Le rapport d`activité

LE DÉPARTEMENT
Le département EPH regroupe des enseignantschercheurs impliqués dans les activités de
support (couches basses) des systèmes de
télécommunications et dans le développement
d’activités liées aux interactions homme –
machine. Le département EPH comprend 21
Directeur enseignants-chercheurs (dont 3 HDR) et 2
du département administratifs.
Bernadette Dorizzi
Téléphone
+33 (0)1 60 76 44 3
Télécopie
+33 (0)1 60 76 42 84
Courriel
[email protected]
La recherche est supportée par des contrats
européens, industriels et nationaux et bénéficie
de l’apport de collaborations internationales.
En 2006, le département a accueilli 11 thésards et
17 stagiaires.
WEB
www.int-edu.eu/eph
f
LES AXES DE RECHERCHE
L’activité de recherche au Département
Électronique et Physique est structurée autour de
quatre équipes :
• l’équipe Intermédia étudie les modes de
communication entre l’homme et la machine,
notamment au travers des projets Interaction
gestuelle, Vérification biométrique de l’identité
et télévigilance (projets Bio-Identité, Geste,
Télémedom) ;
• l’équipe Navigation s’intéresse aux problèmes
de localisation en environnements divers,
notamment en intérieur (Projet I-GNSS) ;
• l’équipe VLSI et Communication de proximité
s’intéresse aux problèmes de vision artificielle
et de communication en espace libre (Projets
VisiCom, UWB) ;
• l’équipe Optique-optoélectronique s’intéresse
principalement aux fonctions dédiées aux
architectures de transmission WDM et au
traitement tout optique de l’information.
(Projet CFO).
Ces recherches sont conduites au sein de sept
projets structurants du GET.
La Biométrie, qui consiste à vérifier l'identité d'un
individu à partir d'une ou plusieurs de ses
caractéristiques personnelles, apparait de plus en
plus comme une alternative ou un complément
aux moyens traditionnels de vérification
d'identité. Si un certain nombre de solutions
commerciales sont déjà proposées, il n'en reste
pas moins le besoin de conduire une recherche à
moyen terme soit pour améliorer la qualité des
systèmes existants, soit pour explorer de
nouvelles modalités. De plus, l'usage d'une seule
modalité est souvent limité soit en terme de
performance, soit en terme de difficulté d'usage,
c'est pourquoi il apparait interessant d'évaluer
l'apport de la multimodalité dans ce contexte.
L'objectif de ce projet est de poursuivre une
recherche tournée à la fois vers la technique et les
usages. Nous nous concentrons ainsi sur les
aspects algorithmiques des modalités iris, voix,
visages, visages parlants, signature manuscrite,
évaluations de performance, capteurs et portage
en situation de mobilité
Principales réalisations effectives
du projet durant l'année 2006
• Identification par l’iris en conditions dégradées :
réalisation d’un système nouveau intégrant
calculs de corrélation et mesures de qualité.
• Vérification par le visage en 2D : études sur ACP
et caractérisation de l’illumination.
• Vérification par le visage en 3D : méthode de
détection de points caractéristiques du visage
(CIFRE Thales TRT).
• Enregistrement des bases de données
multimodales BioSecure et IV2.
• Spécification des évaluations multimodales de
BioSecure.
• Réalisation d’un prototype de caméra
différentielle (lumière visible, proche IR)
permettant de s’affranchir des effets
d’illumination pour le projet VINSI.
• Portage d’algorithmes de visage ACP en virgule
fixe pour projet VINSI.
• Tests de fusion multimodale pour les projets
Securephone et VINSI
f
LES PROJETS
STRUCTURANTS
• Spécifications d’une plateforme de sécurité
biométrique (carte à puce sans contact,
biométrie).
BIO-IDENTITÉ
• Études préliminaires de validation d’évaluations
multimodales sur bases réelles ou virtuelles.
Ambitions et objectifs du projet
Contrat : Bio-Mul, SecurePhone, BioSecure, VINSI,
IV2.
Il s'agit de la description du projet à son
initialisation, qui en principe n'est pas modifiée sur
toute la durée du projet.
DÉPARTEMENT EPH
f
1
Le département
Département Électronique
et Physique (EPH)
DÉPARTEMENT EPH
Les projets structurants
2
INTERFACES
PERCEPTIVES (IP)
Responsable du projet : Patrick Horain
• Segmentation de la voix en parole/non parole,
détection de mots clef…
• Bibliothèque pour l'exploitation des processeurs
graphiques (GPU) pour l’analyse des signaux, en
particulier la vidéo.
Ambitions et objectifs du projet
Ce projet a pour ambition d'étudier la perception des
êtres humains par la machine. Il étend le précédent
projet GESTE en intégrant, outre la communication
gestuelle, le traitement du visage et de la voix.
Nous développerons des technologies grand public
robustes pour l'acquisition du geste humain en 3D
par vision artificielle monoscopique, la perception
des expressions et la reconnaissance du visage, la
reconnaissance de mots clefs et de commandes
vocales, voire la reconnaissance d'émotions.
Ces modalités pourront être combinées pour des
applications telles que des interfaces multimodales,
l'intelligence ambiante, la restitution virtuelle du
sentiment de présence à distance ou le calcul affectif.
Objectifs du projet
Nos travaux sur la communication entre personnes
distantes médiatisée par des avatars dans des
mondes virtuels habités seront portés ces 3
prochaines années par les projets RNTL MyBlog3D de
rencontre et d'échange en 3D et SCOS en
visualisation collaborative 3D.
En particulier, le Blog 3D développé par I-Maginer met
à disposition du grand public sur le web un
environnement 3D dans lequel chacun peut
aménager son propre espace virtuel et qui intègre
des technologies classiques de communication et
d’échange (avatars animés, voix sur IP, clavardage,
vidéo, partage de documents graphiques et
d’applications).
Toutefois, la perception mutuelle des utilisateurs à
travers cet environnement virtuel reste limitée. Les
animations des avatars, prédéfinies ou calculées,
reflètent mal les actions, les objets d'intérêt, les
émotions des utilisateurs. L’attitude corporelle et les
expressions du visage sont perdues. Voir les gestes
d’une personne agissant sur un objet permet de
percevoir et comprendre cette action mieux que si
on dispose seulement de son résultat et, dans un
contexte multiutilisateurs permet de voir qui fait
quoi et qui parle à qui.
