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Accueil Produits Services Vision Industrielle News Liens Flux RSS Nous contacter en Suisse Rechercher FAQs suite presentation Bienvenue sur le site de Machine Vision Disponibilite & Experience. Du systeme de vision industrielle "low cost", aux systemes automatiques de controle industriel par vision artificielle nous vous fourniront le systeme de vision industrielle optimal. Nos principaux clients sont issus des milieux industriels R&D et production, ainsi que des milieux academiques, suisse ou europeen. Optimisation de la qualite, zero defaut, tri, vision pour robots : suite Accueil Flux RSS Vision Industrielle @ Archiv Vision Industrielle @ Archiv Toutes les soumissions pour SPI:SIGN - liste restreinte à 50 entrées - TEL Author self-archived e-prints Environnement actif pour la reconstruction tridimensionnelle de surfaces métalliques spéculaires par imagerie polarimétrique Cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'un système de reconstruction tridimensionnelle d'objets métalliques spéculaires par imagerie polarimétrique. Nous présentons tout d'abord une extension de la technique de ?Shape from Polarization? aux surfaces métalliques. Après réflexion sur la surface, la lumière inci- dente non polarisée devient partiellement linéairement polarisée, en fonction de l'angle d'incidence et de l'indice de réfraction du matériau. Ainsi, les normales de la surface sont calculées à partir des paramètres de polarisation de la lumière réfléchie. L'ambiguïté concernant l'orientation des normales est ici levée grâce à un éclairage actif. Nous décrivons et comparons ensuite différentes méthodes de reconstruction tridimensionnelle de surfaces à partir d'un champ de normales. Pour finir, nous détaillons précisément le prototype développé, et nous en présentons une application pour la détection de défauts de forme. Toucher artificiel à base d'un microcapteur d'effort: traitement du signal et des informations associées Ce travail de thèse présente la conception, la caractérisation et l'utilisation d'un système de toucher artificiel pour l'étude de la reconnaissance tactile de textures. Le système de toucher artificiel se compose d'un doigt artificiel et d'un dispositif d'exploration permettant un déplacement automatisé du doigt sur les échantillons. Le doigt artificiel fonctionne grâce à un micro-capteur d'efforts tri-axes MEMS recouvert d'une peau artificielle (ou enrobage) en polyuréthane. Le MEMS mesure ainsi les trois composantes spatiales des efforts transmis par l'enrobage lorsque celui-ci est sollicité. Afin de déplacer le doigt artificiel et ainsi d'explorer des surfaces, deux dispositifs motorisés ont été successivement conçus. Grâce au premier dispositif, nous avons rapidement mis en place des expériences d'exploration de surfaces, afin d'évaluer les possibilités de discrimination de textures de notre doigt artificiel. Le second dispositif, permet une meilleure maitrise des différents paramètres de l'exploration comme la vitesse de déplacement ou la force appliquée. Il permet également de caractériser le doigt artificiel, lors d'une simple mise en contact ou pendant la friction du doigt sur une surface. Une étude de ce type a notamment permis une meilleure compréhension du comportement du doigt artificiel et des phénomènes mis en jeu lors de l'exploration tactile de textures. Les premières expériences d'exploration de surfaces montrent une bonne sensibilité du doigt artificiel pour la détection de la périodicité de l'armure d'un tissu, ou pour la discrimination de deux textures de différentes natures (papier v.s. tissu). Le doigt artificiel est ensuite évalué avec une expérience de discrimination de 10 textures de papiers. Les signaux d'exploration obtenus de cette expérience mettent en évidence certains problèmes de reproductibilité des mesures. Toutefois, associé à plusieurs algorithmes de classification mis en place, le doigt artificiel montre de bonnes performances à la discrimination des 10 textures, particulièrement grâce aux caractéristiques spectrales extraites du signal. Plusieurs réalisations de cette expérience, avec différents protocoles de mesures, permettent de valider les résultats de classification, et d'étayer certaines hypothèses sur le comportement de notre système de toucher artificiel et plus généralement à propos de la reconnaissance tactile de textures. Modèles et algorithmes pour la modélisation parcimonieuse de signaux de grande dimension Cette thèse propose des algorithmes rapides pour les représentations parcimonieuses. Les représentations parcimonieuses consistent à approcher le signal par une combinaison linéaire de peu d'atomes choisis dans un dictionnaire redondant (plus d'atomes que la dimension du signal). Comment décomposer un signal donné sur un dictionnaire donné ? C'est un problème NP-complet. Les algorithmes approchés existants sont trop coûteux pour être employés sur de grands signaux ou bien calculent une approximation grossière. Nous proposons un nouvel algorithme, LocOMP, qui passe à l'échelle sans sacrifier la qualité d'approximation. LocOMP nécessite des dictionnaires locaux : la longueur du support d'un atome est petite devant celle du signal. Comment apprendre un dictionnaire qui permet la représentation parcimonieuse d'une famille de signaux donnée ? C'est un problème encore plus complexe : on le résout habituellement en itérant plusieurs décompositions parcimonieuses. Nous proposons une amélioration de l'algorithme d'Olshausen-Field qui optimise le dictionnaire par descente de gradient à pas fixe. Nous exprimons le pas optimal la descente. L'algorithme converge ainsi plus vite vers un meilleur dictionnaire. Enfin, nous avons appliqué ces outils pour isoler les signaux de fibrillation atriale dans l'électrocardiogramme du patient. La fibrillation atriale est une arythmie cardiaque : les atria tremblent au lieu de battre. On souhaite observer la fibrillation dans l'ECG, mais elle est mélangée à l'activité ventriculaire. Notre méthode de séparation est basée sur l'apprentissage d'un dictionnaire pour la fibrillation et un pour l'activité ventriculaire, tous deux appris sur le même ECG. Etude du bloc de réception dans un terminal UMTS-FDD et développement d'une méthodologie de codesign en vue du fonctionnement en temps réel. L'UMTS est un nouveau standard de radiocommunications mobiles destiné à résoudre les problèmes des actuels réseaux de deuxième génération, proches localement de la saturation et limités dans leur offre de services multimédias par les faibles débits utiles supportés. L'UMTS représente une rupture technologique importante et nécessite un effort particulier pour la réa- lisation des équipements, car la complexité des traitements à effectuer a augmenté dans des proportions considérables. Les terminaux 3G, par exemple, devront embarquer une puissance de calcul supérieure de plus d'un ordre de grandeur à celle embarquée par leurs prédécesseurs. Après avoir introduit l'UMTS et une de ses interfaces radios, le Wideband CDMA, nous avons identifié l'estimation par le terminal du canal radiomobile par lequel a transité le signal émis par la station de base comme étant une des tâches susceptibles d'entraîner le plus grand nombre d'opérations à effectuer. Une solution originale à ce problème est proposée sous la forme d'un algorithme d'estimation itérative de canal à suppression de trajets. La complexité calculatoire de cet algorithme a l'inconvénient majeur de varier avec le carré du facteur de suréchantillonnage, ce qui empêche de travailler avec une valeur élevée de celui-ci, et par consé- quent ne permet pas d'obtenir une grande précision quant à l'estimation des instants d'arrivée des trajets. Ce problème est résolu en introduisant une version optimisée de cet algorithme, dont la complexité varie linéairement avec le facteur de suréchantillonnage. Conserver une com- plexité raisonnable tout en travaillant avec des facteurs de suréchantillonnage élevés devient réaliste, ce qui permet d'accéder à coût égal à une précision plus élevée qu'avec l'algorithme origininal. De plus, cette optimisation simplifie les opérations élémentaires effectuées par l'algo- rithme, ce qui a pour conséquence de rendre son implémentation sur une architecture hybride matérielle-logicielle plus efficace que son implémentation sur un seul processeur de signal. Une méthodologie de conception au niveau système est ensuite proposée pour réaliser cette architecture hybride dans un but de prototypage rapide. Cette méthodologie, bâtie autour du logiciel N2C, de la société CoWare, utilise un langage de haut niveau, surensemble du langage C auquel ont été rajoutées les constructions nécessaires pour décrire des architectures matérielles. L'algorithme est partitionné en une partie logicielle s'exécutant sur un c?ur de DSP ST100 et un coprocesseur réalisé en logique câblée. De sévères incompatibilités logicielles ont empêché la réalisation de cette architecture hybride selon la méthodologie proposée, mais des résultats intéressants ont néanmoins été obtenus à partir d'une implémentation purement logicielle de l'algorithme proposé. L'architecture obtenue avec l'application des premières étapes de la méthodologie proposée à l'algorithme d'estimation de canal est décrite, ainsi que quelques suggestions faites à la société CoWare, Inc. pour l'amélioration de leur outil. Enfin, l'adéquation de la méthodologie proposée à un environnement de prototypage rapide est discutée et des pistes pour la réalisation d'un éventuel démonstrateur sont données. Contribution à la gestion dynamique de ressource reconfigurable intégrée au sein d'un MPSoC Le domaine des technologies de l'électronique et de l'informatique a subi d'importantes évolutions dans les dernières années, aussi bien du point de vue matériel que du point de vue applicatif. L'évolution matérielle est en grande partie ''tirée'' par l'augmentation de la densité d'intégration des technologies de fabrication des circuits qui peuvent maintenant mettre en \oe uvre des milliards de transistors. Cette évolution a conduit à la définition de Systems-on-Chip (SoCs) qui intègrent l'ensemble des ''composants'' matériels et logiciels nécessaires à l'exécution des applications. L'un des points importants de l'évolution applicative concerne le besoin de dynamicité afin de permettre une adaptation de l'application à son environnement d'exécution. La seule présence d'un processeur n'est pas toujours satisfaisante et des zones reconfigurables ont alors été proposées pour supporter cette dynamicité. On parle alors de RSoC (Reconfigurable System-on-Chip), ou encore de systèmes reconfigurables sur puce. La gestion efficace d'un RSoC s'est naturellement reportée à l'interface entre logiciel et matériel. Il s'agit donc de proposer aux tâches de l'application les moyens de solliciter les ressources du RSoC (de calcul, de mémorisation, de communication, etc) de façon indépendante de leur implémentation matérielle. L'embarquement d'un système d'exploitation dans ce type de systèmes s'est finalement imposé puisqu'il répond à ce besoin. Si la présence d'un OS permet de gérer des ressources relativement classiques, l'intégration de zones reconfigurables au sein d'un SoC impose de faire évoluer certains services de cet OS. Les travaux de recherche présentés sont liés à cette problématique. Trois axes seront développés : ils concernent la définition d'organisation mémoire reconfigurable et faible consommation ; l'ordonnancement et le placement de tâches au sein d'une zone reconfigurable intégrée dans un SoC et enfin les aspects modélisation qui sont de plus en plus importants dans ce domaine où l'accroissement de la complexité rend la maîtrise de la conception des systèmes de plus en plus délicate. Ondelettes, analyse de singularités lissées et traitement d'hologrammes numériques de micro-particules Les travaux présentés dans ce mémoire se répartissent en deux principaux thèmes : l'analyse de singularités par ondelettes et le traitement numérique d'hologrammes. Pour effectuer des mesures sur les images il peut être utile de rechercher des formes particulières ou des primitives élémentaires telles que des points, des contours, les droites,... En pratique, de part la nature des images rencontrées dans les applications, ces primitives n'apparaissent pas nettement à cause de la présence de bruit ou de flou. Il convient alors de définir des opérateurs