La thèse traite des capteurs à ondes élastiques de surface (SAW) et plus particulièrement de leur application pour la mesure des basses pressions et des hautes températures. Le premier chapitre est consacré à l’histoire des dispositifs SAW, depuis 1965. Les principes de fonctionnement des capteurs SAW sont décrits, ainsi que leurs avantages concurrentiels. La seconde partie du document concerne les outils théoriques utilisés pour la modélisation des ondes élastiques et pour la prévision de leur sensibilité aux perturbations. Des formules pour le calcul de la sensibilité à la déformation ou à la variation de température sont démontrées. Les approches de Nalamwar/Epstein et Tiersten sont toutes deux présentées pour le calcul de l’effet des déformations. La troisième partie de la thèse est consacrée à l’étude théorique et expérimentale d’un nouveau concept de capteur SAW de pression (proposé par l’auteur), pour la mesure précise du vide primaire et secondaire. Les résultats expérimentaux confirment l’ensemble des prévisions théoriques. Cette innovation a été brevetée fin 2006. Un design « ultime » de type MEMS est proposé pour maximiser les performances du capteur. Enfin, la dernière partie du document traite des capteurs SAW « wireless » passifs comme une solution prometteuse pour la mesure des hautes températures. La problématique des matériaux est abordée, ainsi que celle du calcul du TCD pour des structures bicouche. L’effet du champ de déformations généré par la dilatation thermique différente des couches est pris en compte pour améliorer la précision du calcul théorique du TCD. Cette approche est étayée par des résultats théoriques et expérimentaux. / The thesis deals with the application of SAW sensors for low pressure and high temperature measurements. The first chapter is devoted to the history of SAW devices, from 1965. The principles of SAW sensors are described, as well as their industrial and economical potentials. The second part is devoted to the theoretical tools, used to model the basic properties of elastic waves as well as their sensitivity to external disturbances. Formulas for calculating the sensitivity of devices under strain or temperature changes are inferred. The approaches of Nalamwar/Epstein and Tiersten to take into account the effect of strain fields are both presented. The third part is devoted to the study of a new SAW pressure sensor concept (suggested by the author), for the accurate measurement of primary and secondary vacuum. The experimental results confirm the theoretically predicted sensor parameters: measuring range, sensitivity, precision and response time. A patent is pending for this innovation. A more efficient MEMS-type design is elaborated to maximize the level of performances. Finally, the thesis deals with wireless passive SAW sensor as a very promising solution for measurement at high temperature. The issue of materials is discussed, as well as the classical way to calculate the Temperature Coefficient of Delay (TCD) for multilayered structures. The effect of the strain field induced in the SAW structure by the differential thermal expansion of the different layers is taken into account to improve the accuracy of TCD calculations. This original theoretical approach is supported by experimental and theoretical results.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Informatique : Avignon : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre. 138 p. Bibliogr. p. 131-138.

Th. doct.-ing.--Énerg. phys.--Grenoble--I.N.P., 1982. N°: DI 285.

