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Ait Ouassarah Azhar. ADI : A NoSQL system for bi-temporal databases. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
La complexité et la dynamique de l'environnement dans lequel évolue chaque entreprise requiert de la part de ses managers la capacité de prendre des décisions pertinentes dans un laps de temps très court afin de s'accroître. Pour cela, l'analyse des données générées par l'activité de l'entreprise peut être une précieuse source d'information. L'Intelligence Opérationnelle (IO) est une classe de systèmes d'aide à la décision permettant aux managers d'avoir une très bonne compréhension de la situation de l'entreprise, à travers l'analyse de l'activité passée et présente. Dans ce contexte, les notions de temps et de traçabilité sont primordiales dans la compréhension de l'évolution de l'activité de l'entreprise à travers le temps. Dans cette thèse, nous présentons Axway Decision Insight (ADI), une solution d'IO développée par Axway. Son composant clé est un SGBD orienté-colonnes et bi-temporel développé en interne par l'entreprise pour répondre aux besoins spécifiques de l'IO. Ses capacités bi-temporelles lui permettent de gérer nativement aussi bien l'évolution des données dans la réalité modélisée (temps de validité) que l'évolution des données dans la base de données (temps de transaction). Nous commencerons par présenter la solution ADI en nous focalisant sur deux éléments importants: 1) l'interface graphique qui permet la conception et l'utilisation d'ADI sans écrire la moindre ligne de code. 2) L'approche adoptée pour modéliser les données bi-temporelles. Ensuite, nous présenterons un benchmark bi-temporel destiné ADI.Après cela, nous présenterons deux optimisations pour ADI. La première permet de pré-calculer et matérialiser les opérations d'agrégation, ce qui permet de réduire le temps nécessaire à la mise à jour de interface graphique d'ADI. La deuxième optimisation ordonne l'exécution des opérateurs de jointure des plans de requêtes en utilisant un modèle coût basé sur des statistiques sur des données bi-temporelles. Pour ces optimisations, nous avons effectué des expérimentations en utilisant notre benchmark, et qui ont démontré leurs intérêts.
Nowadays, every company is operating in very dynamic and complex environments which require from its managers to have a deep understanding of its business in order to take rapid and relevant decisions, and thus maintain or improve their company's activities. They can rely on analyzing the data deluge generated by the company's activities. A new class of systems has emerged in the decision support system galaxy called "Operational Intelligence" (OI) to meet this challenge. The objective is to enable operational managers to understand what happened in the past as well as what is currently happening in their business. In this context, the notions of time and traceability turns out to play a crucial role to understand what happened in the company and what is currently happening in the company. In this thesis, we present "Axway Decision Insight" (ADI), an "Operational Intelligence" solution developed by Axway. ADI's key component is a proprietary bi-temporal and column-oriented DBMS that has specially been designed to meet OI requirements. Its bi-temporal capabilities enable to catch both data evolution in the modeled reality (valid time) and in the database (transaction time).We first introduce ADI by focusing on two topics: 1) the GUI that makes the platform "code-free". 2) The adopted bi-temporal modeling approaches. Then we propose a performance benchmark that meets ADI's requirements. Next, we present two bi-temporal query optimizations for ADI. The first one consists in redefining a complex bi-temporal query into: 1) a set of continuous queries in charge of computing aggregation operations as data is collected. 2) A bi-temporal query that accesses the continuous queries' results and feeds the GUI. The second one is a cost-based optimization that uses statistics on bi-temporal data to determine an "optimal" query plan. For these two optimizations, we conducted some experiments, using our benchmark, which show their interests.
Mot(s) clés libre(s) : Information, Aide à la décision, Intelligence opérationnelle, Bases de données bi-Temporelles, Optimisation de requêtes, Benchmarking, Information technology, Operational intelligence, Bi-temporal database, Query optimisation, Benchmarkig
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Ait Ouassarah Azhar. ADI : A NoSQL system for bi-temporal databases. 2016 / Thèses / accès à la bibliothèque (document papier)
Résumé
Résumé
La complexité et la dynamique de l'environnement dans lequel évolue chaque entreprise requiert de la part de ses managers la capacité de prendre des décisions pertinentes dans un laps de temps très court afin de s'accroître. Pour cela, l'analyse des données générées par l'activité de l'entreprise peut être une précieuse source d'information. L'Intelligence Opérationnelle (IO) est une classe de systèmes d'aide à la décision permettant aux managers d'avoir une très bonne compréhension de la situation de l'entreprise, à travers l'analyse de l'activité passée et présente. Dans ce contexte, les notions de temps et de traçabilité sont primordiales dans la compréhension de l'évolution de l'activité de l'entreprise à travers le temps. Dans cette thèse, nous présentons Axway Decision Insight (ADI), une solution d'IO développée par Axway. Son composant clé est un SGBD orienté-colonnes et bi-temporel développé en interne par l'entreprise pour répondre aux besoins spécifiques de l'IO. Ses capacités bi-temporelles lui permettent de gérer nativement aussi bien l'évolution des données dans la réalité modélisée (temps de validité) que l'évolution des données dans la base de données (temps de transaction). Nous commencerons par présenter la solution ADI en nous focalisant sur deux éléments importants: 1) l'interface graphique qui permet la conception et l'utilisation d'ADI sans écrire la moindre ligne de code. 2) L'approche adoptée pour modéliser les données bi-temporelles. Ensuite, nous présenterons un benchmark bi-temporel destiné ADI.Après cela, nous présenterons deux optimisations pour ADI. La première permet de pré-calculer et matérialiser les opérations d'agrégation, ce qui permet de réduire le temps nécessaire à la mise à jour de interface graphique d'ADI. La deuxième optimisation ordonne l'exécution des opérateurs de jointure des plans de requêtes en utilisant un modèle coût basé sur des statistiques sur des données bi-temporelles. Pour ces optimisations, nous avons effectué des expérimentations en utilisant notre benchmark, et qui ont démontré leurs intérêts.
