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1 1 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 De la technologie à la capture du mouvement François FAVRE REGUILLON UIAD - 15 avril 2011

2 2 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Résumé La capture du mouvement a fait l’objet de R&D au CEA à partir du début des années 2000. Cette activité a pu émerger grâce à l’existence de capteurs MEMS qui permettaient d’envisager la réalisation d’applications à bas coût. La mise en oeuvre de ces capteurs, associée à des traitements relativement complexes a permis de traiter diverses applications dans des domaines très variés tels que la santé, le sport, le jeu, etc., avec la prise en compte des limites de ces technologies. En 2007, il y a eu la création de la start up MOVEA qui a repris et développé industriellement ces activités.

3 3 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Plan de l’exposé Introduction La technologie MEMS  Accéléromètre, Magnétomètre, Gyromètre Le calibrage Les traitements  Statique, dynamique Les applications  La santé, le sport, le jeu Le transfert industriel

4 4 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Introduction La capture du mouvement au CEA : début 2000 Existence de microsystèmes électromécaniques (MEMS) Systèmes potentiellement bas coût

5 5 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Introduction Mesure du champ magnétique terrestre et du champ de gravité pour avoir un repère local de l’objet  accéléromètre tri axes  magnétomètre tri axes Nord Est

6 6 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les accéléromètres http://apiphys.free.fr/IMG/pdf/accelerometre.pdf La capacité varie avec la distance entre les dents des 2 peignes (d1, d2) et avec la surface des deux peignes en regard. Elle est donc modifiée sous l’effet d’un choc. Chaque variation de capacité mesurée correspond à un changement d’accélération. Cette variation, est convertie en signal électrique.

7 7 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les magnétomètres Capteur à effet Hall Capteur magnétorésistif Capteur microfluxgate

8 8 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les magnétomètres Le champ magnétique terrestre La terre agit comme un aimant droit ou dipôle magnétique. Les lignes de forces magnétiques définissant le spectre magnétique de la Terre établissent tout autour de la planète un champ magnétique terrestre. A Paris, L = 64° et B = 4,7 10-5T soit ~ 0.5 Gauss

9 9 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les magnétomètres Lorsqu'un courant traverse un barreau en matériau semi- conducteur (ou conducteur), et si un champ magnétique d'induction B est appliqué perpendiculairement au sens de passage du courant, une tension, appelée tension Hall, proportionnelle au champ magnétique et au courant apparaît sur les faces latérales du barreau Capteur à effet Hall Wikipédia

10 10 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les magnétomètres Ce capteur est composé de fines couches d’un alliage magnétique de fer et de nickel dont la résistance électrique varie avec une variation du champ magnétique appliqué. Les derniers progrès sur ces détecteurs ont permis d'obtenir des sensibilités inférieures à 0,1 milligauss avec un temps de réponse inférieur à la microseconde. Capteur magnéto résistif

11 11 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les magnétomètres Capteur microfluxgate

12 12 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La technologie MEMS : les gyros Inertial Sensing of human movement – H.J. Luinge Le gyros consiste en une masse m soumis à un déplacement (suivant r act ) avec une vitesse v. Si de plus, il est soumis à une rotation avec une vitesse angulaire ω perpendiculaire au plan, alors apparaît une force (force de Coriolis) perpendiculaire à v et ω, d’amplitude f c = 2m.v.ω La distance mesurée d, connue en tant qu’effet de Coriolis est alors utilisée comme mesure de la vitesse angulaire.

13 13 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les prototypes successifs 2000

14 14 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le calibrage des capteurs L’objectif de cette méthode est de déterminer un repère orthogonal en conservant l’axe Z capteur. Le calcul nécessite des opérations mathématiques : décomposition de type SVD et décomposition de Cholesky).

15 15 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le calibrage des capteurs

16 16 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les traitements 3A3M Des données physiques aux angles de rotation Capture du mouvement – Cindy Bassompierre

17 17 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les traitements 3A3M Capture du mouvement – Cindy Bassompierre

18 18 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les traitements 3A3M : mouvement statique Capture du mouvement – Cindy Bassompierre

19 19 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les traitements 3A3M : mouvement statique Capture du mouvement – Cindy Bassompierre

20 20 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Les applications Santé Gérontologie Kinésithérapie … Sport Ski freestyle Aviron Danse Course … Jeux

21 21 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La genèse Mocap.wmv

22 22 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La santé : mesure de la dépendance Projet ACTIDOM : LI2G France Telecom TIMC TEAMLOG CEA

23 23 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La santé Traitements : Cas statique, filtrage PB, filtrage PH

24 24 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La santé Actidom.wmv Traitements : Cas statique, filtrage PB, filtrage PH

25 25 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La santé

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27 27 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La santé Coeur.mpg

28 28 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 L’aviron Aviron.wmv Traitements : Cas statique, filtrage PB, filtrage PH

29 29 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Free style Problème de la dynamique  Mesure de G : superposition de l’accélération propre Mesure accéléromètre = G + a propre  G et B insuffisant pour le dynamique Solutions pour le dynamique  Chaine articulée  Prédiction de l’accélération propre au point de mesure  Méthodes point fixe / globale  Filtrage de KALMAN

30 30 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Free style Mémoire Fabien JAMMES La reconstruction de mouvement La reconstruction de mouvements consiste en la recherche des variables articulaires de la chaine articulée. Pour cela, un modèle articulé d’humain est utilisé, ainsi que le modèle des capteurs utilisés. Ces deux modèles permettent de simuler des mesures, c’est le modèle direct. Le problème de la reconstruction de mouvement se trouve être l’inverse. A partir de mesures, on souhaite remonter à la position de l’humain, c’est le problème inverse.

31 31 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Systèmes de référence existants : le VICON

32 32 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Free style saut.avi sautreconst.avi

33 33 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Free style 2alpesaut2.wmv Run3.wmv

34 34 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Free style Slalom.wmv

35 35 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La course, la marche Détection du pas Stance ( le pied est en contact avec le sol ) Swing Calcul de la longueur du pas par double intégration

36 36 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 toe offheel strike swingstance La course, la marche : détection du pas foot flat mid swing Vitesse angulaire et Accélération

37 37 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La course, la marche : longueur du pas Recherche du plan de marche : Plan déterminé par la décomposition de la matrice formée par les accélérations en valeurs singulières Recherche de la verticale : Construction d’un repère vertical et horizontal quand le pied est posé Projection de l’accélération dans le plan de marche Délimitation de la zone d’intégration Double intégration

38 38 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La course, la marche

39 39 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La danse, expression corporelle choregraphie.wmv

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42 42 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Le Jeu Boxe.mpg

43 43 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 L’association localisation et capture de mouvement Capture de mouvement.mpg LocULB.mpg

44 44 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La natation crawl.wmv NatationClip.wmv

45 45 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La natation : le produit DECATHLON

46 46 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La sécurité : le projet DEMOLOC Partenaires : SDIS69 3DPlus EADS

47 47 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La sécurité Identification des postures Filtrage Calcul des coefficients de la matrice de rotation Détermination de la posture (arbre de décision) à une fréquence de 1s. Calcul de l’activité Filtrage Calcul de la norme des accéléromètres Détermination de l’activité à une fréquence de 1s. Calcul du Cap

48 48 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 La sécurité Demoloc.wmv

49 49 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Transfert technologique

50 50 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Transfert technologique Movea.wmv

51 51 © CEA 2010. All rights reserved Any reproduction in whole or in part on any medium or use of the information contained herein is prohibited without the prior written consent of CEA De la technologie à la capture du mouvement François Favre Reguillon 15/04/2011 Innovation for industry Merci pour votre attention