Parmi les nombreuses applications potentielles des réseaux de capteurs sans fil, celles utilisant des capteurs d'image sont appréciables pour tout ce qui concerne la détection, la reconnaissance et la localisation d'objets par la vision. Des capteurs de petite taille, peu gourmands en énergie et dotés d'une caméra existent déjà au stade de prototype, mais des algorithmes de traitement et de compression de données, ainsi que des protocoles de communication de faible complexité et peu coûteux en énergie doivent être développés pour que ces applications puissent être envisagées en pratique. La contribution de cette thèse porte principalement sur deux aspects. Premièrement, nous avons proposé un protocole de transmission d'images semi-fiable pour réduire la consommation d'énergie des noeuds relayant les paquets jusqu'au collecteur. Les économies d'énergie sont obtenues en préparant à la source des paquets de différences priorités, grâce à une transformée en ondelettes de l'image, puis en conditionnant l'acheminement des paquets, saut par saut, suivant leur priorité et l'état de charge des batteries. Deuxièmement, nous avons étudié plus profondément les aspects de traitement et codage d'images à la source, et nous avons proposé un nouvel algorithme de compression d'images de faible complexité, combiné avec une technique d'entrelacement de pixels basée sur les automorphismes toriques. Des expérimentations sur une plate-forme réelle de réseau de capteurs d'images ont été réalisées afin de démontrer la validité de nos propositions, en mesurant des aspects telles que la quantité de mémoire requise pour l'implantation logicielle de nos algorithmes, leur consommation d'énergie et leur temps d'exécution, ainsi que la qualité des images reconstituées au récepteur en présence de pertes de paquets. / Among the many potential applications of wireless sensor networks, those using image sensors are valuable for everything concerning the detection, recognition and locating objects by sight. Sensors small, less energy and with a camera already exist in prototype stage, but processing algorithms and data compression and communication protocols of low complexity and low expensive energy should be developed for these applications can be envisaged in practice. The contribution of this thesis focuses on two aspects. First, we have proposed a protocol for transmitting images semi-reliable to reduce energy consumption nodes relaying packets until collector. Energy savings are achieved in preparing for the source of differences in priorities, with a wavelet transform of the image, then a condition for delivery of packages, jump by jump, according to their priority and status charging batteries. Secondly, we looked deeper aspects of processing and image coding to the source, and we have proposed a new compression algorithm of images of low complexity, combined with a technique of interlacing of pixels based on automorphism rings . Experiments on a platform of real network image sensors have been conducted to demonstrate the validity of our proposals, by measuring aspects such as the amount of memory required for the implementation of our software algorithms, their consumption energy and their execution time, and the quality of reconstructed images to a receiver in the presence of lost packages.

Ce travail de thèse rassemble nos résultats d’étude sur l’utilisation des modes de résonance acoustique pour réaliser des capteurs distribués à base des fibres à cristaux photoniques (Photonic Crystal Fibres : PCF).Tout d’abord, nous avons démontré qu’à l’heure actuelle, il est difficile voire impossible de mesurer en rétrodiffusion les modes acoustiques transverses dans une fibre optique. Ces modes dont la fréquence est inférieure à 2 GHz, ont été mesurés dans une boucle non linéaire sur une PCF, une fibre conventionnelle et une fibre à dispersion décalée. Les différents spectres montrent une dépendance à la structure transverse des fibres.Ensuite, nous avons mis au point un réflectomètre Brillouin (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer : BOTDR) permettant de suivre en temps réel le spectre Brillouin le long d’une fibre avec une résolution spatiale de l’ordre d’une dizaine de mètres. Il est particulièrement capable de discriminer différents modes présents dans le spectre Brillouin.La comparaison des spectrogrammes obtenus sur différentes structures transverses de fibres, confirme que l’existence de multipics Brillouin dans les PCF est liée au très petit coeur (dont le diamètre est de l’ordre de la longueur d’onde de mesure) de la fibre.Enfin, toujours dans l’optique de mieux observer le spectre Brillouin distribué, nous avons développé un outil d’analyse Brillouin vectorielle permettant de cartographier avec précision les modes Brillouin hybrides grâce à la complémentarité du spectrogramme de phase. Les mesures réalisées sur une PCF dont le diamètre varie linéairement de 3,5 µm à 2,6 µm montrent un second mode Brillouin dont la fréquence varie à raison de -118,2 MHz/µm. / This thesis deals with the results of our study on the use of acoustic resonance modesto achieve distributed sensors based on photonic crystal fibres (Photonic Crystal Fibres :PCF).First, we demonstrated that at present it is difficult to measure backscattered transverseacoustic modes in an optical fibre. These modes whose frequency is below 2 GHzhave been measured in a loop on a nonlinear PCF, a conventional fibre and a dispersionshifted fibre. The different spectra show a dependence on the fibres cross section structure.Then we developed a Brillouin reflectometer (Brillouin Optical Time Domain Reflectometer: BOTDR) to monitor in real time the Brillouin spectrum along a fibre witha spatial resolution of about a dozen meters. It is particularly capable of discriminatingbetween different modes present in the Brillouin spectrum. Comparison of spectrogramsobtained on different transverse structures, confirms that the existence of Brillouin multipeakon PCF is linked to the very small core (with a diameter of about the wavelengthof measurement) of the fibre.Finally, in order to better observe the distributed Brillouin spectrum, we have developeda vector Brillouin optical time domain analyzer for high-order acoustic modes toaccurately map the Brillouin hybrid modes with the complementary phase of the spectrogram.The measurements taken on a PCF whose diameter varies linearly from 3.5 micronsto 2.6 microns show a second Brillouin mode whose frequency varies as -118.2 MHz / um.