Nowadays, every company is operating in very dynamic and complex environments which require from its managers to have a deep understanding of its business in order to take rapid and relevant decisions, and thus maintain or improve their company's activities. They can rely on analyzing the data deluge generated by the company's activities. A new class of systems has emerged in the decision support system galaxy called "Operational Intelligence" (OI) to meet this challenge. The objective is to enable operational managers to understand what happened in the past as well as what is currently happening in their business. In this context, the notions of time and traceability turns out to play a crucial role to understand what happened in the company and what is currently happening in the company. In this thesis, we present "Axway Decision Insight" (ADI), an "Operational Intelligence" solution developed by Axway. ADI's key component is a proprietary bi-temporal and column-oriented DBMS that has specially been designed to meet OI requirements. Its bi-temporal capabilities enable to catch both data evolution in the modeled reality (valid time) and in the database (transaction time).We first introduce ADI by focusing on two topics: 1) the GUI that makes the platform "code-free". 2) The adopted bi-temporal modeling approaches. Then we propose a performance benchmark that meets ADI's requirements. Next, we present two bi-temporal query optimizations for ADI. The first one consists in redefining a complex bi-temporal query into: 1) a set of continuous queries in charge of computing aggregation operations as data is collected. 2) A bi-temporal query that accesses the continuous queries' results and feeds the GUI. The second one is a cost-based optimization that uses statistics on bi-temporal data to determine an "optimal" query plan. For these two optimizations, we conducted some experiments, using our benchmark, which show their interests.
Mot(s) clés libre(s) : Information, Aide à la décision, Intelligence opérationnelle, Bases de données bi-Temporelles, Optimisation de requêtes, Benchmarking, Information technology, Operational intelligence, Bi-temporal database, Query optimisation, Benchmarkig
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Li Yiqin. Approches analytique et expérimentale de la convection naturelle en canal vertical : Application aux double-façades photovoltaïques. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
Dans le contexte énergétique actuel, le développement de l'énergie solaire passe par son développement à grande échelle en milieu urbain. Les solutions actives et intégrées telles que les double-façades photovoltaïques permettent d'une part d'envisager une valorisation de la chaleur et d'autre part de valoriser l'enveloppe des bâtiments en tant que surface de captation. De plus, cette configuration limite la perte de rendement et l'accélération du vieillissement liées à la surchauffe des cellules. En effet, les composants photovoltaïques sont séparés du bâtiment par une lame d'air et la convection naturelle développée dans cet espace favorise l'évacuation de la chaleur absorbée par les panneaux. Cependant, le comportement global d'une double-façade photovoltaïque est très complexe et encore mal compris. Cette thèse se focalise sur l'expérimentation du phénomène de la convection naturelle. Un banc d'essais, développé dans le cadre de la thèse de Daverat, modélise la double-façade par un canal vertical avec chauffage pariétal. Le fluide d'étude est de l'eau afin de s'affranchir du rayonnement entre parois et d'étudier le couplage conduction-convection. Le banc d'essais est constitué d'un canal vertical de 65cm de haut, chauffé à une densité de flux uniforme, plongé dans une cellule de 1,5m de haut remplie d'eau. L'écoulement est observé par des mesures de densité de flux de chaleur, de température pariétale et de vitesse, ces dernières étant réalisées par vélocimétrie par images de particules et par vélocimétrie laser Doppler. Deux configurations de chauffage sont étudiées : symétrique et asymétrique. Pour l'étude de la configuration avec un chauffage symétrique, les données expérimentales issues du travail de thèse de Daverat sont analysées par une approche zonale. Un découpage du canal est proposé et une analyse des ordres de grandeur permet de comprendre les observations expérimentales. Ainsi, cette analyse se focalise sur le transfert thermique aux parois, l'évolution de la pression dans le canal et sur les fluctuations, en particulier, sur l'évaluation du terme croisé du tenseur de Reynolds. La configuration d'un chauffage asymétrique est étudiée expérimentalement pour la phase de démarrage et le régime stationnaire. Pour la phase de démarrage, la caractérisation des premières heures à partir de la mise en chauffage de la paroi est réalisée en termes de température pariétale, de vitesse et de comportement bi-/tri-dimensionnel de l'écoulement. Un écoulement de retour de grande échelle est mis en évidence. L'impact de la stratification thermique externe du canal est également étudié. Pour le régime stationnaire, les analyses sont réalisées sur des données pour lesquels le régime est considéré établi. Les comportements thermique et dynamique sont étudiés et mettent en évidence deux états distincts. Des écoulements de retour sont également observés. Enfin, les influences du nombre de Prandtl et de l'écartement du canal sont discutées.