de détection adaptés capables d'obtenir de bonnes performances dans ces conditions. Nous montrons comment, à partir d'un modèle de singularités lissées, l'analyse en ondelettes permet de répondre à cette problématique. Deux opérateurs sont alors présentés : un opérateur de détection de points caractéristiques et un opérateur de détection de contours. Ces opérateurs sont capable d'estimer les caractéristiques locales de chaque point détecté (type, amplitude et degré de flou) en adaptant l'échelle de détection au degré de flou. Nous présenterons également des applications traitées dans le cadre de l'imagerie en mécanique des fluides et l'imagerie biomédicale. Pour obtenir des mesures tridimensionnelles en tous les points d'un volume de mesure, la technique de référence est l'holographie. Cette technique a été appliquée à l'analyse des écoulements dès les années 70, en utilisant des plaques photosensibles comme support de stockage de l'information. Depuis quelques années, grâce au développement des capteurs CCD et des techniques de traitement numérique, l'holographie numérique a pu être utilisée pour des mesures quantitatives tridimensionnelles. Le travail que nous présentons dans le deuxième thème, se place dans le contexte du traitement d'hologrammes numériques en vue de mesurer la position, la taille, ou la vitesse d'un ensemble de particules enregistrées sur cet hologramme. En faisant le lien avec les ondelettes et l'analyse de singularités lissées, nous proposons d'abord une fonction de restitution adaptée à la localisation axiale des particules. Nous déduisons ensuite une technique d'inter-corrélation permettant la mesure du champ de déplacement des particules. IDADIGE : Procédé de traitement des images de gels d'électrophorèse bidimensionnelle différentielle dans le contexte de la recherche de marqueurs protéiques Le sujet de cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet NODDICCAP initié par l'entreprise bio-Mérieux et visant le développement de Nouveaux Outils pour le Dépistage, le DIagnostic, l'évaluation du pronostic et le suivi du Cancer Colorectal par une Approche Protéomique. Le développement de ces nouveaux outils passe nécessairement par l'identification de marqueurs tumoraux discriminants et spécifiques du cancer colorectal. L'objectif de la thèse a été d'optimiser l'analyse des images et des données issues de la technologie DIGE (Differential In-Gel Electrophoresis), afin de permettre la découverte de marqueurs potentiels du cancer colorectal. Après avoir identifié les maillons faibles de la chaîne de traitement classique des images de gel d'électrophorèse 2D, nous avons été amenés à reconsidérer les approches utilisées et à rechercher des méthodes de traitement d'image et de données innovantes, ou bien existantes mais issues de domaines voisins. Le choix des méthodes a été guidé par l'évaluation de leur efficacité en comparaison aux méthodes classiquement employées, et également par les contraintes liées au contexte biologique et technologique. Les principales avancées issues de ce travail sont la définition du schéma expérimental, l'approche stratégique de l'analyse d'images ainsi que l'analyse statistique des données. En ce qui concerne le schéma expérimental, le choix d'une lignée cellulaire comme standard commun a permis un meilleur recoupement des données entre différentes expériences. L'analyse stratégique de l'analyse d'image a été améliorée grâce à l'utilisation d'un patron de détection unique. Ce patron unique a été réalisé à l'aide d'une méthode de fusion d'images originale permettant une juste représentativité de chacune des tâches protéiques de l'ensemble des images considérées. Enfin, les méthodes pour l'analyse statistique des données ont tenu compte de l'intensité des tâches protéiques grâce à une régulation de la variance lors de la comparaison des ratios. Par ailleurs, la spécification par le biologiste d'un profil de risque a permis, par exemple, de porter une plus grande attention aux protéines fortement exprimées. L'ensemble des méthodes mises en place depuis l'acquisition des images jusqu'à la découverte et la visualisation des marqueurs protéiques potentiels constitue le workflow IDADIGE (Image and Data Analysis for Differential In Gel Electrophoresis). Ce workflow exploite différents logiciels ainsi que plusieurs fonctions implémentées sous Matlab et regroupées sous le nom ProDIGE. L'exploitation par le laboratoire de protéomique de bioMérieux du workflow IDADIGE a été utilisée en routine et a permis la découverte de marqueurs protéiques du cancer colorectal qui doivent maintenant être validés biologiquement. Exploitation des Capacités de Radiolocalisation des Transmissions Ultra-Large Bande dans les Réseaux Sans-Fil Nombre d'applications récentes trouvent leur fondement dans une capacité présumée des systèmes de communication à délivrer des informations précises de localisation. Dans ce contexte, les propriétés intrinsèques de la technologie radio impulsionnelle Ultra-Large Bande (ULB) peuvent être mises à profit : résolution des trajets multiples, précision temporelle autorisant la mesure de temps de vol et la synchronisation fine des terminaux, etc. Les solutions ULB laissent par ailleurs présager l'émergence de réseaux d'un nouveau genre, tels que les réseaux ad hoc, mobiles, distribués et dépourvus d'infrastructure. Dans le cadre de l'élaboration du standard WPAN bas-débit IEEE 802.15.4a (jusqu'à 1Mbps), la possibilité de localiser des dispositifs ULB bas-coût et à faible consommation constitue un apport déterminant au regard des solutions existantes (e.g. Zigbee...). Les travaux présentés se proposent d'appréhender dans sa globalité la problématique de localisation ULB au sein des réseaux sans-fil. Quelques idées-forces sont alors mises en lumière, telles que la nécessité d'injecter une forme de connaissance a priori propre à la couche physique ULB dans le problème de localisation, la mise à profit de la diversité multi-trajets autorisée par la résolution ULB, ou bien encore l'exploitation des formes nouvelles adoptées par les réseaux (tant du point de vue du protocole que de la topologie). Dans un premier temps, nous caractérisons et modélisons les erreurs susceptibles d'affecter des métriques de base (temps ou différences de temps d'arrivée), qu'elles soient « indépendantes » de la couche physique (dérives d'horloge, modes d'échange, etc.) ou directement imputables au canal de propagation ULB (e.g. non-visibilité). Nous évaluons ensuite les performances de détection d'architectures de récepteurs ULB (e.g. échantillonnage direct sur 1 bit) pour des environnements indoor réalistes. Nous préconisons également différentes stratégies de positionnement (maximisation distribuée de la log-vraisemblance des distances mesurées, reconnaissance d'empreintes ULB, traitement déterministe des biais dans le cas de trajets réfractés, etc.) et de poursuite (techniques Bayésiennes avancées de filtrage), adaptées aux situations de non-visibilité. Enfin, quelques résultats d'expérimentations conduites dans la bande basse ([0.5:1]GHz) nous permettent d'illustrer certains des points abordés. Segmentation par contours actifs en imagerie médicale dynamique : application en cardiologie nucléaire En imagerie d'émission, la médecine nucléaire fournit une information fonctionnelle sur l'organe étudié. En imagerie de transmission, elle fournit une information anatomique, destinée par exemple à corriger certains facteurs de dégradation des images d'émission. Qu'il s'agisse d'une image d'émission ou de transmission, il est utile de savoir extraire de façon automatique ou semi-automatique les éléments pertinents : le ou les organes d'intérêt et le pourtour du patient lorsque le champ d'acquisition est large. Voilà le but des méthodes de segmentation. Nous avons développé deux méthodes de segmentation par contours actifs, le point crucial étant la définition de leur vitesse d'évolution. Elles ont été mises en ?uvre par les ensembles de niveaux. En premier lieu, nous nous sommes intéressés à l'imagerie statique de transmission de la région thoracique. La vitesse d'évolution, définie heuristiquement, fait directement intervenir les projections acquises. La carte de transmission segmentée, obtenue ainsi sans reconstruction, doit servir à améliorer la correction de l'atténuation photonique subie par les images cardiaques d'émission. Puis nous avons étudié la segmentation des séquences cardiaques -- d'émission -- synchronisées par électrocardiogramme. La méthode de segmentation spatio-temporelle développée résulte de la minimisation d'un critère variationnel exploitant d'un bloc l'ensemble de la séquence. La segmentation obtenue doit servir au calcul de paramètres physiologiques. Nous l'avons illustré en calculant la fraction d'éjection. Pour terminer, nous avons exploité les propriétés des ensembles de niveaux afin de développer une méthode géométrique de recalage, non rigide et non paramétrique. Nous l'avons appliquée à la compensation cinétique des images des séquences cardiaques synchronisées. Les images recalées ont alors été ajoutées de sorte à produire une image dont le niveau de bruit est comparable à celui d'une image cardiaque statique sans toutefois souffrir de flou cinétique. Classification multi-vues d'un objet immergé à partir d'images sonar et de son ombre portée sur le fond La classification sur ombre de mines marines peut être effectuée à partir d'images sonar haute résolution. Cependant, la classification mono-vue admet des limites du fait de leur forme géométrique parfois complexe. Une manière de s'affranchir des ambiguïtés consiste à effectuer une classification multi-vues. Dans un premier temps, il convient d'assimiler les spécificités de l'imagerie sonar. D'un côté, les propriétés statistiques des pixels et le principe d'acquisition des images sont des connaissances avantageusement prises en compte lors de l'étape de segmentation. D'un autre côté, les distorsions géométriques qui affectent l'ombre portée du fait des performances du sonar et de la prise de vue doivent être considérées. En matière de reconnaissance de formes, les données sonar segmentées peuvent être diversement résumées suivant qu'on s'attache à définir des grandeurs indépendantes des positions relatives objet-sonar et/ou de la résolution du sonar ou bien, autorisant une reconstruction du contour et la conservation de l'orientation de la forme associée. Ces considérations du problème mono-vue ont préparé l'élaboration de processus plus complexes de classification multi-vues. D'une part, on manipule les attributs issus d'un traitement image par image. Deux cas se présentent : en exploitant l'évolution de la forme de l'ombre en fonction du trajet du sonar ou, au contraire, en s'affranchissant des transformations du plan. Dans le premier cas, on caractérise de manière globale l'ensemble des valeurs successives prises par des attributs sensibles aux diverses formes de l'ombre. Dans le second cas, sans connaissance précise des conditions d'acquisition, les attributs extraits sont fusionnés et présentés à l'opérateur sous forme de mesures pour l'aide à la décision. Par la logique floue d'autre part, les outils de reconnaissance de formes calculés sur des données binaires ont été étendus au cas de données en niveaux de gris d'une nouvelle image pour sa caractérisation. Application du retournement temporel (RT) aux systèmes de communications ultra large bande (ULB) et multi-antennes (MIMO) Dans les systèmes ultra large bande (ULB), des impulsions RF extrêmement étroites sont employées pour la communication entre émetteurs et récepteurs. En raison de leur bande passante très large, les signaux ULB entraînent un grand nombre de trajets multiples résolvables et donc réduisent les interférences provoquées par la superposition de ces trajets. Toutefois, cela nécessite la mise en ?uvre d'un système de réception complexe. Le retournement temporel (RT) est une approche qui permet d'utiliser des récepteurs simples en déplaçant la complexité vers l'émetteur. Le signal reçu RT est très focalisé dans les domaines temporel et spatial. Les focalisations temporelle et spatiale permettent de réduire respectivement l'interférence entre symboles et l'interférence multi-utilisateurs. Dans cette thèse, nous étudions la technique du RT en ULB et son application aux communications haut débit. La validation de la technique du RT dans le laboratoire est réalisée et une étude paramétrique du RT est faite avec différentes configurations multi-antennes (SISO, SIMO, MISO et MIMO). Les résultats montrent que la configuration RT-MIMO présente les meilleures performances. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. Les résultats suggèrent que si le canal garde une certaine corrélation partielle avec le canal précédent, le RT peut donner une bonne robustesse même si la corrélation totale des canaux est très faible. Bien que les performances obtenues soient meilleures avec des bandes passantes supérieures, la dégradation des performances avec les variations dans le canal reste du même ordre de grandeur. Ensuite, le RT est étudié du point de vue communication. Des validations expérimentales d'une nouvelle technique de modulation et la communication à haut débit sont effectuées pour des canaux denses en trajets multiples. On montre que les performances de TEB en indoor sont meilleures que celles obtenues en chambre réverbérante. Par ailleurs, avec une transmission RT par sous bandes, qui constitue une sorte d'égalisation, le TEB peut être sensiblement amélioré. Enfin, la communication RT multi-utilisateur a été examinée avec des modifications dans le pré-filtre. Le RT modifié donne de meilleures performances que le RT classique ou le RT avec permutation circulaire. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que le RT en ULB, qui peut être facilement combiné avec les systèmes MIMO, est une approche prometteuse pour les futurs réseaux de locaux et personnels (WLAN et WPAN) sans fils. Segmentation de la prostate pour la thérapie par Ultrasons Haute Intensité guidée par l'image Ce travail traite le problème de la segmentation d'images échographiques de prostate acquises en condition per-opératoire dans le cadre de la destruction de tumeurs effectuée par une technique d'ultrasons haute intensité (HIFU). L'objectif est de délimiter précisément les tissus cible de façon à concentrer l'échauffement induit par les ultrasons tout en réduisant leur impact sur les structures voisines. L' étude bibliographique de l'état de l'art montre que toutes les méthodes de segmentation se référant aux dernières avancées méthodologiques ont été tentées sans pour autant apporter de réponses complètement satisfaisantes au problème du fait de la variabilité des situations rencontrées et surtout de la qualité toute relative des images dans le cas des HIFU. Les différentes solutions proposées dans cette thèse s'appuient sur les modèles déformables discrets enrichis de recherche de points d'ancrage basés gradient, couplés ou pas à une approche de détection de surface optimale. Ces solutions sont testées sur une trentaine de bases de données et analysées à la fois qualitativement et quantitativement par comparaison à des contours définis par des experts. Par ailleurs, une étude préliminaire est conduite sur la caractérisation de texture par différents types de moments (Zernike, Legendre, etc.). Les résultats obtenus montrent un comportement globalement correct et satisfaisant les temps de calcul imposés. Modèles de saillance visuelle par fusion d'informations sur la luminance, le mouvement et les visages pour la prédiction de mouvements oculaires lors de l'exploration de vidéos. Lorsque nous explorons une scène visuelle nous focalisons notre attention et notre regard sur certaines régions de la scène dites saillantes an d'étudier ces régions plus en détail. L'objectif de cette thèse était de mieux comprendre les processus attentionnels qui guident le regard lorsque nous regardons une vidéo et de modéliser ces processus. Deux approches complémentaires ont été adoptées : une approche comportementale, à l'aide d'expériences d'oculométrie, pour mieux comprendre comment les personnes regardent une vidéo et une approche de modélisation afin de proposer un modèle, inspiré du système visuel humain, permettant de mettre en évidence les régions saillantes dans des vidéos. Deux modèles ont été proposés. Le premier modèle de saillance à deux voies, extrait des cartes statiques et dynamiques à partir des informations sur la luminance et le mouvement. Les traitements de ces deux voies, bien que relativement indépendants, sont réalisés par des modules communs (filtre "rétinien" et filtres "corticaux") à l'instar de ce qui est fait dans le système visuel. Un deuxième modèle de saillance, à trois voies, intègre au modèle précédent une voie dédiée à la détection des visages, les visages étant connus pour attirer les regards. Des expériences d'oculométrie ont permis d'étudier et d'évaluer ces modèles de saillance en détail. Planning pour la thérapie de tumeur du foie par ultrasons haute intensité Dans le contexte général des thérapies minimalement invasives, les travaux de cette thèse portent sur le planning d'une thérapie interstitielle de tumeurs du foie par ultrasons haute intensité. Dans un premier temps, une caractérisation des structures anatomiques hépatiques à partir de données scanner X est proposée selon deux méthodes de segmentation basée sur le graph cut : l'une semi-interactive et rapide pour extraire le foie et les éventuelles tumeurs ; et l'autre automatique et spécifique à la segmentation de la vascularisation hépatique par l'introduction d'un a priori local de forme estimé à partir de moments géométriques 3D. La seconde partie de cette étude est consacrée à la modélisation des effets de la thérapie sur les tissus. Le modèle proposé offre la possibilité de simuler différents types de sonde composée d'une matrice d'éléments contrôlables en phase et intensité. La description de la vascularisation locale dans le milieu peut également être intégrée dans le modèle. Les travaux et résultats obtenus portent sur trois aspects et/ou applications de ce modèle : 1) une méthode pour accélérer la résolution de la BHTE sous certaines hypothèses, 2) des résultats préliminaires de modélisation d'une sonde 64 éléments à focalisation dynamique et 3) le design géométrique d'une sonde endocavitaire 256 éléments. Estimation de vitesse par analyse d'images acquises en filé : Application à la caractérisation de la distribution centrifuge de granules d'engrais. Cette thèse montre que l'acquisition d'images en filé au voisinage du disque d'épandage d'un distributeur centrifuge d'engrais constitue une solution pour déterminer les composantes de la vitesse d'éjection des granules. Un filtre linéaire récursif est appliqué sur l'image pour détecter les axes des traces laissées par les granules. Ce filtre est développé en appliquant la méthodologie de Canny à un modèle de contour dont le profil dérive d'une approche expérimentale. Ensuite, les trajectoires sont identifiées et caractérisées au moyen de la transformée de Hough en intégrant les connaissances issues de l'analyse du processus d'épandage. La vitesse d'éjection est alors déduite de l'angle d'éjection par le biais de relations cinématiques. La répartition angulaire du flux d'engrais est également estimée à partir de la fréquence d'identification des trajectoires dans l'image. La répartition au sol de l'engrais est déduite d'un modèle de vol balistique utilisant ces paramètres. Étude de paramètres géométriques à partir du code de Freeman Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la géométrie discrète 2D avec pour principales applications l'analyse et la caractérisation de formes. Nous nous intéressons ici aux différents codages de contour de formes binaires que nous présentons dans un premier temps. Nous présentons ensuite plus en détail le plus ancien d'entre eux : le codage de Freeman, et nous développons plus particulièrement des algorithmes sur ce qu'il est possible de faire à partir de ce code. Nous étudions donc l'estimation de paramètres géométriques et de paramètres de formes sur une forme binaire comme le périmètre, l'aire, les diamètres apparents, la dimension fractale, et les coefficients de symétrie d'une forme. Nous voyons ensuite les transformations qu'il est possible d'effectuer sur le code de Freeman sans revenir à la représentation classique de la scène. Enfin, nous abordons la notion de morphologie mathématique en proposant une méthode d'obtention du code du dilaté et de l'érodé d'une forme connue par son code de Freeman. Analyse temps-fréquence et synthèse granulaire des bruits moteur diesel au ralenti: Application pour étude perceptive dans le contexte des scènes auditives. Le bruit des moteurs diesel fait l'objet d'un intérêt particulier de la part des constructeurs automobile dans leur démarche d'assurer la qualité d'une voiture. Le bruit diesel au ralenti est un bruit impulsif répétitif qui peut provoquer la gêne auditive et, de ce fait, son étude perceptive est d'une grande importance. La présente thèse adopte une approche pluridisciplinaire des bruits diesel au ralenti dans le contexte de trois domaines scientifiques: l'acoustique automobile, les méthodes de traitement du signal temps-fréquence et la perception auditive. La problématique complexe du bruit moteur est exposée en décrivant la nature physique et la signature sonore des multiples sources acoustiques du groupe moto-propulseur, ainsi que les mécanismes associés au bruit de roulement et d'écoulement. L'accent est mis sur les caractéristiques rythmiques du bruit diesel au ralenti. L'apport principal dans le domaine du traitement du signal réside dans le développement d'un algorithme d'analyse temps-fréquence et de synthèse granulaire. Cet algorithme est basé sur l'analyse d'un cycle moteur et l'extraction des paramètres pour la synthèse granulaire à l'aide du module et de la phase de la transformée de Gabor et ses dérivées. La méthode fournit une décomposition parcimonieuse du signal sur un nombre restreint d'atomes temps-fréquence et permet la reconstruction du bruit moteur par périodisation d'un cycle moteur de synthèse. Une approche perceptive originale consiste à découper en zones temps-fréquence le cycle moteur de synthèse et de modifier les paramètres des atomes constituant cette zone. Les tests de préférence et de catégorisation effectués sur les sons de synthèse avec une modification du niveau des atomes dans les zones temps-fréquence a permis de mettre en évidence l'influence du niveau et du timbre des zones, mais également l'existence d'un facteur rythmique dans la perception des bruits diesel au ralenti dû au regroupement des zones en flux auditifs. Cette observation suggère la prise en compte de ce facteur rythmique dans l'étude perceptive des bruits moteur en ralenti et, plus globalement, des bruits impulsifs répétitifs. Modélisation physique des écoulements turbulents appliquée aux voies aériennes supérieures chez l'humain La modélisation physique de la parole cherche à comprendre et reproduire la réalité à partir d'une forme simplifiée. Cette thèse aborde ce problème du point de vue de la mécanique des fluides en se focalisant sur le comportement d'écoulements turbulents générées par des composantes schématiques du conduit vocal lors de la génération du son /s /. A partir de méthodes expérimentales et numériques nous dressons une cartographie de l'écoulement à partir de certaines quantités statistiques. Divisé en deux étapes, nous regardons les conséquences de modèles mécaniques schématisant la contraction palato-lingual sur le jet résultant, puis l'effet d'un modèle d'incisive supérieur sur un écoulement donné. Application de la théorie des nombres à la conception optimale et à l'implémentation de très faible complexité des filtres numériques L'objectif principal de notre étude est de développer des algorithmes rapides pour une conception optimale et une implantation de très faible complexité des filtres numériques. Le critère d'optimisation choisi est celui de la minimisation de l'erreur quadratique moyenne. Ainsi, nous avons étudié et développé de nouveaux algorithmes de synthèse des filtres à réponse impulsionnelle finie (RIF) associés aux deux techniques de filtrage par blocs, overlap-save (OLS) et overlap-add (OLA). Ces deux techniques de filtrage RIF consistent à traiter le signal par blocs au moyen de la transformée de Fourier rapide (TFR) et permettent ainsi de réduire la complexité arithmétique des calculs de convolution. Les algorithmes que nous avons proposés sont basés sur le développement du modèle matriciel des structures OLS et OLA et sur l'utilisation des propriétés de l'algèbre linéaire, en particulier celles des matrices circulantes. Pour réduire davantage la