Les techniques d'imagerie développées pour la surveillance embarquée des structures ont maintenant des applications dans d'autres domaines. Par exemple, le domaine de l'écran tactile est en pleine expansion et de nouvelles technologies commencent à apparaître pour des applications spécifiques. Au niveau médical, des surfaces tactiles pouvant fournir des données sur la répartition du poids et la posture seraient une avancée pour le diagnostique des patients et la recherche. L'écran tactile est une technologie utilisée dans un nombre croissant d'appareils. Les écrans tactiles capacitifs et résistifs dominent le marché, mais ils sont connus pour être difficiles à fabriquer, facilement cassables et coûteux pour les grandes dimensions. Par conséquent, de nouvelles technologies sont encore explorées pour les écrans tactiles de grandes tailles et robustes. Les technologies candidates comprennent des approches basées sur les ondes. Parmi eux, des ondes guidées sont de plus en plus utilisés dans la surveillance des structures (SHM) pour de nombreuses applications liées à la caractérisation des propriétés des matériaux. Les techniques d'imagerie utilisées en SHM telles que Embedded Ultrasonic Structural Radar (EUSR) et Excitelet sont fiables, mais elles ont souvent besoin d'être couplées avec du traitement d'image pour donner de bons résultats. Dans le domaine du NDT (essais non destructifs), les ondes guidées permettent d'analyser les structures sans les détériorer. Dans ces applications, les algorithmes d'imagerie doivent pouvoir fonctionner en temps réel. Pour l'écran tactile, une technique d'imagerie de la pression en temps réel doit être développée afin d'être efficace et performante. Il faut obtenir la position et l'amplitude de la pression appliquée en un ou plusieurs points sur une surface. C'est ici que les algorithmes et l'expertise par rapport aux ondes guidées seront mises de l'avant tout pensant à l'optimisation des calculs afin d'obtenir une image en temps réel. Pour la méthodologie, différents algorithmes d'imagerie sont utilisés pour obtenir des images de déformation d'un matériau et leurs performances sont comparées en termes de temps de calcul et de précision. Ensuite, plusieurs techniques de traitement d'images ont été implantées pour comparer le temps de calcul en regard de la précision dans les images. Pour l'écran tactile, un prototype est conçu avec un programme optimisé et les algorithmes offrant les meilleures performances pour un temps de calcul réduit. Pour la sélection des composantes électroniques, ce sont la vitesse d'exécution et la définition d'image voulues qui permettent d'établir le nombre d'opérations par seconde nécessaire.

Aujourd'hui le téléphone portable est un outil multifonction qui sert à communiquer, s'informer, interagir, dans des contextes variés comme au domicile, dans la rue ou les transports. Cependant, le développement de nouvelles fonctionnalités est fortement contraint par les limitations de l'interface homme-machine (petit écran, clavier physique réduit ou absent, interaction à une main). L'amélioration de l'interface de ces dispositifs constitue donc un enjeu scientifique et industriel majeur comme nous le montre l'exemple de l'iPhone. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte. Elle étudie tout d'abord les contraintes spécifiques aux dispositifs mobiles puis classe les techniques de l'état de l'art et les solutions qu'elles apportent pour répondre aux contraintes précédemment identifiées. Elle propose ensuite cinq nouvelles techniques d'interaction qui visent à résoudre des problèmes non entièrement résolus. TapTap et MagStick sont deux techniques qui répondent au problème de la sélection de petites cibles au pouce sur un écran tactile. Les claviers physiques étant souvent absents sur dispositifs mobiles, le LeafMenu augmente les menus linéaires en permettant de les activer via des raccourcis gestuels. Les MicroRolls proposent d'enrichir la bande passante interactionnelle des dispositifs mobiles au moyen de gestes de roulement du pouce. Ces gestes, différentiables des gestes de glissement habituels grâce à leur forme caractéristique, permettent d'augmenter le vocabulaire d'entrée des écrans tactiles, par exemple pour activer efficacement des commandes très fréquentes. Enfin la dernière contribution de cette thèse, propose d'utiliser les gestes en trois dimensions comme autre moyen d'enrichir le vocabulaire d'entrée. Elle est illustrée par TimeTilt, une technique combinant des gestes fluides et impulsifs pour faciliter la navigation entre plusieurs vues.