Under the current energy context, the development of solar energy goes through its large scale development, especially in urban areas. Active and integrated solutions, such as photovoltaic double-skins, allow both the heat recovery for building needs and the exploitation of building envelope as collecting surface. Furthermore, this configuration limits the efficiency loss and the acceleration of ageing process due to overheating of the solar cells. Indeed, in this configuration, the photovoltaic panels are separated from the building by an air channel and the thermally driven flow that develops in the channel helps to evacuate the heat absorbed by the panels. However, the global behaviour of the photovoltaic double-skin is complex and not yet fully understood. This study is part of a scientific project on multi-scale modelling and experimentation of BIPV components. It focuses on the experimentation of the natural convection phenomenon in double-façades. An experimental apparatus developed during C. Daverat's thesis models the double-façade by a vertical channel with wall heating. The working fluid is water so as to avoid radiative heat transfer between walls. The experimental apparatus consists of a 65 cm high vertical channel, with isoflux heating, immersed in a 1.5 m high water tank. The fluid flow is instrumented with measurements of heat flux, wall temperature and velocity. The velocity measurements are made by Particle Image Velocimetry and Laser Doppler Velocimetry. Two heating configurations are studied: symmetrical (same heat flux is imposed on both walls) and asymmetrical (only one wall is heated, the other one being adiabatic). For the study with symmetrical heating configuration, experimental data from Daverat's thesis are analysed by a zonal approach. The channel is split into several zones and a scaling analysis is conducted in order to explain experimental observations. Thus, the study focuses on heat transfer, pressure evolution in the channel and fluctuations, in particular, the evaluation of the maximum Reynolds stress. The asymmetrical configuration is studied for the transient regime and the steady regime. For the transient regime, early stage (first hours) is characterised in terms of wall temperature, velocity and two- or three-dimensional flow behaviour. A large-scale reversal flow is observed. The impact of external thermal stratification is also studied. For the steady regime, thermal and dynamic behaviours are studied and two different states are distinguished and characterised. Reversal flows are also observed. Finally, the influence of the Prandtl number and the channel width is discussed.
Mot(s) clés libre(s) : Bipv, Energie photovoltaïque, Energie solaire, Energie renouvelable, Batiment, Chaleur, Convection naturelle, Ecoulement de chaleur, Flux chaleur, Chauffage, Régime transitoire, Température, BIPV, Photovoltaïc energy, Solar energy, Renewable energy, Building, Heat, Natural convection, Heat flow, Heat diffusion, Heating, Transitional alumina, Temperature
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Li Yiqin. Approches analytique et expérimentale de la convection naturelle en canal vertical : Application aux double-façades photovoltaïques. 2016 / Thèses / accès à la bibliothèque (document papier)
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Dans le contexte énergétique actuel, le développement de l'énergie solaire passe par son développement à grande échelle en milieu urbain. Les solutions actives et intégrées telles que les double-façades photovoltaïques permettent d'une part d'envisager une valorisation de la chaleur et d'autre part de valoriser l'enveloppe des bâtiments en tant que surface de captation. De plus, cette configuration limite la perte de rendement et l'accélération du vieillissement liées à la surchauffe des cellules. En effet, les composants photovoltaïques sont séparés du bâtiment par une lame d'air et la convection naturelle développée dans cet espace favorise l'évacuation de la chaleur absorbée par les panneaux. Cependant, le comportement global d'une double-façade photovoltaïque est très complexe et encore mal compris. Cette thèse se focalise sur l'expérimentation du phénomène de la convection naturelle. Un banc d'essais, développé dans le cadre de la thèse de Daverat, modélise la double-façade par un canal vertical avec chauffage pariétal. Le fluide d'étude est de l'eau afin de s'affranchir du rayonnement entre parois et d'étudier le couplage conduction-convection. Le banc d'essais est constitué d'un canal vertical de 65cm de haut, chauffé à une densité de flux uniforme, plongé dans une cellule de 1,5m de haut remplie d'eau. L'écoulement est observé par des mesures de densité de flux de chaleur, de température pariétale et de vitesse, ces dernières étant réalisées par vélocimétrie par images de particules et par vélocimétrie laser Doppler. Deux configurations de chauffage sont étudiées : symétrique et asymétrique. Pour l'étude de la configuration avec un chauffage symétrique, les données expérimentales issues du travail de thèse de Daverat sont analysées par une approche zonale. Un découpage du canal est proposé et une analyse des ordres de grandeur permet de comprendre les observations expérimentales. Ainsi, cette analyse se focalise sur le transfert thermique aux parois, l'évolution de la pression dans le canal et sur les fluctuations, en particulier, sur l'évaluation du terme croisé du tenseur de Reynolds. La configuration d'un chauffage asymétrique est étudiée expérimentalement pour la phase de démarrage et le régime stationnaire. Pour la phase de démarrage, la caractérisation des premières heures à partir de la mise en chauffage de la paroi est réalisée en termes de température pariétale, de vitesse et de comportement bi-/tri-dimensionnel de l'écoulement. Un écoulement de retour de grande échelle est mis en évidence. L'impact de la stratification thermique externe du canal est également étudié. Pour le régime stationnaire, les analyses sont réalisées sur des données pour lesquels le régime est considéré établi. Les comportements thermique et dynamique sont étudiés et mettent en évidence deux états distincts. Des écoulements de retour sont également observés. Enfin, les influences du nombre de Prandtl et de l'écartement du canal sont discutées.
