Une carte combinatoire est un modèle topologique qui permet de représenter les subdivisions de l’espace en cellules et les relations d’adjacences et d’incidences entre ces cellules en n dimensions. Cette structure de données est de plus en plus utilisée en traitement d’images, mais elle manque encore d’outils pour les analyser. Notre but est de définir de nouveaux outils pour les cartes combinatoires nD. Nous nous intéressons plus particulièrement à l’extraction de sous-cartes fréquentes dans une base de cartes. Nous proposons deux signatures qui sont également des formes canoniques de cartes combinatoires. Ces signatures ont chacune leurs avantages et leurs inconvénients. La première permet de décider de l’isomorphisme entre deux cartes en temps linéaire, en contrepartie le coût de stockage en mémoire est quadratique en la taille de la carte. La seconde signature a un coût de stockage en mémoire linéaire en la taille de la carte, cependant le temps de calcul de l’isomorphisme est quadratique. Elles sont utilisables à la fois pour des cartes connexes, non connexes, valuées ou non valuées. Ces signatures permettent de représenter une base de cartes combinatoires et de rechercher un élément de manière efficace. De plus, le temps de recherche ne dépend pas du nombre de cartes présent dans la base. Ensuite, nous formalisons le problème de recherche de sous-cartes fréquentes dans une base de cartes combinatoires nD. Nous implémentons deux algorithmes pour résoudre ce problème. Le premier algorithme extrait les sous-cartes fréquentes par une approche en largeur tandis que le second utilise une approche en profondeur. Nous comparons les performances de ces deux algorithmes sur des bases de cartes synthétiques. Enfin, nous proposons d’utiliser les motifs fréquents dans une application de classification d’images. Chaque image est décrite par une carte qui est transformée en un vecteur représentant le nombre d’occurrences des motifs fréquents. À partir de ces vecteurs, nous utilisons des techniques classiques de classification définies sur les espaces vectoriels. Nous proposons des expérimentations en classification supervisée et non supervisée sur deux bases d’images. / A combinatorial map is a topological model that can represent the subdivisions of space into cells and their adjacency relations in n dimensions. This data structure is increasingly used in image processing, but it still lacks tools for analysis. Our goal is to define new tools for combinatorial maps nD. We are particularly interested in the extraction of submaps in a database of maps. We define two combinatorial map signatures : the first one has a quadratic space complexity and may be used to decide of isomorphism with a new map in linear time whereas the second one has a linear space complexity and may be used to decide of isomorphism in quadratic time. They can be used for connected maps, non connected maps, labbeled maps or non labelled maps. These signatures can be used to efficiently search for a map in a database.Moreover, the search time does not depend on the number of maps in the database. Then, we formalize the problem of finding frequent submaps in a database of combinatorial nD maps. We implement two algorithms for solving this problem. The first algorithm extracts the submaps with a breadth-first search approach and the second uses a depth-first search approach. We compare the performance of these two algorithms on synthetic database of maps. Finally, we propose to use the frequent patterns in an image classification application. Each image is described by a map that is transformed into a vector representing the number of occurrences of frequent patterns. From these vectors, we use standard techniques of classification defined on vector spaces. We propose experiments in supervised and unsupervised classification on two images databases.