complexité et la distorsion de filtrage, nous avons approfondi les bases mathématiques de la transformée en nombres de Fermat (FNT : Fermat Number Transform) qui est amenée à trouver des applications de plus en plus diverses en traitement du signal. Cette transformée, définie sur un corps de Galois d'ordre égal à un nombre de Fermat, est un cas particulier des transformées en nombres entiers (NTT : Number Theoretic Transform). Comparé à la TFR, la FNT permet un calcul sans erreur d'arrondi ainsi qu'une large réduction du nombre de multiplications nécessaires à la réalisation du produit de convolution. Pour mettre en évidence cette transformée, nous avons proposé et étudié une nouvelle conception des filtres blocs OLS et OLA mettant en oeuvre la FNT. Nous avons ensuite développé un algorithme de très faible complexité pour la synthèse du filtre optimal en utilisant les propriétés des matrices circulantes que nous avons développées dans le corps de Galois. Les résultats de l'implantation en virgule fixe du filtrage par blocs ont montré que l'utilisation de la FNT à la place de la TFR permettra de réduire la complexité et les erreurs de filtrage ainsi que le coût de synthèse du filtre optimal. Récepteur adaptatif multi-standards pour les signaux à étalement de spectre en contexte non coopératif L'étalement de spectre par séquence directe occupe une place prépondérante dans les systèmes de télécommunication utilisant la technique d'accès multiple par répartition de code : ce sont les systèmes dits de troisième génération (3G). En effet, ces systèmes permettent des tra?cs de données diverses à très hauts débits et l'accès simultané d'un très grand nombre d'utilisateurs. Dans le cadre de la surveillance du spectre radio fréquence, se posent alors les problèmes de la différenciation de ces systèmes et de la reconnaissance automatique des signaux à spectre étalé par séquence directe, sans connaissance a priori sur les systèmes de transmission. C'est dans ce contexte dit non coopératif que se situe le cadre de ce travail. La première phase de l'identification est la détection multi-utilisateurs aveugle des signaux à spectre étalé interférents. Nous avons montré que ces signaux peuvent être détectés grâce à leur effet sur les ?uctuations d'estimateurs statistiques. Cette méthode permet également d'estimer les périodes symboles et ainsi d'isoler les groupes de signaux transmis au même débit (c'est-à-dire, les différents systèmes). La seconde phase est la synchronisation dans chaque groupe. Elle consiste à affiner la période symbole obtenue lors de la première phase et, pour chaque signal du groupe, à évaluer de manière précise le début du premier symbole. Nous avons d'abord étendu au cas multi-utilisateurs la technique consistant à maximiser la norme carrée de la matrice de covariance du signal intercepté. La courbe de synchronisation obtenue présente alors des pics, dont le nombre correspond au nombre d'utilisateurs interférents. Toutefois, nous avons montré que certains de ces pics pouvaient être masqués. Partant de ce constat, nous avons développé une méthode originale de synchronisation consistant à maximiser les valeurs propres prépondérantes de la matrice de covariance. Une étude théorique des performances de ces deux techniques, après la synchronisation, prouve la robustesse de la nouvelle méthode. En?n, une fois les signaux synchronisés, nous avons présenté une méthode d'estimation des séquences d'étalement utilisées à l'émission ainsi que des symboles transmis. Les performances simulées, en terme de taux d'erreurs chip et binaire moyens, confirment les résultats théoriques. Application de la transformée en nombres entiers à la conception d'algorithmes de faible complexité pour l'annulation d'échos acoustiques Le principal objectif de notre étude est d'évaluer la possibilité d'un développement en temps réel d'un système d'annulation d'écho acoustique. Pour réduire le coût de calcul de ce système, nous avons approfondi les bases mathématiques de la transformée en nombres entiers (NTT : Number Theoretic Transform) qui est amenée à trouver des applications de plus en plus diverses en traitement du signal. Nous avons introduit plus particulièrement la transformée en nombres de Fermat (FNT : Fermat Number Transform) qui permet une réduction, par rapport à la FFT (Fast Fourier Transform), des nombres de multiplications nécessaires à la réalisation de certaines fonctions telles que les produits de convolution. Pour mettre en évidence cette transformée, nous avons proposé et étudié de nouveaux algorithmes d'annulation d'écho de faible complexité que nous avons traités par blocs et rendus robustes avant de les implanter au moyen de la FNT. Le résultat de cette implantation, comparée à une implantation par la FFT, a montré une forte réduction du nombre de multiplications accompagnée d'une augmentation du nombre d'opérations classiques. Pour réduire cette augmentation, nous avons proposé une nouvelle technique de la transformée, intitulée Generalized Sliding FNT (GSFNT). Celle-ci consiste à calculer la FNT d'une succession de séquences qui diffèrent d'un certain nombre d'échantillons l'une de l'autre. Le résultat des simulations des performances de ces algorithmes d'annulation d'écho, traités au moyen de cette technique, a montré que celle-ci permet de pallier à l'augmentation du nombre d'opérations classiques observée lors d'une implantation en FNT. Enfin, l'implantation des algorithmes d'annulation d'écho en FNT et par une nouvelle procédure de l'algorithme MDF (Multi-Delay Filter ) associée à la nouvelle méthode de calcul du pas d'adaptation, a permis une réduction significative de la complexité de calcul. Apports du chaos et des estimateurs d'états pour la transmission sécurisée de l'information L'emploi de systèmes chaotiques pour la sécurisation de transmissions numériques est l'objectif principal de cette thèse. L'étude de la synchronisation chaotique a tout d'abord été réalisée par des méthodes d'estimation d'état avec un accent important sur la mise en place d'une nouvelle méthode de filtrage de Kalman polynomiale Exacte. Les performances sont ensuite évaluées, en considérant plusieurs critères (EQM, stabilité, consistence), par rapport à d'autres solutions de filtrage de Kalman (EKF, UKF). Une deuxième partie de l'étude concerne les structures de récepteurs adaptés aux systèmes de communication à porteuse chaotique (étalement par séquence chaotique directe). Pour les récepteurs à synchronisation chaotique on utilise des solutions de traitement en bande de base du signal reçu par estimation parallèle. Pour des applications sur des canaux réels difficiles, comme c'est le cas des transmissions acoustiques sous-marines, la synchronisation est réalisée par des méthodes classiques (boucle à verrouillage de retard). On introduit par la suite un nouveau schéma qui estime cette fois, la majorité des trajets énergétiques présents à l'entrée du récepteur. Ce schéma est obtenu en développant l'équation d'observation des coefficients du canal pondérés par la matrice d'auto-corrélation. Deux versions sont ainsi considérées : le cas des séquences d'étalement courtes et le cas des séquences longues. La dernière partie du document est dédiée à la présentation d'une méthode de compression originale qui utilise la dynamique symbolique chaotique ; celle-ci réalise le codage d'une séquence informationnelle sous la forme d'un intervalle de conditions initiales. Algèbre matricielle rapide en calcul formel et calcul numérique Dans cette thèse, nous visons l'amélioration de quelques algorithmes en algèbre matricielle rapide et plus spécifiquement les algorithmes rapides sur les matrices structurées en calcul formel et numérique. Nous nous intéressons en particulier aux matrices de Hankel et de Toeplitz. Nous introduisons un nouvel algorithme de diagonalisation par blocs approchée de matrices réelles de Hankel. Nous décrivons la relation naturelle entre l'algorithme d'Euclide et notre factorisation par blocs approchée pour les matrices de Hankel associées à deux polynômes, ainsi que pour les matrices de Bézout associées aux mêmes polynômes. Enfin, dans le cas complexe, nous présentons un algorithme révisé de notre diagonalisation par blocs approchée des matrices de Hankel, en calculant la suite des restes et la suite des quotients apparues au cours de l'exécution de l'algorithme d'Euclide. Reconnaissance en aveugle de codeur à base de code convolutif : Contribution à la mise en oeuvre d'un récepteur intelligent Dans le but d'améliorer la qualité des transmissions numériques, les normes sont en perpétuelle évolution ce qui engendre des problèmes d'incompatibilité. Le domaine de la radio cognitive offre une solution pertinente à ce problème : la conception de récepteurs intelligents. Ces récepteurs devront être capables d'identifier en aveugle les paramètres de la norme utilisée par l'émetteur. Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur la reconnaissance aveugle de codeur à base de code convolutif. De tels codes améliorent la fiabilité d'une transmission en permettant, côté récepteur, de détecter et/ou de corriger d'éventuelles erreurs intervenues lors de la transmission du message. Une étude sur la théorie algébrique des codes convolutifs a été conduite afin d'obtenir les propriétés indispensables à la mise en oeuvre de méthodes d'identification aveugle. Puis, à partir de la seule connaissance d'un train binaire codé, nous avons développé des méthodes permettant d'identifier un code convolutif lors d'une transmission non-bruitée, puis bruitée. Nous avons ensuite développé un algorithme dédié à l'identification en aveugle d'un code convolutif poinçonné. Cet algorithme permet, à partir de la seule connaissance d'une trame codée, poinçonnée et bruitée, d'identifier le code convolutif ainsi que le motif de poinçonnage utilisé à l'émission. Ensuite, nous proposons deux méthodes qui permettent d'identifier un turbocode lors de la réception d'une trame présentant une plage de donnée non-bruitée. Enfin, nous montrons que nos algorithmes d'identification offrent d'excellentes performances avec des paramètres de simulation proches de ceux utilisés dans les différents standards. Traitement aveugle et semi-aveugle du signal pour les télécommunications et le génie biomédical Ce rapport résume mes activités de recherche depuis l'obtention de mon doctorat. Je me suis penché sur le problème fondamental de l'estimation de signaux sources à partir de l'observation de mesures corrompues de ces signaux, dans des scénarios où les données mesurées peuvent être considérées comme une transformation linéaire inconnue des sources. Deux problèmes classiques de ce type sont la déconvolution ou égalisation de canaux introduisant des distorsions linéaires, et la séparation de sources dans des mélanges linéaires. L'approche dite aveugle essaie d'exploiter un moindre nombre d'hypothèses sur le problème à résoudre : celles-ci se réduisent typiquement à l'indépendance statistique des sources et l'inversibilité du canal ou de la matrice de mélange caractérisant le milieu de propagation. Malgré les avantages qui ont suscité l'intérêt pour ces techniques depuis les années soixante-dix, les critères aveugles présentent aussi quelques inconvénients importants, tels que l'existence d'ambiguïtés dans l'estimation, la présence d'extrema locaux associés à des solutions parasites, et un coût de calcul élevé souvent lié à une convergence lente. Ma recherche s'est consacrée à la conception de nouvelles techniques d'estimation de signal visant à pallier aux inconvénients de l'approche aveugle et donc à améliorer ses performances. Une attention particulière a été portée sur deux applications dans les télécommunications et le génie biomédical : l'égalisation et la séparation de sources dans des canaux de communications numériques, et l'extraction de l'activité auriculaire à partir des enregistrements de surface chez les patients souffrant de fibrillation auriculaire. La plupart des techniques proposées peuvent être considérées comme étant semi-aveugles, dans le sens où elles visent à exploiter des informations a priori sur le problème étudié autres que l'indépendance des sources ; par exemple, l'existence de symboles pilotes dans les systèmes de communications ou des propriétés spécifiques de la source atriale dans la fibrillation auriculaire. Dans les télécommunications, les approches que j'ai explorées incluent des solutions algébriques aux fonctions de contraste basées sur la modulation numérique, la combinaison de contrastes aveugles et supervisés dans des critères semi-aveugles, et une technique d'optimisation itérative basée sur un pas d'adaptation calculé algébriquement. Nos efforts visant à extraire le signal atrial dans des enregistrements de fibrillation auriculaire nous ont permis non seulement de dégager de nouvelles fonctions de contraste basées sur les statistiques de second ordre et d'ordre élevé incorporant l'information a priori sur les statistiques des sources, mais aussi d'aboutir à de nouveaux résultats d'impact clinique et physiologique sur ce trouble cardiaque encore mal compris. Ce rapport se conclut en proposant quelques perspectives pour la continuation de ces travaux. Ces recherches ont été menées en collaboration avec un nombre de collègues en France et à l'étranger, et ont également compris le co-encadrement de plusieurs doctorants. Les contributions qui en ont découlé ont donné lieu à plus de soixante publications dans des journaux, des conférences et des ouvrages collectifs à caractère international. Quelques-unes de ces publications sont jointes à ce document. Télédétection radar appliquée au suivi des rizières. Méthodes utilisant le rapport des intensités de rétrodiffusion. En raison de l'importance du riz dans l'alimentation mondiale et du rôle des rizières dans les émissions de méthane, un suivi à grande échelle et en temps quasi-réel des surfaces cultivées en riz semble particulièrement utile. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes permettant une utilisation effective des données de télédétection des satellites présents et futurs pour le suivi des rizières. L'imagerie radar est privilégiée car elle permet des acquisitions sous toutes les conditions météorologiques, contrairement à l'imagerie optique. Deux méthodes sont retenues qui font intervenir un rapport d'intensité de deux images SAR en bande C : le rapport de polarisation HH/VV ou le changement temporel en co-polarisation HHdate2/HHdate1. Dans un premier temps, une étude statistique des rapports d'intensité de rétrodiffusion est effectuée, qui conduit au développement d'un modèle d'erreur permettant d'estimer la performance des méthodes de classification. Ce modèle d'erreur est également utilisé pour évaluer l'impact des paramètres des systèmes SAR (Synthetic Aperture Radar) sur la performance de la classification. Il s'agit des paramètres concernant l'étalonnage, l'ambiguïté, la fréquence de revisite. Dans un second temps, les méthodes de classification ainsi développées sont appliquées à deux jeux de données de l'instrument ASAR du satellite ENVISAT sur le delta du Mékong au Vietnam, pour faire la cartographie des rizières à deux échelles différentes. La première méthode repose sur l'utilisation du rapport HH/VV à partir de données du mode Alternating Polarization d'ASAR, qui permet de produire une carte de rizières couvrant une province du delta. La seconde méthode tire parti du changement temporel de HH sur des images du mode Wide-Swath d'ASAR, et est utilisée pour cartographier les rizières de l'ensemble du delta. Les deux méthodes sont validées avec succès en utilisant les surfaces cultivées données par les statistiques nationales. Réalisation en guides d'ondes numériques stables d'un modèle acoustique réaliste pour la simulation en temps-réel d'instruments à vent Ce travail porte sur la modélisation physique des tubes acoustiques pour la simulation numérique en temps-réel. Le but principal est la synthèse sonore d'instruments à vent, avec un modèle réaliste, une méthode modulaire et une implémentation numérique faible coût. Le modèle acoustique de "Webster-Lokshin", utilisé ici, est un modèle à 1 dimension prenant en compte à la fois la "courbure" du profil et les "pertes visco-thermiques" à la paroi. Pour ce modèle acoustique, une structure de simulation compatible avec l'approche des "Guides d'Ondes" est obtenue : un tube y est représenté par un système bouclé, avec retards, faisant intervenir plusieurs sous-systèmes sans retard interne. Une difficulté est la présence de sous-systèmes de dimension infinie qui se comportent comme des sommes infinies de systèmes du premier ou du second ordre. Dans un premier temps, ils sont approximés par des systèmes de dimension finie, puis leur "représentation d'état" à temps discret est obtenue. Enfin, en utilisant des outils standard de l'automatique, ces représentations nous permettent de faciliter la connexion d'éléments acoustiques et de réduire les coûts de calcul de la simulation numérique. Dans ce travail, l'étude de la stabilité et de la passivité est faite. Pour des cas paticuliers de tubes, un problème survient : même si les relations entrées/sorties du tube sont stables, certains sous-systèmes internes possèdent une infinité de singularités à l'origine d'instabilités internes. Nous présentons une explication de ce phénomène et ceci nous amène à proposer une nouvelle décomposition en sous-systèmes pour lever ce problème. IRM du tenseur de diffusion du muscle squelettique humain: contributions et applications Cette thèse propose des techniques pour le traitement d'images IRM de diffusion. Les méthodes proposées concernent l'estimation et la régularisation, le groupement et la segmentation ainsi que le recalage. Le cadre variationnel proposé dans cette thèse pour l'estimation d'un champ de tenseurs de diffusion `a partir d'observations bruitées exploite le fait que les données de diffusion représentent des populations de fibres et que chaque tenseur peut être reconstruit à partir d'une combinaison pondérée de tenseurs dans son voisinage. La méthode de segmentation traite aussi bien les voxels que les fibres. Elle est basée sur l'utilisation de noyaux défini-positifs sur des probabilités gaussiennes de diffusion afin de modéliser la similarité entre tenseurs et les interactions spatiales. Ceci permet de définir des métriques entre fibres qui combinent les informations de localisation spatiale et de tenseurs de diffusion. Plusieurs approches de groupement peuvent être appliquees par la suite pour segmenter des champs de tenseurs et des trajectoires de fibres. Un cadre de groupement supervisé est proposé pour étendre cette technique. L'algorithme de recalage utilise les noyaux sur probabilités pour recaler une image source et une image cible. La régularité de la déformation est évaluée en utilisant la distortion induite sur les distances entre probabilités spatialement voisines. La minimisation de la fonctionnelle de recalage est faite dans un cadre discret. La validation expérimentale est faite sur des images du muscle du mollet pour des sujets sains et pour des patients atteints de myopathies. Les résultats des techniques d´eveloppées dans cette thèse sont encourageants. Cartes incertaines et planification optimale pour la localisation d'un engin autonome Des avancées importantes ont été réalisées dans le domaine de la robotique mobile. L'usage croissant des robots terrestres et des drones de petite taille, n'est possible que par l'apport de capacités d'autonomie de mouvement dans l'environnement d'évolution. La problématique de la localisation du système, par la mise en correspondance de mesures issues des capteurs embarqués avec des primitives contenues dans une carte, est primordiale. Ce processus, qui s'appuie sur la mise en oeuvre de techniques de fusion, a été très étudié. Dans cette thèse, nous proposons de définir des méthodes de planification du mouvement d'un mobile, avec pour objectif de garantir une performance de localisation à partir d'une carte incertaine donnée a priori, et ce lors de l'exécution. Une méthode de génération contrôlée de réalisations de cartes bruitées, exploitant la théorie des processus ponctuels, est d'abord présentée. Cette base de cartes permet de construire des cartes multi-niveaux pour la localisation. Le critère d'optimisation est défini à partir de fonctionnelles de la borne de Cramèr-Rao a posteriori, qui tient compte de l'incertitude sur la dynamique du mobile et de la cartographie incertaine. Nous proposons différentes approches, basées sur la méthode de cross-entropie, pour obtenir des stratégies de déplacement avec des modèles de dynamique discret et continu. La qualité des solutions optimales fournies par ces approches heuristiques est analysée en utilisant des résultats de la théorie des valeurs extrêmes. Enfin, nous esquissons une démarche pour l'amélioration ciblée de cartes sous contrainte de ressources afin d'améliorer la performance de localisation. Représentations parcimonieuses adaptées à la compression d'images La compression numérique est devenue un outil indispensable pour la transmission et le stockage de contenus multimédias de plus en plus volumineux. Pour répondre à ces besoins, la norme actuelle de compression vidéo, H.264/AVC, se base sur un codage prédictif visant à réduire la quantité d'information à transmettre. Une image de prédiction est générée, puis soustraite à l'originale pour former une image résiduelle contenant un minimum d'information. La prédiction H.264/AVC de type intra repose sur la propagation de pixels voisins, le long de quelques directions prédéfinies. Bien que très efficace pour étendre des motifs répondants aux mêmes caractéristiques, cette prédiction présente des performances limitées pour l'extrapolation de signaux bidimensionnels complexes. Pour pallier cette problématique, les travaux de cette thèse proposent un nouveau schéma de prédiction basée sur les représentations parcimonieuses. Le but de l'approximation parcimonieuse est ici de rechercher une extrapolation linéaire approximant le signal analysé en termes de fonctions bases, choisies au sein d'un ensemble redondant. Les performances de cette approche ont été éprouvées dans un schéma de compression basé sur la norme H.264/AVC. Nous proposons également un nouveau schéma de prédiction spatiale inter-couches dans le cadre de la compression « scalable » basé sur H.264/SVC. Le succès de telles prédictions repose sur l'habileté des fonctions de base à étendre correctement des signaux texturés de natures diverses. Dans cette optique, nous avons également exploré des pistes visant la création de panels de fonctions de base, adaptées pour la prédiction de zones texturées. Reconnaissance de forme pour l'analyse de scène Cette thèse est composée de deux parties principales. La première partie est dédiée au problème de la classification d'espèces d'arbres en utilisant des descripteurs de forme, en combainison ou non, avec ceux de radiométrie ou de texture. Nous montrons notamment que l'information sur la forme améliore la performance d'un classifieur. Pour ce faire, dans un premier temps, une étude des formes de couronnes d'arbres extraites à partir d'images aériennes, en infrarouge couleur, est eectuée en utilisant une méthodologie d'analyse de formes des courbes continues fermées dans un espace de formes, en utilisant la notion de chemin géodésique sous deux métriques dans des espaces appropriés : une métrique non-élastique en utilisant la reprèsentation par la fonction d'angle de la courbe, ainsi qu'une métrique élastique induite par une représentation par la racinecarée appelée q-fonction. Une étape préliminaire nécessaire à la classification est l'extraction des couronnes d'arbre. Dans une seconde partie, nous abordons donc le problème de l'extraction d'objets de forme complexe arbitraire, à partir d'images de télédétection à très haute résolution. Nous construisons un modèle fondé sur les processus ponctuels marqués. Son originalité tient dans sa prise en compte d'objets de forme arbitraire par rapport aux objets de forme paramétrique, e.g. ellipses ou rectangles. Les formes sélectionnées sont obtenues par la minimisation locale d'une énergie de type contours actifs avec diérents a priori sur la forme incorporé. Les objets de la configuration finale (optimale) sont ensuite sélectionnés parmi les candidats par une dynamique de naissances et morts multiples, couplée à un schéma de recuit simulé. L'approche est validée sur des images de zones forestières à très haute résolution fournies par l'Université d'Agriculture de Suède. Contribution à la détection et à l'analyse des signaux EEG épileptiques : débruitage et séparation de sources L'objectif principal de cette thèse est le pré-traitement des signaux d'électroencéphalographie (EEG). En