Grenoble | images | parole | signal | automatique | laboratoire
un an avec GIPSA-lab
2013
www.gipsa-lab.fr
GIPSA-lab - UMR 5216 Grenoble campus BP 46
F - 38402 SAINT MARTIN D’HÈRES Tél. +33 (0)4 76 82 70 09
Fax +33 (0)4 76 82 64 26
350 personnes, dont :
108 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents 37 ingénieurs et techniciens permanents
116 doctorants sur site et 30 doctorants co-encadrés 18 post-doctorants
3 départements
12 équipes de recherche
4,1 millions d’euros de budget annuel 2012
1,2 millions d’euros en contrats industriels
1000 m
2de plates-formes expérimentales
© Février 2014 - Service communication GIPSA-lab Crédits photos : GIPSA-lab sauf mention particulière
Equipe GAMA Gestes phonatoires, analyse et modélisation
acoustique
Equipe SLD
Systèmes linguistiques et dialectologie
Equipe MAGIC Machines parlantes,
Gestes oro-faciaux, Interaction face-à-face, Communication augmentée
Equipe PCMD Parole Cerveau
Multimodalité Développement
Equipe AGPIG Architecture Géométrie Perception Images Gestes
Equipe CICS Communication and Information in Complex
System
Equipe SYGMAPHY Signal Images Physique
Equipe SAIGA
Signal Automatique pour la surveillance, le diagnostic et la biomécanique
Equipe SLR Systèmes Linéaires et
Robustesse
Equipe SYSCO Systèmes non linéaires et
complexité
Equipe NECS Systèmes commandés en
réseaux Département
PAROLE et COGNITION
Département SIGNAL - IMAGES
Département AUTOMATIQUE
Equipe VIBS Vision and Brain Signal
Processing
Chère lectrice, cher lecteur,
Nous publions pour la seconde édition cette brochure qui présente les faits mar- quants de GIPSA-lab en 2013. Un focus particulier a été fait cette année sur les projets européens et les projets intégrant la notion de Handicap.
Cette brochure, une fois par an, est l’occasion de nous retourner sur les grands moments scientifiques qui ont eu lieu au laboratoire GIPSA-lab. Ils montrent l’activité et la dynamique du laboratoire et permettent de voir aussi vers quoi il s’oriente, sachant que ces événements sont parfois à la croisée de grandes aventures scientifiques et humaines, c’est le cas des projets européens qui sont à l’honneur dans ce numéro.
Trois collègues, Christian Jutten, Pierre Comon et Jean-Luc Schwartz, ont obtenu des bourses européennes « Advanced Grant » du Conseil Européen de la Recherche (ERC), pour développer une activité de recherche conséquente dans les domaines de l’extraction et de la séparation de source et dans le domaine de la parole. D’autres actions européennes dans les domaines de l’énergie, de la maintenance ou de la simulation de la voix humaine se développent dans le cadre de projets soutenus par le 7
ePCRD ou le KIC InnoEnergy. D’autres projets, de même ampleur, sont en cours de lancement et nous aurons l’occasion d’y revenir l’année prochaine…
Un focus particulier est proposé sur le Handicap, avec différents aspects autour du langage, vous pourrez ainsi découvrir une partie de la recherche effectuée à GIPSA-lab, à l’interface des STIC, des SHS et de la santé.
Le domaine du traitement du signal acoustique pour l’environnement a fait l’actualité du début d’année 2013 avec le démarrage de la chaire d’excellence industrielle CHORUS. Diverses applications de transfert font également l’actua- lité de GIPSA-lab en 2013 : le Grenoble Traffic Lab, le vélo intelligent Pedelec, et d’autres projets.
Un important événement de l’année 2013 a été la remise de la médaille de bronze CNRS à Nathalie Henrich ; cette distinction représente un encourage- ment du CNRS à poursuivre des recherches bien engagées et déjà fécondes.
Un laboratoire de recherche fonctionne bien sûr grâce aux chercheurs mais éga- lement grâce aux personnels d’accompagnement de la recherche, les nouveaux personnels recrutés cette année sont mis à l’honneur dans ce numéro.
La recherche est le fruit d’échanges, avec la communauté nationale et internatio- nale. En 2013, quatre collègues sont allés développer des activités de recherche en partenariat avec des collègues en Amérique latine, en Australie et en Italie…
Quatre collègues français, de laboratoires voisins, sont venus à GIPSA-lab pour un semestre ou un an dans le cadre d’une délégation CNRS ou CRCT, afin de profiter d’un temps plus important consacré à la recherche (ce sont des ensei- gnants-chercheurs qui bénéficient de ce fait de 6 mois ou un an de recherche à temps plein).
Ce bilan nous permet à tous d’être fiers des réussites du laboratoire, les aspects présentés ici mettent bien sûr en valeur les équipes directement impliquées dans les résultats présentés, mais ces résultats ont pu être mis en œuvre grâce à l’environnement scientifique et organisationnel que constitue GIPSA-lab, et cet environnement est le résultat du travail de tous, les chercheurs et enseignants- chercheurs, les doctorants et post-doctorants, les personnels d’accompagne- ment à la recherche…
Je vous souhaite à tous une bonne découverte ou redécouverte de GIPSA-lab.
Jean-Marc THIRIET, directeur de GIPSA-lab
NOUVEAUX ARRIVANTS
Philippe CHAFFANJON, professeur d’anatomie à l’UFR de Médecine de l’UJF, chirurgien général et endocrinien au CHU de Grenoble et directeur du Laboratoire d’anatomie des Alpes françaises, a rejoint l’équipe SLD. Ses thèmes de recherche portent sur l’anatomie et la modélisation des espaces fibreux avec une approche qui relie les aspects cliniques aux bases fondamentales. Depuis plusieurs années, il travaille sur l’anatomie de la région cervicale et plus particulièrement sur les bases anatomiques de la voix, sur les traumatismes vocaux lors de la chirurgie endocrinienne cervicale (au sein de l’équipe THYROVOICE) et sur la modélisation des fonctions laryngées.
Valérie DOS SANTOS MARTINS, maître de conférences à l’Université de Lyon1, est accueillie en délégation de recherche CNRS à Gipsa-lab de décembre 2013 à juillet 2014 dans les équipes SYSCO et SLR. Son projet porte sur les interactions et les applications des équations aux dérivées partielles à divers domaines théo- riques et applicatifs.
Irène GANNAZ, maître de conférences à l’INSA de Lyon, rattachée à l’Institut Camille Jordan est accueillie en délégation de recherche CNRS à Gipsa-lab de septembre 2013 à août 2014 dans l’équipe CICS en collaboration avec Sophie Achard. Son projet de recherche porte sur la discrimination des zones d’activité cérébrale par une modélisation spatio-temporelle de données d’IRM fonctionnelle.
Antoine GIRARD, maître de conférences UJF et membre du laboratoire Jean Kuntzmann est accueilli en délégation de recherche CNRS à Gipsa-lab dans l’équipe SYSCO de septembre 2013 à août 2014. Ses activités de recherche portent sur l’étude des systèmes hybrides et le développement d’algorithmes pour l’analyse et la commande.
Sonia KANDEL, professeure UPMF, membre junior de l’IUF et membre du LPNC, est accueillie en délégation CNRS au département Parole et Cognition pour un an. Ses activités de recherche portent sur la perception et la production du lan- gage écrit et parlé.
Laure BASTIDE, technicienne de l’université Stendhal sous statut contractuel, a rejoint Gipsa-lab sur un poste de secrétaire-gestionnaire. Elle aura en charge les équipes de recherche en lien avec l’Université Stendhal.
Serge GERMIANO, technicien électronicien recruté par concours Grenoble INP, a rejoint le service Plates-formes et projets par mutation. Il exerçait auparavant ces mêmes fonctions à l’Université de La Réunion.
Silvain GERBER, ingénieur CNRS, a rejoint le service Plates-formes et projets depuis le 2 septembre 2013. Diplômé de l’université de Strasbourg en 2011 (master de Mathématiques spécialité Statistiques), il a précédemment travaillé au laboratoire de biostatistiques de la Faculté de médecine de Strasbourg.