Under the current energy context, the development of solar energy goes through its large scale development, especially in urban areas. Active and integrated solutions, such as photovoltaic double-skins, allow both the heat recovery for building needs and the exploitation of building envelope as collecting surface. Furthermore, this configuration limits the efficiency loss and the acceleration of ageing process due to overheating of the solar cells. Indeed, in this configuration, the photovoltaic panels are separated from the building by an air channel and the thermally driven flow that develops in the channel helps to evacuate the heat absorbed by the panels. However, the global behaviour of the photovoltaic double-skin is complex and not yet fully understood. This study is part of a scientific project on multi-scale modelling and experimentation of BIPV components. It focuses on the experimentation of the natural convection phenomenon in double-façades. An experimental apparatus developed during C. Daverat's thesis models the double-façade by a vertical channel with wall heating. The working fluid is water so as to avoid radiative heat transfer between walls. The experimental apparatus consists of a 65 cm high vertical channel, with isoflux heating, immersed in a 1.5 m high water tank. The fluid flow is instrumented with measurements of heat flux, wall temperature and velocity. The velocity measurements are made by Particle Image Velocimetry and Laser Doppler Velocimetry. Two heating configurations are studied: symmetrical (same heat flux is imposed on both walls) and asymmetrical (only one wall is heated, the other one being adiabatic). For the study with symmetrical heating configuration, experimental data from Daverat's thesis are analysed by a zonal approach. The channel is split into several zones and a scaling analysis is conducted in order to explain experimental observations. Thus, the study focuses on heat transfer, pressure evolution in the channel and fluctuations, in particular, the evaluation of the maximum Reynolds stress. The asymmetrical configuration is studied for the transient regime and the steady regime. For the transient regime, early stage (first hours) is characterised in terms of wall temperature, velocity and two- or three-dimensional flow behaviour. A large-scale reversal flow is observed. The impact of external thermal stratification is also studied. For the steady regime, thermal and dynamic behaviours are studied and two different states are distinguished and characterised. Reversal flows are also observed. Finally, the influence of the Prandtl number and the channel width is discussed.
Mot(s) clés libre(s) : Bipv, Energie photovoltaïque, Energie solaire, Energie renouvelable, Batiment, Chaleur, Convection naturelle, Ecoulement de chaleur, Flux chaleur, Chauffage, Régime transitoire, Température, BIPV, Photovoltaïc energy, Solar energy, Renewable energy, Building, Heat, Natural convection, Heat flow, Heat diffusion, Heating, Transitional alumina, Temperature
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Berlemont Samuel. Automatic non linear metric learning : Application to gesture recognition. 2016 / Thèses / accès numérique réservé
Résumé
Résumé
Cette thèse explore la reconnaissance de gestes à partir de capteurs inertiels pour Smartphone. Ces gestes consistent en la réalisation d'un tracé dans l'espace présentant une valeur sémantique, avec l'appareil en main. Notre étude porte en particulier sur l'apprentissage de métrique entre signatures gestuelles grâce à l'architecture "Siamoise" (réseau de neurones siamois, SNN), qui a pour but de modéliser les relations sémantiques entre classes afin d'extraire des caractéristiques discriminantes. Cette architecture est appliquée au perceptron multicouche (MultiLayer Perceptron). Les stratégies classiques de formation d'ensembles d'apprentissage sont essentiellement basées sur des paires similaires et dissimilaires, ou des triplets formés d'une référence et de deux échantillons respectivement similaires et dissimilaires à cette référence. Ainsi, nous proposons une généralisation de ces approches dans un cadre de classification, où chaque ensemble d'apprentissage est composé d une référence, un exemple positif, et un exemple négatif pour chaque classe dissimilaire. Par ailleurs, nous appliquons une régularisation sur les sorties du réseau au cours de l'apprentissage afin de limiter les variations de la norme moyenne des vecteurs caractéristiques obtenus. Enfin, nous proposons une redéfinition du problème angulaire par une adaptation de la notion de sinus polaire , aboutissant à une analyse en composantes indépendantes non-linéaire supervisée. A l'aide de deux bases de données inertielles, la base MHAD (Multimodal Human Activity Dataset) ainsi que la base Orange, composée de gestes symboliques inertiels réalisés avec un Smartphone, les performances de chaque contribution sont caractérisées. Ainsi, des protocoles modélisant un monde ouvert, qui comprend des gestes inconnus par le système, mettent en évidence les meilleures capacités de détection et rejet de nouveauté du SNN. En résumé, le SNN proposé permet de réaliser un apprentissage supervisé de métrique de similarité non-linéaire, qui extrait des vecteurs caractéristiques discriminants, améliorant conjointement la classification et le rejet de gestes inertiels.
