Validation de la v´erit´e terrain

5.3.1.1 CIREN

R´ecemment, l’entreprise ACTRIS Brest a d´evelopp´e un syst`eme d’´etude de perfor-mances de nageurs bas´e sur la centrale inertielle CIREN (Centrale Inertielle pour la Recherche et l’Entrainement de Nageurs). Ce syst`eme est compos´e d’un capteur port´e par le nageur permettant de mesurer et d’enregistrer ses mouvements. Ces donn´ees sont ensuite recueillies par un logiciel qui va les traiter et les synchroniser `a la vid´eo cor-respondante. Ceci permet aux entraˆıneurs d’´etudier les performances des nageurs tout en visualisant la vid´eo et les mesures en mˆeme temps. Ce syst`eme permet d’obtenir des mesures pr´ecises qui ont ´et´e valid´ees par des entraˆıneurs qualifi´es durant les en-traˆınements de l’´equipe de France. En revanche, ce syst`eme reste gˆenant pour le nageur durant les entraˆınements et est interdit durant les comp´etitions de haut niveau. Dans ce cadre, nous proposons dans la suite un syst`eme de mesure des performances bas´e sur l’utilisation de cam´eras qui ne n´ecessite d’aucun capteur port´e.

Figure 5.6 – Mise en place du syst`eme d’´evaluation de nageurs utilisant la centrale inertielle CIREN. Tests effectu´es `a la piscine Foch - Brest, France 2015.

5.3.1.2 V´erit´e terrain (Annotation manuelle)

L’´evaluation de notre syst`eme de suivi automatique n´ecessite la connaissance des co-ordonn´ees de la position du nageur durant toute la s´equence vid´eo ´evalu´ee. Ces derni`eres nous serviront de v´erit´e terrain pour valider celles obtenues par le syst`eme de suivi au-tomatique. Pour ce faire, nous avons d´evelopp´e un prototype d’annotation manuelle qui consiste `a calibrer la vid´eo, zoomer sur le nageur et annoter la position de la cible

5.3. R´ESULTATS DE SUIVI `a suivre dans chaque image de la vid´eo (voir l’annexe A pour plus de d´etails). Ces annotations sont enregistr´ees sous forme de vecteurs contenant dans chaque case les coordonn´ees de la cible et l’indice de l’image correspondante. Il est `a noter que, pour chaque annotation, nous enregistrons les coordonn´ees pixels de la cible afin d’´evaluer le syst`eme de suivi automatique. Nous enregistrons d’autre part ses coordonn´ees m´etriques afin de g´en´erer des courbes de vitesse qui seront utilis´ees comme v´erit´e terrain et qui seront compar´ees avec celles issues du syst`eme de suivi automatique pour la validation de ce dernier.

Contrairement `a la CIREN, cette annotation manuelle peut ˆetre utilis´ee pour le calcul de la vitesse instantan´ee des nageurs durant les entraˆınements comme durant les comp´etitions et cela est fait sans capteur port´e par le nageur. Il nous reste donc `a confirmer sa fiabilit´e et la pr´ecision des mesures fournies afin de la valider et de l’utiliser comme r´ef´erence pour l’´evaluation du syst`eme de suivi automatique.

5.3.1.3 Comparaison CIREN-annotation manuelle

Afin de valider le syst`eme d’´evaluation de nageurs bas´e sur l’annotation manuelle, nous le comparons avec la centrale inertielle CIREN. Le processus d’annotation est relativement complexe, un calibrage est n´ecessaire pour chaque vid´eo afin de calculer la correspondance pixel-m`etre et de corriger les perspectives des images.

Nous avons constat´e que l’annotation devient difficile dans le cas o`u le nageur `a suivre est occult´e (´eclaboussures, bras, etc). Ceci oblige l’annotateur `a interpoler et `a estimer la position du nageur en se basant sur l’historique des annotations. A cause de l’ensemble des ces impr´ecisions, nous proposons de valider ce syst`eme d’annotation ma-nuelle, grˆace aux r´esultats de la centrale inertielle CIREN, afin d’utiliser ces annotations comme r´ef´erence.

La figure 5.7 pr´esente des courbes de vitesse instantan´ee d’un nageur amateur en nage libre. En analysant la courbe de vitesse calcul´ee par la CIREN, en bas, nous re-marquons un profil r´ep´etitif sous forme d’un avancement rapide suivi d’un avancement moins rapide (bras fort, bras faible). Ceci apparait bien sur la courbe pr´esentant l’an-notation manuelle, en haut dans la mˆeme figure, jusqu’`a la 14eme seconde. Ensuite, nous retrouvons les mˆemes cycles mais avec une diff´erence minime d’amplitude entre le bras fort et le bras faible. Il est `a noter que les courbes de vitesse issues de l’annota-tion manuelles sont liss´ees par un filtrage gaussien dans le but de g´en´erer des mesures pertinentes proches des r´esultats de la CIREN. Cette partie sera d´etaill´ee dans la sec-tion 5.4.4.