particulier, elle vise à développer une méthodologie pour obtenir un EEG dit "propre" à travers l'identification et l'élimination des artéfacts extra-cérébraux (mouvements oculaires, clignements, activité cardiaque et musculaire) et du bruit. Après identification, les artéfacts et le bruit doivent être éliminés avec une perte minimale d'information, car dans le cas d'EEG, il est de grande importance de ne pas perdre d'information potentiellement utile à l'analyse (visuelle ou automatique) et donc au diagnostic médical. Plusieurs étapes sont nécessaires pour atteindre cet objectif : séparation et identification des sources d'artéfacts, élimination du bruit de mesure et reconstruction de l'EEG "propre". A travers une approche de type séparation aveugle de sources (SAS), la première partie vise donc à séparer les signaux EEG dans des sources informatives cérébrales et des sources d'artéfacts extra-cérébraux à éliminer. Une deuxième partie vise à classifier et éliminer les sources d'artéfacts et elle consiste en une étape de classification supervisée. Le bruit de mesure, quant à lui, il est éliminé par une approche de type débruitage par ondelettes. La mise en place d'une méthodologie intégrant d'une manière optimale ces trois techniques (séparation de sources, classification supervisée et débruitage par ondelettes) constitue l'apport principal de cette thèse. La méthodologie développée, ainsi que les résultats obtenus sur une base de signaux d'EEG réels (critiques et inter-critiques) importante, sont soumis à une expertise médicale approfondie, qui valide l'approche proposée. Systèmes MIMO précodés optimisant la distance minimale : étude des performances et extension du nombre de voies Les systèmes multi-antennaires (Multiple-Input Multiple-Ouput ou MIMO) dans le domaine des communications numériques permettent d'améliorer la transmission des données selon deux principaux paramètres souvent antagonistes : le débit d'information et la fiabilité de transmission estimée en terme de probabilité d'erreurs binaire moyenne (PEB). Avec de tels systèmes, la connaissance du canal à l'émission (Channel State Information ou CSI) est un point-clé pour diminuer la PEB grâce à différentes stratégies d'allocations de puissance. Ainsi, un précodeur linéaire à l'émission associé à un décodeur linéaire à la réception peuvent optimiser un critère particulier grâce à cette information. Il en résulte une famille importante de précodeurs dénommée «précodeurs diagonaux» : le système MIMO est équivalent à des sous-canaux SISO indépendants. Les critères optimisés sont par exemple la minimisation de l'erreur quadratique moyenne (EQMM), la maximisation de la capacité (WF), obtenir des PEB égales pour tous les flux de données (EE), la maximisation du RSB post-traitement (max-SNR) ou la qualité de service (QdS). L'équipe TST a récemment élaboré un nouveau précodeur non diagonal basé sur la maximisation de la distance minimale entre symboles de la constellation de réception (max-dmin ). L'enjeu de cette thèse est d'estimer les performances en terme de PEB de ce nouveau précodeur et de les comparer avec les méthodes existantes à savoir le code d'Alamouti et les précodeurs diagonaux. Nous nous sommes intéressés en particulier à la démonstration de l'ordre de diversité maximal du max-dmin puis à la détermination d'une bonne approximation de sa PEB. Le précodeur max-dmin est ensuite associé à de la diversité de polarisation permettant de réduire le coût et l'occupation spatiale d'un système MIMO. Malgré l'introduction de corrélation, les performances proposées par le max-dmin demeurent intéressantes. Nous avons ensuite proposé une extension du précodeur max-dmin permettant de supprimer la limitation à deux sous-canaux : les grands systèmes MIMO sont mieux exploités avec plus de deux sous-canaux. Full and Compact Polarimetric Radar Interferometry for Vegetation Remote Sensing Cette thèse aborde principalement le rôle que jouent les radars polarimétrique et interférométrique dans les applications de géosciences, tout particulièrement sur les forêts. Il est démontré que les modèles actuels simples de la corrélation spatiale des milieux naturels sont capables d'estimer de manière robuste la hauteur de la forêt et sa biomasse; lorsque la topographie est peu prononcée. La corrélation temporelle y est traitée plus précisément en définissant une fonction de corrélation temporelle dépendant de la hauteur de la canopée. Les effets de cette amélioration sur la modélisation directe et inverse sont discutés. Une expression simplifiée de ces modèles est proposée et validée dans le cas des basses fréquences. Nous utilisons à la fois des données polarimétriques satellitales, ainsi que des simulations numériques de rétrodiffusion afin d'illustrer les résultats. Pour les radars en polarimétrie compacte, la pseudo reconstruction est généralisée au cas interférométrique et son efficacité est démontrée seulement pour certaines combinaisons entre les composantes volumiques et les composantes du sol. Enfin, la qualité des données est abordée, en montrant que la rotation de Faraday peut être estimée et corrigée à partir des échos radar non focalisés et que les trièdres maillées peuvent servir d'étalonnage radiométrique des données à double polarisation. Analyse Temps-Fréquence appliquée à l'imagerie SAR polarimétrique. L'imagerie SAR considère les cibles comme un ensemble de diffuseurs ponctuels, isotropes et non-dispersifs. Ce modèle devient obsolète pour les nouvelles applications radar qui utilisent une large bande et une forte excursion angulaire. Il s'agit donc d'étudier les non-stationnarités par l'outil usuel : l'analyse temps-fréquence. Les transformées temps-fréquence usuelles permettent de construire des hyperimages (images à 4 dimensions) décrivant l'énergie en fonction de la fréquence émise et de l'angle de visée. Cette source d'information est reliée à la section efficace radar (SER). Une autre source d'information en imagerie radar est la polarimétrie. Il s'agit d'utiliser conjointement ces deux sources d'information afin de caractériser les diffuseurs. Par application des ondelettes continues et des décompositions cohérentes sur la matrice de Sinclair, des hyperimages polarimétriques sont générées. Ces hyperimages permettent de décrire le comportement polarimétrique en fonction de l'angle de visée et de la fréquence émise. Dans certains cas, elles décrivent globalement le mécanisme de rétrodiffusion, par sa nature, son orientation relative dans le plan horizontal et son orientation absolue dans le plan vertical. De plus, elles mettent en évidence un nouveau phénomène : la non-stationnarité polarimétrique. Celle-ci serait causée par le fait que le radar ne voit pas la même géométrie au cours de l'acquisition. De ces hyperimages polarimétriques, l'information est synthétisée et une nouvelle classification phénoménologique est proposée. Various resource allocation and optimization strategies for high bit rate communications on power lines Ces dernières années, le développement des réseaux de communication indoor et outdoor et l'augmentation du nombre d'applications conduisent à un besoin toujours croissant de transmission de données à haut débit. Parmi les nombreuses technologies concurrentes, les communications par courant porteur en ligne (CPL) ont leur place en raison des infrastructures déjà disponibles. La motivation principale de cette thèse est d'augmenter le débit et la robustesse des systèmes CPL à porteuses multiples afin qu'ils puissent être utilisés efficacement dans les réseaux domestiques et pour la domotique. Le thème de ce travail de recherche est d'explorer différentes approches de modulation et de codage de canal en liaison avec plusieurs schémas d'allocation et d'optimisation des ressources. L'objectif est ici d'améliorer les capacités des CPL et d'être concurrent face aux autres solutions de communication à haut débit et de faire face efficacement aux inconvénients inhérents au réseau d'alimentation. Un certain nombre de stratégies d'allocation des ressources et d'optimisation sont étudiées pour améliorer les performances globales des systèmes CPL. La performance d'un système de communication est généralement mesurée en termes de débit, de marge de bruit et de taux d'erreur binaire (TEB) de la liaison. La maximisation de débit (RM) est étudiée pour les systèmes OFDM (en anglais orthogonal frequency division multiplexing) et LP-OFDM (en anglais linear precoded OFDM) sous la contrainte de densité spectrale de puissance (DSP). Deux contraintes différentes de taux d'erreur ont été appliquées au problème RM. La première contrainte est la contrainte de TEB crête où toutes les sous-porteuses ou séquences de précodage doivent respecter le TEB cible. Avec la deuxième contrainte, contrainte de TEB moyen, différentes sous-porteuses ou séquences de précodage sont affectées par des valeurs différentes de TEB et une contrainte de TEB moyen est imposée sur le symbole complet OFDM ou LP-OFDM. Les algorithmes d'allocation sont également proposés en prenant en compte les gains de codage de canal dans le processus d'allocation des ressources. En outre, un nouveau schéma de minimisation de TEB moyen est introduit qui minimise le TEB moyen de systèmes pour un débit donné et un masque imposé de DSP. Pour l'allocation des ressources dans un système à porteuses multiples, il est généralement supposé que l'état du canal (CSI) est parfaitement connu par l'émetteur. En réalité, les informations de CSI disponibles au point d'émission sont imparfaites. Aussi, nous avons également étudié des schémas d'allocation des ressources dans le cas de systèmes OFDM et LP-OFDM en prenant compte, et de manière efficace, les impacts des estimations bruitées. Plusieurs chaînes de communication sont aussi développées pour les systèmes OFDM et LP-OFDM. Séparation de sources thermométriques. Ce travail de thèse aborde un problème de la détection des fuites d'eau dans des digues en terre. L'écoulement préférentiel, un indicateur de destruction interne, résulte dans une anomalie thermique. Les capteurs DTS basés sur la fibre optique offrent une solution efficace pour les mesures spatio-temporelles de température. Les données thermométriques sont influencées par différents facteurs comme la réponse du sol, les variations saisonnières, l'environnement géomécanique, etc. Afin d'écarter des phénomènes comme les précipitations, nous proposons un critère basé sur le skewness et le kurtosis. La détection des fuites étant formulée comme un problème de séparation de sources, nous présentons un système basé sur la SVD et l'ICA pour séparer les informations utiles liées aux fuites des autres facteurs. Dans le cas où le nombre d'acquisitions en temps est limité, nous proposons un détecteur de singularités exploitant les dissimilarités entre les mesures journalières de température aux différentes distances. Une approche problèmes inverses pour la reconstruction de données multi-dimensionnelles par méthodes d'optimisation. Ce travail utilise l'approche « problèmes inverses » pour la reconstruction dans deux domaines différents : l'holographie numérique de micro-particules et la deconvolution aveugle. L'approche « problèmes inverses » consiste à rechercher les causes à partir des effets ; c'est-à-dire estimer les paramètres décrivant un système d'après son observation. Pour cela, on utilise un modèle physique décrivant les liens de causes à effets entre les paramètres et les observations. Le terme inverse désigne ainsi l'inversion de ce modèle direct. Seulement si, en règle générale, les mêmes causes donnent les mêmes effets, un même effet peut avoir différentes causes et il est souvent nécessaire d'introduire des a priori pour restreindre les ambiguïtés de l'inversion. Dans ce travail, ce problème est résolu en estimant par des méthodes d'optimisations, les paramètres minimisant une fonction de coût regroupant un terme issu du modèle de formation des données et un terme d'a priori. Nous utilisons cette approche pour traiter le problème de la déconvolution aveugle de données multidimensionnelles hétérogène ; c'est-à-dire de données dont les différentes dimensions ont des significations et des unités différentes. Pour cela nous avons établi un cadre général avec un terme d'a priori séparable, que nous avons adapté avec succès à différentes applications : la déconvolution de données multi-spectrales en astronomie, d'images couleurs