Ein bezüglich Datenakquisition und Nachverarbeitung optimiertes Visualisie-rungsprotokoll zur dreidimensionalen Darstellung der Hirnnerven V-VIII im Be-reich der basalen Zisternen wird vorgestellt. Auf der Basis von hochauflösen-den MRT Daten und unter Verwendung der Volume-Rendering-Technik entstanden insgesamt 10 Standardansichten der genannten Hirnnerven, die deren vollständige und zeiteffektive intrazisternale Abbildung mit besonderer Beachtung pathophysiologisch relevanter Zonen ermöglichen. Das Protokoll zeigte in der Evaluation an Patienten mit neurovaskulären Konflikten und an-deren neuralen Kompressionssyndromen im Bereich des Kleinhirnbrücken-winkels seine Eignung bezüglich Bildqualität und diagnostischer Wertigkeit. Probleme traten vor allem aufgrund von Pulsations- und Bewegungsartefakten im akquirierten MRT-Datensatz, sowie zu enger Zisternen auf der Höhe der virtuellen Kameraposition auf. Diese ließen sich in den meisten Fällen jedoch durch leichte Parametervariationen beheben. Zur genauen Identifikation der Gefäße und zur Vermeidung der Weitergabe von Fehlzuordnungen war zu-sätzlich zu den Rekonstruktionen die Betrachtung des Originaldatensatzes er-forderlich. Die Nachverfolgung der mit dem beschriebenen Protokoll virtuell zisternoskopisch untersuchten Patienten ergab bei der weit überwiegenden Zahl der verfolgbaren Patienten Konsequenzen hinsichtlich Diagnose und/oder Therapie. Die Korrelation mit intraoperativen Befunden konnte nur bei zwei Patienten mit Akustikusneurinomen erfolgen, wobei hier eine Über-einstimmung festgestellt werden konnte. Ursache für die nur geringe Zahl der zur Verfügung stehenden intraoperativen Befunde ist die lange Latenz zwi-schen Bildgebung und neurochirurgischer Intervention bei neurovaskulären Konflikten. Zusammenfassend lässt sich feststellen dass die virtuelle Zister-noskopie nach dem vorgestellten Protokoll eine komplementäre Bildgebungs-technik ist, die wichtige räumliche Informationen zu neurovaskulären Interakti-onen in den basalen Zisternen liefert. Weitere Untersuchungen, insbesondere die intraoperative Befundkorrelation, sind jedoch erforderlich. / The following thesis presents a protocol for the three-dimensional visualization of the cranial nerves V-VIII within the basal cisterns, being optimized with regard to data acquisition and postprocessing. Based on high resolution MRI datasets and using the volume rendering technique, 10 standardized views of the aforementioned cranial nerves were developed. Thus, the complete and time effective intracisternal depiction was intended to be made possible, focussing on pathophysiological important areas of the nerves. The protocol showed its suitability concerning image quality and diagnostic value in evaluation of patients with neurovascular conflicts or other neural compression syndromes in the cerebello-pontine angle. Problems mainly occurred as a result of pulsation and motion artefacts in the MR dataset and narrow cisterns in the level of the virtual camera position. In most cases they could be solved by slight variations of the postprocessing parameters. To guaranty the correct identification of the vessels and to avoid the risk of giving incorrectly assigned anatomic information to subsequent readers, the additional inspection of original dataset is necessary. In the follow up of the examined patients consequences in diagnosis and/or therapy were found in the most cases. The correlation of the virtual cisternoscopic images with the intraoperative results could only be performed in two patients with acoustic neuromas and was successful. The reason for the small amount of available intraoperative results is the latency between imaging and neurosurgical intervention in neurovascular conflicts. Concluding the virtual cisternoscopy following the introduced protocol is a complementary imaging technique that provides important spatial information about neurovascular interactions within the basal cisterns. Yet further investigations, especially the intraoperative correlation of the results, are necessary.

