La réalité virtuelle est un domaine touchant à plusieurs disciplines. Par le biais de l'interaction 3D l'Homme peut accomplir des tâches dans un environnement virtuel en utilisant des techniques d'interaction 3D. Ces techniques sont souvent mono-tâches et s'appuient sur l'utilisation de matériel de réalité virtuelle bien spécifique. Le passage d'une tâche de l'interaction 3D à une autre est le plus souvent à la charge de l'utilisateur, ou bien du programmeur. Cependant de nombreux problèmes sont présents dans ces systèmes, dits de réalité virtuelle. En effet, des problèmes matériels le plus souvent dû aux technologies utilisées sont présents et peuvent induire un comportement erratique du système. De plus, il peut arriver que les techniques d'interaction 3D ne soient pas adaptées à l'application de réalité virtuelle, ou que celles-ci soient trop complexes à utiliser pour le novice. Tous ces problèmes nuisent à l'immersion de l'être humain dans l'environnement virtuel ainsi qu'aux performances de l'interaction 3D et donc à l'accomplissement de la tâche dans l'application de réalité virtuelle. L'objectif de ce travail est de proposer un système d'interaction 3D adaptative. Par interaction 3D adaptative, on cherche à définir une interaction 3D qui soit continue tant au niveau des données qu'au basculement d'une tâche à l'autre. Nous avons donc modélisé et conçu un ensemble de composants pour accomplir cet objectif. Nous avons modélisé une technique d'interaction 3D pouvant être utilisé de manière continue même lors du basculement d'une tâche. Nous avons également conçu un système qui permet d'automatiser le basculement d'une tâche de l'interaction 3D vers une autre en estimant la tâche que souhaite accomplir l'utilisateur. Enfin, un dernier composant a pour rôle d'améliorer la précision et de garantir la continuité du tracking.

Ces dernières années, les appareils photos/vidéos numériques grand public sont devenus omniprésents. On peut aujourd'hui trouver des systèmes de captures d'images dans toutes sortes d'appareils numériques comme les téléphones portables, les assistants personnels numériques etc. Malgré une augmentation croissante de la puissance et de la complexité de ces appareils, laqualité de la chaîne de capture d'image, composée du couple système optique/capteur est toujours contrainte à des limitations d'espace et de coût. Les défauts introduits sont nombreuxet dégradent considérablement la qualité des images produites : flou, déformations géométriques, artefacts de couleurs, effets de moire, bruits statiques et dynamiques, etc. Une idée intéressante est de corriger ces défauts de manière algorithmique en utilisant la puissance toujours croissante des architectures de traitements. Dans cette thèse nous nous intéressons particulièrement à deux problèmes issues de l'acquisition de l'image par le capteur : le dématriçage de la matrice de Bayer et la réduction du bruit. Dans la première partie, nous décrivons la structure générale de la chaîne de capture d'image dans les appareils photos/vidéos numériques. Nous présentons le rôle, le fonctionnement et les défauts introduits par chacun de ses éléments. Enfin, nous illustrons comment ces défauts peuvent être corriges par des traitements algorithmiques. Dans la deuxième partie, nous montrons comment l'information de couleur est introduite dans les capteurs numériques. Nous présentons ensuite un état de l'art des algorithmes de dématriçage. Un nouvel algorithme de reconstruction de la matrice de Bayer base sur le principe de l'interpolation directionnelle est propose. Il permet d'associer une qualité d'image produite sans artefacts avec une faible complexité de calculs. Pour mieux comprendre les comportements du bruit dans les capteurs numériques, nous énumérons ses différentes sources et leurs dépendances par rapport aux conditions de prises de vues. Apres avoir présenté l'état de l'art des méthodes de restauration des images bruitées, nous nous intéressons particulièrement aux algorithmes de débruitage à voisinage local et plus précisément au filtre bilatéral. Nous proposons un filtre bilatéral pour la mosaïque de Bayer, adaptatif en fonction de la puissance du bruit dans les images. Dans la troisième partie, nous présentons l'implémentation, l'optimisation et la simulation de l'exécution des algorithmes de dématriçage et de réduction du bruit proposes. La plateforme d'implémentation est le processeur TriMedia TM3270 de NXP semiconductors. Nous montrons que nous arrivons à traiter des images de taille 5 méga-pixels en moins de 0,5 secondes et des images de résolution VGA à une cadence supérieure à 25 images par seconde. Finalement, pour des raisons de standardisation, de rapidité d'exécution et de consommation d'énergie, nous avons conçu une architecture dédiée à l'algorithme de dématriçage propose. Cette architecture permet de multiplier par 10 la rapidité d'exécution obtenue sur le processeur TriMedia TM3270