Nous renforcerons la perception mutuelle des
internautes communiquant et partageant des objets
dans l’espace 3D virtuel par un dispositif d’interaction
intégrant des interfaces perceptuelles et la
restitution virtuelle 3D des utilisateurs. Par vision
artificielle en temps réel, au moyen d’une webcam ou
d’un capteur stéréoscopique, nous restituerons des
avatars ressemblants ou déguisés aux utilisateurs
qu’ils représentent. Ils seront animés avec réalisme à
partir d'une acquisition des gestes et expressions du
visage de l'utilisateur représenté. Par une perception
multimodale intégrant la vision et la voix, nous
appréhenderons les objets d'intérêt de l'utilisateur,
voire ses émotions.
Résultats prévus
• Acquisition robuste par vision en temps réel des
gestes, de l'identité au sein d'un petit groupe et des
expressions du visage.
TELEMEDOM
Télémédecine au service du patient à domicile
Responsable du projet : Jérôme Boudy
Ambitions et objectifs du projet
L’objet de ce projet est la réalisation d’un système de
télévigilance (ou télésurveillance médicale) simple et
fiable pour des personnes cardiaques ou/et âgées
restant à leur domicile. Le système visé est composé
d'une part d’un boîtier ou terminal mobile, de taille
réduite, fixé au patient, et d'autre part d’une base
domestique de réception radio intégrée dans
l’environnement du patient, l'ensemble pouvant être
relié à un réseau de communications domestique.
Une connexion de l'ensemble est assurée avec un
serveur distant attaché au centre de télésurveillance
médicale devant réagir aux alarmes provenant du
dispositif de télévigilance du patient, voire analyser
en continu les informations physiologiques et
actimétriques (mouvements) du patient.
Ce projet traite des aspects avancés de traitement
des signaux biomédicaux (débruitage, compression),
de reconnaissance de formes (segmentation/
classification d'ECG) et de gestion intelligente des
interfaces domestiques.
Principales réalisations effectives
du projet en 2007
• Évolution et améliorations du terminal portatif de
télévigilance, équipé de capteurs pour la détection
de tendance cardiaque et d’attitude, robuste aux
effets ambulatoires : la fluctuation du capteur de
fréquence cardiaque (pouls évolutif) a été placée en
dessous de la barre des 10 % et atteint même 5 %
grâce à un nouveau “post-traitement” au niveau de
la base domestique. Les nouveaux capteurs
d’accélérométrie sont effectivement bien spécifiés
pour affiner la détection de chute, et leur
intégration sur un nouveau HW (carte portable par
le patient) est en cours de finalisation : ils on été
validés en laboratoire (EPH) et devraient être testés
en environnement hospitalier (Hôpital Broca dans le
cadre du projet Tandem) au cours du premier
semestre 2007 après l’installation d’une chambre
équipée dans cet hôpital.
• Segmentation et classification automatique du
signal ECG basée sur les Modèles de Markov Cachés
(MMC) en vue de détecter des risques cardiaques
telle que l’ ischémie et les arythmies (R. Andreao,
thèse Nov-2004, CAPES-COFECUB) : Ces travaux ont
été prolongés dans le cadre du projet incitatif
TelCard (stage mestrado Sandra Torres-Müller , 11
mois) par l’implémentation de techniques
d’adaptation “on-line” des MMC génériques au
patient ; elles reposent sur des approches de type
Incrémentales fondées sur les critères de Maximum
de Vraisemblance et Maximum a Posteriori. Ces
• Raccordement de la plate-forme TelePat sur le
réseau PERCEVALE de l’INT : il permet dès lors de
proposer la plate-forme PERCEVALE comme
infrastructure dans le projet actuel RNTS-Tandem
(AO 2005) coordonné par le Dr. Rigaud de l’Hôpital
Broca à Paris. Des tests futurs avec cette plateforme seront effectués dans le cadre de
l’installation de la chambre équipée d’hôpital
travaux d’évolution pour TANDEM.
• Réponses aux appels d’offres FP-7-IST (Call1) et ANRTecSan (Mai et Mars 2007) : 2 propositions (en
coopération étroite avec le laboratoire IBISC d’Evry)
sont encours dont une a été remise pour TecSan.
• Brevet finalisé et déposé à l’INPI par J.L. Baldinger en
mi-Mars 2007 sur l’électronique et les traitements
embarqués sur le terminal-patient/base radio du
système de télévigilance
Références des réalisations/
productions effectives sur 2007
• Démonstrations du système de télévigilance avec
les nouvelles fonctions de tests-matériels à diverses
réunions avec le SAMU.
• Premiers résultats sur la fusion bi-modale des
systèmes RFPAT (Holter portable patient) et
GARDIEN (INSERM, réseau de capteurs fixes IR de
localisation) pour essayer d’accroître la levée de
doute (travaux de Master 2 TRIED avec I. Belfeki).
Contrats et composantes du projet
• TelePat (terminé récemment en Juillet 2006).
• TelCard (terminé en Décembre 2005).
I-GNSS
Localisation en intérieur
Responsable du projet : Nel Samama
Ambitions et objectifs du projet
Les systèmes actuels de localisation se heurtent à la
difficulté de réaliser cette fonction dans des
environnements divers avec une qualité constante :
ceci limite le développement des services
Principales réalisations effectives
du projet en 2006
Au cours de cette année, plusieurs objectifs étaient
visés.
• D'un point de vue technique, il s'agit d'accroître
notre compétence dans les deux domaines que
sont le positionnement par WLAN et celui utilisant
des répéteurs GNSS. Nous avons intégré deux
projets européens sur ces deux thèmes : SOPHA
pour les WLAN et AGILE pour les répéteurs GNSS.
Dans le cadre de SOPHA, nous avons réalisé un
système de positionnement WLAN sur PDA dont la
démonstration publique a eu lieu en septembre. Les
résultats ont été remarqués. Dans le cadre d'AGILE,
nous allons implémenter une approche similaire sur
un GSM et inclure le positionnement WLAN
symbolique dans le démonstrateur final du projet.