Les imageurs des hôpitaux produisent de plus en plus d'images 3D et il y a un nombre croissant d'études de cohortes. Afin d'ouvrir la voie à des méthodes utilisant de larges bases de données, il est nécessaire de développer des approches permettant de rendre ces bases cohérentes en recalant les images. Les principales méthodes actuelles de recalage de groupes utilisent des données denses (voxels) et sélectionnent une référence pour mettre en correspondance l'ensemble des images. Nous proposons une approche de recalage par groupes, sans image de référence, en utilisant seulement des points d'intérêt (Surf3D), applicable à des bases de plusieurs centaines d'images médicales. Nous formulons un problème global fondé sur l'appariement de points d'intérêt. La variabilité inter-individu étant grande, le taux de faux positifs (paires aberrantes) peut être très important (70\%). Une attention particulière est portée sur l'élimination des appariements erronés. Une première contribution effectue le recalage rigide de groupes d'images. Nous calculons les recalages de toutes les paires d'images. En s'appuyant sur le graphe complet de ces recalages, nous formulons le problème global en utilisant l'opérateur laplacien. Des expérimentations avec 400 images scanner CT 3D hétérogènes illustrent la robustesse de notre méthode et sa vitesse d'exécution. Une seconde contribution calcule le recalage déformable de groupes d'images. Nous utilisons des demi-transformations, paramétrées par des pyramides de B-splines, entre chaque image et un espace commun. Des comparaisons sur un jeu de données de référence montrent que notre approche est compétitive avec la littérature tout en étant beaucoup plus rapide. Ces résultats montrent le potentiel des approches basées sur des points d'intérêt pour la mise en correspondance de grandes bases d'images. Nous illustrons les perspectives de notre approche par deux applications : la segmentation multi-atlas et l'anthropologie. / The ever-increasing amount of medical images stored in hospitals offers a great opportunity for big data analysis. In order to pave the way for huge image groups screening, we need to develop methods able to make images databases consistent by group registering those images. Currently, group registration methods generally use dense, voxel-based, representations for images and often pick a reference to register images. We propose a group registration framework, without reference image, by using only interest points (Surf3D), able to register hundreds of medical images. We formulate a global problem based on interest point matching. The inter-patient variability is high, and the outliers ratio can be large (70\%). We pay a particular attention on inhibiting outliers contribution. Our first contribution is a two-step rigid groupwise registration. In the first step, we compute the pairwise rigid registration of each image pair. In a second step, a complete graph of those registrations allows us to formulate a global problem using the laplacian operator. We show experimental results for groups of up to 400 CT-scanner 3D heterogeneous images highlighting the robustness and speed of our approach. In our second contribution, we compute a non-rigid groupwise registration. Our approach involves half-transforms, parametrized by a b-spline pyramid, between each image and a common space. A reference dataset shows that our algorithm provides competitive results while being much faster than previous methods. Those results show the potential of our interest point based registration method for huge datasets of 3D medical images. We also provide to promising perspectives: multi-atlas based segmentation and anthropology.

