La société contemporaine fait face à un niveau de menace sans précédent depuis la seconde guerre mondiale. La lutte contre le trafic illicite mobilise aussi l’ensemble desorganes de police, visant à endiguer le financement du crime organisé. Dans cet effort, les autorités s’engagent à employer des moyens de plus en plus modernes, afin notamment d’automatiser les processus d’inspection. L’objectif de cette étude est de développer des outils de vision par ordinateur afin d’assister les officiers de douanes dans la détection d’armes et de narcotiques. Letravail présenté examine l’emploi de techniques avancées de classification et de recalage d’images pour l’identification d’irrégularités dans des acquisitions radiographiques de fret. Plutôt que de recourir à la reconnaissance par apprentissage, nos méthodes revêtent un intérêt particulier lorsque les objets ciblés présentent des caractéristiques visuelles variées. De plus, elles augmentent notablement la détectabilité d’éléments cachés dans des zones denses, là où même les algorithmes de reconnaissance n’identifieraient pas d’anomalie. Nos travaux détaillent l’état de l’art des méthodes de classification et de recalage, explorant aussi diverses pistes de résolution. Les algorithmes sont testés sur d’importantes bases de données pour apprécier visuellement et numériquement leurs performances / Our societies, faced with an unprecedented level of security threat since WWII, must provide fast and adaptable solutions to cope with a new kind of menace. Illicit trade also, oftencorrelated with criminal actions, is viewed as a defining stake by governments and agencies. Enforcement authorities are thus very demandingin terms of technological features, asthey explicitly aim at automating inspection processes. The main objective of our research is to develop assisting tools to detect weapons and narcotics for lawenforcement officers. In the present work, we intend to employ and customize both advanced classification and image registration techniques for irregularity detection in X-ray cargo screening scans. Rather than employing machine-learning recognition techniques, our methods prove to be very efficient while targeting a very diverse type of threats from which no specific features can be extracted. Moreover, the proposed techniques significantly enhance the detection capabilities for law-enforcement officers, particularly in dense regions where both humans or trained learning models would probably fail. Our work reviews state-of-the art methods in terms of classification and image registration. Various numerical solutions are also explored. The proposed algorithms are tested on a very large number ofimages, showing their necessity and performances both visually and numerically.

Nous proposons une étude de l’utilisation avancée de l’hypothèse de blancheur du bruit pour améliorer les performances de débruitage. Nous mettons en avant l’intérêt d’évaluer la blancheur du résidu par des mesures de corrélation dans différents cadres applicatifs. Dans un premier temps, nous nous plaçons dans un cadre variationnel et nous montrons qu’un terme de contrainte sur la blancheur du résidu peut remplacer l’attache aux données L2 en améliorant significativement les performances de débruitage. Nous le complétons ensuite par des termes de contrôle de la distribution du résidu au moyen des moments bruts. Dans une seconde partie, nous proposons une alternative au rapport de vraisemblance menant, à la norme L2 dans le cas Gaussien blanc, pour mesurer la dissimilarité entre patchs. La métrique introduite, fondée sur l’autocorrélation de la différence des patchs, se révèle plus performante pour le débruitage et la reconnaissance de patchs similaires. Finalement, les problématiques d’évaluation de qualité sans oracle et de choix local de modèle sont abordées. Encore une fois, la mesure de la blancheur du résidu apporte une information pertinente pour estimer localement la fidélité du débruitage. / We propose an advanced use of the whiteness hypothesis on the noise to imrove denoising performances. We show the interest of evaluating the residual whiteness by correlation measures in multiple applications. First, in a variational denoising framework, we show that a cost function locally constraining the residual whiteness can replace the L2 norm commonly used in the white Gaussian case, while significantly improving the denoising performances. This term is then completed by cost function constraining the residual raw moments which are a mean to control the residual distribution. In the second part of our work, we propose an alternative to the likelihood ratio, leading to the L2 norm in the white Gaussian case, to evaluate the dissimilarity between noisy patches. The introduced metric, based on the autocorrelation of the patches difference, achieves better performances both for denoising and similar patches recognition. Finally, we tackle the no reference quality evaluation and the local model choice problems. Once again, the residual whiteness bring a meaningful information to locally estimate the truthfulness of the denoising.

