Optimisation d’un réseau de vidéo-surveillance à base de caméras low-cost

Sujets de thèse 2013

Intitulé de la thèse
Optimisation d’un réseau de vidéo-surveillance à base de caméras low-cost
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Non connu à ce jour
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Informatique, électronique
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Le doctorant sera co-encadré à la fois par l’équipe ESTE du département C2S2 de Xlim (Limoges) pour les compétences signal et par des enseignants chercheurs du département SIC (Poitiers) pour les compétences signal-image.
Laboratoire d’accueil : XLIM/SIC

Présentation de l’équipe de recherche
Les activités de SYSCOM sont focalisées sur des stratégies de transmission de services multimédia spécifiques (image fixe, vidéo, …) entre entités communicantes (véhicules, capteurs, objets, personnes, …) présentant ainsi des mobilités variées dans des environnements difficiles (urbain dense, indoor, tunnel, milieu industriel, poste HT, …) et évoluant au sein de réseaux cellulaires ou ad’hoc avec qualité de services. A moyen terme, il s’agit de dépasser les réseaux radiomobiles actuels pour étudier des réseaux intégrant de plus en plus de degrés de liberté dus aux grands nombres d’entités pouvant interagir. La radio flexible est un nouveau paradigme permettant d’atteindre des efficacités spectrales (en bit/s/Hz/m2) bien au-delà des limites actuelles.

Résumé de la thèse en français
Actuellement, la société doit faire face à un ensemble de risque qu’aggravent nos nouveaux modes de vie avec la concentration et mobilité de grands ensembles de personnes (lieux publics, gares, aéroports, événementiel..). Si beaucoup de pays font des efforts importants dans le domaine de la sécurité des lieux, des biens et des personnes, par l’installation de réseaux fixes de caméras, ces systèmes ne permettent pas d’être installés rapidement n’importe où et la qualité des résultats qui en sont extraits automatiquement, ne permet pas forcément d’accroître la réactivité d’alerte ou d’intervention. Or l’un des grands enjeux des systèmes experts de vidéo-protection concerne la problématique de la surveillance des foules dans le cadre d’événements ponctuels, à des fins préventives. Ce sujet de thèse proposé s’inscrit dans ce contexte et cet objectif. Il s’appuie sur les travaux pluridisciplinaires de XLIM-SIC, fait l’objet d’une des thématiques du Labex Sigma-LIM et du programme transverse QoS de XLIM.Il s’agit d’apporter une contribution au traitement des problèmes de surveillance de lieux en étudiant et développant des dispositifs de vidéosurveillance contribuant à l’intervention rapide et précise. Les systèmes étudiés seront des dispositifs nomades et à forte autonomie, vite déployés et configurés, réutilisables. Atteindre cet objectif suppose de développer des travaux conjointement selon deux axes:
– transmission sans fil haut débit au sein d’un réseau auto-configurable/ad’hoc de dispositifs nomades de vidéos haute définition de nature hétérogène (capteurs couleur, multi spectrales ou Noir&Blanc, thermiques pour surveillance en zone obscure, …). Il s’agit de développer un protocole de communication adapté à un système complètement nomade en environnement indoor et/ou outdoor et présentant des contraintes temporelle et énergétique forte. Une qualité de transmission en adéquation avec la stratégie de traitement et d’analyse d’images/vidéos développée devra être garantie. Concrètement, il s’agira de s’appuyer sur les propriétés du canal de transmission et des stratégies de transmission reposant sur les couches basses du modèle OSI. Citons par exemple, les techniques exploitant la diversité spatiale, le network coding, le routage de l’information, … .
– traitement et analyse d’images et de vidéos. L’efficacité de ces techniques se heurte encore souvent à la complexité des tâches devant être accomplies. Pour lever les nombreux verrous, il s’agira d’exploiter les innovations en traitement et analyse d’images multi-sources et multi-spectrales, suivi de mouvements, définition de signature visuelle invariante d’objets, modélisation géométrique, topologique et multi-échelles. L’étude de la fiabilité des transmissions de l’information pour ces applications doit donc être réalisée ainsi que des critères de qualité des images prenant notamment en compte le Système Visuel Humain, afin de garantir l’analyse a posteriori des images en formalisant la métrologie, faisant actuellement cruellement défaut (arrêté du 3 août 2007). En effet, il faudra proposer des évaluations objectives des systèmes de vidéosurveillance.

Résumé de la thèse en anglais
The goal of this thesis is to develop optimized solutions for monitoring a video camera network for security purpose. The first task will be to develop the PHY layer for the transmissions of real-time information towards a sink processing station. Since we plan to use a network with a high number of low-cost cameras, innovative solutions for PHY optimization, such as network coding, MIMO techniques with space-time coding will have to be investigated. We will have to take into account constraints on power and energy consumption. An accurate characterization of the propagation channel will be at the basis of the study to begin the optimization of the PHY layer. The second task of the thesis will consist in the processing of pictures and videos. Once again, innovative solutions in terms of image processing such as movement tracking algorithms, geometrical, multi-scale models will be investigated. The final result will consist in defining quality criterion for the final analysis of the transmitted pictures