• Une collaboration scientifique se met en place avec
SUP'COM (Tunis) afin d'intégrer les compétences
des deux instituts qui sont sur ce sujet
extrêmement complémentaires. Nabil Jardak,
étudiant de SUP'COM qui a débuté sa thèse en mars
2005 a déjà obtenu des premiers résultats très
encourageants. Magda Chelly, autre étudiante de
SUP'COM a permis de développer les approches
WLAN.
• Nous avons débuté, fin 2004, une collaboration avec
le CNES sur le thème de répéteurs GNSS. Cette
collaboration se poursuit jusqu'à fin 2008 et doit
conduire à de nouvelles architectures innovantes,
en particulier en utilisant les signaux GALILEO.
L'optique de cette coopération est de mettre en
place une démonstration en vraie grandeur du
système lors de la conférence GNSS 2008 qui se
tiendra à Toulouse en avril 2008.
• Ensuite, nous souhaitons clairement poursuivre les
premiers efforts déployés dans le domaine des
usages et applications, afin de pouvoir spécifier les
besoins et ainsi calibrer les solutions techniques à
déployer (il apparaît par exemple que tous les
opérateurs de télécommunication français
proposent des services géolocalisés et que nos
travaux pourraient les aider à orienter leurs offres,
tant par un apport technique que de réflexion par
rapport aux contextes d'usages). Bien que nous
privilégions pour le moment les actions techniques
et les relations contractuelles, plusieurs projets
d'étudiants de l'école portent sur ces sujets liés aux
usages et aux applications futures.
DÉPARTEMENT EPH
• Procédé de gestion intelligente de la charge de
calcul d’un ou plusieurs serveurs de télésurveillance
(A. Serra et D. Gaiti, thèse CAPES/UTT-INT, Thèse
d’A. Serra soutenue en Juillet 2005), qui a permis
d’introduire un nouveau concept très intéressant
de gestion intelligente de la charge de serveurs
dans le cadre potentiel d’un futur déploiement dans
un centre médical de télévigilance. Des travaux de
collaboration futurs avec l’équipe de A. Serra au
Brésil (Fortaleza) sont prévus (projet CAPESCOFECUB, stage 5 mois avec l’ESIEE en charge du
serveur TelePat).
géolocalisés. Le positionnement en intérieur en est le
cas le plus représentatif. La diversité des solutions
proposées et leur maturité montrent que la voie n'est
pas encore tracée. De plus, les orientations choisies
par les grands industriels du domaine montrent des
limitations qui relancent l'intérêt pour une recherche
innovante. Cependant, les choix vont s'opérer d'ici
quelques années pour coïncider avec les échéances du
programme GALILEO.
Le projet I-GNSS vise à permettre la réalisation d'un
système universel de localisation, incluant l'intérieur,
en démontrant expérimentalement l'implémentation de certaines techniques originales.
Parallèlement, les aspects usages et applications sont
considérés afin de positionner le GET comme acteur
du domaine.
3
Les projets structurants
travaux terminés (fin-Décembre 2005) ont montré
clairement l’intérêt d’utiliser une adaptation on-line
du fait des performances maintenues pour une
réduction effective de charge de calcul. Ces travaux
ont fait l’objet d’une publication à la conférence
IEEE-ISIEE au Canada en Juillet 2006 et ont permis de
démarrer une coopération avec l’ENST-Bretagne sur
ce sujet de recherche.
DÉPARTEMENT EPH
Les projets structurants
4
Résultats prévus en 2007 et
éventuellement livrables
Système de communications
optique en espace libre haut débit
Les deux directions de travaux actuels sont
développées: WLAN et GNSS. Dans le premier cas, les
principales actions sont liées aux projets AGILE et
GéoService (Crédits Incitatifs GET 2007) : il s'agit
d'implémenter et de développer nos approches sur
GSM et PDA. Dans le cas des GNSS, l'objectif est
clairement d'optimiser le positionnement à l'aide de
répéteurs et de mettre en œuvre le système pour
GNSS 2008. Plusieurs publications sont prévues dans
le cadre des deux directions.
L’objectif est de proposer et valider un système de
communications en espace libre à l’aide d’une rétineréceptrice intelligente. La rétine VLSI-O permet de
détecter et poursuivre l’image de la source émettrice
sur le plan focal. Ce mode de fonctionnement
améliore fortement le rapport signal sur bruit et en
même temps donne un certain degré de mobilité. Un
débit de transmission supérieur à 20Mbit/s est
envisageable à court terme.
Contrats et composantes du
projet
SOPHA Contrat FP6/IP (terminé fin 2006).
GéoService Crédits Incitatifs GET (2007).
AGILE Contrat FP6/IP (en cours jusqu’à fin 2007).
CNES Contrat industriel (en cours jusqu’à fin 2008).
VISICOM
VLSI-O pour vision et communication
Responsable du projet : Yang Ni
En collaboration avec l’ ENST Bretagne
Ambitions et objectifs du projet
En combinant l’électronique intégrée moderne (VLSI)
et l’optique moderne (O), nous pouvons proposer des
solutions efficaces pour un large éventail
d’applications allant de la vision artificielle jusqu’aux
communications optiques en espace libre. C’est dans
cette direction que nous voulons unir et renforcer
nos expériences en rétine électronique à l’INT et en
matrices LCD intelligentes afin de créer un pôle
d’excellence dans ce domaine pluridisciplinaire.
Les thématiques étudiées sont :
• Capteurs d’image de très grande dynamique et de
très résistance à l’ éblouissement.
• Système de communications optique en espace
libre haut débit.
• Systèmes de captures pour la biométrie.
Objectifs du projet
Capteurs d’image de très grande dynamique et de
très résistance à éblouissement.
L’objectif est d’associer les travaux sur la caméra à
très grande dynamique (INT) avec la matrice LCD
intelligente anti-éblouissement (ENST Bretagne) afin
de compenser un certain nombre des défauts de ces
systèmes respectifs. Une caméra logarithmique de
très grande dynamique est en cours de réalisation au
sein de GET-INT/EPH. La continuation de GETENST/optique n’est pas certaine…
Mais l’INT a collaboré avec CSIST, Taiwan sur un
capteur logarithmique CMOS à dynamique étendue.
