Diplômes

🎓 Habilitation Universitaire en Électronique et Microélectronique

Institution

Université de Sousse

Date

9 Juillet 2019

Titre

Méthodologies et Architectures d'Implémentation de Réseaux de Kohonen Adaptables aux Variations du Contexte et des Applications

Description des travaux de recherche

Mes travaux de recherche visent la mise en place de nouvelles approches et de méthodologies d'intégration matérielle et logicielle d'algorithmes neuronaux spécifiques au traitement de signal et d'images spécifiques à des applications médicales qui sont développées dans le cadre des activités du Laboratoire Technologies et Imagerie Médicale (LTIM).

Les modèles neuronaux bio-inspirés sont composés d'un ensemble d'éléments de traitement interconnectés communiquant entre eux pour réaliser le traitement prévu, en passant tout d'abord par une phase d'apprentissage suivie d'une phase de rappel. On distingue plusieurs modèles de réseaux de neurones artificiels implantés d'une façon logicielle, matérielle ou mixte. L'avantage d'une implémentation logicielle est exprimé en termes de sa flexibilité et de sa capacité d'adaptation au traitement souhaité ainsi qu'à l'environnement externe généralement dynamique et variable. D'un autre côté, la limitation principale d'une implémentation logicielle d'un réseau de neurones artificiel réside dans le temps d'exécution pouvant être long et ainsi inacceptable pour une gamme d'application.

En général, pour des applications temps réel dont les contraintes temporelles sont serrées, le choix se porte souvent sur des solutions matérielles permettant, d'une part d'exploiter le taux de parallélisme intrinsèque des réseaux de neurones artificiels, et d'autre part d'améliorer les performances d'exécution nécessaires pour répondre à ces contraintes de temps très fortes.

Contributions principales

• Implantation matérielle d'architectures dédiées au traitement des signaux physiologiques en temps réel et adaptables à la variation de l'environnement de fonctionnement
• Optimisation de la précision pour l'implémentation des outils connexionnistes
• Méthodologie d'implantation des RNAs adaptatifs au contexte de l'application
• Architectures Matérielles Adaptables et Extensibles à base de NoCs

🎓 Thèse de Doctorat en Physique

Institution

Faculté des Sciences de Monastir

Date

Avril 2006

Mention

Très Honorable

Titre

Traitement matériel et logiciel des signaux physiologiques pour la détection de la baisse de la vigilance chez les conducteurs

Directeur de Thèse

Professeur Mohamed Hèdi Bedoui

Objectifs de la thèse

L'objectif de ma thèse de Doctorat consiste à l'étude et à la conception d'un système électronique embarqué permettant l'évaluation des niveaux de la vigilance humaine en ambulatoire et en temps réel. La détermination du dit niveau devrait se baser sur l'analyse en continu des signaux physiologiques. Pour atteindre cet objectif une étude orientée RNA approfondie, était nécessaire pour cerner l'apport réel de ces outils pour notre application.

Principales réalisations

1. Constitution d'une base de données physiologiques

L'établissement d'une – en occurrence première - base de données physiologiques numériques, à partir d'enregistrements analogiques disponibles, constitue la première tâche, que nous avons effectué. Une chaîne particulière de numérisation des enregistrements analogiques a été mise en œuvre. Elle inclut des options ciblant l'annotation, l'évaluation des portions temporelles du signal EEG, ainsi que le pré traitement de ce signal par des algorithmes implémentés.

2. Validation des algorithmes de détection

Nous avons par la suite validé nos algorithmes de détection de l'hypovigilance à base des réseaux neuronaux. L'expertise acquise a orienté les travaux, d'une part vers l'exploitation des propriétés topologiques de modèles neuromimétiques à apprentissage non supervisé à base de cartes auto-organisatrices de Kohonen (en anglais : Self-Organizing Maps ou SOM) en vue de donner une idée sur la cartographie de la transition éveil-sommeil. D'autre part, des études ont été menées vers la discrimination des états de vigilance par des modèles neuronaux à apprentissage supervisé (Learning Vector Quantization : LVQ et le Multi-Layer Perceptron MLP).

3. Conception d'une chaîne d'acquisition originale

Pour améliorer les résultats de l'approche neuronale et refléter objectivement la variabilité inter et intra patients des signaux enregistrés, nous avons conçu une nouvelle chaîne d'acquisition de huit signaux physiologiques enregistrés chez des volontaires. Elle consiste à la mise en place d'un simulateur de conduite, originale par sa conception et sa réalisation. La vocation de ce système consiste en un enregistrement du temps de réponse à un stimulus visuel aléatoire, en plus des signaux EEG, et cela dans les conditions de simulation de conduite. Le but est de rendre plus objectif l'étude du rapport entre la fatigue des conducteurs et la vigilance humaine en analysant le temps de réponse à cette excitation. C'est un travail de nature mixte – matériel et logiciel.

4. Implémentation sur FPGA

La dernière phase à finaliser le système portable pour la détection de l'hypovigilance. Une plateforme à base d'un FPGA (Field Programmable Gate Arrays – Composants Programmables) a été réalisée. Cette plateforme permet de tester la performance des implémentations des réseaux de neurones artificiels développés dans la première partie. Nous avons pu montrer qu'il est possible d'implanter efficacement un réseau de neurones classique sur FPGA sans pour autant privilégier l'une ou l'autre des principales restrictions habituelles : réseau de petite taille ou de précision faible. L'étudiant a proposé une implantation matérielle générique des cartes auto-organisatrices de Kohonen (SOM) sur FPGA. La modularité de l'implantation permet de gérer des cartes de tailles très diverses. L'architecture est choisie de façon que toutes les phases de calcul s'effectuent simultanément. Ceci est obtenu grâce à l'utilisation d'une arithmétique en-ligne simple et non-conventionnelle. L'implantation proposée permet un prototypage rapide et des traitements embarquables.

🎓 Diplôme des Études Approfondies

Spécialité

Matériaux et Dispositifs pour l'Électronique

Institution

Faculté des Sciences de Monastir

Date

Juin 1999

Mention

Bien

Titre

Étude et réalisation d'un dispositif ambulatoire d'acquisition des signaux physiologiques

Encadrant

Professeur Mohamed Hèdi Bedoui

Description des travaux

L'essor important dans le domaine technologique nous a amené à proposer une chaîne d'acquisition fiable, conviviale et assurant un traitement sur site. Mes travaux ont été axés sur trois parties de cette chaîne :

• La première partie consiste au recueil analogique du signal issu du capteur.
• La deuxième partie consiste à la numérisation et l'acquisition des signaux physiologiques. Notre apport dans cette partie est important, vu l'arrivée de nouveaux processeurs intégrant des convertisseurs analogiques numérique de grande rapidité et plus d'espace pour l'implantation d'algorithmes. L'architecture de cette nouvelle génération de processeurs est un autre atout qu'on a exploité.
• La dernière partie consiste à développer des outils de traitement logiciel embarqué des données physiologiques.

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