Les séquences de maillages sont de plus en plus utilisées. Cette augmentation des besoins entraîne un développement des méthodes de génération de séquences de maillages. Ces méthodes de générations peuvent produire des séquences de maillages de natures différentes. Le nombre d’applications utilisant ces séquences s’est également accru, avec par exemple la compression et le transfert de pose. Ces applications nécessitent souvent de calculer une partition de la séquence. Dans cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à la segmentation en composantes rigides de séquences de maillages. Dans un premier temps, nous formalisons la notion de séquence de maillages et proposons donc une classification permettant de désigner quelles sont les propriétés attachées à un type de séquence, et ainsi de décrire précisément quel type de séquence est nécessaire pour une application donnée. Dans un second temps, nous formalisons la notion de segmentation de séquence de maillages, et présentons également l’état de l’art des méthodes de segmentation sur les séquences de maillages. Ensuite, nous proposons une première méthode de type globale pour les séquences stables de maillages, fondée sur la fusion de régions. Par la suite, nous présentons deux autres méthodes, reposant sur la classification spectrale. La première, produit un ensemble de segmentations globales, tandis que la seconde génère une segmentation globale ou une segmentation temporellement variable. Nous mettons également en place un système d’évaluation quantitative des segmentations. Enfin, nous présentons les différentes perspectives liées à la segmentation. / Mesh sequences are becoming a common tool in computer graphics as can be seen in video games or medical imaging. As a consequence, mesh sequences generation’s methods have been developed. Sequences can be created using a modeler or by multicameras acquisition. These methods can generate sequences which have different properties. Moreover, different applications using mesh sequences have been proposed such as compression or pose transfer. Most of these applications require to compute a segmentation as a pre-processing step. This thesis deals with mesh sequence segmentation into rigid components. First, we formalize the notion of mesh sequence, and propose a nomenclature, allowing us to design the properties attached to each kind of mesh sequence, and to describe precisely what kind of sequence an algorithm requires as input. Next, we propose a formalization of mesh sequence segmentation by providing different definitions of segmentation.We then present mesh sequences segmentation state of the art. We then propose a first segmentation method, producing a global segmentationand taking as input a stable mesh sequence. This method is based on a region-growing process. Next, we present two segmentation methods, both based on spectral clustering and taking as input an unconstrained mesh sequence. The former method produces a set of global segmentations, while the latter generate either a global segmentation or a timevarying segmentation. We also propose a quantitative segmentation evaluation system. Finally, we provide future work leads on mesh sequence segmentation.

Cette thèse s’intègre dans le cadre du projet européen EUREKA "High Dynamic Range - Low NoiseCMOS imagers", qui a pour but de développer de nouvelles approches de fabrication de capteursd’images CMOS à haute performance. L’objectif de la thèse est la conception d’un système de visiontemps réel à grande gamme dynamique (HDR). L’axe principal sera la reconstruction, en temps réelet à la cadence du capteur (60 images/sec), d’une vidéo à grande dynamique sur une architecturede calcul embarquée.La plupart des capteurs actuels produisent une image numérique qui n’est pas capable de reproduireles vraies échelles d’intensités lumineuses du monde réel. De la même manière, les écrans, impri-mantes et afficheurs courants ne permettent pas la restitution effective d’une gamme tonale étendue.L’approche envisagée dans cette thèse est la capture multiple d’images acquises avec des tempsd’exposition différents permettant de palier les limites des dispositifs actuels.Afin de concevoir un système capable de s’adapter temporellement aux conditions lumineuses,l’étude d’algorithmes dédiés à la grande dynamique, tels que les techniques d’auto exposition, dereproduction de tons, en passant par la génération de cartes de radiances est réalisée. Le nouveausystème matériel de type "smart caméra" est capable de capturer, générer et restituer du contenu àgrande dynamique dans un contexte de parallélisation et de traitement des flux vidéos en temps réel / This thesis is a part of the EUREKA European project called "High Dynamic Range - Low NoiseCMOS imagers", which developped new approaches to design high performance CMOS sensors.The purpose of this thesis is to design a real-time high dynamic range (HDR) vision system. Themain focus will be the real-time video reconstruction at 60 frames/sec in an embedded architecture.Most of the sensors produce a digital image that is not able to reproduce the real world light inten-sities. Similarly, monitors, printers and current displays do not recover of a wide tonal range. Theapproach proposed in this thesis is multiple acquisitions, taken with different exposure times, to over-come the limitations of the standard devices.To temporally adapt the light conditions, the study of algorithms dedicated to the high dynamic rangetechniques is performed. Our new smart camera system is able to capture, generate and showcontent in a highly parallelizable context for a real time processing

