Fiche de révision

Traitement du signal et des données du mouvement

Filtrer, dériver, normaliser et programmer une chaîne de traitement

Mis à jour le

  • L3

Ce que tu vas réviser

  • Du capteur au résultat, une chaîne d'opérations
  • Signal brut, bruit et artefact
  • Filtrer, c'est trier des fréquences

L'essentiel du chapitre

Du capteur au résultat, une chaîne d'opérations

Une caméra, une plateforme de force ou une centrale inertielle ne rendent jamais un résultat. Elles rendent un signal brut : une suite de valeurs numérotées dans le temps.

Entre ce fichier et la phrase du rapport, il y a toujours les mêmes étapes :

  1. Inspecter le signal et repérer les valeurs aberrantes
  2. Filtrer pour retirer le bruit de mesure
  3. Dériver ou intégrer si on cherche une vitesse ou une position
  4. Découper le signal en cycles et les ramener à une échelle commune
  5. Extraire les indicateurs et les comparer

Ce chapitre porte sur ces étapes. Il suppose le signal déjà acquis : le choix de l'appareil et de son réglage relève du chapitre d'acquisition en biomécanique.

Signal brut, bruit et artefact

Le signal brut contient deux choses mélangées : le mouvement réel et tout le reste.

Le bruit de mesure est une fluctuation aléatoire, de faible amplitude et de fréquence élevée. Il est présent à chaque instant. Il vient du capteur, de la chaîne électronique, de la précision avec laquelle un marqueur est reconstruit dans l'espace.

Un artefact de mouvement est autre chose. C'est une perturbation identifiable, rattachée à une cause précise : un marqueur qui glisse sur la peau, un câble d'électromyographie qui bouge, un pied qui touche le bord de la plateforme.

La distinction commande le traitement. Le bruit se filtre. Un artefact se repère d'abord, se documente, puis se traite au cas par cas : celui du câble d'électromyographie occupe le bas du spectre et se retire par un filtre passe-haut, celui du glissement de peau occupe la même bande de fréquences que le geste et résiste au filtrage, ce qui conduit souvent à écarter l'essai.

Filtrer, c'est trier des fréquences

Un signal se décrit aussi par les fréquences qu'il contient. Le geste d'un coureur occupe les basses fréquences : quelques oscillations par seconde. Le bruit occupe les hautes fréquences : des dizaines ou des centaines d'oscillations par seconde.

Un filtre passe-bas laisse passer ce qui est lent et atténue ce qui est rapide. La limite entre les deux porte un nom : la fréquence de coupure.

Abaisser la coupure lisse davantage, mais efface une partie du geste. La monter conserve le geste, mais garde le bruit. Aucun réglage n'est neutre. Il se choisit, puis il s'écrit dans la partie méthode.

Une plateforme de force enregistre mille valeurs par seconde. Un saut vertical dure moins d'une seconde. Le fichier brut d'un seul essai contient donc bien plus de points que la feuille de résultats n'en affichera jamais : tout le travail consiste à en tirer trois ou quatre nombres qui veulent dire quelque chose.

Notions clés dans le cours

Ces termes sont replacés dans la phrase où ils apparaissent dans le chapitre.

3 questions pour te tester

  1. 1.Qu'est-ce qu'un signal brut ?
    • La suite de valeurs telle qu'elle sort du capteur, avant toute correction
    • La courbe moyenne obtenue après filtrage et normalisation
    • Le résultat final d'une analyse biomécanique
    • Le réglage d'usine de l'appareil de mesure

    Bonne réponse : La suite de valeurs telle qu'elle sort du capteur, avant toute correction

    Le signal brut est le fichier de sortie du capteur, une suite de valeurs datées. Il mélange le mouvement réel, le bruit et d'éventuels artefacts. On ne le modifie jamais : le traitement en produit des copies, ce qui permet de tout recommencer si un réglage change.

  2. 2.Que fait un filtre passe-bas appliqué à un signal du mouvement ?
    • Il conserve les composantes lentes et atténue les composantes rapides
    • Il conserve les composantes rapides et atténue les composantes lentes
    • Il supprime totalement toutes les fréquences situées au-dessus de la coupure
    • Il augmente la fréquence d'échantillonnage du signal

    Bonne réponse : Il conserve les composantes lentes et atténue les composantes rapides

    Le geste occupe les basses fréquences, le bruit les hautes fréquences. Le filtre passe-bas exploite cette différence. Attention au mot atténuer : le filtre réduit les hautes fréquences, il ne les efface pas totalement.

  3. 3.Dériver un signal atténue son bruit.
    • Vrai
    • Faux

    Bonne réponse : Faux

    C'est l'inverse. La dérivation amplifie le bruit, parce qu'elle divise de petits écarts de position par un intervalle de temps très court. L'intégration, elle, lisse le signal. D'où l'ordre imposé : filtrer d'abord, dériver ensuite.

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