Placé à la frontière entre l'informatique graphique et la physique, le rendu d'image physiquement réaliste est un domaine qui tente de créer des images en simulant le comportement optique des matériaux. Les applications sont multiples : restauration virtuelle d'oeuvre du patrimoine, simulation d'effets optiques, rendu industriel pour la conception, voire même, conception assistée par ordinateur de la couleur. Cette thèse présente les travaux réalisés au cours du projet Virtuelium, un logiciel de rendu d'image physiquement réaliste dont la quatrième version a été développée dans le cadre de cette thèse. Elle en présente les principes et méthodologies utilisés pour les mesures et la validation des résultats. Nous présentons aussi plusieurs travaux réalisés durant cette thèse avec cet outil : de la restauration virtuelle à la bio-photonique sans oublier un aperçu de rendu de "matériaux à effet", pour des applications industrielles (peintures, encres, cosmétiques, etc.).

Cette thèse se place dans le cadre de la synthèse d'images en temps réel. Le problème auquel elle s'attaque est celui du rendu efficace du détail visuel, principal élément du réalisme d'une image. Pour faire face à la complexité du détail visuel, il est nécessaire de disposer de représentations adaptées à la fois aux objets que l'on cherche à rendre ainsi qu'aux capacités des processeurs graphiques actuels. Le premier axe de recherche porte sur l'utilisation du relief pour représenter et rendre efficacement du détail géométrique. La représentation compacte et structurée du relief par une carte hauteur permet la conception d'algorithmes de rendu exacts et efficaces. Nous en proposons deux~: le premier permet de rendre des reliefs dynamiques, alors que le second s'adresse aux reliefs statiques en exploitant la possibilité d'effectuer un pré-traitement sur la carte de hauteur. Nous développons aussi une réflexion sur l'utilisation du relief pour la représentation de surfaces quelconques, et présentons une application au rendu réaliste et en temps réel de volumes d'eau. Le deuxième axe de recherche se concentre sur les représentations non surfaciques, nécessaires lorsque les représentations géométriques sont inadaptées voire inexistantes. C'est le cas notamment des objets lointains ou des objets à géométrie dense, comme par exemple le feuillage d'un arbre. Le problème ici est d'être capable de représenter l'apparence d'un objet, sans recourir à un modèle géométrique. Nous proposons une méthode permettant, à partir de la seule donnée du light-field d'un objet, de déterminer les paramètres optimaux d'une représentation adaptée pour le rendu.

This manuscript deals with the problem of markerless motion capture. An approach to thisproblem is model-based and is divided into two steps : an initialization step in which the initialpose is estimated, and a tracking which computes the current pose of the subject using infor-mation of previous ones. Classically, the initialization step is done manually, for bidding the possibility to be used online, or requires constraining actions of the subject. We propose an automatic real-time markerless initialization step, that relies on topological information provided by skeletonization of a 3D reconstruction of the subject. This topological information is then represented as a tree, which is matched with another tree used as modeldescription, in order to identify the different parts of the subject. In order to provide such a method, we propose some contributions in both digital topology and graph theory researchfields. As our method requires real-time computation, we first focus on the speed optimization of skeletonization methods, and on the design of new fast skeletonization schemes providing good results. In order to efficiently match the tree representing the topological information with the tree describing the model, we propose new matching definitions and associated algorithms. Finally, we study how to improve the robustness of our method by the use of innovative con-straints in the model. This manuscript ends by a study of the application of our method on several data sets, demon-strating its interesting properties : fast computation, robustness, and adaptability to any kindof subjects