La simulation des réflexions lumineuses multiples à l'intérieur d'un environnement nécessite de résoudre une intégrale de premier ordre, récursive infinie, pour laquelle il n'existe pas de solution analytique dans le cas général. Certaines méthodes permettent de donner une solution théorique exacte, mais avec des temps de calcul trop important pour espérer produire plusieurs images par seconde dans un avenir proche. De nombreuses méthodes permettent de réaliser ces calculs de manière plus rapide, mais elles reposent sur des approximations dont les effets sont souvent visibles sur les images produites. Notre objectif est de proposer des solutions permettant de réduire les erreurs de calculs en exploitant deux approches complémentaires : (i) une homogénéisation des termes de l'équation de manière à la résoudre seulement à l'aide de quelques opérateurs simples ; (ii) la prise en compte précise des informations de visibilité pour réduire le biais des méthodes reposant sur une estimation de densité. A terme, notre objectif est de diminuer le coût des requêtes de visibilité de nos deux contributions. Pour cela nous envisageons notamment d'introduire des calculs hiérarchiques de visibilité de façon à amortir le coût global des requêtes. / Simulating light transfer within a virtual environment requires to solve a first order, infinite recursive integral, that unfortunately doesn't have any solution in general cases. Though theoretically exact solutions exist, their computing time is not adapted to real-time rendering in a near future. Many methods have been proposed for accelerating these computations, but they rely on approximations that often produce visible artifacts on the resulting images. Our goal is to propose some new solutions that can reduce biases with two complementary approaches : (i) a new homogeneous representation of each term of the equation can be used to resolve it using only simple operators ; (ii) considering precise visibility information in order to reduce bias of methods that rely on density estimation. On the long range, we aim at reducing visibility requests costs of each contribution. For that purpose, we particularly plan to introduce hierarchical visibility computations so as to amortize queries cost.

La génération de mondes virtuels est un domaine de recherche très actif en informatique graphique : la modélisation de plantes, d’arbres, de bâtiments, de villes ou de terrains, et les simulations de vieillissement sont des domaines très explorés. Dans ce contexte, les changements d’apparences constituent également un domaine de recherche important, de part leur impact majeur dans le réalisme des scènes virtuelles produites. Ces travaux se concentrent sur la mise au point d’approches procédurales permettant de représenter les changements d’apparence sous la forme de décorations géométriques (accumulation de neige ou formation de glace, dépôt de feuilles mortes, etc.) à la fois à grande échelle et avec un très haut niveau de détail. Nous proposons d’abord un modèle d’organisation hiérarchique de scènes qui repose sur un arbre de construction dont les feuilles sont des objets environnementaux, des objets qui génèrent eux mêmes leurs décorations géométriques. Nous présentons ensuite un formalisme implicite pour définir l’environnement, qui contient l’ensemble des informations guidant la génération des décorations. Finalement, nous détaillons quatre méthodes de génération procédurale pour la création des décorations géométriques (neige, glace, herbes, feuilles) des objets environnementaux. / Procedural modeling of virtual worlds is an active research field in computer science. A large amount of methods have been published in this field : modeling of plants, trees, buildings, cities or terrains, and aging and weathering simulations. In this context, changes of appearance are a very active research field too, due to the way they impact the realism of produced virtual scenes. This research focuses on a procedural method that can represent the changes of appearance as geometrical decorations (snowfall, ice growth, leaves deposits, etc.) on very big scenes with a high level of details. We first propose a hierarchical scene design based on a construction tree whose leaves are environmental objects, a new kind of objects that generate their own geometrical decorations. We then present an implicit formalism to define the environment that contains all the information needed to guide decorations generation. Finally, we detail four procedural methods for generating the geometrical decorations (snow, ice, grass, leaves) of the environmental objects.