Cécilia MENDEZ, ingénieur d’études CNRS, a rejoint Gipsa-lab par concours ex- terne au poste de secrétaire générale du laboratoire. Elle exerçait auparavant des fonctions à la direction de la recherche de l’Université Stendhal.
CherCheurpermanent
aCCueilendélégation
personnelsd’aCCompagnementàlareCherChe
Steeve ZOZOR – Un an à l’Instituto de Física de La Plata, Argentine
Chargé de recherches CNRS, steeve ZoZor a effectué un séjour d’un an à l’Ins- tituto de Física de La Plata (Argentine), institut dépendant du CONICET (CNRS argentin) et de l’Université nationale de La Plata. Son séjour a été financé par une bourse de la région Rhône-Alpes (CMIRA). Cette mobilité fait suite à des col- laborations déjà anciennes et trouve son prolongement par l’accueil de mariela portesi en 2014 sur un poste de professeur invité suivi d’un financement CMIRA.
A La Plata, Steeve Zozor a travaillé sur la généralisation des formulations mathé- matiques du principe d’incertitude d’Heisenberg, principe qui stipule l’impossi- bilité d’avoir une connaissance simultanée aussi fine que possible de deux obser- vables d’un système quantique. En traitement du signal, ce principe est connu sous le nom d’Heisenberg-Gabor et stipule qu’un signal ne peut être à support aussi fin que possible à la fois en temps et en fréquence. Ces généralisations portent aussi bien sur les observables – à états discrets – (non nécessairement canoniquement conjugués, états mélangés) que sur les mesures (entropies géné- ralisées de type Rényi ou Tsallis-Havrda-Charvát). Ces travaux mêlent mécanique quantique, théorie de l’information et géométrie.
Bien que développés dans le cadre de la mécanique quantique, ces résultats peuvent trouver écho en traitement du signal dans le cadre, par exemple, de la représentation d’un signal sur deux bases (temps-fréquence ou au delà, parcimo- nie si on s’intéresse aux entropies d’indice nul…).
Nicolas LE BIHAN – 2 ans à l’Université de Melbourne, Australie
Depuis Août 2013, niColas le Bihan, chargé de recherches CNRS, est accueilli pour 2 ans au département Electrical and Electronic Engineering de l’Univer- sité de Melbourne en Australie en collaboration avec le professor Jonathan h.
manton. Ce séjour se déroule dans le cadre du projet GEOSTOSIP (Geometrical Stochastic Signal Processing: Applications to wave Physics in random media), une action du programme Marie Curie IOF (International Outgoing Fellowship) du FP7 de l’Union Européenne.
La thématique du projet GEOSTOSIP est le traitement statistique et l’analyse harmonique des processus aléatoires à valeurs sur des variétés différentielles.
En particulier, il vise à étudier ces processus non-linéaires quand ils présentent des particularités telles que des incréments dépendants et des propriétés multi- échelles. Les outils développés dans ce projet sont empruntés aux domaines de l’analyse harmonique non-commutative, des algèbres de Clifford, de la géométrie différentielle, des probabilités et des statistiques. Les applications visées sont la description des phénomènes de diffusion multiple dans les milieux diffusants multi-échelles, la diffusion anisotrope, l’étude de la phase géométrique dans les milieux aléatoires ainsi que l’inférence de la géométrie de molécules par diffrac- tion X.
Le travail avec J. h. manton à Melbourne est la continuité d’une collaboration qui a débuté en 2007 et qui a depuis donné lieu à l’encadrement de post-doc- torants et doctorants en co-tutelle. L’expertise de l’équipe australienne se situe dans l’utilisation de la géométrie différentielle en traitement du signal et dans l’étude des processus stochastiques à valeurs sur des variétés différentielles.
MOBILITES CHERCHEURS
Pierre-Olivier AMBLARD – 3 ans à l’Université de Melbourne, Australie
Grâce au financement de la région Rhône-Alpes (bourse ExploraPro, CMIRA) et d’une action Marie Curie IOF (International Outgoing Fellowship), pierre-olivier
amBlard, directeur de recherches au CNRS, vient de passer ces trois dernières années au sein du département de Mathématiques de l’Université de Melbourne, en Australie. Ce séjour fait suite à une collaboration dans le cadre de la thèse en co-tutelle de geoffrey deCroueZ, co-encadrée à Melbourne par owen Jones. Il a également permis de renforcer les liens avec mark mCdonnell, de l’Université d’Australie du Sud (UniSA) et de développer des collaborations avec Jonathan h.
manton à l’Université de Melbourne.
pierre-olivier amBlard a développé des recherches dans le cadre de CoCoNet, Connectivity in Complex Networks, dans des directions diverses avec des appli- cations en neurosciences. La thématique principale de connectivité dans les ré- seaux a été abordée sous l’angle de la circulation d’information entre les noeuds du réseau. Dans ce cadre, les liens entre théorie de l’information dirigée (exten- sion de la théorie de l’information qui prend en compte le sens de la communi- cation) et la théorie de la causalité de Granger ont été clairement établis. Pour rendre compte de non-linéarités éventuelles dans les connections entre noeuds, des approches fondées sur les plongements dans des espaces de Hilbert à noyau reproduisant ont été développées pour tester la causalité de Granger, dans un cadre classique ou dans le cadre bayésien. Les travaux récents dans CoCoNet s’orientent vers la généralisation de la causalité de Granger aux signaux prenant des valeurs fonctionnelles. L’ensemble de ces travaux fait l’objet de développe- ments algorithmiques appliqués à des signaux de potentiels de champs locaux enregistrés par des collègues lyonnais (S. Crochet, P. Salin) dans le cerveau de la souris.
Olivier SENAME – 6 mois au Politecnico di Milano, Italie
Professeur à Grenoble INP, olivier sename a effectué un séjour de plusieurs mois au Politecnico di Milano, au sein du Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria. Son séjour a été financé par une bourse de la région Rhône- Alpes (CMIRA) et fait suite à une collaboration établie depuis plusieurs années et déjà concrétisée par la rédaction d’un livre en commun avec le professeur s.
savaresi.
Au sein du Politecnico di Milano, olivier sename a travaillé sur deux projets de recherche :
- La commande de la dynamique des véhicules automobiles, en particulier grâce à des approches de type Linéaire à Paramètres Variants (LPV). L’objectif est de permettre la coordination optimale des différents actionneurs entrant en jeu dans la dynamique des véhicules (principalement freinage et direction actifs) afin de garantir la stabilité du véhicule. En particulier, la méthodologie LPV permet d’adapter le contrôleur aux situations critiques rencontrées. Un résultat principal concerne la commande multivariable d’un véhicule équipé de freinage actif, et de direction active à l’avant et à l’arrière, ceci permettant d’obtenir des meilleures performances pour le véhicule, pour diverses conditions de route (sèche, mouil- lée, gelée).
- L’estimation de paramètres représentant les états de charge et de vieillissement de la batterie. Ainsi, à partir de modèles physiques, diverses méthodes d’ob- servation et d’estimation paramétrique (observateurs adaptatifs, observateurs de Kalman, observateurs LPV, identification récursive...) ont été mises en œuvre et testées sur des données réelles, obtenues dans le cadre du projet MOVE du Politecnico di Milano (http://move.dei.polimi.it/)
MOBILITES CHERCHEURS
DISTINCTIONS
Chargée de recherche CNRS au département Parole et Cognition, nathalie
henriCh-Benardoni a reçu une
médaille de Bronze 2013 du CNRS
pour ses travaux prometteurs sur la Voix (parole et chant).Normalienne agrégée de Sciences Physiques, chanteuse et chef de chœur, Nathalie HENRICH-BERNARDONI est une scientifique passionnée par la voix humaine, qu’elle aborde à travers une approche pluri-dis- ciplinaire : phonétique acoustique et clinique, physiologie laryngée, analyse-synthèse et modélisation physique de la parole et du chant.