Au cours de la dernière décennie, les écrans tactiles sont devenus un standard des interfaces homme-machine. Cependant, malgré leurs nombreux atouts, ils manquent encore de sensations tactiles : quelque soit le contenu visuel, ils restent plats, lisses, rigides et immobiles sous le doigt. Dans cet ouvrage, nous examinons les moyens permettant aux écrans tactiles de nous toucher en retour, et de produire des sensations tactiles variées associées à des images. Premièrement, nous proposons un nouveau format de données haptiques qui fournit une description haptique générique d'un objet virtuel indépendamment de la technologie de rendu. Ce format est destiné à s’intégrer aisément dans les processus de création de contenu audiovisuel, et à être facilement manipulé par des non-spécialistes dans des contextes multidisciplinaires. Ensuite, nous abordons le challenge de produire des sensations haptiques variées avec une complexité technique limitée, grâce à notre nouvelle approche appelée "KinesTouch". Nous proposons en particulier un nouvel effet de frottement basé sur des déplacements latéraux augmentant ou diminuant la vitesse de glissement entre le doigt et l'écran. Enfin, nous présentons "Touchy", une méthode appliquant les principes pseudo-haptiques aux interactions sur écran tactile. Nous proposons un ensemble d'effets pseudo-haptiques traduisant visuellement des propriétés telles que de la rugosité, de la rigidité ou du frottement par les vibrations, les déformations et la trajectoire d'un curseur circulaire affiché sous le doigt de l'utilisateur. Nous appliquons également ces effets à des scènes 3D et traitons des différences entre les méthodes de rendu de contenu 2D ou 3D. / Touchscreens have largely spread out over the last decade and have become one of the most ordinary human-machine interface. However, despite their many assets, touchscreens still lack of tactile sensations: they always feel flat, smooth, rigid and static under the finger, no matter the visual content. In this work, we investigate how to provide touchscreens with the means to touch us and express a variety of image-related haptic features. We first propose a new format for haptic data which provides a generic haptic description of a virtual object without prior knowledge on display hardware. This format is meant to be seamlessly integrated in audiovisual content creation workflows, and to be easily manipulated by non-experts in multidisciplinary contexts. Then, we address the challenge of providing a diversity of haptic sensations with lightweight actuation, with the novel approach called “KinesTouch”. We propose in particular a novel friction effect based on large lateral motion that increases or diminishes the sliding velocity between the finger and the screen. Finally, we introduce “Touchy”, a method to apply pseudo-haptic principles to touchscreen interactions. We present a set of pseudo-haptic effects which evoke haptic properties like roughness, stiffness or friction through the vibrations, stretches, dilatations and compressions of a ring-shaped cursor displayed under the user’s finger. We extend these effects to 3D scenes, and discuss the differences between 2D and 3D content enhancement.

Les avancées scientifiques sont de plus en plus dépendantes de l’évolution des technologies et des approches expérimentales. Dans la continuité des travaux initiés par Fagot, nous avons développé un nouveau dispositif expérimental permettant l’étude des capacités cognitives de singes vivant en groupes sociaux. Cet outil est automatisé, portable, muni d’un système d’apprentissage autonome, et il permet aux singes de réaliser plusieurs tâches cognitives en parallèle. Ce design expérimental nous a permis, pour la première fois, d’étudier l’évolution conjointe de différentes fonctions cognitives sur une échelle de temps réduite. Nos résultats révèlent un apprentissage des tâches rapide par les sujets qui présentent en outre des performances élevées et stables dans le temps. Ces travaux ouvrent ainsi des perspectives prometteuses à travers une utilisation de cet outil dans le cadre d’études i) sur les bases sous-jacentes à des processus cérébraux complexes, ii) sur les liens entre différentes fonctions cognitives, ou encore iii) pharmaceutiques, testant les l’effets de molécules sur une ou plusieurs fonctions cognitives simultanément. / Scientific advances are increasingly dependent on the evolution of both technologies and experimental approaches. Following on from Fagot's research, we developed a new experimental device to study cognitive abilities in nonhuman primates living in social groups. This tool is automated, portable, equipped with an autonomous self-learning system, and it allows the subjects to perform several complex cognitive tasks concurrently. This experimental design allowed us, for the first time, to study the co-evolution of different cognitive functions on a small time scale. Our results reveal the subjects learned the tasks rules rapidly and additionally they archieved high and stable performances over time. This developmental work thus opens up new investigation prospects in cognition for studies interested in i) the underlying bases of cerebral complex processes, ii) the links between several cognitive functions, or iii) testing the effects of drugs on one or more cognitive functions concurrently.