Les méthodes basées rayons sont connues pour simuler précisément les phénomènes d'ondes acoustiques, thermiques, radios ou encore optiques. L'efficacité de telles méthodes réside dans leur capacité à déterminer rapidement l'intersection la plus proche entre un rayon et les primitives géométriques composant l'environnement de simulation. Le plus souvent, une structure accélératrice est utilisée pour réduire la complexité algorithmique de la recherche. Ces trente dernières années, de nombreuses structures performantes ont été proposées. Cependant, toutes ont des inconvénients en fonction du type d'application et de la configuration de la scène.Nous proposons d'explorer une voie peu étudiée jusqu'alors, en utilisant une partition de l'espace convexe et contrainte (CCSP) comme structure accélératrice. Ce type de partition se distingue des structures classiques par plusieurs concepts apportant des propriétés uniques et intéressantes. Dans un premier temps, nous proposons une nouvelle structure accélératrice, de type CCSP, spécialement dédiée à la simulation en environnement architectural. Ensuite, nous utilisons ces résultats pour généraliser l'approche à des scènes quelconques. Nous nous concentrons notamment sur l'utilisation d'une tétraédrisation de Delaunay contrainte comme structure accélératrice et proposons un nouvel algorithme de parcours. / Ray-based methods are known to simulate accurately acoustic, thermic, radios or optic wave propagation phenomena. The efficiency of such a method lies in its capacity to quickly determine the closest intersection between a ray and the geometric primitives making up the simulation environment. Generally, an acceleration structure is used to reduce the algorithmic complexity of the search. These last thirty years, a lot of efficient structures have been proposed. However, all have drawbacks according to the application kind and the scene configuration. We propose to explore a way slightly studied up to then, using a constrained convex space partition (CCSP) as an acceleration structure. This kind of partition differs from conventional structures by several concepts bringing unique and interesting properties. In a first phase, we propose a new acceleration structure, based on a CCSP, specifically dedicated to simulation in architectural environments. Then, we used these results to generalize the approach to any kind of scene. In particular, we focus on the use of a constrained Delaunay tetrahedralization as an acceleration structure and propose a new traversal algorithm.

Cette thèse a pour objet l’étude de nouvelles méthodes de traitement d’image appliquées à l’analyse d’images numériques du fond d'œil de patients diabétiques. En particulier, nous nous sommes concentrés sur le développement algorithmique supportant un système de dépistage automatique de la rétinopathie diabétique. Les techniques présentées dans ce document peuvent être classées en trois catégories: (1) l’évaluation et l’amélioration de la qualité d’image, (2) la segmentation des lésions, et (3) le diagnostic. Pour la première catégorie, nous présentons un algorithme rapide permettant l’estimation numérique de la qualité d’une seule image à partir de caractéristiques extraites de la vascularisation et de la couleur du fond d'œil. De plus, nous démontrons qu’il est possible d’augmenter la qualité des images et de supprimer les artefacts de réflexion en fusionnant les informations extraites de plusieurs images d’un même fond d'œil (images capturées en changeant le point d’attention regardé par le patient). Pour la deuxième catégorie, deux familles de lésion sont ciblées: les exsudats et les microanévrysmes. Deux nouveaux algorithmes pour l’analyse des images du fond d'œil sont proposés et comparés avec les techniques existantes afin de démontrer leur efficacité. Dans le cas des microanévrismes, une nouvelle méthode basée sur la transformée de Radon a été développée. Dans la dernière catégorie, nous présentons un algorithme permettant de diagnostiquer la rétinopathie diabétique et les œdèmes maculaires en analysant les lésions détectées par segmentation d’image; à partir d’une seule image, notre algorithme permet de diagnostiquer une rétinopathie diabétique et/ou un œdème maculaire en ~ 22 secondes sur une machine à 1,6 GHz avec 4 Go de RAM; de plus, nous montrons les premiers résultats de notre algorithme de détection d'œdème maculaire basé sur des images du fond d'œil