Cette thèse porte sur l'étude de modèles non linéaires issus de la mécanique quantique relativiste.Dans la première partie, nous démontrons à l'aide d'une méthode de tir l'existence d'une infinité de solutions d'équations de Dirac non linéaires provenant d'un modèle de hadrons et d'un modèle de la physique des noyaux.Dans la seconde partie, nous prouvons par des méthodes variationnelles l'existence d'un état fondamental et d'états excités pour deux modèles de la physique des hadrons. Par la suite, nous étudions la transition de phase reliant les deux modèles grâce à la Gamma-convergence.La dernière partie est consacrée à l'étude d'un autre modèle de hadrons dans lequel les fonctions d'onde des quarks sont parfaitement localisées. Nous énonçons quelques résultats préliminaires que nous avons obtenus. / This thesis is devoted to the study of nonlinear models from relativistic quantum mechanics.In the first part, we show thanks to a shooting method, the existence of infinitely many solutions of nonlinear Dirac equations of two models from the physics of hadrons and the physics of the nucleus.In the second part, we prove thanks to variational methods the existence of a ground state and excited states for two models of the physics of hadrons. Next, we study the phase transition which links the models thanks to the $\Gamma$-convergence.The last part is devoted to the study of another model from the physics of hadrons in which the wave functions are perfectly confined. We give some preliminary results.

Dans cette thèse, nous étudions l’existence, non existence et multiplicité des ondes stationnairesavec les normes prescrites pour deux types d’équations aux dérivées partiellesnon linéaires elliptiques découlant de différents modèles physiques. La stabilité orbitale desondes stationnaires est également étudiée dans certains cas. Les principales méthodes denos preuves sont des arguments variationnels. Les solutions sont obtenues comme pointscritiques de fonctionnelle associée sur une contrainte.La thèse se compose de sept chapitres. Le Chapitre 1 est l’introduction de la thèse. Dansles Chapitres 2 à 4, nous étudions une classe d’équations de Schrödinger-Poisson-Slaternon linéaires. Nous établissons dans le Chapitre 2 des résultats optimaux non existencede solutions d’énergie minimale ayant une norme L2 prescrite. Dans le Chapitre 3, nousmontrons un résultat d’existence de solutions L2 normalisées, dans une cas où la fonctionnelleassociée n’est pas bornée inférieurement sur la contrainte. Nos solutions sonttrouvées comme des points de selle de la fonctionnelle, mais ils correspondent à des solutionsd’énergée minimale. Nous montrons également que les ondes stationnaires associéessont orbitalement instables. Ici, puisque nos points critiques présumés ne sont pas desminimiseurs globaux, il n’est pas possible d’utiliser de façon systématique les méthodesde compacité par concentration développées par P. L. Lions. Ensuite, dans le Chapitre4, nous montrons que sous les hypothèses du Chapitre 3, il existe une infinité de solutionsayant une norme L2 prescrite. Dans les deux chapitres suivants, nous étudions uneclasse d’équations de Schrödinger quasi-linéaires. Des résultats optimaux non existence desolutions d’énergie minimale sont donnés dans le Chapitre 5. Dans le Chapitre 6, nousprouvons l’existence de deux solutions positives ayant une norme donnée. L’une d’elles,relativement à la contrainte L2, est de type point selle. L’autre est un minimum, soit localou global. Le fait que la fonctionnelle naturelle associée à cette équation n’est pas biendéfinie nécessite l’utilisation d’une méthode de perturbation pour obtenir ces deux pointscritiques. Enfin, au Chapitre 7, nous mentionnons quelques questions que cette thèse asoulevées. / In this thesis, we study the existence, non-existence and multiplicity of standing waves withprescribed norms for two types of nonlinear elliptic partial differential equations arisingfrom various physical models. The orbital stability of the standing waves is also discussedin some cases. The main ingredients of our proofs are variational arguments. The solutionsare found as critical points of an associated functional on a constraint.The thesis consists of seven chapters. Chapter 1 is the Introduction of the thesis.In Chapters 2 to 4, we study a class of nonlinear Schrödinger-Poisson-Slater equations.We establish in Chapter 2 sharp non-existence results of least energy solutions having aprescribed L2-norm. In Chapter 3 we prove an existence result for L2-normalized solutions,in a situation where the associated functional is unbounded from below on the constraint.Our solutions are found as saddle points of the functional but they correspond to leastenergy solutions. We also prove that the associated standing waves are orbitally unstable.Here a key feature is that, since our suspected critical points are not global minimizers, itis not possible to use in a standard way the machinery of compactness by concentrationdeveloped by P. L. Lions. Then, in Chapter 4, we prove that under the assumptions ofChapter 3, there do exist infinitely many solutions having a prescribed L2-norm. In thefollowing two chapters, we investigate a class of quasi-linear Schrödinger equations. Sharpnon-existence results of least energy solutions are given in Chapter 5. In Chapter 6 weprove the existence of two positive solutions having a given norm. One of them, is relativeto the L2-norm constraint, of saddle point type. The other one is a minimum, either localor global. The fact that the natural functional associated with this equation is not welldefined requires the use of a perturbation approach to obtain these two critical points.Finally, in Chapter 7 we mention some questions that this thesis has raised.