La puce prototype fonctionne bien et les
caractérisations sont en cours.
Systèmes de captures pour la
biométrie
Ces activités sont en collaboration avec le projet BioIdentité. L’objectif ici est de proposer, valider et
réaliser des capteurs innovants, plus efficaces pour
les applications biométriques comme la
reconnaissance de visage, l’identification par
empreinte digitale, etc.
Une étude de faisabilité industrielle a été effectuée
dans le cadre d’une subvention par OSEO/ANVAR.
Un projet de recherche sur le crédit incitatif GET
Vmike a été réalisé dans ce cadre en collaborant avec
Télécom Paris, ENST-Bretagne.
Résultats prévus et éventuellement livrables :
• Réalisation d’une caméra prototype de très grande
dynamique.
• Étude des éléments de base pour la communications en espace libre.
• Étude d’un capteur d’empreinte digitale.
• Amélioration d’une caméra IR à suppression de la
lumière ambiante.
• Prototype Vmike.
CLUB :
COMMUNICATION DE
PROXIMITE
Responsable du projet : Yang Ni, (Xavier Bégaud GETTélécom Paris)
Cette activité de recherche a été officiellement
initiée en 2002. Les analyses ont montré que
beaucoup d’applications en communication de
proximité exigent un matériel simple, à bas coût et à
très faible consommation électrique. La plupart des
systèmes de communications actuels sont conçus
pour la transmission de données dans un contexte
micro-informatique et ne répondent pas tout à fait à
ces critères d’exigence. Par conséquent, les objectifs
de recherche visent à réaliser des dispositifs de
communications basés sur des structures nouvelles
et innovantes dont font partie les systèmes UWB.
Le projet structurant CLUB (Communications à Large
et Ultra-large Bande) tend à créer un pôle de
compétence pluridisciplinaire au sein du GET autour
du thème de recherche UWB. Les activités de GETINT portent essentiellement sur l’intégration CMOS
de la partie RF des systèmes UWB.
• Le projet UWB-Domo en 2004 a porté sur la
conception et la réalisation d’un démonstrateur
UWB à impulsion multi-bandes. Ce démonstrateur
multi-bandes a été réalisé sur la base de la plate
forme UWB. L’accent a été aussi mis sur les études
de la propagation, les codages source-canal (Turbocode) et les problèmes de synchronisation.
A travers ces deux projets et grâce à des réalisations
matérielles, nous avons pu collecter des données
réelles de première main à la fois sur la réalisation
matérielle et sur les traitements de signal associés. La
modularité de ces plates-formes nous permetra de
tester et valider des nouveaux concepts tout au long
des activités au sein de CLUB.
Nouvelle approche TDSC pour
TR-UWB (INT)
Malgré la simplicité matérielle démontrée d’un
système UWB à impulsion, une simple détection
d’énergie présente plusieurs limitations sérieuses.
D’abord le fonctionnement quadratique d’un tel
détecteur limite le niveau minimum du signal à
détecter. Ensuite le post-filtrage passe-bas nécessaire
réduit considérablement l’amplitude du signal à la
sortie du détecteur, étale ce même signal sur l’axe
des temps conduisant à une résolution temporelle
beaucoup plus faible que les impulsions UWB initiales.
Pour remédier à ces deux problèmes qui limitent la
porté et la capacité de discrimination d’un récepteur
UWB à impulsion, des méthodes plus efficaces sont
nécessaires. Une approche idéale devrait présenter
les caractéristiques suivantes : haute sensibilité de
détection, fort pouvoir de discrimination temporelle
favorisant l’élimination des interférences, capacité de
multiplexage et grande facilité de synchronisation
entre l’émission et la réception.
Ces considérations nous ont conduit à visiter à
nouveau le concept TR-UWB où une référence est
transmise en même temps que l’information. Le
codage TR-UWB et la méthode de détection associée
répondent bien aux problématiques évoquées. Mais
cette méthode de détection, basée sur une ligne à
retard analogique, est difficile à réaliser en
électronique moderne intégrée. La difficulté à la
programmer en temps réel limite sérieusement son
utilité dans un contexte multi-utilisateurs.
Nous avons proposé une approche très différente
basée sur une conversion temps-espace à l’aide d’un
échantillonneur analogique. Cet échantillonneur
analogique capte un signal UWB sur une période très
brève et le stocke sur une matrice de points mémoire
analogique. Par cette conversion temps-espace, nous
pouvons obtenir la forme d’onde du signal UWB reçu
(l’image du signal UWB). En mettant en place deux
échantillonneurs de ce type activé en temps différé,
nous pouvons construire un détecteur du signal TRUWB en comparant les deux “images” du signal UWB.
Cette méthode, appelée TDSC pour Time Delayed
Sampling and Correlation, a pu être testée en
configuration réelle dans notre laboratoire à l’aide
des générateurs d’impulsion et des oscilloscopes
numériques à mémoire. Cette validation a été faite
sur bande de fréquence abaissée due aux limitations
en performance de nos instruments. Nos
expérimentations ont clairement démontré
l’efficacité remarquable de cette approche. Des
études avec des instruments plus performants sur
des fréquences plus élevées sont à prévoir.
L’originalité de cette approche a abouti sur le dépôt
d’un brevet par monsieur le professeur Yang NI.
CFO : COMPOSANTS ET
FONCTIONS OPTIQUES
Responsable du projet : Badr-Eddine Benkelfat
Lasers à boites quantiques et
tolérance à la rétrocation optique
Contextes et objectifs
Le développement de cette thématique, sous forme
de cotutelle d’une thèse, s’inscrit dans la continuité
d’une collaboration depuis quelques années avec le
LPN, dont l’objectif principal est de développer des
sources lasers plus performantes. Grâce au
confinement dans les trois dimensions de l’espace,
des propriétés remarquables sont attendues des
lasers à boîtes quantiques (BQs), tels que faible
courant de seuil, température caractéristique et gain
élevés, et faible facteur de couplage phase-amplitude.