multiples, qui peut éventuellement permettre d’identifier le gonflement de la macula même si aucune lésion n’est visible. / In this Ph.D. thesis, we study new methods to analyse digital fundus images of diabetic patients. In particular, we concentrate on the development of the algorithmic components of an automatic screening system for diabetic retinopathy. The techniques developed can be categorized in: quality assessment and improvement, lesion segmentation and diagnosis. For the first category, we present a fast algorithm to numerically estimate the quality of a single image by employing vasculature and colour-based features; additionally, we show how it is possible to increase the image quality and remove reflection artefacts by merging information gathered in multiple fundus images (which are captured by changing the stare point of the patient). For the second category, two families of lesion are targeted: exudate and microaneurysms; two new algorithms which work on single fundus images are proposed and compared with existing techniques in order to prove their efficacy; in the microaneurysms case, a new Radon transform-based operator was developed. In the last diagnosis category, we have developed an algorithm that diagnoses diabetic retinopathy and diabetic macular edema based on the lesions segmented; starting from a single unseen image, our algorithm can generate a diabetic retinopathy and ma cular edema diagnosis in _22 seconds on a 1.6 GHz machine with 4 GB of RAM; additionally, we show the first results of a macular edema detection algorithm based on multiple fundus images, which can potentially identify the swelling of the macula even when no lesions are visible.

Ce manuscrit présente les travaux menés pour proposer un flot de conception permettant d’implanter des processeurs RISP dans un circuit reprogrammable (FPGA). Après une description des différentes solutions envisageables pour réaliser des prototypes dans le domaine du traitement d’image, ce document décrit une méthode qui consiste à générer des modèles matériels de processeurs destinés au traitement d’images, avec des opérateurs taillés sur une application donnée. Un ensemble d’expérimentations utilisant des algorithmes courants permet d’évaluer les performances du flot de conception proposé. Le prototypage rapide d’un système biométrique sans contact, basé sur la reconnaissance de paumes a été aussi réalisé sur la plateforme de test. / This manuscript presents work to propose a development cycle to establish RISP processors in a reprogrammable chip (FPGA). After a description of the various possible solutions to produce image processing prototypes, this document describes a method which consists in generating hardware models of processor target to image processing, with operators just for a given application. Test with a set of common algorithm makes evaluate the performances of the design cycle proposed. Rapid prototyping of a contact less biometric system, based on palmprint recognition, is also realized on the test platform.

Dans cette thèse, nous avons exploré différentes méthodes de recalage déformables pouvant être appliquées entre les images IRM et les images ETR acquises pendant la biopsie. Nous avons observé à partir d'une étude de la littérature que les méthodes de recalage déformables existantes pour le recalage des images de prostate multimodales ne fournissent pas de précisions satisfaisantes et que la plupart sont coûteuse [sic] en ressources informatiques, notre méthode proposée n'étant pas une exception à cette tendance. Dans ce contexte, notre objectif secondaire a été de rechercher une méthode de recalage déformable qui puisse être appliquée au cours des interventions (nécessitant du temps réel). Par conséquent, nous proposons un schéma d'apprentissage où les paramètres de déformation sont appris sur une série d'images d'entraînement puis modélisés et une estimation linéaire de ces modèles est ensuite appliquée pour recaler les images ETR-IRM. Cette solution assure une vitesse de calcul sans compromettre beaucoup la précision de recalage.Dans les expérimentations réalisées pour valider nos travaux, la sonde transrectale de biopsie n'était pas équippée pour permettre une localisation 3D (par conséquent, la position spatiale (coordonnée z) des ETR images par rapport au système d'imagerie n'était pas disponible). Toutefois, pour la fusion ETR-IRM, il est important d'identifier la coupe