Les alliages de titane β-métastables comme le Ti-10V-2Fe-3Al se substituent progressivement aux alliages α/β dans les applications aéronautiques du fait de leur résistance spécifique améliorée. Leurs microstructures d'emploi sont cependant complexes et multi-échelles, constituées d'une matrice β (de grains millimétriques) partiellement transformée en nodules primaires αp (micrométriques) et en lamelles secondaires αs (sub-micrométriques). Les propriétés finales peuvent être très sensibles aux variations locales de microstructures et sont souvent non maîtrisées lors du forgeage de pièces massives. De plus la matrice β qui représente ~40% du volume et qui a un comportement élastique et plastique fortement anisotrope, comme la phase α, complique la compréhension des mécanismes de déformation en jeu. Le premier objectif de cette thèse est de mettre en œuvre des techniques de caractérisation multi-échelles (la diffraction des neutrons, l'imagerie électronique couplée à l'analyse d'image et l'EBSD, la reconstruction des microtextures de haute température β/αp) pour analyser efficacement la microstructure/texture des constituants β/αp/αs et caractériser leurs hétérogénéités au sein de demi-produits et de pièces obtenues par matriçage. Les résultats permettent d'analyser la fragmentation des grains β en sous-grains, les macrozones αp, le maintien de relation d'orientation entre β/αp et l'organisation des lamelles αs en colonies ou paniers tressés, en pointant les différences de taille de domaines révélés par la cristallographie et l'imagerie standard. Le second objectif est d'appliquer cette méthodologie à l'analyse de facies de rupture d'éprouvettes présentant un comportement singulier (en traction ou en fatigue) pour caractériser les configurations microstructurales à l'origine de l'amorçage de fissures. Cette analyse a principalement été réalisée par polissage manuel du faciès couplé à des acquisitions EBSD mais également en exploitant le potentiel de l'imagerie 3D par MEB-FIB (Focus Ion Beam) et la technique TKD (Transmission Kikuchi Diffraction) sur lame mince prélevée au niveau d'un site d'amorçage par FIB. Enfin, cette étude expérimentale a été complétée par une première approche en simulation micromécanique sur une microstructure modèle 100% β. L'objectif était d'évaluer l'influence de l’anisotropie élastique de la phase β sur la genèse de contraintes d'incompatibilités dans les régimes élastique et élasto-plastique. L'ensemble des résultats contribue à une meilleure compréhension des variations de propriétés mécaniques en lien avec la microstructure locale / The β-metastable titanium alloys such as Ti-10V-2Fe-3Al are gradually replacing α/β alloys in aeronautical applications thanks to their improved specific strength. However, their microstructures are complex and multi-scale, consisting of a β matrix (of millimetric grains) partially transformed into primary αp nodules (micrometric) and secondary αs lamellae (sub-micrometric). The final mechanical properties are very sensitive to local variations of the microstructure, which are not always fully controlled during forging of massive parts. Moreover, the β matrix, which represent 40% of the volume and whose elastic and plastic behavior is strongly anisotropic (like the α phase) complicates the understanding of the mechanisms of deformation. The first objective of this thesis was to efficiently characterize the microstructure/texture of the different constituents (β/αp/αs) and their heterogeneities within half-finished products and forged parts by using techniques of multi-scale characterization (neutron diffraction, electronic imaging coupled with image analysis and EBSD, reconstruction of high temperature microtextures β/αp). As a result the fragmentation of the β grains into subgrains, the αp macrozones, the destruction of the orientation relation between β/αp and the organization of the αs lamellae in colonies or basket weave was quantified and the differences in size of domains revealed by crystallography and by standard imaging were pointed out. The second objective is to apply this methodology to the analysis of fracture surfaces of samples exhibiting singular behavior (in tension or in fatigue) in order to characterize the microstructural configurations leading to early cracking. This analysis was mainly performed by manual polishing coupled with EBSD acquisitions but also by using 3D imaging by SEM-FIB (Focus Ion Beam) and TKD (Transmission Kikuchi Diffraction) technique on a thin foil FIB-extracted from the crack initiation site. Finally, this experimental study was completed by a micromechanical simulation on a 100% β model microstructure. The objective was to evaluate the influence of the elastic anisotropy of the β phase on the genesis of incompatibility stresses in the elastic and elasto-plastic regimes. The overall results contribute to a better understanding of the variations of mechanical properties related to the local microstructure