Cette dernière propriété permettrait d’obtenir des
lasers très tolérants à la rétroaction optique et donc
de réaliser des modules d’émission sans isolateur
optique. L’objectif de cette thèse est d’étudier la
tolérance à la rétroaction optique des lasers à BQs. Le
travail implique aussi la réalisation technologique de
lasers DFB à BQs émettant à 1,55 µm. Cette thèse
entre dans le cadre du projet européen IP-ZODIAC.
Résultats
L’étude de la tolérance à la rétroaction optique sur les
lasers à BQs est réalisée en collaboration avec le
partenaire Alcatel-Thalès III-V Lab. On évalue la
tolérance de ces lasers à la rétroaction optique en
déterminant le seuil d’effondrement de la cohérence,
c’est-à-dire le taux de retour optique à partir duquel
le laser entre dans le régime d’effondrement de la
cohérence, critique pour les transmissions optiques.
Des premières mesures sur des lasers à bâtonnets
quantiques ont démontré une modulation directe à
DÉPARTEMENT EPH
(Plate-forme UWB & UWB-Domo)
Les activités CLUB ont été largement soutenues par la
direction scientifique GET sous forme de deux projets
de recherche sur crédit incitatif en 2003 (Plate forme
UWB) et en 2004 (UWB-Domo). Ces deux projets nous
ont permis d’étudier les aspects des systèmes UWB à
impulsion allant de la génération d’impulsion jusqu’au
codage source et canal.
• Le projet Plate forme UWB en 2003 (GET-INT & GETENST) a été consacré à la conception et réalisation
d’une plate forme UWB à impulsion avec des
composants discrets. Cette plate forme a démontré
qu’une simplification substantielle d’un système de
communications est possible grâce à une
architecture UWB à impulsion basée sur la
détection d’énergie. Une plate forme modulaire et
fonctionnelle issue de ce projet a permis d’élargir
cette étude vers les autres écoles du GET.
5
Les projets structurants
Projets Incitatifs 2003-2004
6
Les projets structurants
Fig. 4 : Photo MEB du guide d’onde optique en arête et
du réseau métallique DFB latéral
0
optical power (dBm)
DÉPARTEMENT EPH
10 Gbps jusqu’à -32 dB de rétroaction optique (voir
Fig.1, 2, 3). Des mesures récentes sur d’autres lasers
ont donné de meilleurs résultats et ont montré la
possibilité d’utiliser les lasers à BQs émettant à
1,55µm sans isolateur optique. En effet, on a
démontré que ces lasers tolèrent jusqu’à -28 dB de
rétroaction optique à 1 mW et -21 dB à 10 mW. On a
donc démontré le potentiel de ces lasers pour des
modules sans isolateur optique et une amélioration
nette par rapport aux lasers à puits quantiques. Une
étude théorique est aussi menée pour expliquer ces
résultats. Des mesures de facteur de couplage phaseamplitude et de facteur d’amortissement sont
notamment réalisées sur ces lasers. Des simulations
sont également en cours.
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
1536
1538
1540
1542
1544
wa vele ngth (n m)
1546
1548
1550
Fig. 5 : Spectre optique d’un laser DFB à réseau latéral
métallique à 70 mA
Fig. 1 : Élargissement du spectre optique
dans le régime d’effondrement de la cohérence
Perspectives
• Optimisation technologique des lasers DFB.
• Mesures de tolérance à la rétroaction optique en
fonction de la température.
• Mesures de tolérance à la rétroaction optique de
lasers à BQs émettant à 1,3 µm.
• Compréhension de l’amélioration de la tolérance à
la rétroaction optique des lasers à BQs par rapport
aux lasers à puits quantiques.
Fig. 2 : Seuil d’effondrement de la cohérence
en fonction du courant de polarisation
Comportement dynamique d’un
amplificateur à fibre dopée à
l’erbium : réalisation de fonctions
optiques
Objectifs
Fig. 3 : Taux d’erreur binaire en fonction de la puissance
en réception d’un laser à BQs pour différents
taux de retour optique (γ)
En ce qui concerne la réalisation technologique, des
premiers lasers DFB ont été fabriqués. Une autre
technologie est en cours afin d’améliorer ces
premiers résultats. Il s’agit d’optimiser le coefficient
de couplage du réseau DFB. Des simulations ont été
faites au préalable pour déterminer en autres ce
coefficient de couplage en fonction des paramètres
du guide optique (largeur, profondeur de gravure…).
Les amplificateurs optiques à base de fibre dopée à
l’Erbium jouent un rôle singulier dans le domaine des
télécommunications optiques pour les liaisons pointà-point. Ils ont permis l’essor des communications
multiplexées en longueur d’onde (WDM) à haut débit
de par leur capacité à traiter de façon tout-optique les
signaux WDM. Toutefois de nouveaux verrous
technologiques restent encore à lever pour favoriser
l’émergence des futurs réseaux transparents. Ils
reposent sans aucun doute sur de l’élaboration de
nouvelles fonctions tout-optiques telles que la
conversion en longueur d’onde, l’amplification à gain
stabilisé, etc…
Parmi les diverses solutions proposées dans la
littérature pour leur réalisation, quelques équipes ont
cherché à exploiter la fibre dopée à l’Erbium. Il s’agit
d’un des axes exploratoires du laboratoire visant à
déterminer les possibilités offertes par la fibre dopée
à l’Erbium (FDE) pour la réalisation de ces fonctions.
Un effort est tout particulièrement consacré à l’étude
du comportement dynamique d’un tel milieu.
0,4
0,9
0,3
IS
-1
α(m )
0,3
0,0
Résultats
P (mw)
0,6
1530
1540
λ (µm)
0,2
0,1
Dynamic
Static
1550
0,0
1560
guides courbés, résonateur en anneaux, lasers
dégradés etc…).
Même si cette technique non invasive est simple, elle
requière néanmoins une compréhension fine des
signaux enregistrés. Pour y arriver nous développons
de nouvelles méthodologies d’analyse spécifiques à
chaque composant afin de faciliter la compréhension
des réflectogrammes.
Elles reposent sur la
localisation et la détermination de la nature des
informations exploitables. A ce titre un sujet d’étude
venant de démarrer concerne l’analyse des guides à
cristaux photoniques (CP).