pré-biopsie axiale IRM qui correspond à l'image ETR acquise au cours de la biopsie. Par conséquent, un autre objectif de ce travail a été d'identifier automatiquement la coupe axiale IRM d'un volume pré-biopsie correspondant à l'image ETR en utilisant une méthode qui exploite les métriques de similarité basées sur l'image et la forme. / This thesis investigates the employment of different deformable registration techniques to register pre-operative magnetic resonance and inter-operative ultrasound images during prostate biopsy. Accurate registration ensures appropriate biopsy sampling of malignant prostate tissues and reduces the rate of re-biopsies. Therefore, we provide comparisons and experimental results for some landmark- and intensity-based registration methods: thin-plate splines, free-form deformation with B-splines. The primary contribution of this thesis is a new spline-based diffeomorphic registration framework for multimodal images. In this framework we ensure diffeomorphism of the thin-plate spline-based transformation by incorporating a set of non-linear polynomial functions. In order to ensure clinically meaningful deformations we also introduce the approximating thin-plate splines so that the solution is obtained by a joint-minimization of the surface similarities of the segmented prostate regions and the thin-plate spline bending energy. The method to establish point correspondences for the thin-plate spline-based registration is a geometric method based on prostate shape symmetry but a further improvement is suggested by computing the Bhattacharyya metric on shape-context based representation of the segmented prostate contours. The proposed deformable framework is computationally expensive and is not well-suited for registration of inter-operative images during prostate biopsy. Therefore, we further investigate upon an off-line learning procedure to learn the deformation parameters of a thin-plate spline from a training set of pre-operative magnetic resonance and its corresponding inter-operative ultrasound images and build deformation models by applying spectral clustering on the deformation parameters. Linear estimations of these deformation models are then applied on a test set of inter-operative and pre-operative ultrasound and magnetic resonance images respectively. The problem of finding the pre-operative magnetic resonance image slice from a volume that matches the inter-operative ultrasound image has further motivated us to investigate on shape-based and image-based similarity measures and propose for slice-to-slice correspondence based on joint-maximization of the similarity measures. / En aquesta tesi s'investiga l'ús de diferents tècniques de registre deformable per registrar imatges de ressonància magnètica preoperatòries i imatges d'ultrasò interoperatòries en la biòpsia de pròstata. Un registre correcte garanteix l'adequada presa de mostres de biòpsia dels teixits malignes de la pròstata i redueix la taxa de re-biòpsies. Aquesta tesis inicialment presenta una comparació i resultats experimentals d’uns dels mètodes de registre més utilitzats basats en intensitat i en punts (landmarks): thin-plate splines i deformacions free form utilitzant B-splines. La principal contribució d'aquesta tesi és una nova metodologia de registre per imatges multimodals basada en splines i formulació difeomòrfica. En aquesta metodologia, s’assegura el difeomorfisme de la transformació basada en thin-plate splines mitjançant la incorporació d'un conjunt de funcions polinòmiques no lineals. Per tal de garantir deformacions clínicament significatives també introduïm thin-plate splines aproximants de manera que la solució s'obté mitjançant una minimització conjunta de les similituds de la superfície de les regions de la pròstata segmentades i de l'energia de la curvatura del thin-plate spline. El mètode per establir les correspondències de punts per el registre en thin-plate splines és un mètode geomètric basat en la simetria de la forma de la pròstata. Alhora, es suggereix una millora addicional basada en la utilització de la mètrica Bhattacharyya en la representació de forma (shape context) dels contorns de la pròstata segmentats. La metodologia de deformació proposada inicialment és computacionalment costosa i no està ben adaptada per el registre interoperatiu durant la biòpsia de pròstata. Per tant, s’investiga més a fons un procediment d'aprenentatge off-line