La tomographie en contraste de diffraction est une nouvelle technique non destructive d'imagerie synchrotron qui caractérise la microstructure et l'orientation des grains dans les matériaux polycristallins en trois dimensions (3D). En la combinant avec la tomographe par contraste de phase. Il est pour la première fois possible d'observer in situ la propagation 3D des fissures de fatigue courtes au sein d'un ensemble de grains entièrement caractérisé (orientation et forme). L'approche combinée, appelée « tomographie tri-dimensionnelle par rayons X des fissures courtes et de la microstructure »(T3DXFM), a été développée sur l’alliage de titane métastable "Beta21S". Une grande partie de ce travail porte sur le développement de la méthodologie T3DXFM. Dans le jeu de données combinées, chaque point de la surface de rupture 3D peut être associé à une structure de données multidimensionnelle contenant des variables décrivant l'orientation des grains, l'orientation locale de la surface de rupture ainsi que l'histoire de la propagation. La méthode utilise un maillage de surface composé de triangles qui décrit la fissure (en d'autres termes: la surface de rupture) dans l'état de propagation mesuré au dernier cycle de fatigue réalisé. Les orientations des grains, les différents fronts de la fissure, les vitesses de croissance locales ainsi que les joints de grains peuvent être visualisés en attribuant des couleurs à ce maillage. Des outils d'extraction des figures de pôle ont été créés et mis en œuvre. Un algorithme a été développé qui est capable de mesurer la vitesse de propagation locale 30 d'une fissure contenant des branchements. / X-Ray Diffraction Contrast Tomography (DCT) is a recently developed, non-destructive synchrotron imaging technique which characterizes microstructure and grain orientation in polycrystalline materials in three dimensions (3D). By combining it with propagation based phase contrast tomography (PCT) it is for the first lime possible to observe in situ the 3D propagation behavior of short fatigue cracks (SFCs) within a set of fully characterized grains (orientation and shape). The combined approach, termed 3D X-ray Tomography of short cracks and Microstructure (3DXTSM), has been developed on the metastable beta titanium alloy "Beta21S". A large part of this work deals with the development of the 3DXTSM methodology. In the combined dataset, each point on the 3D fracture surface can be associated with a multidimensional data structure containing variables describing the grain orientation, the local fracture surface normal and the propagation history. The method uses a surface mesh composed of triangles that describes the crack (in other words: the fracture surface) in the last propagation state measured. Grain orientations, crack fronts, local growth rates and grain boundaries can be visualized by assigning colors to this mesh. The data structure can be interrogated in a number of different ways. Tools for extracting pole figures and pole density distribution functions have been implemented. An algorithm was developed that is capable of measuring the 3D local growth rate of a crack containing branches. The accuracy of the grain boundaries as reconstructed with OCT was evaluated and the elastic constants of Beta21S were determined.

Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma área da robótica chamada robótica móvel. Um robô móvel deve realizar uma navegação segura e esta é a principal motivação deste trabalho. Para tal foi desenvolvido um simulador de robótica móvel com visualização em 3D. Um dos grandes interesses na área de robótica móvel é a utilização de algoritmos de inteligência artificial. O objetivo deste trabalho é a utilização e simulação de inteligência artificial para o controle destinado ao desvio de obstáculos. As simulações são dinâmicas, ou seja, o robô não tem informação previa do cenário. Os algoritmos de inteligência artificial implementadas neste trabalho são lógica Fuzzy e Neurofuzzy. As contribuições do simulador são: a simulação e visualização em 3D com o cenário modelado em um programa CAD/3D, permite testar diversas configurações antes de testar o robô real, simula o ruído de sensores, utiliza lógica fuzzy e neurofuzzy para o desvio de obstáculos. Os resultados mostram a capacidade do sistema fuzzy para lidar com os dados ruidosos dos sensores assim como a influência das variáveis antecedentes e conseqüentes do sistema fuzzy de no comportamento do robô móvel para o desvio de obstáculos além da capacidade do sistema neurofuzzy de aprender a partir dos dados de treinamento mostrando uma melhoria no resultado das simulações. / This work has as objective the study of an area of the robotics named mobile robotics. A mobile robot must navigate in a safe way and this is the main motivation of this work. To do that a mobile robotics simulator with 3D visualization was developed. One of the great interests in mobile robotics is using artificial intelligence algorithms. The main point of this work is using and simulate artificial intelligence applied in obstacle avoidance control. The simulations are dynamics it means that the robot do not have previous information about the scenery. The artificial intelligence algorithms developed in this work are Fuzzy and Neurofuzzy logics. The simulator contributions are that the simulation and 3D visualization where the scenery is a 3D model from a CAD/3D software besides allows to test many configurations before testing the real robot and simulates noise from sensors and uses fuzzy and neurofuzzy logics to obstacle avoidance. The results show the fuzzy system capability to deal with the noisy data from sensors and how fuzzy variables influences the mobile robot behavior in obstacle avoidance besides the ability of neurofuzzy system to learn from training data showing improvements in the simulation results.