Dans cette thèse nous proposons un modèle temporel dans le cadre des machines à états abstraits (ASM). Une extension du langage de spécification ASM est développé qui correspond à ce modéle temporel pour le temps continu. L'extension du langage avec des constructions de temps permet de diminuer la taille de la spécification et donc de réduire la probabilité d'erreurs. La sémantique de l'extension du langage ASM est fournie et prend en compte les définitions des fonctions externes, les valeurs des délais et les choix de résolution des non-déterminismes. Un sous-système de vérification des propriétés exprimées en logique FOTL (FirstOrder Timed Logic) est développé. Un simulateur d'ASMs temporisées est développé et implémenté, il comprend un analyseur syntaxique, un interprète du langage, un sous-système de vérification des propriétés ainsi qu'une interface graphique

La chirurgie arthroscopique présente actuellement un essor très important pour le bénéfice du plus grand nombre des patients. Cependant, cette technique possède un certain nombre d'inconvénients et il est donc nécessaire pour le médecin de s'entrainer et répéter ses gestes afin de pouvoir exécuter ce type d'opération d'une façon efficace et certaine. En effet, les méthodes traditionnelles d'enseignement de la chirurgie sont basées sur l'autopsie des cadavres et l'entrainement sur des animaux. Avec l'évolution de notre société, ces deux pratiques deviennent de plus en plus critiquées et font l'objet de réglementations très restrictives. Afin d'atteindre un niveau plus élevé, de nouveaux moyens d'apprentissage sont nécessaires pour les chirurgiens. Récemment, la réalité virtuelle commence d'être de plus en plus utilisée dans la médecine et surtout la chirurgie. Les simulateurs chirurgicaux sont devenus une des matières les plus récentes dans la recherche de la réalité virtuelle. Ils sont également devenus une méthode de formation et un outil d'entrainement valable pour les chirurgiens aussi bien que les étudiants en médecine. Dans ce travail, un simulateur de réalité virtuelle pour l'enseignement de la chirurgie arthroscopique, surtout la chirurgie du poignet, a été préesenté. Deux questions principales sont abordées : la reconstruction et l'interaction 3-D. Une séquence d'images CT a été traitée afin de générer un modèle 3-D du poignet. Les deux principales composantes de l'interface du système sont illustrées : l'interaction 3-D pour guider les instruments chirurgicaux et l'interface de l'utilisateur pour le retour d'effort. Dans ce contexte, les algorithmes qui modélisent les objets en utilisant les approches de "Convex Hull" et qui simulent la détection de collision entre les objets virtuels en temps réel, sont présentés. En outre, un dispositif de retour d'effort est utilisé comme une interface haptique avec le système. Cela conduit au développement d'un système à faible coût, avec les mêmes avantages que les appareils professionnels. A cet égard, l'arthroscopie du poignet peut être simulée et les étudiants en médecine peuvent facilement utiliser le système et peuvent apprendre les compétences de base requises en sécurité, flexibilité et moindre coût

The remarkable evolution of wireless networks into the next generation to provide ubiquitous and seamless broadband applications has recently triggered the emergence of Wireless Mesh Networks (WMNs). The WMNs comprise stationary Wireless Mesh Routers (WMRs) forming Wireless Backbone Mesh Networks (WBMNs) and mobile Wireless Mesh Clients (WMCs) forming the WMN access. While WMCs are limited in function and radio resources, the WMRs are expected to support heavy duty applications : that is, WMRs have gateway and bridge functions to integrate WMNs with other networks such as the Internet, cellular, IEEE 802.11, IEEE 802.15, IEEE 802.16, sensor networks, et cetera. Consequently, WMRs are constructed from fast switching radios or multiple radio devices operating on multiple frequency channels. WMRs are expected to be self-organized, self-configured and constitute a reliable and robust WBMN which needs to sustain high traffic volumes and long "online" time. However, meeting such stringent service expectations requires the development of decentralized dynamic transmission power control (DTPC) approaches. This thesis addresses the DTPC problem for both single and multiple channel WBMNs. For single channel networks, the problem is formulated as the minimization of both the link-centric and network-centric convex cost function. In order to solve this issue, multiple access transmission aware (MATA) models and algorithms are proposed. For multi-radio multi-channel (MRMC) WBMNs, the network is modelled as sets of unified channel graphs (UCGs), each consisting of interconnected active network users communicating on the same frequency channel. For each UCG set, the minimization of stochastic quadratic cost functions are developed subject to the dynamic Link State Information (LSI) equations from all UCGs. An energy-efficient multi-radio unification protocol (PMMUP) is then suggested at the Link-Layer (LL). Predictive estimation algorithms based on this protocol are proposed to solve such objective functions. To address transmission energy and packet instabilities, and interference across multiple channels, singularly-perturbed weakly-coupled (SPWC) control problems are formulated. In order to solve the SPWC transmission power control problem, a generalized higher-order recursive algorithm (HORA) that obtains the Riccati Stabilizing Solutions to the control problem is developed. The performance behaviours of the proposed models and algorithms are evaluated both analytically and through computer simulations. Several simulations are performed on a large number of randomly generated topologies. Simulation and analytical results confirm the efficacy of the proposed algorithms compared to the most recently studied techniques