Les droites horizontales figurant dans les deux courbes autour de la valeur 0.8 m/s correspondent `a la vitesse moyenne calcul´ee sur l’ensemble des valeurs de chaque courbe.

Figure 5.7 – Comparaison des courbes de vitesse calcul´ees `a partir de l’annotation manuelle de la tˆete (haut) et de la CIREN (bas) - Entrainement nage libre - piscine Foch de Brest.

Une diff´erence l´eg`ere est remarqu´ee entre ces deux valeurs. Cela est la cons´equence de la premi`ere partie des courbes qui correspond au plongeon qui ne fait pas partie de la phase de nage. Dans le cas o`u cette partie est ´elimin´ee, la vitesse moyenne tendra vers 0.74m/s pour les deux courbes. En se basant sur ses remarques, nous pouvons valider les r´esultats de l’annotation manuelle sur cette course.

D’autre part, ces r´esultats sont confirm´es par les courbes de la figure 5.8 o`u nous constatons le mˆeme profil. Ces courbes repr´esentent la vitesse instantan´ee d’un nageur amateur en nage brasse avec, de haut en bas, l’annotation manuelle de la tˆete, la CIREN et l’annotation manuelle du maillot de bain. Les mˆemes cycles apparaissent sur les trois courbes avec des diff´erences minimes. En ignorant la zone faisant r´ef´erence au plongeon, la vitesse moyenne de chaque courbe tend vers 0.7m/s.

Cette ´etude comparative entre les courbes de vitesse instantan´ee issues de la centrale inertielle CIREN et de l’annotation manuelle permet de valider les r´esultats de cette derni`ere. Par cons´equent, nous l’utiliserons, par la suite, comme r´ef´erence pour valider les approches de suivi automatique. Avant cela, nous pr´esentons quelques exemples de mesures d’erreurs afin de sensibiliser le lecteur aux intervalles d’erreur tol´er´es.

5.3.1.4 Mesures d’erreurs

Deux types d’erreurs sont possibles : les erreurs li´ees au calibrage et celles li´ees `a la position du nageur. Le premier type concerne les positions des quatre points du

5.3. R´ESULTATS DE SUIVI

Figure 5.8 – Comparaison des courbes de vitesse calcul´ees `a partir de l’annotation manuelle de la tˆete (haut), de la CIREN (milieu) et de l’annotation manuelle du maillot de bain (bas) - Entrainement brasse - piscine Foch de Brest.

calibrage. Cette erreur est n´egligeable car nous utilisons un syst`eme de prise de vue statique. De ce fait, le calibrage de l’int´egralit´e de la vid´eo n´ecessite de calculer les param`etres de projection que pour une seule image. Ainsi, l’erreur de calibrage sera la mˆeme sur chaque image de la vid´eo et n’impactera que tr`es peu les mesures de vitesses. De plus, dans le cas d’une erreur de calibrage la mˆeme erreur sera appliqu´ee `a chaque image et n’aura que tr`es peu d’influence sur l’estimation de la vitesse. En ce qui concerne le deuxi`eme type d’erreur, celle-ci apparait lors de l’estimation de la position du nageur dans le bassin repr´esent´ee par la position annot´ee ou d´etect´ee de l’extr´emit´e de sa tˆete.

Par exemple, dans la figure 5.9 : Couloir 1

Figure 5.9 – Estimation de la longueur des diff´erents couloirs de nage en pixels -Bassin de 25 m

— 1 pixel → 5.7mm

— Si le nageur nage `a une vitesse moyenne de 2m/s → 80mm/image →14pixel/image — L’erreur d’un pixel sur la position du nageur g´en`ere une erreur d’environ 7% sur

sa vitesse Couloir 4

— 1 pixel → 9.2mm

— Si le nageur nage `a une vitesse moyenne de 2m/s → 80mm/image→ 8.7pixel/image — L’erreur d’un pixel sur la position du nageur g´en`ere une erreur d’environ 11.5%

sur sa vitesse.

5.3.1.5 Discussion

Ces mesures montrent clairement que le niveau de pr´ecision attendu du syst`eme de suivi de nageurs est ´elev´e. En effet, une erreur de quelques pixels peut avoir des r´epercussions significatives sur les courbes de vitesse. Cependant, cette erreur n’est pas cumulative car si on se trompe de quelques pixels en annotant le bout de la tˆete du nageur, nous les r´ecup´ererons dans les images suivantes. Par cons´equent, nous pou-vons lisser ces erreurs et r´eduire leur effet sur le profil global de la vitesse instantan´ee du nageur. Pour cela, nous appliquerons un filtrage gaussien aux courbes que nous pr´esentons par la suite dans la section 5.4.4. Malgr´e des erreurs possible, nous pouvons valider les r´esultats de la v´erit´e terrain bas´ee sur l’annotation manuelle afin de l’utiliser pour l’´evaluation des approches de suivi automatique.

5.3. R´ESULTATS DE SUIVI