As consumer devices become more and more ubiquitous, new interaction solutions are required. In this thesis, we explore inertial-based gesture recognition on Smartphones, where gestures holding a semantic value are drawn in the air with the device in hand. In our research, speed and delay constraints required by an application are critical, leading us to the choice of neural-based models. Thus, our work focuses on metric learning between gesture sample signatures using the "Siamese" architecture (Siamese Neural Network, SNN), which aims at modelling semantic relations between classes to extract discriminative features, applied to the MultiLayer Perceptron. Contrary to some popular versions of this algorithm, we opt for a strategy that does not require additional parameter fine tuning, namely a set threshold on dissimilar outputs, during training. Indeed, after a preprocessing step where the data is filtered and normalised spatially and temporally, the SNN is trained from sets of samples, composed of similar and dissimilar examples, to compute a higher-level representation of the gesture, where features are collinear for similar gestures, and orthogonal for dissimilar ones. While the original model already works for classification, multiple mathematical problems which can impair its learning capabilities are identified. Consequently, as opposed to the classical similar or dissimilar pair; or reference, similar and dissimilar sample triplet input set selection strategies, we propose to include samples from every available dissimilar classes, resulting in a better structuring of the output space. Moreover, we apply a regularisation on the outputs to better determine the objective function. Furthermore, the notion of polar sine enables a redefinition of the angular problem by maximising a normalised volume induced by the outputs of the reference and dissimilar samples, which effectively results in a Supervised Non-Linear Independent Component Analysis. Finally, we assess the unexplored potential of the Siamese network and its higher-level representation for novelty and error detection and rejection. With the help of two real-world inertial datasets, the Multimodal Human Activity Dataset as well as the Orange Dataset, specifically gathered for the Smartphone inertial symbolic gesture interaction paradigm, we characterise the performance of each contribution, and prove the higher novelty detection and rejection rate of our model, with protocols aiming at modelling unknown gestures and open world configurations. To summarise, the proposed SNN allows for supervised non-linear similarity metric learning, which extracts discriminative features, improving both inertial gesture classification and rejection.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, Informatique ambiante, Reconnaissance de gestes, Apprentissage automatique, Apprentissage métrique, Réseau de neurones artificiels, Reseau siamois, Capteur inertiel, Système micro électromécanique - MEMS, Information technology, Ubiquitous computing, Artifical intellligence, Gesture recognition, Machine learning, Metric learning, Artificial neural network, Inertial sensor, Siamese network, MEMS - Micro Electro Mechanical System
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Berlemont Samuel. Automatic non linear metric learning : Application to gesture recognition. 2016 / Thèses / accès à la bibliothèque (document papier)
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Cette thèse explore la reconnaissance de gestes à partir de capteurs inertiels pour Smartphone. Ces gestes consistent en la réalisation d'un tracé dans l'espace présentant une valeur sémantique, avec l'appareil en main. Notre étude porte en particulier sur l'apprentissage de métrique entre signatures gestuelles grâce à l'architecture "Siamoise" (réseau de neurones siamois, SNN), qui a pour but de modéliser les relations sémantiques entre classes afin d'extraire des caractéristiques discriminantes. Cette architecture est appliquée au perceptron multicouche (MultiLayer Perceptron). Les stratégies classiques de formation d'ensembles d'apprentissage sont essentiellement basées sur des paires similaires et dissimilaires, ou des triplets formés d'une référence et de deux échantillons respectivement similaires et dissimilaires à cette référence. Ainsi, nous proposons une généralisation de ces approches dans un cadre de classification, où chaque ensemble d'apprentissage est composé d une référence, un exemple positif, et un exemple négatif pour chaque classe dissimilaire. Par ailleurs, nous appliquons une régularisation sur les sorties du réseau au cours de l'apprentissage afin de limiter les variations de la norme moyenne des vecteurs caractéristiques obtenus. Enfin, nous proposons une redéfinition du problème angulaire par une adaptation de la notion de sinus polaire , aboutissant à une analyse en composantes indépendantes non-linéaire supervisée. A l'aide de deux bases de données inertielles, la base MHAD (Multimodal Human Activity Dataset) ainsi que la base Orange, composée de gestes symboliques inertiels réalisés avec un Smartphone, les performances de chaque contribution sont caractérisées. Ainsi, des protocoles modélisant un monde ouvert, qui comprend des gestes inconnus par le système, mettent en évidence les meilleures capacités de détection et rejet de nouveauté du SNN. En résumé, le SNN proposé permet de réaliser un apprentissage supervisé de métrique de similarité non-linéaire, qui extrait des vecteurs caractéristiques discriminants, améliorant conjointement la classification et le rejet de gestes inertiels.