Many practical tasks in industry, such as automatic inspection or robot vision, often require scanning of three-dimensional shapes with non-contact techniques. However, transparent objects, such as those made of glass, still pose difficulties for classical scanning techniques. The reconstruction of surface geometry for transparent objects is complicated by the fact that light is transmitted through, refracted and in some cases reflected by the surface. Current approaches can only deal relatively well with sub-classes of objects. The algorithms are still very specific and not generally applicable. Furthermore, many techniques require considerable acquisition effort and careful calibration. This thesis proposes a new method of determining the surface shape of transparent objects. The method is based on local surface heating and thermal imaging. First, the surface of the object is heated with a laser source. A thermal image is acquired, and pixel coordinates of the heated point are calculated. Then, the 3D coordinates of the surface are computed using triangulation and the initial calibration of the system. The process is repeated by moving the transparent object to recover its surface shape. This method is called Scanning From Heating. Considering the laser beam as a point heating source and the surface of the object locally flat at the impact zone, the Scanning From Heating method is extended to obtain the surface normals of the object, in addition to the 3D world coordinates. A scanner prototype based on Scanning From Heating method has been developed during the thesis.

Dans le monde du Web, on retrouve les formats RSS et Atom (feeds) qui sont, sans doute, les formats XML les plus populaires et les plus utilisés. Ces formats permettent aux, entre autres, communautés Web, industriels, et services web de publier et d'échanger des documents XML. En outre, ils permettent à un utilisateur de consulter librement des données/informations sans avoir à basculer d'un site à un autre, et cela à l'aide d'applications logicielles. Dans ce cas, l'utilisateur enregistre ses fournisseurs de flux favoris, chaque fournisseur diffuse la liste des nouveaux éléments qui ont été modifiés depuis le dernier téléchargement. Cependant, l'enregistrement d'un certain nombre de sources de flux dans un agrégateur de flux engendre à la fois des problèmes d'hétérogénéité (à cause des différences structurelles et de contenu) et des problèmes de surcharges d'information. Par ailleurs, aucun des agrégateurs de flux existants n'offre une approche qui intègre (ou fusionne) les flux en tenant compte de leurs similarités, du contexte de l'utilisateur et de ses préférences. Dans cette thèse, nous proposons un framework formel qui permet de traiter l'hétérogénéité, l'intégration et l'interrogation des flux d'actualités. Ce framework est fondé sur une représentation arborescente d'un flux et possède trois éléments principaux qui sont les suivants: comparateur de flux, intégrateur de flux, et processeur de requêtes. Le comparateur de flux permet de mesurer le degré de similarité entre deux éléments/flux en utilisant une base de connaissance intégrant une approche ascendante et progressive. Nous proposons une mesure de similarité à base de concept capable de calculer la similarité entre les flux selon le nombre de leurs concepts communs (et différents) et leurs proximités sémantiques. Nous montrons également comment définir et identifier la relation exclusive entre deux textes ou éléments. L'intégrateur de flux permet de fusionner plusieurs flux provenant de différentes sources tout en tenant compte du contexte de l'utilisateur. Nous montrons dans notre étude comment représenter le contexte d'utilisateur ainsi que ses préférences. Nous fournissons un ensemble prédéfini de règles de fusion qui peuvent être enrichies et adaptées par chaque utilisateur. Quant au processeur de requêtes, il se base sur une étude formelle et plus précisément sur une algèbre dédiée à la fusion des flux continus d'actualités que nous proposons ici. Les opérateurs proposés dans cette algèbre sont aidés par des fonctions à base de similarité. Nous catégorisons les opérateurs de flux selon trois catégories: opérateurs d'extraction, opérateurs ensemblistes et opérateur de fusion. Nous montrons que l'opérateur de fusion généralise l'opération de jointure et les opérateurs ensemblistes. Nous fournissons également un ensemble de règles de réécriture et d'équivalence de requêtes pour la simplification et l'optimisation des requêtes. Enfin, nous présentons un prototype nommé "Easy RSS Manager" (EasyRSSManager). Ce prototype est un lecteur sémantique de flux et un composant sémantique pour l'interrogation des fenêtres de flux. EasyRSSManager a été utilisé pour valider, démontrer et tester la faisabilité des différentes propositions de notre étude. En particulier, nous avons testé la complexité en temps et la pertinence de nos approches en utilisant à la fois des données réelles et syntaxiques.