Cette médaille lui a été attribuée par l’Institut des sciences humaines et sociales du CNRS. Elle récompense le premier travail d’une cher- cheure, qui fait d’elle une spécialiste de talent dans son domaine. Cette récompense représente un encouragement du CNRS à poursuivre des recherches bien engagées et déjà fécondes.
raluCa ioana vlad, doctorante dans l’équipe AGPiG, a obtenu un
Best Student Award
dans le cadre de la conférence IS&T/SPIE Electronic Imaging, qui a eu lieu à Burlingame (Californie, USA) en février 2013. Ce prix lui a été remis pour un article traitant de la qualité des images 3D.Vlad R., Ladret P., Guerin-Dugue A. Three factors that influence the overall quality of the stereos- copic 3D content: image quality, comfort, and realism. Proceedings of SPIE-IS&T Electronic Imaging. Image Quality and System Performance X - IS&T/SPIE Electronic Imaging, États-Unis (2013)
wei fan, doctorante dans l’équipe CICS, kai wang (équipe AGPiG), françois
Cayre (équipe CICS) et Zhang Xiong (Beihang University, Chine) ont obtenu le
Best Paper Award
lors du 1st ACM Workshop on Information Hiding and Multimedia Security pour leur ar- ticle intitulé « JPEG Anti-forensics Using Non-parametric DCT Quantization Noise Estimation and Natural Image Statistics » (Montpellier, juin 2013).nathalie henriCh et
Ch r i s t o p h e savariauX du département Parole et Cognition et leurs collègues du CHU Grenoble et de l’Université de Lyon, ont remporté le
Prix du meilleur Poster
lors des Journées de Phonétique Clinique qui se sont déroulées à Liège en octobre 2013. Ce prix récompense un travail ori- ginal sur l’impact (morbidité vocale) des chirurgies endocri- niennes cervicales sur la voix parlée et chantée.guillaume toChon, doctorant de l’équipe SIGMAPhy, a reçu le
2e
Prix du Meilleur Papier
Etudiant 2013
de la Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection (SFPT) pour l’article intitulé « Segmentation hyperspec- trale des forêts tropicales par arbres de partition binaires » (Guillaume Tochon, Jean-Baptiste Féret, Silvia Valero, Roberta E. Martin, Raul Tupayachi, Jocelyn Chanussot, Philippe Salembier et Gregory P. Asner). Ce travail a été effectué lors de son séjour à Stanford en 2012, en collaboration avec l’UPC à Barcelone.tudor-Bogdan airimitoaie, doctorant dans l’équipe SLR de 2010 à 2012 a obtenu le
Prix de thèse du GDR MACS et du Club EEA 2013
pour ses travaux de recherche réalisés dans le cadre d’une thèse en co-tutelle avec l’Université Polytechnique de Bucarest et Gipsa-lab ; ses travaux portent sur la commande robuste et calibrage des systèmes de contrôle actif de vibrations.florian aulanier, doctorant de l’équipe SIGMAPhy, a obtenu un
Best Student Paper Award
à l’International Congress on Acoustics (ICA/ACA) 2013. L’article intitulé « Time-angle ocean acoustic tomography using sensitivity kernels: Numerical and experimental inversion results » présente des résultats en to- mographie acoustique sous-marine (petit fond) utilisant la méthode des noyaux de sensibilité temps-angle pour caractériser le milieu océanique par des mesures acoustiques. (Montréal, juin 2013)rogelio loZano Jr, doctorant dans l’équipe SYSCO, a obtenu le
Best Paper award for PhD Student
dans le cadre de la confé- rence ICSTCC 2013 (Roumanie, oc- tobre 2013). Ce prix lui a été remis pour un article traitant du maintien en vol des éoliennes cerfs-volants par traction/relaxation du câble.Reverse pumping: theory and experimen- tal validation on a multi-kites system, Lozano,Rogelio jr and Dumon,Jonathan and Hably,Ahmad. 17th International Conference on System Theory, Control and Computing Joint Conference RO 2013-10-11
L’article « Spectral and Spatial Classification of Hyperspectral Data using SVMs and Morphological Profiles » publié en 2008 suite à la thèse de mathieu fauvel dans l’équipe SIGMAPhy et effectuée en cotutelle entre GIPSA-Lab et l’Université d’Islande, a reçu le
IEEE GRSS 2013 Highest Impact Paper Award
(Melbourne, Australie, juillet 2013). Ce prix récompense un article parmi tous les articles publiés au cours des 5 dernières années dans l’ensemble des journaux édités par la IEEE Geoscience and Remote Sensing Society.
M. Fauvel, J.A. Benediktsson, J. Chanussot & J.
Sveinsson, Spectral and Spatial Classification of Hyperspectral Data using SVMs and Morphological Profiles. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, Volume 46 , Issue 11 , 2008.
gérard Bailly, directeur de recherches CNRS et membre de l’équipe MAGIC, a été élu pour 4 ans au bureau de l’International Speech Communication Association (ISCA).
mauro dalla mura, enseignant-chercheur Grenoble INP dans l’équipe SIGMAPhy, a été nommé secrétaire du bureau du chapitre français de la société IEEE Geoscience and Remote Sensing Society (GRSS).
Carlos Canudas-de-wit, directeur de recherches CNRS et responsable de l’équipe NECS a été nommé prési- dent de l’European Control Association (EUCA).
marCo Congedo, chargé de recherches CNRS dans l’équipe VIBS, a été nommé membre de la Management Committee pour la France de l’action Européen COST « Better Understanding The Heterogeneity Of Tinnitus To Improve And Develop New Treatments (TINNET) ».
n o m i n a t i o n s
DISTINCTIONS
EUROPE
3 CherCheurs de gipsa- laB
lauréats d ’ un erC a dvanCed g rant
Christian JUTTEN, professeur de l’Université Joseph Fourier, Pierre COMON et Jean-Luc SCHWARTZ, directeurs de recherches CNRS, tous trois chercheurs au laboratoire GIPSA-lab, sont lauréats d’un European Research Council (ERC) Advanced Grant. Les projets soutenus par Christian JUTTEN et Pierre COMON portent sur les méthodes d’extrac- tion et de séparation de sources en traitement du signal. Le projet de Jean-Luc SCHWARTZ porte sur l’unité multisensori-motrice de la parole.
DECODA – Tensor Decompositions for Data Analysis
Porté par pierre Comon, directeur de recherches CNRS ERC Advanced Grant 2013-2017
1,5 millions d’euros
Le projet ERC de Pierre COMON est consacré au développement de nouvelles techniques d’analyse de données et de traitement du signal. Elles se différen- cient des techniques plus classiques par le fait qu’elles sont déterministes. Ce type d’approche comporte plusieurs avantages, dont le fait de pouvoir fonction- ner avec des durées d’observation courtes, ou le fait de pouvoir identifier des modèles multi-linéaires. En revanche, leurs inconvénients résident dans le fait que les bases théoriques sont encore très incomplètes en raison de plusieurs problèmes ouverts, ce que le projet tentera de combler.
Parallèlement, trois grandes familles d’applications sont envisagées. Tout d’abord le traitement d’antenne en général, ce qui inclut en particulier la géophy- sique, la glaciologie, la sismique ou les télécommunications, lorsque les mesures sont effectuées sur plusieurs capteurs en fonction du temps, et qu’une troisième dimension est présente de façon explicite ou sous-jacente. Ensuite le domaine de la santé sous diverses formes, telles que l’électroencéphalographie, la magné- toencéphalographie, ou l’électrocardiographie, entre autres. En effet, l’améliora- tion des algorithmes de traitement des signaux peut permettre des diagnostics plus précis, qui pourraient éviter des mesures invasives, par exemple dans le cas de l’épilepsie ou de la maladie d’Alzheimer.