Cette recherche-création cherche à comprendre la relation particulière qu'une artiste entretient avec la composition sonore, la lutherie numérique et la médiation culturelle au sein d'une démarche unique dédiée à la création d'œuvres didactiques pour publics non-initiés : « La couleur du son » et « Art martial sonore ». Pour ce faire, ce mémoire présente d'abord une étude sur chacune de ses disciplines, puis offre une réflexion sur les façons de les faire coexister. Sont ensuite étudiées différentes créations originales s'inscrivant dans ces trois disciplines. Chacune de ces créations se concentre principalement sur une discipline et tisse autour de cette dernière des liens avec les deux autres dans une démarche unifiée. / This research-creation project aims to understand the specific relationship of an artist wanting to work on sound composition, digital lutherie and cultural mediation in a unique creative process dedicated to the creation of didactic art projects for non-initiated publics : "La couleur du son" and "Art martial sonore". To do so, this master's thesis first presents a study for each of the field, one at a time, before presenting a reflexion on how they can coexist. Are then studied different original art projects containing each of the three field of works, created specifically for this research-creation. Each of those creations concentrates mainly on one of the three fields of work and connect the other two to it in a way that seeks to be as uniform as possible.

L’objectif de cette thèse est d’étudier d’une part le problème de sonification d’image et de le solutionner à travers de nouveaux modèles de correspondance entre domaines visuel et sonore. D’autre part d’étudier le problème de la classification de son et de le résoudre avec des méthodes ayant fait leurs preuves dans le domaine de la reconnaissance d’image. La sonification d’image est la traduction de données d’image (forme, couleur, texture, objet) en sons. Il est utilisé dans les domaines de l’assistance visuelle et de l’accessibilité des images pour les personnes malvoyantes. En raison de sa complexité, un système de sonification d’image qui traduit correctement les données d’image en son de manière intuitive n’est pas facile à concevoir. Notre première contribution est de proposer un nouveau système de sonification d’image de bas-niveau qui utilise une approche hiérarchique basée sur les caractéristiques visuelles. Il traduit, à l’aide de notes musicales, la plupart des propriétés d’une image (couleur, gradient, contour, texture, région) vers le domaine audio, de manière très prévisible et donc est facilement ensuite décodable par l’être humain. Notre deuxième contribution est une application Android de sonification de haut niveau qui est complémentaire à notre première contribution car elle implémente la traduction des objets et du contenu sémantique de l’image. Il propose également une base de données pour la sonification d’image. Finalement dans le domaine de l’audio, notre dernière contribution généralise le motif binaire local (LBP) à 1D et le combine avec des descripteurs audio pour faire de la classification de sons environnementaux. La méthode proposée surpasse les résultats des méthodes qui utilisent des algorithmes d’apprentissage automatique classiques et est plus rapide que toutes les méthodes de réseau neuronal convolutif. Il représente un meilleur choix lorsqu’il y a une rareté des données ou une puissance de calcul minimale. / The objective of this thesis is to study on the one hand the problem of image sonification and to solve it through new models of mapping between visual and sound domains. On the other hand, to study the problem of sound classification and to solve it with methods which have proven track record in the field of image recognition. Image sonification is the translation of image data (shape, color, texture, objects) into sounds. It is used in vision assistance and image accessibility domains for visual impaired people. Due to its complexity, an image sonification system that properly conveys the image data to sound in an intuitive way is not easy to design. Our first contribution is to propose a new low-level image sonification system which uses an hierarchical visual feature-based approach to translate, usingmusical notes, most of the properties of an image (color, gradient, edge, texture, region) to the audio domain, in a very predictable way in which is then easily decodable by the human being. Our second contribution is a high-level sonification Android application which is complementary to our first contribution because it implements the translation to the audio domain of the objects and the semantic content of an image. It also proposes a dataset for an image sonification. Finally, in the audio domain, our third contribution generalizes the Local Binary Pattern (LBP) to 1D and combines it with audio features for an environmental sound classification task. The proposed method outperforms the results of methods that uses handcrafted features with classical machine learning algorithms and is faster than any convolutional neural network methods. It represents a better choice when there is data scarcity or minimal computing power.