Static
Dynamic
Sola
1530
1540
λ (µm)
1550
1560
Fig. 6 : Comparaison des paramètres intrinsèques
obtenus par des mesures statiques et dynamiques
Pour y arriver et ainsi être capable de concevoir
et optimiser diverses architectures pressenties,
une configuration basée sur la modulation d’un
laser à FDE a été étudiée numériquement et
expérimentalement. Plus exactement, nous
avons proposé un moyen d’évaluer les paramètres
intrinsèques de la fibre à partir des évolutions des
oscillations de relaxation avec la puissance du
laser de pompe. Un mode opératoire a alors été
proposé afin de déduire les paramètres utilisés
dans le simulateur à partir des modélisations de la
réponse temporelle du laser. Il est à noter que
cette façon très générale de procéder est
parfaitement consistante avec le modèle
employé et permet de plus de s’affranchir des
difficultés couramment rencontrées lors de
l’évaluation des paramètres liés aux sections
efficaces d’émission de la FDE. Afin de la valider,
les paramètres expérimentaux obtenus sur une
fibre de six mètres ont été comparés à d’autres
résultats précédemment validés grâces à des
mesures statiques alternatives (cf. figure 6).
Malgré la bonne concordance entre ces résultats,
on peut toutefois constater quelques
divergences vers 1530nm. A ce propos, des études
sont en cours pour déterminer leur origine.
Projets : Réseau d’excellence e-photon One+: WPVD-T.
Jusqu’à présent, deux techniques ont été utilisées
pour caractériser les pertes de propagation, l’une
basée sur la méthode de la source interne, l’autre sur
les oscillations Fabry-Pérot (FP). Nous en proposons
une troisième qui repose sur l’analyse OLCR de
cristaux photoniques insérés dans une cavité FP. Un
réflectogramme typique enregistré sur une structure
ayant trois rangés de dents manquantes est visible
(fig. 7). Les multiples pics régulièrement espacés sont
associés aux différents allers-retours que subit la
lumière dans la cavité FP après propagation dans les
CP. Leur décroissance régulière traduit les pertes
totales subies lors d’un aller-retour. Dès lors, leur
étude en fonction de la longueur des CP permet une
évaluation directe des pertes de propagation liées
aux CP. Nous avons par ailleurs montré à l’aide de
simulations que cette façon de procéder rapide ne
souffre d’aucune ambigüité lors de réflexions
parasites importantes au niveau des zones de
transitions entre les CP et ses guides d’accès. Cette
propriété est spécifique à la réflectométrie OLCR. Elle
permet de plus une évaluation quantitative des
pertes avec peu d’échantillons du fait de la présence
de nombreux allers-retours ainsi que l’évaluation du
coefficient de couplage entre les guides d’accès/ CP.
Réflectométrie à faible cohérence :
analyse des composants photoniques
Objectifs
La technique de réflectométrie à faible cohérence
(OLCR) développée à l’origine principalement pour
localiser les réflexions dans les fibres et composants
optiques s’avère être aussi particulièrement utile à
l’analyse des composants et circuits photoniques.
Nous l’avons employée au cours de ces dernières
années non seulement pour optimiser le design de
divers composants mais aussi pour évaluer l’influence
des process employés sur leurs performances finales
ou encore étudier la dégradation de composants
actifs (butt-joint, réseaux de Bragg, coupleur MMI,
On peut remarquer que les caractérisations
habituellement employées sont effectuées dans
le domaine des longueurs d’onde. Cette façon de
procéder très utile pour une confrontation avec
les calculs de structures de bandes peut
néanmoins masquer certains aspects de la
propagation dans les cristaux réels. Toutefois
DÉPARTEMENT EPH
Un outil de simulation permettant de modéliser le
comportement dynamique de la fibre dopée a été
récemment proposé dans la littérature. Son intérêt
réside principalement dans sa simplicité et sa
capacité à modéliser diverses architectures telles que
des lasers EDF ou des amplificateurs à gain stabilisé.
Cependant et à notre connaissance aucune validation
expérimentale n’a jusqu’alors été démontrée.
7
Les projets structurants
Résultats
DÉPARTEMENT EPH
Les projets structurants
8
l’exploitation de la pleine résolution spatiale
(~15µm) de l’instrument dans le domaine spatial
nous a permis d’identifier des signatures
anormales. Elles témoignent que les CP ne se
comportent pas toujours comme des guides
idéaux (cf. fig 8). Les études se poursuivent pour
déterminer leurs origines et évaluer dans quelle
mesure les réflectogrammes donnent des
informations sur les irrégularités d’inscription
des trous. Ce travail devrait à terme aider au bon
choix des méthodes de réalisation à employer.
Projets : Projet ANR-L2CP.
Filtres et dispositifs optiques
accordables en longueur d'onde
dédiés aux architectures WDM
Contexte et Objectifs
Les études dédiées aux filtres et dispositifs
optiques agiles en longueur d’onde qui ont été
menées ont, cette fois-ci, comme cadre le projet
incitatif DEPART (Dispositifs optoÉlectroniques
Participant à l’Adaptation des Réseaux de
Transport) qui a été proposé comme une
introduction au projet CARRIOCAS du pôle de
compétitivité System@TIC. Ce projet, dédié
spécifiquement à la fourniture d’équipements,
devrait permettre la mise en place d’une
plateforme expérimentale de calcul réparti
utilisant des liens à 40Gbit/s. Les équipes
franciliennes de DEPART (l’INT et l’ENST)
contribuent dans le sous-projet 1 de CARRIOCAS,
sous-projet dédié à “l’ingénierie des systèmes de
transmission à 40 Gbit/s”.
Notre contribution est principalement axée sur la
définition et la validation expérimentale de
l’architecture des nœuds reconfigurables. C’est
dans ce cadre que nous nous sommes intéressés à
l’étude des composants destinés à l’optimisation
de la fonction de filtrage, pour les applications du
type ROADM (Reconfigurable Optical Add Drop
Multiplexer) propres aux nœuds de routage, et ce
en termes de contraste et d’agilité en longueur
d’onde de ses paramètres caractéristiques. La
fonction de filtrage mise en œuvre nous a permis
de démontrer la faisabilité d’un commutateur
accordable en longueur d’onde électrooptiquement. Elle pourrait être mise à profit pour
la réalisation d’un laser à fibre dopée erbium
continument accordable sur un large domaine
spectral.