Enfin, l’environnement joue un rôle privilégié et exploratoire dans le projet. On peut citer la surveillance de la qualité de l’eau potable ou la détection des ré- serves d’eau. Dans un contexte polarimétrique, les décompositions tensorielles peuvent fournir un gain considérable pour la classification de surfaces en image- rie multispectrale ou radar (télédétection). La spectrométrie fluorescente permet de dépister la présence de certains hydrocarbures aromatiques polycycliques, très toxiques même à de très faibles concentrations dans l’eau. Ensuite, les tech- niques tensorielles d’analyse de données pourraient être utilisées en électro- phorèse, analyse permettant de séparer les molécules, avec des applications potentielles en agro-alimentaire. Enfin, dans le domaine de l’agriculture, ces techniques d’analyse de données pourraient renforcer les études de la diversité microbienne dans la terre, et contribuer à prouver leur rôle fondamental dans la fertilité des sols.
Pierre COMON est directeur de re- cherches CNRS. Après une année au la- boratoire ISL de Stanford (EU), il exerce 13 ans dans l’industrie (Thomsom/
Thalés), puis rejoint l’Institut Eurécom en 1997, et le CNRS en 1998 au labo- ratoire I3S à Sophia Antipolis jusqu’en 2012. Il intègre l’équipe CICS à GIPSA- lab en septembre 2012.
Lors de sa carrière à Nice-Sophia Antipolis, Pierre COMON a été res- ponsable du Pôle SIS (Signal, Image et Systèmes, 100 personnes) du la- boratoire I3S et directeur de l’Ecole doctorale STIC de l’université de Nice-Sophia Antipolis. Il a notamment reçu en 2006 l’Individual Technical Achievement Award de la société euro- péenne Eurasip et le prix Montpetit de l’Académie des sciences en 2005 ; il est Fellow de la société internationale IEEE depuis 2007. Pierre COMON est actuellement expert pour l’European Research Council Executive Agency et éditeur associé du SIAM Journal on Matrix Analysis and Applications.
Contact :
pierre Comon, pierre.comon@gipsa-lab.fr
Docteur-Ingénieur de l’INPG puis docteur ès Sciences physiques, Christian JUTTEN est enseignant-chercheur à l’Université Joseph Fourier depuis 1989 où il enseigne à l’école Polytech’. Il a été directeur du Laboratoire de Traitement d’Images et de Reconnaissance des Formes de 1993 à 1997, puis directeur-adjoint du Laboratoire des Images et des Signaux de 1999 à 2006, et directeur-adjoint de GIPSA-lab de 2007 à 2010. Il est depuis septembre 2012, directeur scientifique adjoint de l’Institut INS2i au CNRS, en charge du traitement du signal et des images. Christian JUTTEN est membre senior de l’IUF depuis 2008 (renouvelé en 2013 pour 5 ans) ; il a reçu en 1991 le prix de l’European Association of Signal Processing (EURASIP) pour la meilleure publication dans le journal Signal Processing, en 1997, la médaille BLONDEL de la Société des Electriciens et des Electroniciens (SEE) pour ses contri- butions dans le domaine de la séparation aveugle de signaux, il a été nommé Fellow de 2 sociétés savantes internationales : de l’IEEE en 2008 et de l’EURASIP en 2013.
Contact :
Christian Jutten, christian.jutten@gipsa-lab.fr
CHESS – Challenges in Extraction and Separation of Sources
Porté par Christian Jutten, professeur de l’Université Joseph Fourier et membre de l’Institut universitaire de France
ERC Advanced Grant 2013-2017 2,5 millions d’euros
Le premier défi lancé par le projet ERC de Christian JUTTEN, est de fournir un cadre général pour la séparation de sources multimodales. Dans de nombreux domaines tels que l’imagerie cérébrale (biomédical) ou l’imagerie hyperspec- trale (télédétection), en raison de la diversité des types de capteurs, l’enregis- trement d’un même phénomène physique conduit à des ensembles de données très variées et hétérogènes, c’est ce que l’on appelle la multimodalité. Cette mul- timodalité a été étudiée dans le domaine des interfaces homme-machine ou sur les questions de fusion de données, mais il manque un cadre théorique général pour constituer l’apport de la multimodalité et comment l’exploiter au mieux au niveau du signal lui-même.
Le deuxième défi porte sur l’extraction des seuls signaux utiles. Dans les don- nées en grande dimension (par exemple, l’EEG ou l’IRM en imagerie cérébrale), la séparation exhaustive de toutes les sources n’est ni possible ni pertinente, le but étant d’extraire uniquement les sources dites « utiles » (à l’interprétation, à la décision). Le problème se pose également pour un petit nombre de capteurs, en particulier — et avec d’autres difficultés — s’il est inférieur au nombre de sources : il est à nouveau nécessaire et pertinent de se concentrer uniquement sur les signaux « utiles ». Le défi est donc d’élaborer un cadre générique pour extraire uniquement les signaux utiles, sur la base de signaux de référence ou d’informations a priori.
Enfin, de nombreux systèmes sont par nature non linéaires : c’est par exemple le cas de capteurs chimiques ou des images hyperspectrales d’une scène 3D. A ce jour, peu de travaux existent sur la séparation de sources dans de tels contextes non linéaires. Le troisième défi est donc d’élargir les méthodes de séparation de sources à ces mélanges non linéaires.
La validation et la modélisation pertinente de ces méthodologies sera réalisée sur des signaux réels issus notamment du génie biomédical (interface cerveau- ordinateur, EEG, IRMf), du génie chimique, de l’analyse de scènes audio-visuelles et de l’imagerie hyperspectrale.
SPEECH UNIT(E)S – The multisensory-motor unity of speech
Porté par Jean-luC sChwartZ, directeur de recherches CNRS ERC Advanced Grant 2013-2017
2,5 millions d’euros
Le projet « Speech Unit(e)s » porté par Jean-Luc SCHWARTZ, dont les compo- santes sont fortement interdiciplinaires, porte sur « l’unité multisensori-mo- trice » de la parole, en cherchant à comprendre à la fois comment la parole unifie et intègre les flux d’information sensoriels (auditif, visuel, tactile) et mo- teurs et en retour comment les unités de la parole émergent des interactions perceptuo-motrices.
Ce projet, qui concerne donc à la fois la nature des unités phonologiques et le rôle des interactions perceptuo-motrices dans les relations entre unités pho- nologiques et représentations phonétiques, allie des éléments de traitement de données multisensorielles, d’études comportementales et neurocognitives, Ancien élève de l’ENS Ulm, Jean-Luc
SCHWARTZ est directeur de recherches CNRS et responsable de l’équipe PCMD à GIPSA-lab ; il est cofondateur et directeur du Pôle Grenoble Cognition (FR3371). Il a dirigé l’Institut de la Communication Parlée de 2003 à 2007 puis a participé à la création de
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d’analyse phonétique et de modélisation computationnelle, dans une approche cognitive intégratrice de la communication parlée.
Le projet s’organise en deux axes. Dans le premier axe, « Extracting Units », il s’agit de comprendre comment s’effectue l’extraction des unités audiovisuo-mo- trices de la parole dans le cerveau humain, autour de sous-projets impliquant l’analyse de la structure de l’information disponible (rythmes, causalités, syn- chronies/asynchronies entre modalités sensorielles et motrices), l’étude des mé- canismes de liage multisensoriel et sensori-moteur et la proposition de modèles neurocomputationnels.
Le second axe, « Developing Units », est centré sur l’émergence des unités pho- nologiques à partir de processus d’apprentissage ou de réapprentissage d’un système phonologique, sur l’existence de couplages cognitifs entre répertoires perceptifs et moteurs, sur les relations entre phonétique et phonologie, vers le développement d’une « phonologie perceptuo-motrice ».
L’European Research Council (ERC) attribue chaque année depuis 2008 des bourses exceptionnelles et très sélectives au travers d’un appel à manifestation. L’ERC Advanced Grant est exclusivement destiné aux leaders exceptionnels de la recherche qui ont acquis un palmarès de résultats de recherche significatifs au cours des dix dernières années. Le montant de la bourse, d’un niveau très attrayant (jusqu’à 2,5 millions d’euros sur 5 ans), soutient des projets hautement ambitieux, novateurs et atypiques aussi bien en ce qui concerne l’ambition des résultats scientifiques escomptés que la créativité et l’originalité des approches proposées. Les dossiers sont évalués par un panel international de pairs qui examinent les propositions sous le seul angle de l’excellence scientifique. Seuls 12 % (moyenne) des projets sont au final financés (280 projets retenus sur plus de 2300 soumis en 2013).