The work concerns the "observability problem"--the reconstruction of a dynamic process's full state from a partially measured state-- for nonlinear dynamic systems. The Extended Kalman Filter (EKF) is a widely-used observer for such nonlinear systems. However it suffers from a lack of theoretical justifications and displays poor performance when the estimated state is far from the real state, e.g. due to large perturbations, a poor initial state estimate, etc. . . We propose a solution to these problems, the Adaptive High-Gain (EKF). Observability theory reveals the existence of special representations characterizing nonlinear systems having the observability property. Such representations are called observability normal forms. A EKF variant based on the usage of a single scalar parameter, combined with an observability normal form, leads to an observer, the High-Gain EKF, with improved performance when the estimated state is far from the actual state. Its convergence for any initial estimated state is proven. Unfortunately, and contrary to the EKF, this latter observer is very sensitive to measurement noise. Our observer combines the behaviors of the EKF and of the high-gain EKF. Our aim is to take advantage of both efficiency with respect to noise smoothing and reactivity to large estimation errors. In order to achieve this, the parameter that is the heart of the high-gain technique is made adaptive. Voila, the Adaptive High-Gain EKF. A measure of the quality of the estimation is needed in order to drive the adaptation. We propose such an index and prove the relevance of its usage. We provide a proof of convergence for the resulting observer, and the final algorithm is demonstrated via both simulations and a real-time implementation. Finally, extensions to multiple output and to continuous-discrete systems are given.

Cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'un système de reconstruction tridimensionnelle d'objets transparents par imagerie polarimétrique. Nous présentons tout d'abord une extension de la technique de "Shape from Polarization" aux surfaces transparentes. Après réflexion sur la surface, la lumière incidente 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 l'utilisation d'un éclairage multispectral dont la difficulté de calibration est expliquée dans ce manuscrit. Pour finir, nous détaillons précisément le prototype développé, et présentons des résultats de reconstruction 3D sur des objets parfaitement calibrés.

Nous avons développé un système intégré permettant l'acquisition simultanée de la forme 3D ainsi que de la réflectance des surfaces des objets scannés. Nous appelons ce système un scanner 3D multispectral du fait qu'il combine, dans un couple stéréoscopique, une caméra multispectrale et un système projecteur de lumière structurée. Nous voyons plusieurs possibilités d'application pour un tel système mais nous mettons en avant des applications dans le domaine de l'archivage et la diffusion numériques des objets du patrimoine. Dans le manuscrit, nous présentons d'abord ce système ainsi que tous les calibrages et traitements nécessaires à sa mise en oeuvre. Ensuite, une fois que le système est fonctionnel, les données qui en sont générées sont riches d'informations, hétérogènes (maillage + réflectances, etc.) et surtout occupent beaucoup de place. Ce fait rend problématiques le stockage et la transmission, notamment pour des applications en ligne de type musée virtuel. Pour cette raison, nous étudions les différentes possibilités de représentation et de codage des données acquises par ce système pour en adopter la plus pertinente. Puis nous examinons les stratégies les plus appropriées à la compression de telles données, sans toutefois perdre la généralité sur d'autres données (type satellitaire). Nous réalisons un benchmark des stratégies de compression en proposant un cadre d'évaluation et des améliorations sur les stratégies classiques existantes. Cette première étude nous permettra de proposer une approche adaptative qui se révélera plus efficace pour la compression et notamment dans le cadre de la stratégie que nous appelons Full-3D.