As consumer devices become more and more ubiquitous, new interaction solutions are required. In this thesis, we explore inertial-based gesture recognition on Smartphones, where gestures holding a semantic value are drawn in the air with the device in hand. In our research, speed and delay constraints required by an application are critical, leading us to the choice of neural-based models. Thus, our work focuses on metric learning between gesture sample signatures using the "Siamese" architecture (Siamese Neural Network, SNN), which aims at modelling semantic relations between classes to extract discriminative features, applied to the MultiLayer Perceptron. Contrary to some popular versions of this algorithm, we opt for a strategy that does not require additional parameter fine tuning, namely a set threshold on dissimilar outputs, during training. Indeed, after a preprocessing step where the data is filtered and normalised spatially and temporally, the SNN is trained from sets of samples, composed of similar and dissimilar examples, to compute a higher-level representation of the gesture, where features are collinear for similar gestures, and orthogonal for dissimilar ones. While the original model already works for classification, multiple mathematical problems which can impair its learning capabilities are identified. Consequently, as opposed to the classical similar or dissimilar pair; or reference, similar and dissimilar sample triplet input set selection strategies, we propose to include samples from every available dissimilar classes, resulting in a better structuring of the output space. Moreover, we apply a regularisation on the outputs to better determine the objective function. Furthermore, the notion of polar sine enables a redefinition of the angular problem by maximising a normalised volume induced by the outputs of the reference and dissimilar samples, which effectively results in a Supervised Non-Linear Independent Component Analysis. Finally, we assess the unexplored potential of the Siamese network and its higher-level representation for novelty and error detection and rejection. With the help of two real-world inertial datasets, the Multimodal Human Activity Dataset as well as the Orange Dataset, specifically gathered for the Smartphone inertial symbolic gesture interaction paradigm, we characterise the performance of each contribution, and prove the higher novelty detection and rejection rate of our model, with protocols aiming at modelling unknown gestures and open world configurations. To summarise, the proposed SNN allows for supervised non-linear similarity metric learning, which extracts discriminative features, improving both inertial gesture classification and rejection.
Mot(s) clés libre(s) : Informatique, Informatique ambiante, Reconnaissance de gestes, Apprentissage automatique, Apprentissage métrique, Réseau de neurones artificiels, Reseau siamois, Capteur inertiel, Système micro électromécanique - MEMS, Information technology, Ubiquitous computing, Artifical intellligence, Gesture recognition, Machine learning, Metric learning, Artificial neural network, Inertial sensor, Siamese network, MEMS - Micro Electro Mechanical System
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Humbert Gaël. Automatisation et amélioration de performances d'application pick & place multi-robots. 2016 / Thèses / accès numérique libre
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Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'emballage et du conditionnement. À notre connaissance, dans le monde industriel et académique, il n'existe pas d'outils de simulation qui prennent en compte toutes les étapes du cycle de développement afin d'aider au dimensionnement et à l'amélioration des performances d'application pick & place multi-robots. Il existe des outils performants répondant à un seul besoin mais aucun logiciel répondant à tous. L'objectif de ces travaux est le développement d'une méthodologie utilisable, à l'aide d'un unique outil logiciel, tout au long du cycle de création d'une application pick & place. Dans un premier temps, la cinématique des différents robots ainsi que leur environnement sont abordées. Dans un second temps, les stratégies de commande, permettant le travail individuel et collaboratif des robots, sont développées. En dernier lieu, le transfert du programme de la simulation à l'expérimentation est effectué de façon automatisée. A chaque étape, une phase de tests est initiée. Des tests comportementaux pour vérifier le fonctionnement des robots et leur interaction avec leur environnement sont effectués. Des essais en simulation des différents algorithmes sont réalisés suivant différentes configurations d'applications pick & place. Enfin, la comparaison entre les résultats obtenus en simulation et en expérimentation montre la pertinence de la démarche proposée.
This work belongs to the field of packaging. To best of our knowledge, in industrial and academic context, there are no digital tools that take into account all the steps of the development cycle to assist in the sizing and in the improvement of performance of multi-robots pick & place applications. The aim of these works is the development of a methodology usable, using a single software tool, throughout the creation cycle of a pick & place application. Firstly, kinematics of different robots and their environment are addressed. Secondly, control laws for individual and collaborative work of robots are developed. Finally, the transfer of the program from simulation to experimentation is carried out. At each step, a testing phase is initiated. Behavioral tests to check the robots operation and their interaction with their environment are performed. Simulation tests of the different algorithms are carried out according different configurations of pick & place application. Finally, a comparison between the result in simulation and in experimentation shows the relevance of the proposed approach.