GIPSA-lab dont il a été directeur ad- joint jusqu’en 2008. Il a dirigé l’Ecole doctorale EDISCE de 2009 à 2013. Il a été membre du comité national du CNRS (CID 44) de 2004 à 2008, et il est actuellement membre de la section 34.
Jean-Luc SCHWARTZ effectue depuis 30 ans des recherches sur la parole et la cognition, de l’audition à la mul- tisensorialité, de la perception aux inte- ractions sensori-motrices, de la fusion au liage et à l’analyse de scènes, de la communication en ligne à l’émergence du langage articulé. Ces recherches dé- veloppées entre sciences et traitement de l’information, sciences du langage et sciences de la vie ont débouché sur la proposition de théories et de modèles computationnels qui permettent de proposer un cadre intégrateur des mé- canismes de la communication parlée.
Contact :
Jean-luC sChwartZ, jean-luc.schwartz@gipsa-lab.fr
EUROPE
m aintenanCe prédiCtive et surveillanCe des systèmes : un enJeu important pour la Compétitivité de l ’ industrie européenne
Le marché de la maintenance industrielle de l’Union Européenne peut être estimé à 32 milliards d’euros par an, dans lequel la maintenance externalisée représente le tiers. Dans les industries de production conti- nue (secteurs de l’énergie, chimique, alimentaire, ciment ou papier), le ratio coût de maintenance/valeur ajoutée du produit est même supérieur à 25 %. Dans ces industries, le défaut sur un composant ou un problème dans le processus arrête l’ensemble de la production. La maintenance prédictive est donc un enjeu crucial afin de prévoir les défaillances avant qu’elles ne surviennent. Les objectifs des projets KASTRION et SUPREME, financés respectivement par l’Institut Européen de la Technologie (EIT) et le 7
eProgramme Cadre de Recherche et Développement (FP7), s’ins- crivent dans le domaine de la surveillance des systèmes et de la main- tenance prédictive en s’appuyant sur deux domaines applicatifs diffé- rents : l’un dans la maintenance des fermes éoliennes offshore, l’autre dans la maintenance de l’industrie papetière.
Analyse des vibrations pour la maintenance préventive et prédictive des parcs éoliens offshore
KAStrion vise à maximiser la durée de vie et réduire la mainte- nance des fermes éoliennes offshore en fournissant un système embarqué de surveillance vibratoire et de courant sur toutes les parties en rotation à l’intérieur des nacelles des éoliennes (engrenages, roulements et axes). Ce système repose sur des algorithmes d’analyse et de surveillance spectrale multimodale développés dans le cadre d’un premier projet de transfert de tech- nologie AStrion.
Un des enjeux du développement de l’énergie éolienne réside non seulement dans sa capacité à prévoir la production d’énergie en fonction du vent mais également dans sa capacité à maintenir les équipements disponibles et à anticiper les dysfonctionnements. Il est donc impératif de mettre au point des outils de surveillance embarqués dans les nacelles qui soient ca- pables d’analyser, de diagnostiquer et de transmettre les problèmes détectés sur les systèmes rotatifs des éoliennes, car ils sont très fortement sollicités et condi- tionnent le bon fonctionnement des machines et donc la production d’énergie.
En rassemblant laboratoires de recherche, centres techniques, entreprises pri- vées et sites industriels de production, KAStrion possède l’ensemble des com- pétences nécessaires au développement technologique de ce système de sur- veillance : en mécanique et génie électrique pour la compréhension physique du système, en traitement du signal afin d’extraire des informations à partir des données mesurées ; en ingénierie de la fiabilité et sécurité des installations pour prédire la durée de vie du système ; en science informatique et en système de contrôle pour concevoir et développer un prototype embarqué ainsi qu’un centre de diagnostic à distance ; en production d’énergie renouvelable pour tester et valider le système dans l’exploitation de parcs éoliens. Deux modules seront Le projet KAStrion est financé par
l’Institut Européen de la Technologie par le biais du KIC InnoEnergy.
D’une durée de 36 mois, il est doté de 6,8 millions d’euros.
© Brian Jackson-Fotolia.com
EUROPE
ainsi développés : le premier module, embarqué dans l’éolienne, sera chargé de la surveillance de l’état des machines, et repose sur un système d’analyse automatique des signaux vibratoires et des signaux électriques polyphasés ; le second module est un outil d’aide à la décision qui centralise et analyse les don- nées transmises par le premier module afin de réaliser un suivi en temps réel à distance.
Porteur du projet : Equipe SAIGA de GIPSA-lab Partenaires :
INPT – IRIT, Toulouse, France EC-SYSTEMS, Cracovie, Pologne
CETIM : Centre Technique des Industries Mécaniques. Senlis, France VALEMO, Bègles, France
MECAL, Enschede, Pays-Bas
Maintenance prédictive
durable pour les équipements manufacturiers
Les objectifs du projet SUPREME sont de développer des outils avancés en traitement du signal et des données pour la main- tenance prédictive et la réduction des temps d’arrêt et de la consommation d’énergie des industries manufacturières et no- tamment l’industrie papetière. Il a pour ambition d’installer ces nouveaux outils sur un démonstrateur industriel afin de les dif- fuser dans le champ de la maintenance prédictive.
Les plus grands défis à relever du projet SUPREME sont la pré- diction de durée de vie résiduelle, la maintenance prédictive optimale dans la détérioration des systèmes, un système em- barqué pour l’acquisition des données et un traitement avancé en ligne, la fusion des données en temps réel (vibrations, émission acoustique, courant du moteur, couple), l’exploitation des données hors ligne, la boucle auto- matique pour l’optimisation et la stabilisation de la surveillance de la machine, l’actualisation dynamique du module de logiciel de surveillance et enfin les outils de diffusion spécifique.
Pour atteindre l’excellence en maintenance prédictive, le consortium du projet SUPREME intègre des acteurs techniques clés de la chaîne de maintenance, du suivi technologique et de prestations de services aux PME. Les partenaires spé- cialisés dans le transfert de technologie aux PME assureront l’exploitation des concepts innovants dans les PMI de l’Union Européenne.
Porteur du projet : Centre technique des industries mécaniques. Senlis, France
Partenaires :
Equipe SAIGA de GIPSA-lab, Grenoble Fraunhofer-Gesellschaft, Allemagne
Czech Technical University in Prague, République Tchèque Société CONDAT, Le Plessis Robinson, France
Société EC-Systems, Pologne Société LOY & HUTZ AG, Allemagne Société OPTIMITIVE SL, Espagne Société ENDEL SA, France Société ORLOGA SA, Espagne Contact :
nadine martin, équipe SAIGA nadine.martin@gipsa-lab.fr Le projet SUPREME est financé par le 7e Programme cadre de recherche et développement de l’Union Européenne (FP7).
D’une durée de 36 mois (sept. 2012 - aout 2015), il est doté d’un budget de 4,5 millions d’euros.
Contact :
nadine martin, équipe SAIGA nadine.martin@gipsa-lab.fr
EUROPE
eunison - s imulation de la voiX humaine
Chacun a besoin de la voix et la parole a un rôle majeur dans la société moderne. Ce sont des fonctions essentielles de l’homme.
Développer un modèle détaillé de la produc- tion de la voix pourrait non seulement contri- buer à faire progresser les connaissances sur le fonctionnement de l’humain mais aussi déboucher sur des applications dans des do- maines tels que les technologies de synthèse et de reconnaissance vocale, la recherche médicale, la rééducation, la linguistique ou même les arts. C’est l’objectif que se donne le projet EUNISON qui a pour ambition de construire un nouveau simulateur de voix basé sur des principes phy- siques, à un degré sans précédent.