Este trabalho tem como objetivo o estudo de uma área da robótica chamada robótica móvel. Um robô móvel deve realizar uma navegação segura e esta é a principal motivação deste trabalho. Para tal foi desenvolvido um simulador de robótica móvel com visualização em 3D. Um dos grandes interesses na área de robótica móvel é a utilização de algoritmos de inteligência artificial. O objetivo deste trabalho é a utilização e simulação de inteligência artificial para o controle destinado ao desvio de obstáculos. As simulações são dinâmicas, ou seja, o robô não tem informação previa do cenário. Os algoritmos de inteligência artificial implementadas neste trabalho são lógica Fuzzy e Neurofuzzy. As contribuições do simulador são: a simulação e visualização em 3D com o cenário modelado em um programa CAD/3D, permite testar diversas configurações antes de testar o robô real, simula o ruído de sensores, utiliza lógica fuzzy e neurofuzzy para o desvio de obstáculos. Os resultados mostram a capacidade do sistema fuzzy para lidar com os dados ruidosos dos sensores assim como a influência das variáveis antecedentes e conseqüentes do sistema fuzzy de no comportamento do robô móvel para o desvio de obstáculos além da capacidade do sistema neurofuzzy de aprender a partir dos dados de treinamento mostrando uma melhoria no resultado das simulações. / This work has as objective the study of an area of the robotics named mobile robotics. A mobile robot must navigate in a safe way and this is the main motivation of this work. To do that a mobile robotics simulator with 3D visualization was developed. One of the great interests in mobile robotics is using artificial intelligence algorithms. The main point of this work is using and simulate artificial intelligence applied in obstacle avoidance control. The simulations are dynamics it means that the robot do not have previous information about the scenery. The artificial intelligence algorithms developed in this work are Fuzzy and Neurofuzzy logics. The simulator contributions are that the simulation and 3D visualization where the scenery is a 3D model from a CAD/3D software besides allows to test many configurations before testing the real robot and simulates noise from sensors and uses fuzzy and neurofuzzy logics to obstacle avoidance. The results show the fuzzy system capability to deal with the noisy data from sensors and how fuzzy variables influences the mobile robot behavior in obstacle avoidance besides the ability of neurofuzzy system to learn from training data showing improvements in the simulation results.

Abstract In this thesis, a new type of laser diode transmitter using enhanced gain-switching suitable for use with a single photon avalanche diode (SPAD) detector was developed and tested in the pulsed time-of-flight laser range finding (lidar) application. Several laser diode versions were tested and the driving electronics were developed. The driving electronics improvements enabled a pulsing frequency of up to 1 MHz, while the maximum laser output power was about 5–40 W depending on the laser diode dimensions. The large output power is advantageous especially in conditions of strong photon noise emerging from ambient light outdoors. The length of the laser pulse matches the jitter of a typical SPAD detector providing several advantages. The new laser pulser structure enables a compact rangefinder for 50 m distance measurement outdoors in sunny conditions with sub-centimeter precision (σ-value) at a valid distance measurement rate of more than 10 kHz, for example. Single photon range finding techniques were also shown to enable a char bed level measurement of a recovery boiler containing highly attenuating and dispersing flue gas. In addition, gated single photon detector techniques were shown to provide a rejection of fluorescent photons in a Raman spectroscope leading to a greatly improved signal-to-noise ratio. Photonic effects were also studied in the case of a pulsed time-of-flight laser rangefinder utilizing a linear photodetector. It was shown that signal photon noise has an effect on the optimum detector configuration, and that pulse detection jitter can be minimized with an appropriate timing discriminator. / Tiivistelmä Tässä työssä kehitettiin uudentyyppinen, tehostettua "gain-switchingiä" hyödyntävä laserdiodilähetin käytettäväksi yksittäisten fotonien avalanche-ilmaisimien (SPAD) kanssa, ja sitä testattiin pulssin lentoaikaan perustuvassa laseretäisyysmittaussovelluksessa. Useita laserdiodiversioita testattiin ja ohjauselektroniikkaa kehitettiin. Ohjauselektroniikan