Principaux résultats
1. Accordabilité de la bande passante d’un filtre
hybride biréfringent à cristaux liquides [1]
Plusieurs approches ont été exploitées dans la
bande [1530-1565] nm. Les premiers tests de
faisabilité ont montré que les plus intéressantes,
basées sur une modulation de la biréfringence des
étages de la structure, ou celle du nombre des
étages constitutifs, que nous avons appelé
"technique d'annulation optique", ont permis
d’obtenir une accordabilité de la bande passante
de 5 nm à 50 nm pour la première approche et de
2,6 nm à 12,4 nm pour la seconde et ce sans
altération du gabarit et du contraste de la
fonction de filtrage. La reconfiguration des
maximas de la fonction de transmission de la
structure est bien évidemment toujours assurée
en agissant sur l’élément dynamique de la
structure (les cellules à cristaux liquides, dans ce
cas). Une étude plus fine a été menée sur une
architecture Lyot utilisant uniquement des
cellules à cristaux liquides à très forte dynamique
et permettant d’assurer une accordabilité de la
bande passante par modulation de la
biréfringence.
2. Commutateur 1x2 agile en longueur d’onde [2]
Une nouvelle architecture, basée sur un filtre de
olc hybride accordable en longueur d’onde, a été
mise en œuvre et testée expérimentalement
dans la bande C [1530-1560] nm. La figure cidessous illustre la structure du commutateur
ainsi que le résultat expérimental correspondant
à un état de la structure.
λ1 λ2 λ3 λ4
λi
λ1 λ2 ... λi
Structure du commutateur en longueur d’onde 1x2.
Dans l’état direct (bar state), la longueur d’onde λi est
aiguillée vers le port de sortie 1. Dans l’état croisé (cross
state), les canaux restants sont disponibles sur le port 2
Fonction triangulaire & ses approximations
fonction porte et ses approximations
1
Ideale
11 coefs
8 =
4 =
0.9
0.8
0.7
0.8
0.6
0.6
0.5
0.4
0.4
0.3
0.2
0.2
0.1
0
0
-0.2
0
1
2
3
4
-a.w- en radian
5
6
0
1
2
3
-a.w-
4
en radian
5
6
7
7
3. Filtres à gabarits prédéfinis
Des études et simulations ont montré que les
structures biréfringentes de type olc sont très
bien adaptées à la conception de fonctions de
filtrage à gabarit prédéfini. La figure ci-dessus
illustre deux exemples de fonction dont la forme
dépend du nombre d’étages constituant le filtre.
Une étude de faisabilité sera menée en optique
intégrée sur un substrat de niobate de lithium à
polarisation ferroélectrique périodiquement
inversée (PPLN, Periodically Poled Lithium
Niobate).
4. Apodisation des filtres biréfringents
Dans la continuité des études dédiées aux filtres
de fréquences optiques agiles en longueur
d'onde, nous nous sommes intéressés à la mise en
œuvre d'une source laser à cavité étendue
accordable en longueur d'onde. Le milieu actif est
dans notre cas une fibre dopée à l'erbium alors
que l'élément intra-cavité est un filtre de olc
hybride à cristaux liquides. Ces derniers
représentent une classe à part dans les
mécanismes d'accord électro-optiques. Même si
les temps d'accord sont relativement lents, ils
peuvent induire des fortes variations de
biréfringence et offrir ainsi une bande
d'accordabilité significative et des taux d'accords
relativement peu élevés. Les résultats
préliminaires ont montré que l'amélioration des
performances propres à cette fonctionnalité, très
recherchée dans les réseaux reconfigurables,
passe par une optimisation du filtre intra-cavité
notamment en termes de contraste. Pour cela, un
filtre de Lyot apodisé à 4 étages, en vue d’obtenir
un contraste maximum par diminution des lobes
secondaires, a été réalisé et caractérisé. Le
contraste obtenu est de l’ordre de 25 dB. La
finalité de cette structure est de permettre
l’accordabilité continue, sans saut de mode, d’un
laser à fibre dopé erbium (EDFL).
Transmission spectrale calculée et mesurée d'un filtre de Lyot apodisé à 4 étages
Projets : Projet SP1- CARRIOCAS; Réseau d’excellence e-photon One+: WP-VD-S.
9
Les projets structurants
Ideale
9 coefs
5 coefs
3 coefs
DÉPARTEMENT EPH
1
1.2
DÉPARTEMENT EPH
Publications
10
Publications du département EPH
ARTICLES SCIENTIFIQUES
PUBLIÉS DANS LES REVUES
INTERNATIONALES À
COMITÉ DE LECTURE
NI Y., KRICHEN E., HIZEM W., GARCIASALICETTI S., DORIZZI B , “Active
Differential CMOS Imaging Device for
Human Face Recognition”, IEEE Signal
Processing Letters, 2006, Volume 13,
N°4, p. 220-223.
FERRIÈRE R , BENKELFAT B.E., DUDLEY J.M.,
and GHOUMID K., “Bragg mirror inscription on LiNbO3 waveguides by index
microstructuration”, Applied Optics
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HAMDI R. , BENKELFAT B.E., ZOU Q., and
GOTTESMAN Y., “Bandwidth tuning of
hybrid-liquid crystal ·olc filters based on
an optical cancelling technique”, Optics
Communications, 2006, p. 64-68.
ANDREAO R., DORIZZI B., BOUDY J., “ECG
Signal Analysis through hiden markov
models”, IEEE Trans Biomedical
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ZOU Q., AZOUIGUI S., RAMDANE A., et
BENKELFAT B.E. “Propriétés d'émission
d'une structure périodique - dépendance
en polarisation et en localisation de
dipôle”, Journal de Physique IV, France,
octobre 2006, Vol.135, p.331-333. ISBN:
2-86883-967-3.