Les phénomènes physiques mis en jeu dans la voix sont très complexes : nous produisons des sons de parole, du chant et des émotions à l’aide de mécanismes multiples, contrôlés avec finesse, à travers des schémas d’activation musculaires acquis par des années de formation et d’expérience.
Du point de vue de la physique, la voix implique des interactions complexes entre des écoulements laminaires ou turbulents ; des structures qui se déforment, qui vibrent et s’entrechoquent ; des ondes sonores qui se propagent dans un résonateur de forme complexe. Jusqu’à présent, ces mécanismes étaient étudiés individuellement, en utilisant des outils hétérogènes et souvent au moyen d’ap- proximations grossières. Aujourd’hui, les progrès techniques en informatique ouvrent la possibilité de simuler la voix d’une façon unifiée, y compris dans ses composantes biomécaniques et aéroacoustiques. Ce défi informatique majeur rapprocherait significativement la recherche et ses applications de la réalité.
C’est l’objectif du projet EUNISON qui vise à construire un nouveau simulateur de voix intégrant des principes physiques sans précédent.
A partir de paramètres de contrôle représentant une topologie, des activations musculaires ou des phonèmes, il reproduira la physique de la production de la voix, incluant bien sûr le résultat acoustique. Cet outil donnera des indications importantes sur le fonctionnement de la voix, mais aussi sur son dysfonction- nement. Le but n’est pas de créer un système de synthèse de la parole, mais plutôt un moteur de simulation de voix, avec de nombreuses applications ; en y intégrant les bons paramètres de contrôle et un temps de calcul suffisant, il pourrait être possible de simuler n’importe quelle langue, ou de chanter dans n’importe quel style.
Le modèle développé par le projet EUNISON sera utilisable en ligne, telle une plate-forme accessible à tous et pour des recherches à long terme. Celles-ci concernent l’amélioration du naturel de la parole synthétique, des procédures cliniques, une plus grande sensibilisation du public sur la voix, une meilleure pédagogie de la voix et de nouvelles formes d’expression culturelle.
Porteur du projet : KTH Royal Institute of Technology, Stockholm, Suède Partenaires :
Equipe GAMA, GIPSA-lab, Grenoble, France
CIMNE - International Center for Numerical Methods in Engineering, Barcelone, Espagne
La Salle R&D – Ramon Llull University, Barcelone, Espagne Contact :
Xavier pelorson, équipe GAMA xavier.pelorson@gipsa-lab.fr Le projet EUNISON est financé par le 7e Programme cadre de recherche et développement de l’Union Européenne (FP7).
D’une durée de 36 mois (mars 2013- févier 2016), il est doté d’un budget de 2,9 millions d’euros.
Champ de pression mesuré dans une maquette du conduit vocal - Visualisation de l’écoulement sur une maquette de cordes vocales - Prédiction du champ de vitesse instantané dans le cas d'une fricative
EUROPE
TRANSFERT
Chorus – u ne Chaire industrielle en aCoustique sous - marine
Inaugurée le 1
erjanvier 2013, la chaire d’excellence industrielle CHORUS associe les compétences en traitement du signal, en acoustique sous-marine et en biologie marine pour développer et valoriser de nouvelles méthodes d’observation des écosystèmes marins. Cette chaire, co-implantée à Grenoble (GIPSA-lab) et à Brest (Océanopolis), est portée par la Fondation partenariale de Grenoble INP et financée par un consortium d’industriels et de mécènes individuels.
Les environnements marins ne sont pas des mondes du silence. Plonger son oreille sous l’eau donne accès à un paysage acoustique formé par une myriade de sources (biologiques, physiques, humaines). Ce paysage acoustique est informatif puisqu’il renseigne sur les 3 composantes prin- cipales d’un écosystème marin et de leurs interactions : le compartiment biologique, les forçages physiques et les pressions anthropiques.
En associant des compétences en traitement du signal et acoustique sous-marine avec celles en biologie de l’environnement marin, la chaire CHORUS a pour objectif de développer et valoriser de nouvelles mé- thodes d’observations des écosystèmes marins exploitant les paysages acoustiques sous-marins, à des fins scientifiques et appliquées.
Les recherches menées au sein de CHORUS sont pluridisciplinaires (des sciences de l’ingénieur aux sciences de l’environnement) et comprennent 2 thématiques complémentaires : le monitorage par acoustique passive et l’écologie des paysages acoustiques. La première s’intéresse à la me- sure, au traitement et à l’interprétation des sons produits par un environ- nement aquatique. La seconde s’intéresse à l’étude de l’état écologique d’un environnement aquatique perçu au travers de sa production sonore préalablement interprétée.
L’un des axes applicatifs privilégié de CHORUS est l’étude de l’impact des activités anthropiques sur les écosystèmes marins. L’arctique canadien, l’estuaire du Saint Laurent, la mer d’Iroise, la façade méditerranéenne comptent parmi les sites ateliers instrumentés et étudiés par CHORUS.
Contacts :
CédriC gervaise, Grenoble
cedric.gervaise@chorusacoustics.com luCia di lorio, Brest
lucia.di-lorio@ chorusacoustics.com
Porteur : Fondation partenariale Grenoble INP
Co-titulaires de la chaire : Lucia DI LORIO et Cédric GERVAISE Membres du consortium financier : SERCEL, Rtsys, TBM, TERRASEIS, Quiet Oceans, Service Hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM), Mr Nguyen.
Les deux plateformes expérimentales de CHORUS, en haut CHORUS@Lab (Océanopolis, Brest) où est étu- diée la production sonore des organismes benthiques liée aux propriétés hydrologiques ; en bas CHORUS@
Field (ici dans le parc naturel marin d’Iroise en octobre 2013) un réseau pyramidal de 4 hydrophones et un enregistreur autonome utilisé pour mettre au point des méthodes de tracking 3D de grands dauphins Tursiops truncatus.
g renoBle t raffiC l aB - r égulation de la CirCulation de la r oCade sud de g renoBle
Grenoble Traffic Lab est une plate-forme expérimentale destinée à recueillir en temps réel des données sur la circulation du périphérique sud de l’agglomération de Grenoble. Unique en Europe, l’infrastruc- ture mise en place pour ce projet permet- tra d’analyser, prédire et réguler le trafic de l’agglomération grenobloise et constitue aujourd’hui une vitrine dans le domaine de la recherche sur les questions de régulation du trafic routier. Cette plate-forme a été initiée par l’équipe NECS (GIPSA-lab, Inria) en par- tenariat avec des collectivités territoriales, locales et la société Karrus.
L’objectif des scientifiques est de construire un modèle de prédiction des temps de parcours sur un axe routier et de fournir à terme aux autorités des outils d’aide à la décision pour réguler la cir- culation et aux usagers des outils pour connaitre l’état du trafic avant d’emprunter ces axes rou- tiers. Cette plate-forme grandeur nature permet- tra d’expérimenter et de tester les algorithmes de prédiction afin de les intégrer à terme sur une plate-forme logicielle de contrôle de trafic repo- sant sur deux paramètres de régulation : la vitesse (utilisation de limitations) et le flux de véhicules (utilisation de feux d’accès).
Les données du trafic routier recueillies pour ce travail proviennent de 120 cap- teurs électromagnétiques sans fil installés sur les 10 kilomètres de la rocade sud de Grenoble (sens Chambéry-Grenoble) ainsi que ses bretelles d’accès (11 entrées et 10 sorties). Ces capteurs enregistrent en temps réel les signaux de trafic tels que le nombre de véhicules, leur vitesse et leur catégorie (véhicule léger ou poids lourd). Les données récoltées sont transmises toutes les 15 se- condes via des répéteurs à un serveur localisé à la direction inter-départementale des routes-Centre Est, avant d’être mises à disposition de l’équipe du projet.
Les chercheurs de l’équipe utilisent les données réelles de la plate-forme in- tégrées au logiciel de simulation AIMSUN (développé par la société Transport Simulation Systems) qui permet de réaliser des cartographies très précises en simulant des comportements selon les variables de flux et de vitesse des véhi- cules. Elle a également développé un démonstrateur à usage des conducteurs, qui fournit une représentation visuelle de la densité exacte du trafic, une estima- tion des temps de trajet intégré à un logiciel embarqué à bord du véhicule.