Description complète du sujet de thèse
Actuellement, la société doit faire face à un ensemble de risque qu’aggravent nos nouveaux modes de vie avec la concentration et mobilité de grands ensembles de personnes (lieux publics, gares, aéroports, événementiel..). Si beaucoup de pays font des efforts importants dans le domaine de la sécurité des lieux, des biens et des personnes, par l’installation de réseaux fixes de caméras, ces systèmes ne permettent pas d’être installés rapidement n’importe où et la qualité des résultats qui en sont extraits automatiquement, ne permet pas forcément d’accroître la réactivité d’alerte ou d’intervention. Or l’un des grands enjeux des systèmes experts de vidéo-protection concerne la problématique de la surveillance des foules dans le cadre d’événements ponctuels, à des fins préventives. Ce sujet de thèse proposé s’inscrit dans ce contexte et cet objectif. Il s’appuie sur les travaux pluridisciplinaires de XLIM-SIC, fait l’objet d’une des thématiques du Labex Sigma-LIM et du programme transverse QoS de XLIM.Il s’agit d’apporter une contribution au traitement des problèmes de surveillance de lieux en étudiant et développant des dispositifs de vidéosurveillance contribuant à l’intervention rapide et précise. Les systèmes étudiés seront des dispositifs nomades et à forte autonomie, vite déployés et configurés, réutilisables. Atteindre cet objectif suppose de développer des travaux conjointement selon deux axes:
– transmission sans fil haut débit au sein d’un réseau auto-configurable/ad’hoc de dispositifs nomades de vidéos haute définition de nature hétérogène (capteurs couleur, multi spectrales ou Noir&Blanc, thermiques pour surveillance en zone obscure, …). Il s’agit de développer un protocole de communication adapté à un système complètement nomade en environnement indoor et/ou outdoor et présentant des contraintes temporelle et énergétique forte. Une qualité de transmission en adéquation avec la stratégie de traitement et d’analyse d’images/vidéos développée devra être garantie. Concrètement, il s’agira de s’appuyer sur les propriétés du canal de transmission et des stratégies de transmission reposant sur les couches basses du modèle OSI. Citons par exemple, les techniques exploitant la diversité spatiale, le network coding, le routage de l’information, … .
– traitement et analyse d’images et de vidéos. L’efficacité de ces techniques se heurte encore souvent à la complexité des tâches devant être accomplies. Pour lever les nombreux verrous, il s’agira d’exploiter les innovations en traitement et analyse d’images multi-sources et multi-spectrales, suivi de mouvements, définition de signature visuelle invariante d’objets, modélisation géométrique, topologique et multi-échelles. L’étude de la fiabilité des transmissions de l’information pour ces applications doit donc être réalisée ainsi que des critères de qualité des images prenant notamment en compte le Système Visuel Humain, afin de garantir l’analyse a posteriori des images en formalisant la métrologie, faisant actuellement cruellement défaut (arrêté du 3 août 2007). En effet, il faudra proposer des évaluations objectives des systèmes de vidéosurveillance.

Objectifs scientifiques de la thèse
Les objectifs se déclinent en trois catégories:
– 1 Définir une couche PHY/MAC la plus efficace possible pour transmettre des images et de la vidéo-surveillance depuis un réseau de caméras de surveillancev low_cost.
– 2 Définir les algorithmes de traitement d’image les plus pertinents pour extraire les informations en temps réel: présence de suspects, mouvement de foule etc..
– 3 définir des critères de qualité des images prenant notamment en compte le Système Visuel Humain, afin de garantir l’analyse a posteriori des images en formalisant la métrologie, faisant actuellement cruellement défaut (arrêté du 3 août 2007).

Compétences à l’issue de la thèse
Le sujet de thèse étant particulièrement riche permettra à l’étudiant, futur doctorant, d’acquérir une maitrise
– En conception de systèmes de transmission fiables pour les réseaux de capteurs low cost
– En traitement d’images pour définir des critères de déclenchement d’alarme face à des évênements où il y a présence de dangers potentiels dans une foule.

Mots clés (séparés par des virgules)
réseau de caméras de vidéo-surveillance, sécurité, techniques de transmission multi-antennes, traitement et analyse d’images multi-sources et multi-spectrales, suivi de mouvements, définition de signature visuelle invariante d’objets, modélisation géométrique, topologique et multi-échelles.
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
Diplôme d’ingénieur / Master avec une spécialisation en traitement du signal, Télécom ou traitement d’images.

Modalité de dépôt des candidatures
Envoyer CV et lettre de motivation à Rodolphe Vauzelle ou Jean-Pierre Cances: rodolphe.vauzelle@univ-poitiers.fr cances@ensil.unilim.fr

Date limite de candidature
30 avril 2013

Directeur de thèse
Jean-Pierre CANCES Professeur des Universités, Xlim/C2S2/ESTE
Adresse mail du directeur de thèse : cances@ensil.unilim.fr
Téléphone Directeur de thèse : 05 55 42 36 96

Co-directeur de thèse
Rodolphe VAUZELLE Professeur des Universités, Xlim/SIC
Adresse mail du co-directeur de thèse : rodolphe.vauzelle@univ-poitiers.fr
Téléphone co-Directeur de thèse : 05 49 49 66 14
Cofinancement LABEX SigmaLIM demandé : OUI

Justification du cofinancement LABEX
Le sujet proposé s’insert parfaitement au sein de la thématique sécurité des biens des lieux et des personnes du Labex Sigmalim puisqu’il s’agit de développer un réseau de caméras de vidéo-surveillance pour contrôler une foule.
Thématique LABEX concernée : Thème 5: Sécurité
Thèse pour Action transverse : OUI

Action transverse concernée et justification
Activité transverse entre les activités de C2S2 en transmissions numériques et les activités de SIC/Poitiers en traitement d’images. Ceci permettra de fédérer les recherchesde de ses deux équipes dans le cadre du labex sécurité.

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