parannukset mahdollistivat jopa 1 MHz pulssitustaajuuden, kun taas laserin maksimiteho oli noin 5–40 W riippuen laserdiodin dimensioista. Suuri lähtöteho on edullinen varsinkin vahvoissa taustafotoniolosuhteissa ulkona. Laserpulssin pituus vastaa tyypillisen SPAD-ilmaisimen jitteriä tarjoten useita etuja. Uusi laserpulssitinrakenne mahdollistaa esimerkiksi kompaktin etäisyysmittarin 50 m mittausetäisyydelle ulkona aurinkoisessa olosuhteessa mm–cm -mittaustarkkuudella (σ-arvo) yli 10 kHz mittaustahdilla. Yksittäisten fotonien lentoaikamittaustekniikan osoitettiin myös mahdollistavan soodakattilan keon korkeuden mittauksen, jossa on voimakkaasti vaimentavaa ja dispersoivaa savukaasua. Lisäksi portitetun yksittäisten fotonien ilmaisutekniikan osoitettiin hylkäävän fluoresenssin synnyttämiä fotoneita Raman-spektroskoopissa, joka johtaa selvästi parempaan signaali-kohinasuhteeseen. Fotoni-ilmiöitä tutkittiin myös lineaarista valoilmaisinta hyödyntävän pulssin kulkuaikamittaukseen perustuvan lasertutkan tapauksessa. Osoitettiin, että signaalin fotonikohina vaikuttaa optimaaliseen ilmaisinkonfiguraatioon, ja että pulssin ilmaisujitteri voidaan minimoida sopivalla ajoitusdiskriminaattorilla.

Cette thèse vise à améliorer la résolution en trois dimensions grâce à une technique récente d’imagerie : la microscopie tomographique diffractive (MTD). Son principe est d’éclairer l’objet successivement sous différents angles en lumière cohérente, de détecter le champ diffracté en phase et en amplitude, et de reconstruire la carte 3D de permittivité de l’objet par un algorithme d’inversion. La MTD s’est avérée capable de combiner plusieurs modalités utiles pour la microscopie sans marquage, telles que plein champ, champ sombre, à contraste de phase, confocale, ou encore la microscopie à synthèse d’ouverture 2D ou 3D. Toutes sont basées sur des approximations scalaires et linéaires, ce qui restreint leur domaine d’application pour restituer l’objet de manière quantitative. A l’aide d’une inversion numérique rigoureuse prenant en compte la polarisation du champ et le phénomène de diffusion multiple, nous sommes parvenus à reconstruire la carte 3D de permittivité d’objets avec une résolution de λ/4. Une amélioration supplémentaire la portant à λ/10 a été rendue possible par l’insertion d’information a priori sur l’objet dans l’algorithme d’inversion. Enfin, la résolution axiale est moins bonne du fait de l’asymétrie des schémas d’illumination et de détection dans les microscopes. Pour s’affranchir de cette limitation, une configuration de tomographie assistée par miroir a été implémentée et a mis en évidence un pouvoir de séparation axial meilleur que λ/2. Au final, la MTD s’est illustrée comme un outil de caractérisation puissant pour reconstruire en 3D les objets ainsi que leurs indices optiques, à des résolutions bien supérieures à celles des microscopes conventionnels. / This PhD thesis is devoted to the three-dimensional isotropic resolution improvement using optical tomographic diffraction microscopy (TDM), an emerging optical microscope technique. The principle is to illuminate the sample successively with various angles of coherent light, collect the complex (amplitude and phase) diffracted field and reconstruct the sample 3D permittivity map through an inversion algorithm. A single TDM measurement was shown to combine several popular microscopy techniques such as bright-field microscope, dark-field microscope, phase-contrast microscope, confocal microscope, 2D and 3D synthetic aperture microscopes. All rely on scalar and linear approximations that assume a linear link between the object and the field diffracted by it, which limit their applicability to retrieve the object quantitatively. Thanks to a rigorous numerical inversion of the TDM diffracted field data which takes into account the polarization of the field and the multiple scattering process, we were able to reconstruct the 3D permittivity map of the object with a λ/4 transverse resolution. A further improvement to λ/10 transverse resolution was achieved by providing a priori information about the sample to the non-linear inversion algorithm. Lastly, the poor axial resolution in microscopes is due to the fundamental asymmetry of illumination and detection. To overcome this, a mirror-assisted tomography configuration was implemented, and has demonstrated a sub-λ/2 axial resolution capability. As a result, TDM can be seen as a powerful tool to reconstruct objects in three-dimensions with their optical material properties at resolution far superior to conventional microscopes.