Enfin, une salle d’exposition (showroom) équipée d’écrans de contrôle et de démonstration est également installée afin de faciliter le suivi de situations spécifiques.
Contact :
Carlos Canudas de wit, équipe NECS
carlos.canudas-de-wit@gipsa-lab.fr
Porteur du projet : équipe NECS, équipe commune GIPSA-lab-Inria Partenaires :
Société Karrus, Direction inter-départementale des routes-Centre Est (DIR-CE), La Métro, Conseil Général de l’Isère
Le projet GTL a reçu le soutien de l’Inria, du CNRS et de l’UJF.
TRANSFERT
pedeleC - s ystème intelligent
pour vélos éleCtriques légers
Le marché du vélo électrique peine à se développer en Europe princi- palement pour des questions de prix, de poids et d’autonomie de ces véhicules. Le projet PEDELEC vise à apporter une réponse à ces freins de développement en proposant un kit de motorisation ultra légère, silencieuse et efficace, pouvant équiper tout vélo en vélo à assistance électrique, et adaptable à d’autres mobilités électriques légères (fau- teuil roulant, trottinette…). Soutenu par l’Institut Carnot LSI (Logiciels et systèmes intelligents), le projet a été présenté à la vitrine technologique du Forum 4i 2013.
Un vélo à assistance électrique est un vélo sur lequel le pédalage est assisté par un moteur électrique. Ce nouveau vecteur de mobilité est aujourd’hui pro- metteur en réponse aux enjeux de consommation d’énergie fossile, de pollution, de bruit et d’encombrement des villes. Mais son développement en Europe est aujourd’hui limité par de fortes contraintes de prix, de poids et d’autonomie.
L’objectif de ce projet est donc de mettre au point un kit de motorisation en réponse aux principaux freins au développement de ce mode de transport : le prix, le poids, l’autonomie et la complexité de l’hybridation humain/machine. En concentrant ses efforts sur l’intelligence du logiciel de contrôle électronique de l’assistance, l’équipe du projet propose aujourd’hui un kit de motorisation ultra léger, silencieux et efficace (rendement), qui permet de transformer tout vélo en vélo à assistance électrique à moindre coût (environ 500 euros), et qui est également adaptable à d’autres mobilités électriques légères (fauteuil roulant, trottinette, ...).
La fonction première du logiciel de contrôle électronique de l’assistance est d’arrêter le moteur lorsque le cycliste ne pédale pas ou lorsque 25 km/h a été atteint. Le défi a donc été d’optimiser les algorithmes de contrôle en y appor- tant de l’intelligence. Par exemple, sans capteur supplémentaire, il est possible d’améliorer le rendement du moteur, diminuer le bruit et les vibrations, gérer la température du moteur en conditions limites (permettant de réduire la taille du moteur), prédire le comportement de l’utilisateur pour une conduite intuitive, calculer l’état de charge précis pour mieux gérer l’autonomie.
Doter les véhicules électriques de ce type de logiciel embarqué intelligent, ca- pable d’améliorer significativement leurs performances, pourrait avoir un impact fort sur le développement de ces nouveaux moyens de transport. Fort de son partenariat avec des distributeurs du domaine, l’équipe travaille maintenant à la généricité, la transférabilité et la robustesse de l’approche.
Contacts :
dominique houZet, équipe AGPiG
dominique.houzet@gipsa-lab.fr John Jairo martineZ-molina équipe SLR
john-jairo.martinez-molina@gipsa-lab.fr
Porteur : équipe AGPiG et équipe SLR, GIPSA-lab Partenaires :
Société EBL (ebike-lite), Allemagne ST-Microélectronics
Decathlon
Un plannificateur de trajet
Développé par mael Bosson, post- doctorant dans l’équipe du projet Pedelec, ce planificateur de trajet en vélo électrique permet de connaître une estimation du temps de trajet et de la consommation électrique de son vélo afin de bien calibrer son besoin en batterie et de ne pas se retrouver à pousser son vélo pour terminer son trajet.
www.electricbikerange.info
TRANSFERT
viZart3d – r etour artiCulatoire visuel pour l ’ aide à la prononCiation
Le projet Vizart3D vise à concevoir un système permettant à un patient en situation de rééducation orthophonique de visualiser en temps réel ses propres mouvements articulatoires au travers d’une tête parlante vir- tuelle. Il vise également à étudier comment ce patient s’approprie cette nouvelle source d’information visuelle pour améliorer sa propre produc- tion de parole. Vizart3D, piloté par l’équipe MAGIC et financé dans le cadre des soutiens à la recherche de l’Université Joseph Fourier (pôle CSVSB), s’inscrit dans la continuité du projet ANR ARTIS (2009-2012) pour le développement d’un prototype, et de tests dans un contexte de rééducation orthophonique et d’apprentissage de langue seconde.
Un système de retour articulatoire visuel est un système permettant à un locu- teur (en rééducation orthophonique ou en apprentissage de langue) de visualiser en même temps qu’il parle, ses propres mouvements articulatoires. L’objectif du projet Vizart3D est de développer un ensemble d’algorithmes mathématiques per- mettant d’estimer les mouvements articulatoires d’un utilisateur (langue, lèvres, mâchoire), uniquement à partir du signal acoustique de la parole, capturé à partir d’un simple microphone. Ce problème d’ « inversion acoustico-articulatoire » est abordé avec des techniques dites « d’apprentissage artificiel » (machine learning) qui permettent de créer de façon automatique, à partir de données expérimentales, un modèle statistique du fonctionnement d’un système biologique ou artificiel.
Dans l’approche développée ici, un modèle décrivant les relations entre les gestes articulatoires et les caractéristiques du son produit, pour un locuteur de référence, est préalablement construit en laboratoire sur la base d’un grand nombre d’enregis- trements simultanés des mouvements articulatoires et du signal de parole corres- pondant. Pour rendre compatible ce modèle à la voix d’un utilisateur quelconque, une phase de « calibration » est réalisé en modélisant les différences acoustiques qui existent entre la voix de l’utilisateur et la voix du locuteur de référence. Ces diffé- rences sont estimées sur la base d’un corpus très restreints de quelques dizaines de pseudo-mots, enregistré à l’aide d’un microphone. A l’issue de cette calibration, le système est (théoriquement) capable d’estimer les mouvements articulatoires réali- sés par l’utilisateur, uniquement à partir de l’analyse du signal acoustique de parole correspondant, et ce, pour n’importe quelle séquence de sons d’une langue donnée.
Dans le prototype développé, les mouvements articulatoires estimés sont rendus, en temps-réel, par l’intermédiaire d’une tête parlante virtuelle, développée au GIPSA- lab depuis plusieurs années par la même équipe. Cette tête parlante est un clone virtuel complet de la sphère orofaciale du locuteur de référence qui laisse appa- raître, par transparence, les articulateurs de la parole habituellement non visibles, comme la langue et le voile du palais. Elle est constituée d’un ensemble de modèles 3D construits notamment à partir d’enregistrements IRM, et décrivant la géométrie des structures internes (comme la langue et la forme de la cavité buccale), pour différents sons du français. Ce prototype a été évalué avec succès sur des locuteurs non-pathologiques. La principale perspective est donc aujourd’hui sa validation
« hors laboratoire », dans le cadre de la rééducation orthophonique.
Au-delà du défi technologique que représente le développement de ce système, et de son potentiel pour une utilisation clinique dans le cadre de l’orthophonie, il permet également de tester de nouvelles hypothèses sur la perception de la parole.
En effet, s’il est aujourd’hui admis que l’information portée par la vision des lèvres de nos interlocuteurs est fortement impliquée dans les mécanismes cognitifs qui sous-tendent la perception de la parole, il reste à mieux comprendre si et comment notre cerveau exploite une information visuelle sur des articulateurs cachés telle que la langue.