per aprendre els paràmetres de deformació dels thin-plate splines a partir d'un conjunt d'entrenament de dades ressonància magnètica preoperatòries i les seves corresponents imatges d'ultrasò interoperatòries i es construeixen models de deformació mitjançant l'aplicació de mètodes d’agrupació espectral (spectral clustering) en els paràmetres de deformació. Les estimacions lineals d'aquests models de deformació s'apliquen després en un conjunt de test de ressonància magnètica i ultrasò. El problema de trobar la llesca del volum de ressonància magnètica preoperatòria que coincideixi amb la imatge d'ultrasò interoperatòria ens ha motivat a investigar sobre les mesures de similitud basades en la forma i contingut de la imatge i ens ha portat a proposar un nou mètode per a la correspondència tall a tall basat en la maximització conjunta de les mesures de similitud esmentades

[...] L’utilisation d’images ETR pour la biopsie est maintenant une norme suivie par les urologues pour le dépistage du cancer de la prostate. Toutefois, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) offre un meilleur contraste des tissus mous par rapport aux images ETR. Ainsi, certaines tumeurs malignes visibles par l’IRM ne le sont pas avec les images ETR comme illustré par l’image de la figure 1. En fusionnant les deux modalités IRM et échographie transrectale, il est possible de développer des outils performants de diagnostic. C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet PROSCAN qui est une collaboration entre le centre de recherche VICOROB (Computer Vision and Robotics Group) de l’université de Gérone et le Girona Magnetic Resonance Center du CHU de Gérone. [...] .. L’objectif principal de cette thèse est de développer des méthodes de segmentation précises et rapides de la prostate dans les images IRM ET ETR afin de faciliter la fusion d’images multimodales dans le cadre du projet PROSCAN. [...] Nous avons commencé notre travail par une étude approfondie des méthodes de segmentation dans les deux modalités échographie transrectale et IRM. Les principales similitudes et les différences entre les diverses méthodes, leurs forces et faiblesse sont été analysées. Les méthodes de segmentation de la prostate peuvent être regroupées dans quatre catégories différentes, selon les informations utilisées pour guider la segmentation [...] L’analyse des méthodes de segmentation montre que les approches qui combinent les informations de forme et de contour donnent les meilleurs résultats. Aussi, nous proposons d’utiliser le modèle AAM (Actice Appearance Model) qui a prouvé son efficacité pour la segmentation de la prostate dans les image d’échographietransrectale. Le modèle AAM permet de combiner les informations de forme et d’apparence en une unique fonction de coût à optimiser. De plus, l’étape d’optimisation par descente de gradient faite hors-ligne réduit considérablement les temps de calcul.Les images obtenues par échographie transrectale possèdent généralement une faible qualité ainsi qu’un faible contraste. Pour améliorer la robustesse de notre méthode de segmentation, nous introduisons des caractéristiques de texture extraits avec les ondelettes de Haar et des filtres en quadrature. Les résultats obtenus montrent que cette information de texture accroit la précision de la segmentation. Parailleurs, l’augmentation du temps de calcul due à l’utilisation des filtres est compensé par l’augmentation de la précision.Pour une initialisation automatique, nous avons développé un modèle probabiliste basé sur une classification supervisée. Un classifieur est construit à partird’un ensemble d’images d’apprentissage manuellement segmentées. Ce classifieur est utilisé pour obtenir une pré-segmentation de la prostate dans l’image ETR dans laquelle on attribue à chaque pixel une probabilité d’appartenance à la prostate. Unnouveau modèle AAM est ensuite construit dans lequel les intensités sont remplacéespar les probabilités obtenues à l’etape précédente. Les résultats obtenus montrent que cette approche permet une initialisation automatique tout en améliorant laprécision de la segmentation.Enfin, pour obtenir un modèle plus robuste nous avons utilisé la fonctionnelle de Mumford-Shah qui permet de définir une fonction de coût à optimiser comprenant à la fois les informations d’apparence, de forme et de topologie locale de laprostate. Les nombreux résultats qualitatifs et quantitatifs présentés dans la