Détection de changement de comportement de vie chez la personne âgée par images de profondeur

Detection of life behavior change in the elderly by depth images

• Auteur / Autrice : Soumaya M'Saad
• Direction : Guy Carrault, Jean-Louis Dillenseger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, image, vision
• Date : Soutenance le 15/06/2022
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement du Signal et de l'Image (1969-.... ; Rennes)
• Jury : Président / Présidente : François Charpillet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Gauthier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Farah Mourad-Chehade, Norbert Noury

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Markov, Processus de

Apprentissage profond

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Capteur de profondeur

Deep learning

Reconnaissance des activités

Détection de chute

Simulation par chaînes de Markov

Fragilité

Depth sensor

Deep learning

Activity recognition

Fall detection

Markov chain simulation

Frailty

Résumé

Le nombre des personnes âgées ne cesse d’augmenter dans le monde d’où l’enjeu de les aider à continuer de vivre chez eux et de vieillir en bonne santé. Cette thèse s’inscrit dans cette problématique de santé publique et propose la détection du changement de comportement de la personne en se basant sur l’enregistrement des activités au domicile par des capteurs de profondeur à bas coût qui garantissent l’anonymat et qui fonctionnent de façon autonome de jour comme de nuit. Après une étude initiale associant la classification des images par des approches de machine learning, une méthode basée sur les réseaux de neurones profonds ResNet-18 a été proposée pour la détection de la chute et la détection des postures. Cette approche a donné des résultats satisfaisants avec une précision globale de 93,44% et une sensibilité globale de 93.24%. La détection des postures permet de suivre les changements de comportement qui sont synonymes de la perte de la routine. Deux stratégies ont été déployées pour le suivi du maintien de la routine. La première examine la succession des activités dans la journée en établissant une distance d’édition ou une déformation dynamique de la journée, l’autre consiste à classer la journée en routine et non-routine en associant des approches supervisées (k-moyennes et k-modes), non supervisées (Random Forest) ou les connaissances a priori sur la journée routine de la personne. Ces stratégies ont été évaluées à la fois sur des données réelles enregistrées en EHPAD chez deux personnes fragiles et à la fois sur des données simulées créés pour combler le manque de données réelles. Elles ont montré la possibilité de détecter différents scénarios de changement de comportement (brusque, progressif, récurrent) et prouvent que les capteurs de profondeur peuvent être utilisés en EHPAD ou dans l’habitat d’une personne âgée.

The number of elderly people in the world is constantly increasing, hence the challenge of helping them to continue to live at home and ageing in good health. This PhD takes part in this public health issue and proposes the detection of the person behavior change based on the recording of activities in the home by low-cost depth sensors that guarantee anonymity and that operate autonomously day and night. After an initial study combining image classification by machine learning approaches, a method based on Resnet-18 deep neural networks was proposed for fall and posture position detection. This approach gave good results with a global accuracy of 93.44% and a global sensitivity of 93.24%. The detection of postures makes possible to follow the state of the person and in particular the behavior changes which are assumed to be the routine loss. Two strategies were deployed to monitor the routine. The first one examines the succession of activities in the day by computing an edit distance or a dynamic deformation of the day, the other one consists in classifying the day into routine and non-routine by combining supervised (k-means and k-modes), unsupervised (Random Forest) or a priori knowledge about the person's routine. These strategies were evaluated both on real data recorded in EHPAD in two frail people and on simulated data created to fill the lack of real data. They have shown the possibility to detect different behavioral change scenarios (abrupt, progressive, recurrent) and prove that depth sensors can be used in EHPAD or in the home of an elderly person.