Enriching Remote Labs with Computer Vision and Drones

par Fawzi Khattar

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Fadi Dornaika, Franck Luthon et de Benoît Larroque.

  • Titre traduit

    Enrichir les laboratoires distants grâce à la vision par ordinateur avec drone.


  • Résumé

    Avec le progrès technologique, de nouvelles technologies sont en cours de développement afin de contribuer à une meilleure expérience dans le domaine de l’éducation. En particulier, les laboratoires distants constituent un moyen intéressant et pratique qui peut motiver les étudiants à apprendre. L'étudiant peut à tout moment, et de n'importe quel endroit, accéder au laboratoire distant et faire son TP (travail pratique). Malgré les nombreux avantages, les technologies à distance dans l’éducation créent une distance entre l’étudiant et l’enseignant. Les élèves peuvent avoir des difficultés à faire le TP si aucune intervention appropriée ne peut être prise pour les aider. Dans cette thèse, nous visons à enrichir un laboratoire électronique distant conçu pour les étudiants en ingénierie et appelé «LaboREM» (pour remote laboratory) de deux manières: tout d'abord, nous permettons à l'étudiant d'envoyer des commandes de haut niveau à un mini-drone disponible dans le laboratoire distant. L'objectif est d'examiner les faces-avant des instruments de mesure électroniques, à l'aide de la caméra intégrée au drone. De plus, nous autorisons la communication élève-enseignant à distance à l'aide du drone, au cas où un enseignant serait présent dans le laboratoire distant. Enfin, le drone doit revenir pour atterrir sur la plate-forme de recharge automatique des batteries, quand la mission est terminée. Nous proposons aussi un système automatique pour estimer l'état de l'étudiant (frustré / concentré..) afin de prendre les interventions appropriées pour assurer un bon déroulement du TP distant. Par exemple, si l'élève a des difficultés majeures, nous pouvons lui donner des indications ou réduire le niveau de difficulté de l’exercice. Nous proposons de faire cela en utilisant des signes visuels (estimation de la pose de la tête et analyse de l'expression faciale). De nombreuses évidences sur l'état de l'étudiant peuvent être acquises, mais elles sont incomplètes, parfois inexactes et ne couvrent pas tous les aspects de l'état de l'étudiant. C'est pourquoi nous proposons dans cette thèse de fusionner les preuves en utilisant la théorie de Dempster-Shafer qui permet la fusion de preuves incomplètes.


  • Résumé

    With the technological advance, new learning technologies are being developed in order to contribute to better learning experience. In particular, remote labs constitute an interesting and a practical way that can motivate nowadays students to learn. The student can at any time, and from anywhere, access the remote lab and do his lab-work. Despite many advantages, remote technologies in education create a distance between the student and the teacher. Without the presence of a teacher, students can have difficulties, if no appropriate interventions can be taken to help them. In this thesis, we aim to enrich an existing remote electronic lab made for engineering students called “LaboREM” (for remote Laboratory) in two ways: first we enable the student to send high level commands to a mini-drone available in the remote lab facility. The objective is to examine the front panels of electronic measurement instruments, by the camera embedded on the drone. Furthermore, we allow remote student-teacher communication using the drone, in case there is a teacher present in the remote lab facility. Finally, the drone has to go back home when the mission is over to land on a platform for automatic recharge of the batteries. Second, we propose an automatic system that estimates the affective state of the student (frustrated/ confused/ flow..) in order to take appropriate interventions to ensure good learning outcomes. For example, if the student is having major difficulties we can try to give him hints or reduce the difficulty level. We propose to do this by using visual cues (head pose estimation and facial expression analysis). Many evidences on the state of the student can be acquired, however these evidences are incomplete, sometimes inaccurate, and do not cover all the aspects of the state of the student alone. This is why we propose to fuse evidences using the theory of Dempster-Shafer that allows the fusion of incomplete evidence.


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