La technologie d’aujourd’hui donne la possibilité à chacun de se localiser grâce à son smartphone. Cependant les milieux intra-muros restent encore relativement dépourvus en service de géolocalisation. Pour des raisons d’ubiquité, les centrales inertielles et magnétiques de technologie MEMS présentes dans les smartphones offrent une solution pour la navigation pédestre. Dans ce contexte la stratégie « Pedestrian Dead-Reckoning » s’avère intéressante car elle limite la dérive temporelle de l’estimation de la distance parcourue. Cependant, l’estimation de la direction de marche s’avère critique dans la stratégie PDR, les mouvements de la main présentant un certain désordre/désalignement qui rend difficile une telle estimation. Dans un premier temps, l’estimation de l’orientation de la centrale inertielle est affinée afin de projeter avec un minimum d’erreur les mesures inertielles dans le plan horizontal. Un filtre d’estimation de l’orientation paramétré en quaternions et basé sur une exploitation opportune des champs magnétiques et de gravité a été développé. Dans un second temps, il s’agit d’estimer la direction de marche. Les méthodes de l’état de l’art proposent une estimation de la direction de marche à partir de la maximisation de l’énergie du signal. Cette approche est sensible aux mouvements de la main. Nous proposons une nouvelle approche basée sur les théories des probabilités et de l’information qui s’inspire de la description biomécanique de la marche. Des validations expérimentales sont conduites pour analyser les performances d’estimation de la direction de marche qui est directement reliée à la qualité de l’estimation du positionnement. / Thanks to new technological developments, it is now possible to get our localization with our own smartphone. However, indoor environments are still relatively lacking in localization based service. MEMS sensors, composed of inertial and magnetic sensors, offer a ubiquitous solution. These sensors can be merged with other technologies to give a reliable solution for the Pedestrian Navigation. In this context the “Pedestrian Dead Reckoning” strategy is attractive. Indeed, this strategy enables to estimate the walking distance with a limited drift. But the walking direction estimation remains critical in the PDR strategy. Hand movements are relatively erratic and cause a dynamic angular misalignment, which is difficult to estimate. Firstly, a new orientation estimation algorithm of the handheld unit is developed to reduce the errors in the horizontal inertial measurements. The filter is parametrized with quaternions and based on opportune invariant phases of the magnetic and gravity fields. Secondly, a novel walking direction estimator is proposed. State of the art methods to estimate the walking direction are based on the signal energy maximization and are sensitive to erratic hand movements. The new approach is based on the theories of probability and information that is built on the biomechanical description of walking. Experimental validations are conducted to analyze the performance of the new direction estimation filter whose quality directly depends on the quality of the position estimates

Les réseaux de capteurs constituent un axe de recherche très fertile ces dernières années. Cette technique se développe dans différents domaines comme l'environnement, l'industrie, le commerce, la médecine, l'armée, etc. Les réseaux de capteurs sont difficiles à concevoir parce qu'ils sont fortement contraints en énergie et que tous les éléments ont potentiellement une influence sur la durée de vie du système. Nous proposons un outil permettant l'aide au bon paramétrage et aux choix de paramètres optimaux pour la stabilité des applications.Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à deux problématiques : une classification des paramètres pour un outil d'aide à la décision pour la configuration d'un réseau de capteurs et la seconde, un outil de test de conformité du système dans un environnement réel. Le document est divisé en deux parties où la première partie est un état de l'art de différents protocoles existants et la deuxième partie décrit notre contribution dans ces deux problématiques.Dans la première contribution, nous avons analysé l'impact de la couverture radio puis de la topologie sur les performances d'un réseau de capteurs. Nous étudions le taux de perte et le niveau d'énergie pour en déduire la stabilité d'une application. Puis nous avons proposé une étude menant à une classification pour notre outil d'aide à la décision. Notre classification est basée sur une étude de divers paramètres de la couche MAC, physique, protocole de routage, nombre de nœuds et type d'application.Dans la deuxième contribution, nous nous sommes focalisés sur une approche pragmatique permettant de tester la conformité d'un réseau de capteurs dans un environnement réel. Pour tester la conformité dans un environnement réel, nous proposons une architecture d'exécution de test sur un réseau de capteurs réel. Ceci dans un but d'assurer un niveau correct de conformité et la stabilité de celui-ci durant son fonctionnement. / Wireless sensor networks is one of the hotest research topic in the last few years. This technology can be applied for different fields such as environment, industry, trading, medicine, military etc. Wireless sensor networks are hard to conceive because they require a lot of energy and because each of its component may have an influence on the lifetime of the whole system. What we suggest is a tool allowing to choose the correct and optimal parameters for the reliability of the applications.In this thesis, we focused on two major problems : firstly, a classification of the parameters for a tool allowing to make decisions about the configuration of a wireless sensors network, and secondly, a tool testing the compliance of the system with a real environment. The document is divided into two parts : the first part states the different protocols that exist, and the second part describes our contributions to those topics.In the first contribution, we analyzed how influential the radio cover and the network topology are on the network performances. Then, we deduced from the study of the loss rate and of the level of energy, the reliability of the application. Next, we suggested a study leading to a classification for our decision making tool. For this classification, we studied various parameters related to the MAC layer, the Physical layer, the network layer, the application layer the number of nodes involved in the network.In the second contribution, we adopted a pragmatic approach so we could test the conformity of a wireless sensors network in a real environment. In order to test its conformity in a real environment, we suggested a structured test execution on a real wireless sensor network. This task has been suggested in order to check the conformance level of the network while it was working.