suite de ce manuscrit montrent que notre méthode donne de meilleurs résultats comparé à diverses autres approches. / Prostate segmentation in trans rectal ultrasound (TRUS) and magnetic resonanceimages (MRI) facilitates volume estimation, multi-modal image registration, surgicalplaning and image guided prostate biopsies. The objective of this thesis is to developshape and region prior deformable models for accurate, robust and computationallyefficient prostate segmentation in TRUS and MRI images. Primary contributionof this thesis is in adopting a probabilistic learning approach to achieve soft classificationof the prostate for automatic initialization and evolution of a shape andregion prior deformable models for prostate segmentation in TRUS images. Twodeformable models are developed for the purpose. An explicit shape and regionprior deformable model is derived from principal component analysis (PCA) of thecontour landmarks obtained from the training images and PCA of the probabilitydistribution inside the prostate region. Moreover, an implicit deformable model isderived from PCA of the signed distance representation of the labeled training dataand curve evolution is guided by energy minimization framework of Mumford-Shah(MS) functional. Region based energy is determined from region based statistics ofthe posterior probabilities. Graph cut energy minimization framework is adoptedfor prostate segmentation in MRI. Posterior probabilities obtained in a supervisedlearning schema and from a probabilistic segmentation of the prostate using an atlasare fused in logarithmic domain to reduce segmentation error. Finally a graphcut energy minimization in the stochastic framework achieves prostate segmentationin MRI. Statistically significant improvement in segmentation accuracies areachieved compared to some of the works in literature. Stochastic representation ofthe prostate region and use of the probabilities in optimization significantly improvesegmentation accuracies / La segmentació de la pròstata en imatges d’ecografia transrectal (TRUS) i en imatgesde ressonáncia magnètica (RM) facilita l’estimació del volum d’aquesta glàndula,el registre d’imatges entre ambdues modalitats, així com la planificació quirrgica debiòpsies guiades per imatge. L’objectiu d’aquesta tesi, doncs, és el desenvolupamentd’eines automàtiques per a una segmentació de la pròstata de manera precisa,robusta i computacionalment eficient en ambdues modalitats d’imatges.La contribució principal d’aquest tesi és la segmentació de les imatges ecogràfiquesde la pròstata. El mètode proposat es basa en dos passos ben diferenciats. Primer, através d’un aprenentatge probabilístic inicial, s’aconsegueix una primera localitzacióaproximada de la pròstata i que serveix per, en un segon pas, inicialitzar i permetreevolucionar de manera automàtica dos models deformables independents, guiats apartir de la informació de forma i regió de la pròstata estimada en el primer pas. Elprimer model deformable s’obté explícitament a partir de l’anàlisi de componentsprincipals (PCA) d’un conjunt de punts del contorn, que permet modelar la formade la pròstata, i de l’anàlisi PCA de la distribució de probabilitat dins de la regióprostàtica, que permet modelar la textura d’aquesta. Un tercer anàlisi PCA permetcorrelacionar ambdues distribucions. D’altra banda, un segon model deformable esderiva implícitament de l’anàlisi PCA de la funció distància obtinguda amb el conjuntde dades d’entrenament etiquetades. La consegüent evolució d’aquesta corbas’obté mitjanant la minimització del funcional Mumford-Shah, el qual es basa en unconjunt d’estadístics regionals obtinguts a partir de l’estimació de les probabilitatsa posteriori de les regions internes i externes de la pròstata.La segona contribució d’aquesta tesi és la segmentació automàtica de la pròstataen imatges 3D de RM. De manera similar a les imatges ecogràfiques, el sistemacombina les probabilitats d’un aprenentatge supervisat amb una segmentació inicial,en aquest cas, obtinguda a partir d’un atles probabilístic creat amb els volumsd’entrenament. La segmentació final s’obté a través d’una minimització basada engrafs.El resultat final és, doncs, el desenvolupament d’eines que permeten una segmentació acurada i robusta de la pròstata tant en imatges ecogròfiques com deressonòncia magnètica, millorant de forma substancial i significant la precisió delsmètodes desenvolupats fins a l’actualitat