élément affiché sur celui-ci. L’attention et le regard de l’utilisateur sont alors fixés sur l’objet.
• Le mode "Swinging" désigne une marche dans laquelle les bras de l’utilisateur effec-tuent un mouvement de balancier naturel. Il s’agit d’une marche sans contrainte. • Le mode "Static" représente une phase ou l’utilisateur est à l’arrêt.
• Le mode "Irregular" représente une phase ou la main effectue des mouvements per-turbateurs non liés à la marche.
Les modes "Texting" et "Swinging" sont illustrés sur la Figure 5.3. La reconnaissance du mode de déplacement est réalisée en trois étapes sous la forme d’un arbre décisionnel. Les signaux étu-diés (norme de l’accélération et norme de la vitesse angulaire) sont utilisés sous la forme d’échan-tillons temporels de 2,56 secondes mis en place avec un recouvrement de 50%. La première étape
FIGURE5.3 – Illustrations des modes "Texting" et "Swinging".
est réalisée par une analyse dans le domaine temporel de l’énergie du signal Es:
Es= 1 N N−1 X n=0 s2 (5.1)
Où s est le signal étudié et N la taille de la fenêtre d’analyse. Cette étape permet de déduire si l’utilisateur est en phase statique (Mode Static) ou en phase dynamique par comparaison avec un seuil.
Si une phase dynamique est détectée, une deuxième analyse est réalisée dans le domaine fré-quentiel sur la norme de l’accélération. Pour cela, la méthode STFT (Short Time Fourier Trans-form) est utilisée afin de mettre en évidence la présence de trois fréquences dominantes. L’étude des deux premières fréquences et de la périodicité permettra alors de détecter si le mouvement est lié à la marche ou si il s’agit d’un mouvement irrégulier (mode Irregular).
Enfin, si un mouvement de marche est détecté, une troisième étape permet de distinguer le mode "Swinging" du mode "Texting" (et d’autres modes non traités dans ce projet tels que Pho-ning ou Bag). Pour cela, une étude est menée à la fois dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel. En effet, le mouvement lié au "Swinging" entraîne une grande variabilité de mouve-ment qui est visible à la fois par l’étude de la variance de la norme de l’accélération et par l’étude de la variance de la norme de la vitesse angulaire, contrairement au mode "Texting" qui impactera principalement l’accélération. Sur le spectrogramme de l’énergie du signal issu du gyromètre, le mode "Swinging" se distinguera également par la présence de pics, non présents lors du mode "Texting".
5.3.3 Détection de pas
La méthode de détection de pas est adaptée selon le mode de déplacement. En effet, pour un déplacement en mode "Swinging", les instants de pas sont extraits par une détection de pics sur la norme du signal du gyromètre. Ce procédé est basé sur des observations biomécaniques de la marche démontrant une synchronisation entre le mouvement de balancier du bras et le mouve-ment des pieds lors de la marche. Pour le mode "Texting", une détection de pics est égalemouve-ment réalisée, mais sur la norme de l’accélération qui traduit alors davantage le mouvement du centre de masse, corrélé aux jambes. Pour simplifier la détection et éviter la présence de faux positifs, un pré-traitement constitué d’un filtre passe bas avec une fréquence de coupure de 3Hz est appliqué.
FIGURE 5.4 – Illustration du principe d’estimation de la longueur de pas (source [RENAUDIN et collab., 2012a]).
5.3.4 Modèle de longueur de pas
Une fois les instants de pas détectés, la longueur de pas est estimée à l’aide d’un modèle basé sur la taille de la personne et sur la fréquence de marche :
sk= h × (a × fst ep+ b) + c (5.2) Avec :
• skla longueur de pas estimée à l’instant k ; • h la hauteur de lu piéton ;
• a, b et c trois paramètres estimés par moindre carrés à partir de douze sujets.
La fréquence de pas est estimée indépendamment de l’estimation des instants de pas afin d’éviter toute corrélation et rendre l’algorithme plus robuste. Cette étape est réalisée par l’analyse du signal de l’accéléromètre dans le domaine fréquentiel par la méthode STFT. La fréquence do-minante est extraite et, en fonction de sa valeur, associée à la fréquence de pas ou à la fréquence de foulée. La méthode d’estimation de la longueur de pas est synthétisée sur la Figure 5.4.
Dans la suite de ce travail, l’ensemble de ces étapes (i.e reconnaissance du mode de portage et de l’activité, détection de pas et estimation de la longueur de pas) est regroupé dans un module nommé PEDOMETRY.