Mot(s) clés libre(s) : Conditionnement, Emballage, Robotique, Robot, Cinématique, Expérimentation, Packaging, Packing, Robtic, Automatic control, Cinematics, Experimentation
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Humbert Gaël. Automatisation et amélioration de performances d'application pick & place multi-robots. 2016 / Thèses / accès à la bibliothèque (document papier)
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Cette thèse s'inscrit dans le domaine de l'emballage et du conditionnement. À notre connaissance, dans le monde industriel et académique, il n'existe pas d'outils de simulation qui prennent en compte toutes les étapes du cycle de développement afin d'aider au dimensionnement et à l'amélioration des performances d'application pick & place multi-robots. Il existe des outils performants répondant à un seul besoin mais aucun logiciel répondant à tous. L'objectif de ces travaux est le développement d'une méthodologie utilisable, à l'aide d'un unique outil logiciel, tout au long du cycle de création d'une application pick & place. Dans un premier temps, la cinématique des différents robots ainsi que leur environnement sont abordées. Dans un second temps, les stratégies de commande, permettant le travail individuel et collaboratif des robots, sont développées. En dernier lieu, le transfert du programme de la simulation à l'expérimentation est effectué de façon automatisée. A chaque étape, une phase de tests est initiée. Des tests comportementaux pour vérifier le fonctionnement des robots et leur interaction avec leur environnement sont effectués. Des essais en simulation des différents algorithmes sont réalisés suivant différentes configurations d'applications pick & place. Enfin, la comparaison entre les résultats obtenus en simulation et en expérimentation montre la pertinence de la démarche proposée.
This work belongs to the field of packaging. To best of our knowledge, in industrial and academic context, there are no digital tools that take into account all the steps of the development cycle to assist in the sizing and in the improvement of performance of multi-robots pick & place applications. The aim of these works is the development of a methodology usable, using a single software tool, throughout the creation cycle of a pick & place application. Firstly, kinematics of different robots and their environment are addressed. Secondly, control laws for individual and collaborative work of robots are developed. Finally, the transfer of the program from simulation to experimentation is carried out. At each step, a testing phase is initiated. Behavioral tests to check the robots operation and their interaction with their environment are performed. Simulation tests of the different algorithms are carried out according different configurations of pick & place application. Finally, a comparison between the result in simulation and in experimentation shows the relevance of the proposed approach.
Mot(s) clés libre(s) : Conditionnement, Emballage, Robotique, Robot, Cinématique, Expérimentation, Packaging, Packing, Robtic, Automatic control, Cinematics, Experimentation
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Wang Lin. Binary tomography reconstruction of bone microstructures from a limited number of projections. 2016 / Thèses / accès numérique libre
Résumé
Résumé
La reconstruction en tomographie discrète de la microstructure de l'os joue un role très important pour le diagnostic de l'ostéoporse, une maladie des os très fréquente. Le diagnostic clinique est basé sur l'absortiométrie duale de rayons X. Avec la tomographie de rayons X, une résolution spatiale élevée avec des images reconstruites in vivo requiert une dose d irradiation élevée et un temps de balayage long, ce qui est dangereux pour le patient. Une des méthodes pour résoudre ce problème est de limiter le nombre de projections. Cependant, avec cette méthode le problème de reconstruction devient mal posé. Deux types de régularisation par Variation Totale minimisées avec la méthode Alternate Direction of Minimization Method (ADMM) et deux schémas basés sur les méthodes de régularisation Level-set sont appliquées à deux images d'os expérimentales acquises avec un synchrotron (pixel size: 15 m). Des images de tailles variées et avec différents niveaux de bruit Gaussien additifs ajoutés aux projections sont utlisées pour étudier l'efficacité des méthodes de régularisation. Des minima locaux sont obtenus avec ces méthodes déterministes. Une approche globale d'optimisation est nécessaire pour améliorer les résultats. Des perturbations stochastiques peuvent être un moyen très utile pour échapper aux minima locaux. Dans une première approche, une équation différentielle stochastique basée sur la régularisation level-set est étudiée. Cette méthode améliore les résultats de reconstruction mais ne modifie que les frontières entre les régions 0 et 1. Ensuite une équation aux dérivées partielles stochastique est obtenue avec la régularisation TV pour améliorer la méthode stochastique level-set. A la fin de notre travail, nous avons étendu la méthode de régularisation à des images 3D avec des données réelles. Cette algorithme a été implémenté avec RTK. Nous avons aussi étendu l'approche level-set utilisée pour la tomographie binaire au cas multi-level.
Discrete tomography reconstruction of bone microstructure is important in diagnosis of osteoporosis. One way to reduce the radiation dose and scanning time in CT imaging is to limit the number of projections. This method makes the reconstruction problem highly ill-posed. A common solution is to reconstruct only a finite number of intensity levels. In this work, we investigate only binary tomography reconstruction problem. First, we consider variational regularization methods. Two types of Total Variation (TV) regularization approaches minimized with the Alternate Direction of Minimization Method (ADMM) and two schemes based on Level-set (LS) regularization methods are applied to two experimental bone cross-section images acquired with synchrotron micro-CT. The numerical experiments have shown that good reconstruction results were obtained with TV regularization methods and that level-set regularization outperforms the TV regularization for large bone image with complex structures. Yet, for both methods, some reconstruction errors are still located on the boundaries and some regions are lost when the projection number is low. Local minima were obtained with these deterministic methods. Stochastic perturbations is a useful way to escape the local minima. As a first approach, a stochastic differential equation based on level-set regularization was studied. This method improves the reconstruction results but only modifies the boundaries between the 0 and 1 regions. Then partial stochastic differential equation obtained with the TV regularization semi-norm were studied to improve the stochastic level-set method. The random change of the boundary are performed in a new way with the gradient or wavelet decomposition of the reconstructed image. Random topological changes are included to find the lost regions in the reconstructed images. At the end of our work, we extended the TV regularization method to 3D images with real data on RTK (Reconstruction Toolkit). And we also extended the level-set to the multi-level cases.