en imagerie de Bayer et la déconvolution aveugle de séquences vidéo bio-médicales (coronarographie, microscopie classique et confocale). Cette même approche a été utilisée en holographie numérique pour la vélocimétrie par image de particules (DH-PIV). Un hologramme de micro-particules sphériques est composé de figures de diffraction contenant l'information sur la la position 3D et le rayon de ces particules. En utilisant un modèle physique de formation de l'hologramme, l'approche « problèmes inverses » nous a permis de nous affranchir des problèmes liées à la restitution de l'hologramme (effet de bords, images jumelles...) et d'estimer les positions 3D et le rayon des particules avec une précision améliorée d'au moins un facteur 5 par rapport aux méthodes classiques utilisant la restitution. De plus, nous avons pu avec cette méthode détecter des particules hors du champs du capteur élargissant ainsi le volume d'intérêt d'un facteur 16. Étude et optimisation de l'interaction processeurs architectures reconfigurables dynamiquement Les applications de télécommunications mobiles et de multimédia, notamment dans le domaine de l'embarqué, deviennent de plus en plus complexes au niveau calculatoire et consomment de plus en plus d'énergie. Afin de palier aux besoins calculatoires et énergétiques de ces applications, les concepteurs se sont orientés vers les architectures hybrides, associant des systèmes de nature et paradigme différents. Ces architectures ont retenu l'attention des concepteurs parce qu'elles présentent un bon compromis coût/performances calculatoires d'autant plus qu'elles possèdent des propriétés énergétiques intéressantes. En outre, l'émergence dans la dernière décade des architectures reconfigurables dynamiquement associant haute performance et encore plus de flexibilité, a fait que les dernières générations des architectures hybrides associent un ou plusieurs processeurs à une ou plusieurs architectures reconfigurables dynamiquement (ARD). Cette thèse s'inscrit dans cette thématique et a ainsi pour objectif d'apporter une modélisation précise de ces architectures ainsi que des méthodologies permettant d'exploiter leurs potentiels de performances. Une modélisation des mécanismes d'échange d'informations entre un processeur couplé à une ressource reconfigurable est d'abord proposée ce qui a permis une identification précise de modèles de performances. En utilisant ces modèles de performances, une méthodologie d'adéquation algorithme architecture permettant suivant les paramètres de l'application de déterminer le couplage CPU/ARD adéquat est présentée. Nous introduisons ces modèles de performances dans le flot de développement logiciel de ces architectures afin de permettre un partitionnement temporel automatique basé sur la détermination de la surface (en nombre d'unités fonctionnelles) de l'ARD nécessaire pour avoir des performances optimales et ce en trouvant le facteur de déroulage de boucle qui assure le maximum de performances pour l'architecture hybride. Le dernier aspect de ce travail concerne la validation de ces méthodologies et leur mise en oeuvre. Nous présentons pour cela les mécanismes d'implémentation d'un démodulateur multimode DVB-T/H et d'un récepteur WCDMA dynamique sur une architecture hybride reconfigurable dynamiquement. Contributions au contrôle automatique de véhicules aériens Le contrôle automatique de véhicules sous-actionnés suscite depuis de nombreuses années un grand intérêt pour des applications diverses et variées. Cette thèse est consacrée au problème général du contrôle automatique de véhicules aériens, en particulier des véhicules à décollage et atterrissage vertical. Ce travail présente deux contributions théoriques. La première contribution concerne le développement d'une approche de commande générique pour une large classe de véhicules sous-actionnés. Cette approche exploite la structure d'actionnement commune à la plupart de véhicules conçus par l'homme, à savoir une seule commande en poussée dans une direction privilégiée du véhicule et un actionnement complet de la dynamique de rotation. La méthode de synthèse est conçue de façon incrémentale afin de traiter différents modes opérationnels: stabilisation de la direction de poussée, de la vitesse, ou de la position du véhicule. Une nouvelle technique d'intégrateur non-linéaire est proposée afin de garantir un comportement robuste vis-à-vis de perturbations extérieures ou d'erreurs de modèle. La seconde contribution concerne deux nouvelles méthodes d'estimation d'attitude du véhicule à partir de mesures fournies par une centrale inertielle et de mesures GPS. Les solutions proposées utilisent la mesure de vitesse linéaire pour estimer l'accélération du véhicule, et améliorent significativement la précision de l'attitude estimée, notamment en cas d'accélérations importantes du système. Analyse temps-fréquence et modèles d'invariance d'échelle: Contribution à l'étude de systèmes complexes Manifeste depuis longtemps dans les sciences du vivant, le traitement du signal, apparaît plus tardivement dans la communauté réseaux. On est alors surpris de voir que deux systèmes complexes, aussi distants que le coeur et un réseau informatique, présentent du point de vue des lois d'échelle, des invariances très semblables. Sans dire qu'elles sont les signatures de structures comparables, ces propriétés font néanmoins appel aux mêmes outils d'analyse, d'estimation ou de modélisation, et c'est dans la conception de ceux-ci que se situe le travail présenté. Cette "unité méthodologique" est le fil conducteur qui m'a permis de décloisonner les différents domaines de recherche abordés. Dans une première partie je trace un bilan de mes différentes contributions aux sciences de l'information, classées selon deux grandes catégories: - Les représentations temps-fréquence dont l'objectif est un meilleur redéploiement de l'information contenue dans le signal pour mettre en évidence certaines organisations ou propriétés difficiles à identifier autrement; - Les outils statistiques qui, stimulés par les progrès accomplis sur les représentations en général et les ondelettes en particulier, augmentent en retour les possibilités d'exploitation de ces objets. Dans un deuxième temps, j'illustre avec les deux applications qui sont au centre de mon activité - étude des systèmes de communication et analyse du système cardiovasculaire - des résultats originaux et concrets issus de l'application de ces outils théoriques. Enfin, ces exemples me donnent l'occasion de conclure en défendant la vision d'une approche coopérative et globale de la complexité en vue d'une meilleure compréhension des mécanismes à l'origine des systèmes. Déconvolution Aveugle en Imagerie de Microscopie Confocale À Balayage Laser La microscopie confocale à balayage laser, est une technique puissante pour étudier les spécimens biologiques en trois dimensions (3D) par sectionnement optique. Elle permet d'avoir des images de spécimen vivants à une résolution de l'ordre de quelques centaines de nanomètres. Bien que très utilisée, il persiste des incertitudes dans le procédé d'observation. Comme la réponse du système à une impulsion, ou fonction de flou (PSF), est dépendante à la fois du spécimen et des conditions d'acquisition, elle devrait être estimée à partir des images observées du spécimen. Ce problème est mal posé et sous déterminé. Pour obtenir une solution, il faut injecter des connaisances, c'est à dire, a priori dans le problème. Pour cela, nous adoptons une approche bayésienne. L'état de l'art des algorithmes concernant la déconvolution et la déconvolution aveugle est exposé dans le cadre d'un travail bayésien. Dans la première partie, nous constatons que la diffraction due à l'objectif et au bruit intrinsèque à l'acquisition, sont les distorsions principales qui affectent les images d'un spécimen. Une approche de minimisation alternée (AM), restaure les fréquences manquantes au-delà de la limite de diffraction, en utilisant une régularisation par la variation totale sur l'objet, et une contrainte de forme sur la PSF. En outre, des méthodes sont proposées pour assurer la positivité des intensités estimées, conserver le flux de l'objet, et bien estimer le paramètre de la régularisation. Quand il s'agit d'imager des spécimens épais, la phase de la fonction pupille, due aux aberrations sphériques (SA) ne peut être ignorée. Dans la seconde partie, il est montré qu'elle dépend de la difference à l'index de réfraction entre l'objet et le milieu d'immersion de l'objectif, et de la profondeur sous la lamelle. Les paramètres d'imagerie et la distribution de l'intensité originelle de l'objet sont calculés en modifiant l'algorithme AM. Due à la nature de la lumière incohérente en microscopie à fluorescence, il est possible d'estimer la phase à partir des intensités observées en utilisant un modèle d'optique géométrique. Ceci a été mis en évidence sur des données simulées. Cette méthode pourrait être étendue pour restituer des spécimens affectés par les aberrations sphériques. Comme la PSF varie dans l'espace, un modèle de convolution par morceau est proposé, et la PSF est approchée. Ainsi, en plus de l'objet, il suffit d'estimer un seul paramétre libre. Estimation du mouvement dans des séquences d'images échographiques : application à l'élastographie ultrasonore de la thyroïde Cette thèse concerne l'estimation du mouvement dans des séquences d'images échographiques, avec comme application médicale l'élastographie statique de la thyroïde. Le principe de l'élastographie, dont l'objectif est de caractériser l'élasticité des tissus biologiques, consiste à estimer les déplacements qui apparaissent au sein des tissus lorsque ceux-ci sont soumis à une contrainte mécanique externe. Discriminer les tissus pathologiques des tissus sains sur des critères d'élasticité nécessite une grande précision d'estimation du mouvement. Pour cela, nous proposons une méthode 2-D d'estimation du mouvement appliquée à des images radiofréquences dont la formation de voies est adaptée à l'imagerie du mouvement. Notre méthode travaille avec quatre images de phase, construites en utilisant des signaux analytiques multidimensionnels. Cette approche originale nous a permis de proposer une solution analytique à l'estimation locale des déplacements. Notre méthode s'avère plus performante que les approches classiques en terme de réduction d'erreur, de performances avec des images faiblement échantillonnées et de rapidité. Afin de prendre en compte la complexité des mouvements à estimer, engendrée par la diversité anatomique et par les spécificités de l'élastographie ultrasonore (compression des tissus exercée manuellement avec la sonde échographique), nous proposons d'utiliser un maillage déformable, régi par un modèle paramétrique bilinéaire. Une analyse spatio-temporelle du mouvement nous permet d'étendre cette méthode à l'estimation du déplacement dans des séquences d'images et de proposer une nouvelle carte paramétrique adaptée à la visualisation des tumeurs thyroïdiennes. Transmission d'images et de vidéos sur réseaux à pertes de paquets : mécanismes de protection et optimisation de la qualité perçue Le tra?c multimédia sur IP connaît une forte croissance ces dernières années grâce à l'émer- gence de services comme la TV sur IP ou la vidéo à la demande (Video on Demand). Cependant, la Qualité d'Usage (QdU) associée à ce type de tra?c n'est pas garantie, principalement à cause de la ?uctuation de la Qualité de Service (QdS). Pour assurer un service de qualité acceptable, il est possible d'améliorer les paramètres de QdS ou même d'améliorer directement la QdU. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'étude de l'impact perceptuel de la variation de la QdU et à son amélioration. Nous proposons tout d'abord d'utiliser la transformation Mojette, une transformation de Radon discrète exacte, comme opérateur de network coding. Cette technique vise l'amélioration de la QdS en optimisant l'utilisation de la bande passante disponible. Nous proposons également une méthode de protection inégale perceptuelle de ?ux hiérarchiques par transformation Mojette. Ensuite, nous étudions les e?ets perceptuels des pertes de paquets sur des vidéos codées en H.264/AVC au travers de tests subjectifs d'évaluation de qualité. Ces tests mènent à l'identi?cation de l'importance de la position spatiale de la perte dans l'image. Nous conduisons alors des expérimentations oculométriques pour identi?er les régions d'intérêt de la vidéo. Partant d'une hiérarchie de la source guidée par ces régions d'intérêt, nous proposons des méthodes de protection perceptuelles inégales. Ces techniques de codage robuste, mettant en ?uvre l'outil Flexible Macroblock Ordering (FMO) de H.264/AVC, sont fondées sur l'arrêt de la propagation spatio-temporelle des dégradations. L'évaluation de performances montre que les méthodes proposées sont e?caces contre les pertes de paquets ayant lieu dans les régions d'intérêt de la vidéo. Tomographie optique de fluorescence dans les milieux diffusants : apport de l'information temporelle La tomographie optique diffuse de fluorescence permet la reconstruction tridimensionnelle de fluorophores présents dans un tissu biologique. La modalité la plus simple de cette technique repose sur une illumination continue du milieu et s'intéresse aux mesures d'atténuation du faisceau incident en différentes positions. En raison de la forte diffusion des tissus, la modalité continue souffre d'une faible résolution en profondeur. On considère aujourd'hui que la modalité résolue en temps, qui fournit pour chaque photon détecté son temps de vol, permettrait l'étude de tissus plus épais, ouvrant ainsi la porte à des applications cliniques. L'objet de cette thèse est de chercher comment tirer profit de l'information temporelle et de quantifier son apport par rapport à la modalité continue. La tomographie optique diffuse de fluorescence est un problème inverse mal conditionné. Dans un contexte où tout écart au modèle doit être limité, nous nous intéressons tout d'abord au modèle direct et montrons que la densité de photons est un modèle satisfaisant de la quantité expérimentalement mesurée. Nous passons ensuite au crible la méthode de reconstruction fondée sur l'exploitation des moments temporels des mesures. Étudiant théoriquement les propriétés des moments, nous montrons que cette approche nécessite, pour s'avérer intéressante, la détection d'un nombre élevé de photons. Nous introduisons enfin une nouvelle approche permettant d'exploiter l'information temporelle pour un nombre de photons plus limité. Cette approche, reposant sur une transformation en ondelettes des mesures, offre une qualité de reconstruction accrue par rapport à celle offerte par l'approche des moments. Perception visuelle humaine, complétion des mosaïques et application à la reconstruction d'images de l'endothélium cornéen humain\\ en microscopie optique spéculaire L'endothélium cornéen humain constitue une mono-couche de cellules de formes relativement hexagonales et de surfaces régulières, situées à la face interne de la cornée. Ces cellules sont primordiales car elles maintiennent la transparence de la cornée. Leurs contours sont facilement photographiés chez le patient grâce à la microscopie optique spéculaire (in vivo), ou sur un greffon (ex vivo) grâce à la microscopie optique classique. Les ophtalmologistes s'intéressent alors à la densité cellulaire, ainsi qu'à des caractéristiques morphométriques (polymégethisme et pléomorphisme). Leur analyse, lorsqu'elle utilise des logiciels spécifiques, n'est cependant jamais aussi pertinente que l'analyse visuelle. Ce constat nous a conduit à nous intéresser aux principes qui régissent la perception visuelle humaine. Dans cette thèse, nous vérifions de manière élémentaire que les principes de bonne continuation et de proximité de la théorie de la Gestalt sont vérifiés algorithmiquement sur des cas simples, ce qui permet d'envisager leur utilisation pour fermer les contours imparfaitement détectés dans les images. Cependant, les résultats obtenus suggèrent une intéraction complexe entre ces principes. L'utilisation de méthodes morphologiques basées sur des filtres alternés séquentiels, des cartes de distances et des lignes de partage des eaux fournit de bons résultats. Il est montré que ces méthodes sont fondées sur les principes de la théorie de la Gestalt: la "proximité'' est introduite par les cartes de distances, la "continuation'' et la "fermeture'' sont des propriétés des lignes de partage des eaux. Leur utilisation conjointe permet de réaliser une analyse duale contours-régions: les cartes de distances permettent d'accéder à des informations régionales à partir des contours, alors que les lignes de partage des eaux permettent d'obtenir des informations de contours à partir de marqueurs régionaux. Ces impressions ont été vérifiées en mettant en place un critère de dissimilarité qui permet de quantifier l'erreur entre une mosaïque (structure cellulaire observée sur l'image de l'endothélium) fournie par l'expert et une autre mosaïque. Ainsi, plusieurs méthodes de segmentation sont testées, et la méthode que nous proposons donne les meilleurs résultats. Ce critère de dissimilarité a permis de trouver les meilleurs paramètres de chaque méthode et de faire établir entre elles un classement par les ophtalmologistes. Pour terminer la segmentation des images, une validation des résultats, basée sur des paramètres de formes, est proposée. Segmentation et suivi de structures par modèle déformable élastique non-linéaire. Application à l'analyse automatisée de séquences d'IRM cardiaques. Les pathologies cardio-vasculaires constituent une des premières causes de mortalité dans les pays occidentaux et en France. En particulier, les pathologies ischémiques en représentent une part signi?cative qui sont elles- mêmes la consé- quence de pathologies vasculaires comme l'athérosclérose. Les progrès de l'imagerie cardiaque permettent aujourd'hui de voir en détail les effets des pathologies ischémiques sur le mouvement du c?ur, notamment. L'imagerie cardiaque est ainsi un outil précieux pour l'aide au diagnostic de ce type de pathologies, et pour mieux comprendre leurs causes et leur évolution. A ce jour, l'exploitation de ces données en clinique reste cependant très incomplète. En effet, le volume très important de données rend quasiment impossible le trai- tement manuel complet des images acquises sur chaque patient. D'autre part, le traitement manuel des images manque d'objectivité et de reproductibilité, com- promettant la validité des résultats obtenus, tant dans un contexte de recherche que pour un diagnostic en clinique. Nous proposons de recourir à des méthodes d'analyse assistées par l'ordinateur pour améliorer l'exploitation de ces images, à savoir l'extraction de l'anatomie et du mouvement du c?ur en 3D. Ces méthodes permettront d'apporter une aide au diagnostic précieuse en fournissant des para- mètres globaux et locaux de la fonction contractile. Elles permettront en outre de faire avancer les connaissances en permettant une analyse accélérée et objective de groupes importants de patients. L'analyse automatisée d'images cardiaques pose cependant de nombreux pro- blèmes méthodologiques. Les travaux menés à ce sujet ont montré que l'utilisation de modèles réalistes comme a priori dans les algorithmes est un pré-requis indis- pensable à leur ef?cacité. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur l'évolution de la méthode du Gabarit Déformable Élastique (GDE) pour l'extraction automatique de l'anatomie cardiaque (cavités ventriculaires et enveloppe péricardique), déve- loppée au laboratoire Creatis-LRMN. Le GDE consiste à représenter le myocarde par un modèle de forme a priori que l'on déforme élastiquement pour l'adapter à la forme spéci?que du c?ur du patient. Au cours de cette thèse, un nouvel algorithme non-linéaire, permettant une meilleure prise en compte de la variabilité de la forme du c?ur, a été développé en collaboration avec l'Institut Camille Jordan de Mathématiques Appliquées à Lyon. La collaboration avec des mathématiciens permet d'asseoir nos travaux sur des bases théoriques solides : une preuve de convergence de l'algorithme a été proposée [13]. Nous proposons en outre une méthode de multirésolution sur le maillage qui permet une accélération signi?cative de l'algorithme, ainsi qu'une méthode de perturbation singulière permettant de s'assurer que le modèle est par- faitement adapté aux données [14]. Parallèlement, un travail a été réalisé pour l'amélioration de l'attache aux don- nées [15] et en particulier du champ de force qui guide la déformation du gabarit, de manière à améliorer la robustesse de la méthode, notamment avec les données issues des imageurs modernes. Nous proposons également plusieurs contributions pour le positionnement ini- tial du modèle dans les images. En particulier, l'utilisation d'un recalage par fonc- tions splines de plaque mince a été proposé [16], en collaboration avec le Profes- seur L. Axel à New York. En?n, nous proposons d'étendre le GDE pour une modélisation dynamique et non plus statique du c?ur, en s'appuyant sur une représentation harmonique du mouvement sur l'ensemble du cycle cardiaque et en proposant un algorithme original de résolution [17, 18]. Cette dernière proposition constitue sans doute la principale contribution de notre travail. Elle s'appuie là-aussi sur des résultats théoriques. Les méthodes proposées sont évaluées sur des données de synthèse et des données réelles acquises chez l'homme et le petit animal. Quelques développements récents en traitement du signal Quelques développements récents en traitement du signal Analyse de signaux ultrasonores, Formation d'Images de Cohérence - Application à la Microscopie Acoustique de circuits électroniques La microscopie acoustique à balayage est une technologie largement utilisée dans l'imagerie non destructive de circuits microélectroniques. Les protocoles standards, établis pour des circuits simples, conduisent à des résultats difficilement interprétables lors de l'inspection d'assemblages petits et complexes. La limite de résolution axiale de ces dispositifs étant atteinte, une approche plus rigoureuse est proposée afin de comprendre la propagation des échos ultrasonores dans les circuits "Flip-Chip LFBGA". L'objectif de cette thèse consiste à présenter une analyse critique de signaux et images ultrasonores. La première partie de ce travail est consacrée à l'étude de la propagation des ondes planes dans des milieux feuilletés, modèle dit "direct". Dans la seconde partie, diverses méthodes de résolution du problème inverse, ou déconvolution, de signaux ultrasonores sont testées et comparées. Enfin, la troisième partie propose une nouvelle méthode, la cohérence locale temporelle, basée sur la comparaison de signaux ultrasonores réfléchis sur des circuits complexes. Les factorisations en matrices non-négatives. Approches contraintes et probabilistes, application à la transcription automatique de musique polyphonique. La transcription automatique de la musique est l'opération qui consiste, partant du seul contenu audio, à produire une représentation symbolique (par exemple un fichier MIDI) d'un morceau de musique. Si la transcription de musique monodique est aujourd'hui bien maîtrisée, le cas de la musique polyphonique est en revanche un problème largement ouvert. Les décompositions de matrices en valeurs propres et en valeurs singulières sont des techniques classiques d'algèbre linéaire utilisées dans un grand nombre d'applications de traitement du signal. Elles permettent de représenter efficacement les données observées en utilisant un nombre limité d'atomes élémentaires. Contrairement à d'autres techniques de représentations du signal, ces atomes ne sont pas recherchés au sein d'un dictionnaire pré-défini, mais sont extraits des données elles-mêmes. La factorisation en matrices non-négatives (NMF) est une technique analogue d'algèbre linéaire, qui réduit le rang tout en fournissant des atomes à valeurs exclusivement positives, plus facilement interprétables. Elle fournit conjointement un dictionnaire extrait des données et la décomposition de ces mêmes données dans ce dictionnaire. Ce mémoire est consacré à l'étude théorique et expérimentale détaillée de ces méthodes. Il poursuit plusieurs objectifs : l'amélioration des performances des systèmes de transcription qui les utilisent, de la pertinence sémantique des représentations mi-niveau produites, et du contrôle des propriétés théoriques et pratiques des algorithmes existants et originaux mis en ?uvre au cours de la thèse. [ Retour ] Home | Service | Plan du site | Nous contacter (c)2005 Machine Vision | Designed by Machine Vision industrielle suisse et Europe|

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