Contact :
thomas hueBer, équipe MAGIC
thomas.hueber@gipsa-lab.fr Une vidéo de la tête parlante virtuelle est disponible à cette adresse : http://www.gipsa-lab.fr/projet/
vizart3D
PROJETS
Le projet TOTS a permis de développer et valider de nouvelles méthodes en tomographie acoustique océanique. Son originalité a été de résoudre 3 problèmes en acoustique sous-marine a priori distincts à l’aide d’une approche méthodologique commune : l’es- timation de variations de température dans l’océan, la détection de cible sous-marine et l’imagerie de la surface de l’océan. Soutenu par un programme ANR jeune chercheur de 3 ans (2010-2013), le projet TOTS a été piloté par l’équipe SIGMAPhy de GIPSA-lab en étroite collaboration avec ISTERRE (OSUG, Grenoble)
L’acoustique est un des outils privilégiés pour étudier la dynamique des pro- cessus océaniques en zone profonde mais les dispositifs de mesure acous- tique dédiés aux zones côtières peu profondes sont encore aujourd’hui peu développés. Pourtant, cet environnement sous-marin peu profond est le lieu où se produisent de nombreux phénomènes physiques tels que les phénomènes d’échange avec l’atmosphère, les courants, les marées, l’impact de l’activité humaine et la pollution. Le développement de nouvelles méthodes de traite- ment des signaux acoustiques dédiés aux « petits fonds » marins constitue donc un enjeu important pour la compréhension de la dynamique des processus océaniques et un vrai challenge scientifique en traitement du signal compte tenu de la complexité des données observées.
L’objectif de la tomographie acoustique océanique réalisée dans ce projet est d’obte- nir une imagerie haute résolution spatiale et temporelle d’une tranche d’océan à partir de mesures réalisées par deux antennes verticales situées de part et d’autre de la zone. Le principe est le suivant : lorsqu’une onde acoustique traverse une zone de perturbation sur son trajet (variation de température, cible sous-marine), plusieurs observables extraites de l’arrivée acoustique vont varier. Par exemple, son temps de parcours va être différent du temps théorique de référence (dans un milieu homo- gène). Ce sont ces anomalies de vitesse sur un grand nombre de trajets d’ondes qui permettent d’imager la dynamique du milieu observé (variations de températures, présence d’un objet immergé ou mouvements de surface).
La qualité de la tomographie dépend donc directement de la quantité et de la qualité des mesures des temps de propagation des ondes acoustiques, ou de celle d’autres observables (amplitude de l’arrivée, angles de réception…). Or dans les milieux océa- niques petits fonds ces ondes empruntent de multiples trajets (par réflexion de sur- face ou de fond) et interfèrent entre elles. La résolution obtenue à l’arrivée reste donc faible et limite les possibilités de séparation et d’identification des observables.
C’est le premier défi des chercheurs du projet TOTS, qui ont développé deux méthodes d’extraction d’observables utilisant deux antennes : la Double Formation de Voies et une méthode haute résolution Double Musical pour améliorer la séparation et l’identi- fication des observables. Ces dernières autorisent notamment la séparation d’ondes a priori non séparables (dont les temps de propagation sont trop proches) grâce à l’ajout de l’angle (d’émission et de réception) comme paramètre discriminant.
Cette méthode d’extraction à haute résolution a démontré sa capacité à séparer et identifier des temps de propagation bien supérieurs aux méthodes classiques (95 % des observables au lieu de 50 à 70 %).
Le 2e défi de l’équipe a été de développer les modèles physiques, appelés Noyaux de sensibilité, permettant de relier les variations des paramètres extraits précédemment aux paramètres physiques du milieu traversé (vitesse, densité…).
Une fois ces 2 étapes résolues, il a été possible d’utiliser les méthodes d’inversion par Maximum a posteriori pour estimer les variations du milieu observé et les imager.
Ces nouvelles méthodes de traitement de signaux acoustiques ainsi développées ont été validées sur des données réelles dans une cuve à échelle réduite située au labo- ratoire ISTERRE de Grenoble.
Contact :
BarBara niColas, équipe SIGMAPhy
barbara.nicolas@gipsa-lab.fr Porteur : équipe SIGMAPhy, GIPSA-lab
Partenaire : ISTERRE, Grenoble
tots – t omographie oCéanique en Zone peu profonde :
imager la struCture interne des oCéans
PROJETS
Les objectifs du projet Gaze&EEG ont été de développer un logi- ciel original de synchronisation et de réalignement des données issues des activités neurales (signaux EEG) et oculométriques et des algorithmes de séparation conjointe de sources pour le débruitage du signal EEG éliminant les artéfacts oculaires. Le dispositif d’enregistrement conjoint est opérationnel au GIPSA- lab (salle PerSee), mais aussi sur la plateforme EEG de l’UMS IRMage, au CHU de Grenoble. Il est utile pour des recherches dans le champ des neurosciences cognitives, mais aussi en re- cherche clinique. Ce projet, coordonné par GIPSA-lab, en colla- boration avec les laboratoires LPNC (Grenoble) et LUTIN (Paris), a bénéficié du soutien de l’ANR pour une durée de 45 mois.
Le cœur du projet concerne le traitement conjoint de signaux EEG (élec- troencéphalographiques) en synchronie avec les mouvements oculaires (MO) obtenus par oculométrie. Pour ce faire, une plateforme logicielle et matérielle a été développée et mise en place. Elle permet l’acqui- sition des signaux EEG, en synchronie avec les mouvements oculaires, puis le traitement conjoint de ces deux modalités. Bénéficier de cette complémentarité permet un meilleur débruitage du signal EEG affecté par des artefacts oculaires (analyse conjointe en composantes indépendantes), d’explorer le rôle fonctionnel des mouvements oculaires (microsaccades et saccades) en recherchant les mar- queurs neuronaux associés et d’enrichir la modélisation des processus cognitifs engagés dans des tâches visuelles à haut contenu sémantique (scènes visuelles, textes pour la recherche d’information, expressions faciales). L’utilisation de l’oculométrie conjointement avec le signal EEG permet de plus la conception de protocoles expérimentaux moins contraints et plus écologiques.
Des applications à trois niveaux ont été développées et se poursuivent encore actuellement. Le premier niveau concerne la compréhension du rôle fonctionnel des microsaccades comme index de l’orientation de l’attention visuelle. Le deu- xième niveau concerne le décryptage du décours spatio-temporel des activités neuronales lors de la réalisation de tâches saccadiques volontaires ou inihibi- trices. Ces travaux ont des retombées cliniques en pathologies de troubles de l’humeur, par exemple. Le dernier niveau concerne également l’analyse du dé- cours spatio-temporel des activités neuronales, mais cette fois dans des tâches plus écologiques, en lecture et en exploration visuelle de scènes naturelles. Ainsi, il a pu être mis en évidence dans le cadre d’une lecture fluide, des marqueurs P300 et N400 en les prédisant sur des mots parfaitement identifiés, révélateurs de prises de décision (acceptation ou rejet de l’information) au cours d’une lec- ture lors de tâches de recherche d’information. Des résultats similaires ont été obtenus en exploration visuelle. L’intérêt ici est qu’ils soient mis en évidence lors de tâches non contraintes en mouvements oculaires qui correspondent à des situations écologiques de la vie courante.
Les résultats du projet Gaze&EEG répondent à un intérêt de plus en plus crois- sant de plusieurs domaines scientifiques (neurosciences, sciences cognitives et recherche clinique) pour ce type de protocoles expérimentaux, qui sont donc amenés à être plus largement utilisés. Simplement pour preuve, l’importance en nombre de présentations sur ce thème en août 2013 à la conférence « European Conference on Eye Movements » (Lund, Suède) montre la pleine expansion de ce domaine et encourage l’équipe à poursuivre par ses travaux.
Contact : anne guerin, équipe VIBS
anne.guerin@gipsa-lab.fr
Porteur : équipe VIBS, GIPSA-lab Partenaire :
Laboratoire LPNC, Grenoble Laboratoire LUTIN, Paris