The motivation of this work is filtering of elongated curvilinear objects in digital images. Their narrowness presents difficulties for their detection. In addition, they are prone to disconnections due to noise, image acquisition artefacts and occlusions by other objects. This work is focused on thin objects detection and linkage. For these purposes, a hybrid second-order derivative-based and morphological linear filtering method is proposed within the framework of scale-space theory. The theory of spatially-variant morphological filters is discussed and efficient algorithms are presented. From the application point of view, our work is motivated by the diagnosis, treatment planning and follow-up of vascular diseases. The first application is aimed at the assessment of arteriovenous malformations (AVM) of cerebral vasculature. The small size and the complexity of the vascular structures, coupled to noise, image acquisition artefacts, and blood signal heterogeneity make the analysis of such data a challenging task. This work is focused on cerebral angiographic image enhancement, segmentation and vascular network analysis with the final purpose to further assist the study of cerebral AVM. The second medical application concerns the processing of low dose X-ray images used in interventional radiology therapies observing insertion of guide-wires in the vascular system of patients. Such procedures are used in aneurysm treatment, tumour embolization and other clinical procedures. Due to low signal-to-noise ratio of such data, guide-wire detection is needed for their visualization and reconstruction. Here, we compare the performance of several line detection algorithms. The purpose of this work is to select a few of the most promising line detection methods for this medical application

Les canaux vocodés sont les canaux de communications dédiés à la voix et dans lesquels le signal traverse divers équipements destinés au transport de la voix tels que des codeurs de parole, des détecteurs d'activité vocale (VAD), des systèmes de transmission discontinue (DTX). Il peut s'agir de systèmes de communications téléphoniques filaires ou mobiles (réseaux cellulaires 2G/3G, satellites INMARSAT...) ou de voix sur IP. Les codeurs de parole dans les normes récentes pour les réseaux de téléphonie mobiles ou de voix sur IP font appel à des algorithmes de compression dérivés de la technique CELP (Code Excited Linear Prediction) qui permettent d'atteindre des débits de l'ordre de la dizaine de Kb/s bien inférieurs aux codeurs des réseaux téléphoniques filaires (typiquement 64 ou 32 Kb/s). Ces codeurs tirent leur efficacité de l'utilisation de caractéristiques spécifiques aux signaux de parole et à l'audition humaine. Aussi les signaux autres que la parole sont-ils généralement fortement distordus par ces codeurs. La transmission de données sur les canaux vocodés peut être intéressante pour des raisons liées à la grande disponibilité des canaux dédiés à la voix et pour des raisons de discrétion de la communication (sécurité). Mais le signal modulé transmis sur ces canaux vocodés est soumis aux dégradations causées par les codeurs de parole, ce qui impose des contraintes sur le type de modulation utilisé. Cette thèse a porté sur la conception et l'évaluation de modulations permettant la transmission de données sur les canaux vocodés. Deux approches de modulations ont été proposées pour des applications correspondant à des débits de transmission possibles assez différents. La principale application visée par la thèse concerne la transmission de parole chiffrée, transmission pour laquelle le signal de parole est numérisé, comprimé à bas débit par un codeur de parole puis sécurisé par un algorithme de cryptage. Pour cette application, nous nous sommes focalisés sur les réseaux de communications utilisant des codeurs CELP de débits supérieurs à la dizaine de Kb/s typiquement les canaux de communication mobiles de deuxième ou troisième génération. La première approche de modulation proposée concerne cette application. Elle consiste à utiliser des modulations numériques après optimisation de leurs paramètres de façon à prendre en compte les contraintes imposées par le canal et à permettre des débits et des performances en probabilité d'erreur compatibles avec la transmission de parole chiffrée (typiquement un débit supérieur à 1200 b/s avec un BER de l'ordre de 10-3). Nous avons montré que la modulation QPSK optimisée permet d'atteindre ces performances. Un système de synchronisation est aussi étudié et adapté aux besoins et aux contraintes du canal vocodé. Les performances atteintes par la modulation QPSK avec le système de synchronisation proposé, ainsi que la qualité de la parole sécurisée transmise ont été évalués par simulation et validés expérimentalement sur un canal GSM réel grâce à un banc de test développé dans la thèse.La deuxième approche de modulation a privilégié la robustesse du signal modulé lors de la transmission à travers un codeur de parole quelconque, même un codeur à bas débit tels que les codeurs MELP à 2400 ou 1200 b/s. Dans ce but, nous avons proposé une modulation effectuée par concaténation de segments de parole naturelle associée à une technique de démodulation qui segmente le signal reçu et identifie les segments de parole par programmation dynamique avec taux de reconnaissance élevé. Cette modulation a été évaluée par simulation sur différents codeurs de parole. Elle a aussi été testée sur des canaux GSM réels. Les résultats obtenus montrent une probabilité d'erreur très faible quelque soit le canal vocodé et le débit des codeurs de parole utilisés mais pour des débits possibles relativement faibles. Les applications envisageables sont restreintes à des débits typiquement inférieurs à 200 b/s.Enfin nous nous sommes intéressés aux détecteurs d'activité vocale dont l'effet peut-être très dommageable pour les signaux de données. Nous avons proposé une méthode permettant de contrer les VAD utilisés dans les réseaux GSM. Son principe consiste à rompre la stationnarité du spectre du signal modulé, stationnarité sur laquelle s'appuie le VAD pour décider que le signal n'est pas de la parole

