Design of human activity recognition systems
Conception de systèmes de reconnaissance d’activités humaines
Résumé
The research area of activity recognition aims at describing, analyzing, recognizing, understanding and following the activities and movements of persons, animals, or animated objects. Numerous important and critical application domains, such as surveillance or health-care, require a certain form of recognition of (human) activities. In these domains, activity recognition can be useful for the early detection of abnormal behavior of people, such as vandalism, troubles due to age, or illness. Recognition systems must be real-time, reactive, correct, complete, and reliable. These stringent requirements led us to use formal methods to describe, analyze, verify, and generate effective and correct recognition systems. This thesis aims at contributing to define such a system while focusing on description and verification issues. Among many possible approaches, we propose to study how the synchronous paradigm can cope with the requirements of activity recognition. Indeed, this approach has several major assets such as well founded semantics, assurance of determinism, safe parallel composition, and possibility of verification owing to model checking. Existing synchronous languages can be used to describe models of activities, but they are difficult to master by non specialists (e.g., doctors). Therefore, we propose a new language to allow this kind of users to describe the activities that they wish to recognize. This language, named ADeL (Activity Description Language), proposes two input formats, the first textual, the other graphic. In order to make both verification and implementation possible, we supply this language with two synchronous and complementary semantics. First, a behavioral semantics gives a reference definition of program behavior using rewriting rules. Second, an operational semantics describes the behavior in a constructive way and can be directly implemented. The environment of recognition systems does not usually comply with the hypotheses of the synchronous paradigm. Hence, we propose an asynchronous/synchronous adapter. This adapter, that we call "synchronizer", receives the asynchronous events from the environment, filters them, decides on which ones can be considered as "simultaneous", groups them in logical instants according to predefined politics, and send them to the activity recognition engine.
La reconnaissance d'activités est un domaine de recherche qui vise à décrire, analyser, reconnaître, comprendre et suivre les activités et les mouvements de personnes, d'animaux, ou d'objets animés. De nombreux domaines d'applications, importants et critiques, tels que la surveillance, la sécurité ou la santé, nécessitent une certaine forme de reconnaissance d'activités (humaines). Dans ces domaines, la reconnaissance d'activités peut être utile pour détecter tôt les comportements anormaux de certaines personnes : actes de vandalisme ou difficultés dues à l'âge ou la maladie. Les systèmes de reconnaissance doivent être temps réel, réactifs, corrects, complets et fiables. Ces exigences strictes nous amènent à l'utilisation de méthodes formelles pour décrire, analyser, vérifier et générer des systèmes de reconnaissance efficaces et corrects. L'objectif de cette thèse est de contribuer à la définition d'un tel système en se focalisant sur les aspects de description et de vérification. Parmi les nombreuses approches envisageables, nous proposons d'étudier comment le paradigme synchrone peut s'appliquer aux besoins de la reconnaissance d'activités. En effet, cette approche possède des atouts qui semblent intéressants : une sémantique bien fondée, l'assurance du déterminisme, une composition parallèle sûre, et la possibilité de vérification grâce au model checking. Les langages synchrones existants peuvent être utilisés pour décrire des modèles d'activités, mais ils sont difficiles à maîtriser par des non informaticiens (ex : médecins). Nous proposons donc un nouveau langage dédié à ce type d'utilisateurs pour décrire les activités qu'ils souhaitent reconnaitre. Ce langage nommé ADeL (Activity Description Language) propose deux formats équivalents, l'un textuel et l'autre graphique. Afin de permettre à la fois les vérifications et l'implémentation, nous munissons notre langage de deux sémantiques synchrones complémentaires. D'abord, une sémantique comportementale qui donne une définition référentielle du comportement d'un programme en utilisant des règles de réécriture. Deuxièmement, une sémantique opérationnelle qui décrit le comportement d'une manière constructive et peut être directement mise en œuvre. Comme l'environnement des systèmes de reconnaissance n'est généralement pas conforme aux hypothèses du paradigme synchrone, notre système doit comporter un transformateur asynchrone/synchrone. Ce transformateur, que nous appelons "synchroniseur", reçoit les évènements asynchrones de l'environnement, les filtre, décide lesquels peuvent être considérés comme "simultanés", et les regroupe en instants logiques selon des politiques prédéfinies pour les envoyer au moteur de reconnaissance d'activités.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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