Mot(s) clés libre(s) : Microstructure de l'os, Imagerie, Tomographie discrète, Problème inverse, Régularisation Total Variation, Régularisation Level Set, Tomographie binaire, Ostéoprorose, Diffusion stochastique, Medical imaging, Bone microstructure, X-Ray imaging, Discrete tomography, Inverse problem, Totale variation regularization, Level set regularization, Stochastic diffusion, Osteoporosis
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Wang Lin. Binary tomography reconstruction of bone microstructures from a limited number of projections. 2016 / Thèses / accès à la bibliothèque (document papier)
Résumé
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La reconstruction en tomographie discrète de la microstructure de l'os joue un role très important pour le diagnostic de l'ostéoporse, une maladie des os très fréquente. Le diagnostic clinique est basé sur l'absortiométrie duale de rayons X. Avec la tomographie de rayons X, une résolution spatiale élevée avec des images reconstruites in vivo requiert une dose d irradiation élevée et un temps de balayage long, ce qui est dangereux pour le patient. Une des méthodes pour résoudre ce problème est de limiter le nombre de projections. Cependant, avec cette méthode le problème de reconstruction devient mal posé. Deux types de régularisation par Variation Totale minimisées avec la méthode Alternate Direction of Minimization Method (ADMM) et deux schémas basés sur les méthodes de régularisation Level-set sont appliquées à deux images d'os expérimentales acquises avec un synchrotron (pixel size: 15 m). Des images de tailles variées et avec différents niveaux de bruit Gaussien additifs ajoutés aux projections sont utlisées pour étudier l'efficacité des méthodes de régularisation. Des minima locaux sont obtenus avec ces méthodes déterministes. Une approche globale d'optimisation est nécessaire pour améliorer les résultats. Des perturbations stochastiques peuvent être un moyen très utile pour échapper aux minima locaux. Dans une première approche, une équation différentielle stochastique basée sur la régularisation level-set est étudiée. Cette méthode améliore les résultats de reconstruction mais ne modifie que les frontières entre les régions 0 et 1. Ensuite une équation aux dérivées partielles stochastique est obtenue avec la régularisation TV pour améliorer la méthode stochastique level-set. A la fin de notre travail, nous avons étendu la méthode de régularisation à des images 3D avec des données réelles. Cette algorithme a été implémenté avec RTK. Nous avons aussi étendu l'approche level-set utilisée pour la tomographie binaire au cas multi-level.
Discrete tomography reconstruction of bone microstructure is important in diagnosis of osteoporosis. One way to reduce the radiation dose and scanning time in CT imaging is to limit the number of projections. This method makes the reconstruction problem highly ill-posed. A common solution is to reconstruct only a finite number of intensity levels. In this work, we investigate only binary tomography reconstruction problem. First, we consider variational regularization methods. Two types of Total Variation (TV) regularization approaches minimized with the Alternate Direction of Minimization Method (ADMM) and two schemes based on Level-set (LS) regularization methods are applied to two experimental bone cross-section images acquired with synchrotron micro-CT. The numerical experiments have shown that good reconstruction results were obtained with TV regularization methods and that level-set regularization outperforms the TV regularization for large bone image with complex structures. Yet, for both methods, some reconstruction errors are still located on the boundaries and some regions are lost when the projection number is low. Local minima were obtained with these deterministic methods. Stochastic perturbations is a useful way to escape the local minima. As a first approach, a stochastic differential equation based on level-set regularization was studied. This method improves the reconstruction results but only modifies the boundaries between the 0 and 1 regions. Then partial stochastic differential equation obtained with the TV regularization semi-norm were studied to improve the stochastic level-set method. The random change of the boundary are performed in a new way with the gradient or wavelet decomposition of the reconstructed image. Random topological changes are included to find the lost regions in the reconstructed images. At the end of our work, we extended the TV regularization method to 3D images with real data on RTK (Reconstruction Toolkit). And we also extended the level-set to the multi-level cases.
Mot(s) clés libre(s) : Microstructure de l'os, Imagerie, Tomographie discrète, Problème inverse, Régularisation Total Variation, Régularisation Level Set, Tomographie binaire, Ostéoprorose, Diffusion stochastique, Medical imaging, Bone microstructure, X-Ray imaging, Discrete tomography, Inverse problem, Totale variation regularization, Level set regularization, Stochastic diffusion, Osteoporosis
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