Au cours de cette thèse, nous avons étudié des modèles de partitions aléatoires issus de la théorie des représentations des groupes symétriques et des groupes de Chevalley finis classiques, en particulier les groupes GL(n,Fq). Nous avons démontré des résultats de concentration gaussienne pour :- les q-mesures de Plancherel (de type A), qui correspondent à l'action de GL(n,Fq) sur la variété des drapeaux complets de (Fq)^n, et sont liées à la théorie des représentations des algèbres d'Hecke des groupes symétriques.- l'analogue en type B du modèle précédent, correspondant à l'action de Sp(2n,Fq) sur la variété des drapeaux totalement isotropes complets dans (Fq)^2n.- les mesures de Schur-Weyl, qui correspondent aux actions commutantes de GL(N,C) et Sn sur l'espace des n-tenseurs d'un espace vectoriel de dimension N.- et les mesures de Gelfand, qui correspondent à la représentation du groupe symétrique qui est la somme directe sans multiplicité de toutes les représentations irréductibles de Sn.Dans chaque cas, nous avons établi une loi des grands nombres et un théorème central limite tout à fait semblable à la loi des grands nombres de Logan-Shepp-Kerov-Vershik (1977) et au théorème central limite de Kerov (1993) pour les mesures de Plancherel des groupes symétriques.Nos résultats peuvent presque tous être traduits en termes de combinatoire des mots, et d'autre part, les techniques employées sont inspirées des techniques de la théorie des matrices aléatoires. Ainsi, on a calculé pour chaque modèle l'espérance de fonctions polynomiales sur les partitions, qui jouent un rôle tout à fait analogue aux polynômes traciaux en théorie des matrices aléatoires. L'outil principal des preuves est ainsi une algèbre d'observables de diagrammes de Young, qu'on peut aussi interpréter comme algèbre de permutations partielles. Nous avons tenté de généraliser cette construction au cas d'autres groupes et algèbres, et nous avons construit une telle généralisation dans le cas des algèbres d'Hecke des groupes symétriques. Ces constructions rentrent dans le cadre très abstrait des fibrés de semi-groupes par des semi-treillis ; dans le même contexte, on peut formaliser des problèmes combinatoires sur les permutations, par exemple le problème du calcul des nombres de Hurwitz

La sécheresse géotechnique est à l'origine de nombreux désordres urbains dans la régio n d'Ile-de-France. La présence d'argiles continentales Eocène-Oligocène aux propriétés gonflantes parmi les dépôts actuels les plus récents de la série géologique du Bassin Parisien entraîne, sous l'influence des contrastes climatiques liés à des évènements climatiques " extrêmes " (alternances sécheresse et période humide) des variations importantes du volume des sols. Les variations sont susceptibles d'induire des déplacements de la surface du sol qui affecte le bâti. Deux méthodes d'interférométrie radar y sont appliquées afin de suivre ces déplacements relatifs au cours du temps : si la méthode différentielle (DINSAR), qui permet de mesurer les déplacements de la surface du sol à partir de deux images radar acquises à des dates différentes se révèle peu performante sur l'Est du Bassin de Paris devant la faible cohérence de l'habitat pavillonnaire individuel, la seconde méthode, la technique de suivi des réflecteurs permanents, appelé Persistant Scatterer Interferometry ( PSI) permet de décrire précisément dans le temps les déplacements absolus de points à forte rétrodiffusion radar par la localisation, la caractérisation et la quantification des déplacements de la surface du sol à partir d'un grand nombre d'images radar à ouverture de synthèse (RSO). Des déformations liées au RGA observées sur les profils de pavillons sinistrés ont été mise en évidence et corrélé avec les périodes de sécheresse. Cette méthode présente un fort potentiel pour l'étude du risque naturel sécheresse géotechnique tout particulièrement sur l'Est du Bassin de Paris affecté lors des dernières périodes de sécheresses dans un contexte de changement climatique mondiale