ZOU Q., AZOUIGUI S., RAMDANE A., et
BENKELFAT B.E , "Comportement
oscillatoire d'une structure émettrice
périodique perturbée par une onde électromagnétique", Journal de Physique IV,
France, 2006, Vol.135, p.335-337. ISBN:
2-86883-967-3
CHAPITRES DE LIVRES
SCIENTIFIQUES À DIFFUSION INTERNATIONALE
DORIZZI B., New Trends in Biometrics ,
in Telecommunications : Advances and
Trends in Transmission, Networking and
Applications, Edited by Charles
Casimirio Cavalcante, Ricardo Fialho
Colares, Paulo Cesar Barbosa, pp.157171, University of Fortaleza Press, UNIFOR, Fortaleza-Brazil (2006), ISBN 8598876-18-6, pp. 157-171 (disponible
gratuitement sur http://www.gtel.ufc.
br/~charles/PDF/book_telecommunications.pdf).
ARTICLES PUBLIÉS DANS
LES ACTES DES COLLOQUES SCIENTIFIQUES
INTERNATIONAUX
À COMITÉ DE LECTURE
HIZEM W, KRICHEN E., NI Y., DORIZZI B. ,
GARCIA-SALICETTI S., “Specific Sensors
for face recognition”, Proc. (47-54) of
the International Conference on
Biometrics (ICB'06), Hong Kong, 5-7
Janvier 2006. ISBN 3-540-31111-4.
BHATIA P., BOUDY J., ANDREÃO R.V.
“Wavelet Transformation and PreSelection of Mother Wavelets for ECG
Signal Processing” IASTED’06-BIOMED
conference in Innsbruck, Austria,
February 2006 ISBN:0-88986-578-7.
ANDREÃO R.V., BOUDY J., “A comparison
of Wavelets Transforms through an
HMM based ECG Segmentation and
Classification System” IASTED’06 BIOMED conference in Innsbruck, Austria.
February 2006, p. 264-269,
ISBN:0-88986-578-7.
BENKELFAT B-E., HAMDI R., et GANGLOFF E., “Quelques investigations sur
les filtres optiques agiles en longueur
d’onde dédiés aux réseaux d’accès”,
5ème Journées Internationales
d’Optique et du Traitement de
l’Information, OPTIQUE'06, Rabat,
Maroc, 19-20 avril 2006, p. 60-64.
MORRIS A.C., JASSIM S.A., SELLAHEWA H.,
ALLANO L., EHLERS J., WU D., KOREMA J.,
GARCIA-SALICETTI G , LY VAN B. and
DORIZZ B., “Multimodal person authentication on a smartphone under realistic
conditions”, Proc. CD of the SPIE
Symposium on Biometric Technology
for Human Identification, Orlando,
Floride, USA, Avril 2006.
RICCI R., CHOLLET G., CRISPINO M.V.,
JASSIM S., KOREMAN J., M. OLIVARDIMAS, GARCIA-SALICETTI S., SORIARODRIGUEZ P., “SecurePhone: a mobile
phone with biometric authentication
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of the SPIE Symposium on Mobile
Multimedia/Image Processing for
Military and Security Applications,
Orlando, Floride, USA, Avril 2006,.
ALLANO L., MORRIS A.C., SELLAHEWA H.,
GARCIA-SALICETTI S., KOREMAN J.,
JASSIM S.A., LY VAN B., D. WU and
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LES ACTES DES COLLOQUES SCIENTIFIQUES
NATIONAUX À COMITÉ DE
LECTURE
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GROSSARD N., FERRIERE R., et
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l’analyse d’un guide TiPE : LiNbO3 distribué. Application à la génération de fonctions de filtrage”, Actes des Journées
Nationales d'Optique Guidée (JNOG'06),
Metz, nov. 2006, p. 303-305.
AZOUIGUI S., DAGENS B., LELARGE F.,
PROVOST J.G., ACCARD A., GRILLOT F.,
MARTINEZ A., ZOU Q., et RAMDANE A.,
“Forte tolérance à la rétroaction optique
des lasers à batonnets quantiques
InAs/InP émettant à 1,55 µm”, JNOG’06:
25èmes Journées Nationales d’Optique
Guidée, (JNOG’06) , Metz, France, 7-9
Novembre, 2006, p. 36-38.
COMMUNICATIONS
PRÉSENTÉES DANS LES
COLLOQUES SCIENTIFIQUES
SANS ACTES OU AVEC ACTES
À DIFFUSION LIMITÉE
D. PETROVSKA : Présentation BioSecure
a ICB2006 (janv. 2006).
D. PETROVSKA : Participation aux
évaluations NIST sur vérification du
locuteur (avril 2006) avec workshop June
2006.
AZOUIGUI S., DAGENS B., LELARGE F.,
PROVOST J.G., ACCARD A., GRILLOT F.,
MARTINEZ A., ZOU Q., and RAMDANE A.,
“Tolerance to optical feedback of 10
Gbps InP quantum-dash lasers emitting
at 1.55 µm”, International Symposium
on Semiconductor Nanostructures,
Technische Universität Berlin, Berlin,
Germany, 7-8 September 2006.
B. DORIZZI : invited speaker : ITS 2006
Brésil, Septembre 2006 : The
Securephone project : secured transactions through biometrics.
DÉPARTEMENT EPH
BOUDY J., BALDINGER J.L., DELAVAULT F.,
DR FARIN I., ANDREAO R., TORRESMÜLLER S., SERRA A., ROCARIES F.,
DIETRICH C., LACOMBE A., STEENKESTE F.,
DR. M. BAER, DR. OZGULER, GAITI D.,
“Telemedecine for elderly patients at
home : the TelePat project”, ICOST
conference, Ulster, Belfast, June 2006.
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JARDAK N., SAMAMA N. , VERVISCHPICOIS A., “Futurs GNSS et Continuité
Intérieur-Extérieur de la Fonction
Localisation”, UbiMob 2006, Paris,
France, Septembre 2006, cd.
11
Publications
ELHANNANI, TOLEDANO D., PETROVSKADELACRÉTAZ D., MONTERO A.,
HENNEBERT J., “Using Data-driven and
Phonetic Units for Speaker
Verification”, Proc. ODYSSEY, San Juan,
Puerto-Rico, June 2006, cd.