L'imagerie cone-beam computed tomography (CBCT) est une méthodologie de contrôle non destructif permettant l'obtention d'images volumiques d'un objet. Le système d'acquisition se compose d'un tube à rayons X et d'un détecteur plan numérique. La recherche développée dans ce manuscrit se déroule dans le contexte industriel. L'objet est placé sur une platine de rotation et une séquence d'images 2D est acquise. Un algorithme de reconstruction procure des données volumiques de l'atténuation de l'objet. Ces informations permettent de réaliser une étude métrologique et de valider ou non la conformité de la pièce imagée. La qualité de l'image 3D est dégradée par différents artefacts inhérents à la plateforme d'acquisition. L'objectif de cette thèse est de mettre au point une méthode de correction adaptée à une plateforme de micro-tomographie par rayons X d'objets manufacturés poly-matériaux. Le premier chapitre décrit les bases de la physique et de l'algorithmie propres à la technique d'imagerie CBCT par rayons X ainsi que les différents artefacts nuisant à la qualité de l'image finale. Le travail présenté ici se concentre sur deux types d'artefacts en particulier: les rayonnements secondaires issus de l'objet et du détecteur et le durcissement de faisceau. Le second chapitre présente un état de l'art des méthodes visant à corriger le rayonnement secondaire. Afin de quantifier le rayonnement secondaire, un outil de simulation basé sur des techniques de Monte Carlo hybride est développé. Il permet de caractériser le système d'acquisition installé au laboratoire de façon réaliste. Le troisième chapitre détaille la mise en place et la validation de cet outil. Les calculs Monte Carlo étant particulièrement prohibitifs en terme de temps de calcul, des techniques d'optimisation et d'accélération sont décrites. Le comportement du détecteur est étudié avec attention et il s'avère qu'une représentation 2D suffit pour modéliser le rayonnement secondaire. Le modèle de simulation permet une reproduction fidèle des projections acquises avec le système réel. Enfin, le dernier chapitre présente la méthodologie de correction que nous proposons. Une première reconstruction bruitée de l'objet imagé est segmentée afin d'obtenir un modèle voxélisé en densités et en matériaux. L'environnement de simulation fournit alors les projections associées à ce volume. Le volume est corrigé de façon itérative. Des résultats de correction d'images tomographiques expérimentales sont présentés dans le cas d'un objet mono-matériaux et d'un objet poly-matériaux. Notre routine de correction réduit les artefacts de cupping et améliore la description du volume reconstruit. / Cone-beam computed tomography (CBCT) is a standard nondestructive imaging technique related to the acquisition of three-dimensional data. This methodology interests a wide range of applications. An industrial CBCT system comprises an X-ray source and a flat-panel detector. Radiographic images are acquired during a rotation of the object of interest. A reconstruction algorithm leads to a volumic representation of the object and a post-processing routine assesses its validity. Accurate quantitative reconstruction is needed to perform an efficient diagsnotic. However, it is challenged by the presence of different artefacts coming from the acquisition itself. This thesis aims at analyzing and correcting those artefacts in a context of industrial micro-tomography. After an introduction to the physical and algorithmic background of CBCT, the artefacts are presented. Our study adresses two major artefacts: beam hardening and scatter radiations coming from the object and the detector. The second chapter reports on the state of the art in secondary radiation correction. A simulation model of the CBCT imaging chain is developed in a Monte Carlo environment. This model is designed to be realistic in order to get an accurate insight on the processes contributing to the final image formation. The third chapter focuses on the built and validation of the simulation tool. Monte Carlo methods are exact but prohibitively slow. Consequently, acceleration and optimization