Cette thèse s'intéresse à l'application des méthodes d'apprentissage statistique pour la prédiction de température d'un composant électronique présent dans un radar. On étudie un cas simplifié des systèmes réels, le système étudié se limitant à un seul composant monté sur un système de refroidissement réduit. Le premier chapitre est consacré à la modélisation thermique. Après avoir présenté les principaux modes de transmission de l'agitation thermique, les modèles analytiques et numériques qui en découlent sont étudiés. En utilisant cette connaissance,le deuxième chapitre propose de choisir dans les méthodes de mesures les plus adaptées aux spécifications et aux contraintes de l'application choisie. Une fois que les bases de données ont été établies, nous pouvons utiliser dans le troisième chapitre les techniques de l'apprentissage statistique pour construire un modèle dynamique. Après un bref rappel sur les tenants et les aboutissants de la modélisation statistique, quatre familles de méthodes seront présentées : les modèles linéaires, les réseaux de neurones, les réseaux bayésiens dynamiques et les machines à vecteur support (SVM). Enfin, le quatrième chapitre est l'occasion de présenter une méthode de modélisation originale.En effet, après avoir détaillé la mise en oeuvre des méthodes d'identification de représentation d'état, nous verrons comment prendre en compte des a priori théoriques au cours de l'apprentissage de ce type de modèle, à savoir une contrainte de stabilité.

L'objectif de cette thèse est d'identifier le profil d'utilisateur d'un hypermédia afin de l'adapter. Ceprofil est déterminé en utilisant des algorithmes d'apprentissage supervisé comme le SVM.Le modèle d'utilisateur est l'un des composants essentiels des hypermédias adaptatifs. Une des façons de caractériser ce modèle est d'associer l'utilisateur à un profil. Le Web Usage Mining (WUM)identifie ce profil à l'aide des traces de navigation. Toutefois, ces techniques ne fonctionnent généralement que sur de gros volumes de données. Dans le cadre de volumes de données réduits, nous proposons d'utiliser la structure et le contenu de l'hypermédia. Pour cela, nous avons utilisé des algorithmes d'apprentissage à noyau pour lesquels nous avons défini l'élément clé qu'est la mesure de similarité entre traces basée sur une " distance " entre documents du site. Notre approche a été validée à l'aide de données synthétiques puis à l'aide de données issues des traces des utilisateurs du site Hypergéo (site webencyclopédique spécialisé dans la géographie). Nos résultats ont été comparés à ceux obtenus à l'aide d'une des techniques du WUM (l'algorithme des motifs caractéristiques). Finalement, nos propositions pour identifier les profils a posteriori ont permis de mettre en évidence cinq profils. En appliquant une" distance sémantique " entre documents, les utilisateurs d'Hypergéo ont été classés correctement selon leurs centres d'intérêt.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'influence des conditions de bords dans les réseaux d'automates booléens à seuil, qui sont des objets mathématiques discrets classiquement utilisés pour modéliser les systèmes de régulation biologiques. L'objectif est de mettre en évidence que les éléments déterminant les bords de ces réseaux, que l'on peut rapprocher dans le contexte biologique de potentiels électriques, d'hormones ou encore de micro-ARN, sont des composants d'un système dont l'effet peut être primordial sur le comportement de ce dernier. Cet objectif est atteint en suivant deux axes distincts. Le premier consiste à montrer les liens entre l'influence des conditions de bord et les transitions de phase émergeant du comportement asymptotique de réseaux théoriques, à savoir des réseaux d'automates cellulaires. Le deuxième axe se focalise sur les systèmes biologiques réels et développe l'idée selon laquelle les conditions de bord dans ces systèmes ont une influence particulière sur les bassins d'attraction des systèmes dynamiques par lesquels ces systèmes sont modélisés.