Bar code stores information in the form of series of bars and gaps with various widths, and therefore can be considered as an example of bilevel (square) signal. Magnetic bar codes are created by applying slightly ferromagnetic material to a substrate. Sensing is done by reading oscillator, whose frequency is modulated by presence of the mentioned ferromagnetic material. Signal from the oscillator is then subjected to frequency demodulation. Due to temperature drift of the reading oscillator, the demodulated signal is accompanied by DC drift. Method for removal of the drift is introduced. Also, drift-insensitive detection of presence of a bar code is described. Reading bar codes is complicated by convolutional distortion, which is result of spatially dispersed sensitivity of the sensor. Effect of the convolutional distortion is analogous to low-pass filtering, causing edges to be smoothed and overlapped, and making their detection difficult. Characteristics of convolutional distortion can be summarized into point-spread function (PSF). In case of magnetic bar codes, the shape of the PSF can be known in advance, but not its width of DC transfer. Methods for estimation of these parameters are discussed. The signal needs to be reconstructed (into original bilevel form) before decoding can take place. Variational methods provide effective way. Their core idea is to reformulate reconstruction as an optimization problem of functional minimization. The functional can be extended by other functionals (regularizations) in order to considerably improve results of reconstruction. Principle of variational methods will be shown, including examples of use of various regularizations. All algorithm and methods (including frequency demodulation of signal from reading oscillator) are digital. They are implemented as a program for a microcontroller from the PIC32 family, which offers high computing power, so that even blind deconvolution (when the real PSF also needs to be found) can be finished in a few seconds. The microcontroller is part of magnetic bar code reader, whose hardware allows the read information to be transferred to personal computer via the PS/2 interface or USB (by emulating key presses on virtual keyboard), or shown on display.

Dans cette thèse, nous nous proposons d'étudier et de traiter conjointement plusieurs problèmes phares en traitement d'images incluant le recalage d'images qui vise à apparier deux images via une transformation, la segmentation d'images dont le but est de délimiter les contours des objets présents au sein d'une image, et la décomposition d'images intimement liée au débruitage, partitionnant une image en une version plus régulière de celle-ci et sa partie complémentaire oscillante appelée texture, par des approches variationnelles locales et non locales. Les relations étroites existant entre ces différents problèmes motivent l'introduction de modèles conjoints dans lesquels chaque tâche aide les autres, surmontant ainsi certaines difficultés inhérentes au problème isolé. Le premier modèle proposé aborde la problématique de recalage d'images guidé par des résultats intermédiaires de segmentation préservant la topologie, dans un cadre variationnel. Un second modèle de segmentation et de recalage conjoint est introduit, étudié théoriquement et numériquement puis mis à l'épreuve à travers plusieurs simulations numériques. Le dernier modèle présenté tente de répondre à un besoin précis du CEREMA (Centre d'Études et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement) à savoir la détection automatique de fissures sur des images d'enrobés bitumineux. De part la complexité des images à traiter, une méthode conjointe de décomposition et de segmentation de structures fines est mise en place, puis justifiée théoriquement et numériquement, et enfin validée sur les images fournies. / In this thesis, we study and jointly address several important image processing problems including registration that aims at aligning images through a deformation, image segmentation whose goal consists in finding the edges delineating the objects inside an image, and image decomposition closely related to image denoising, and attempting to partition an image into a smoother version of it named cartoon and its complementary oscillatory part called texture, with both local and nonlocal variational approaches. The first proposed model addresses the topology-preserving segmentation-guided registration problem in a variational framework. A second joint segmentation and registration model is introduced, theoretically and numerically studied, then tested on various numerical simulations. The last model presented in this work tries to answer a more specific need expressed by the CEREMA (Centre of analysis and expertise on risks, environment, mobility and planning), namely automatic crack recovery detection on bituminous surface images. Due to the image complexity, a joint fine structure decomposition and segmentation model is proposed to deal with this problem. It is then theoretically and numerically justified and validated on the provided images.