techniques are used to speed-up the calculations without loss of accuracy. A layer model of the flat-panel detector gives some insight on its secondary radiation behavior. More specifically, we demonstrate that a 2D description of the detector would be sufficient to compute its contribution. Our projection tool fits well with the real system. Finally, the last chapter describes our iterative correction method. The noisy initial reconstruction is segmented into different materials and densities and fed to the simulation framework. Beam hardening and secondary radiations are corrected via the volume reconstructed from the difference between acquired and simulated projections. This correction method is shown to be effective on both mono-material and poly-material objects.

Les réseaux traitant l’information, intègrent différentes technologies incluant une large gamme de dispositifs aux capacités et puissances très variées et capables de gérer une immense quantité d’informations sous forme de données d’une grande diversité de formats. La recherche sur l'imagerie 3D, la réalité virtuelle et autres techniques holographiques permettront d’offrir de nouvelles techniques d’interactions homme/machine (IHM), notamment pour les appareils mobiles. Cela enrichira encore la variété et la diversité de ces dispositifs. Beaucoup d'efforts ont été faits, notamment ces dernières années, afin d’établir une intégration ouverte, évolutive et transparente des différentes technologies permettant l’affichage de contenus, notamment d’images 2D et 3D et ce pour tout type de système, y compris mobile en tenant compte, notamment et de plus en plus, de la situation géographique individuelle de l'utilisateur final. Sur ces différents points, la tâche est loin d’être terminée. Cette thèse représente, dans ce contexte, une contribution, vers la généralisation de la transportabilité des informations pour des objets communicants de natures différentes, notamment portables, particulièrement dans le cas de l’imagerie en 3 dimensions, de plus en plus exploitée.L'objectif de ce travail de recherche est de trouver un moyen de résoudre le problème énoncé ci-dessus en proposant une architecture pour fournir un accès sans contrainte, continu et personnalisé pour le contenu et les applications interactives partout et à tout moment avec la plus grande quantité possible d’appareils communicants. Un exemple d’exploitation utile et particulièrement adaptée d'un tel système est l'apprentissage sur mobile en raison de la grande diversité des appareils communicants disponibles, dotés de caractéristiques et de fonctionnalités très différentes. Comme solution au problème considéré, une nouvelle architecture nommée "Smoothie" est proposée, un prototype a été développé et évalué en tant que composant important d'un jeu d'apprentissage collaboratif de langues étrangères nommé LLG (Language Learning Game). / Today’s network landscape consists of many different network technologies, a wide range of end-devices with large scale of capabilities and power, an immense quantity of information and data represented in different formats. Research on 3D imaging, virtual reality and holographic techniques will result in new user interfaces (UI) for mobile devices and will increase their diversity and variety. A lot of effort is being made in order to establish open, scalable and seamless integration of various technologies and content presentation for different devices including those that are mobile, considering the individual situation of the end user. Till today the research is going on in different parts of the world but the task is not completed yet.The goal of this research work was to find a way to solve the above stated problems by investigating system architectures to provide unconstrained, continuous and personalized access to the content and interactive applications everywhere and at anytime with different devices. As a Solution of the problem considered, a new architecture named “Smoothie” is proposed, developed as prototype and evaluated as an important feature of a collaborative foreign language learning game named LLG.