La reconnaissance des expressions faciales est une tâche difficile, qui a reçu un intérêt croissant au sein de la communauté des chercheurs, et qui impacte les applications dans des domaines liés à l'interaction homme-machine (IHM). Dans le but de construire des systèmes IHM approchant le comportement humain et émotionnellement intelligents, les scientifiques essaient d'introduire la composante émotionnelle dans ce type de systèmes. Le développement récent des capteurs d'acquisition 3D a fait que les données 3D deviennent de plus en plus disponibles, et ce type de données vient pour remédier à des problèmes inhérents aux données 2D tels que les variations d'éclairage, de pose et d'échelle et de faible résolution. Plusieurs bases de données 3D du visage sont publiquement disponibles pour les chercheurs dans le domaine de la reconnaissance d'expression faciale leur permettant ainsi de valider et d'évaluer leurs approches. Cette thèse traite le problème la reconnaissance d'expression faciale et propose une approche basée sur l'analyse de forme pour la reconnaissance d'expression dans un cadre statique (relatif à une seule image) et dynamique (relatif à une séquence vidéo). Tout d'abord, une représentation du modèle 3D du visage basée sur les courbes est proposée pour décrire les traits du visage. Puis, une fois ces courbes sont extraites, l'information de forme qui leur est liée est quantifiée en utilisant un cadre de travail basé sur la géométrie Riemannienne. Nous obtenons, par la suite, des scores de similarité entre les différentes formes locales du visage. Nous constituons, alors, un vecteur de caractéristiques associées à chaque surface faciale. Ensuite, ces caractéristiques sont utilisées comme paramètres d'entrée à des algorithmes d'apprentissage automatique et de classification pour la reconnaissance d'expressions. Des expérimentations exhaustives sont alors entreprises pour valider notre approche et des résultats sont présentés et comparés aux résultats des travaux de l'état de l'art. / Facial expression recognition is a challenging task, which has received growing interest within the research community, impacting important applications in fields related to human machine interaction (HMI). Toward building human-like emotionally intelligent HMI devices, scientists are trying to include the essence of human emotional state in such systems. The recent development of 3D acquisition sensors has made 3D data more available, and this kind of data comes to alleviate the problems inherent in 2D data such as illumination, pose and scale variations as well as low resolution. Several 3D facial databases are publicly available for the researchers in the field of face and facial expression recognition to validate and evaluate their approaches. This thesis deals with facial expression recognition (FER) problem and proposes an approach based on shape analysis to handle both static and dynamic FER tasks. Our approach includes the following steps: first, a curve-based representation of the 3D face model is proposed to describe facial features. Then, once these curves are extracted, their shape information is quantified using a Riemannain framework. We end up with similarity scores between different facial local shapes constituting feature vectors associated with each facial surface. Afterwards, these features are used as entry parameters to some machine learning and classification algorithms to recognize expressions. Exhaustive experiments are derived to validate our approach and results are presented and compared to the related work achievements.

Le rayonnement émis par un humain peut être détecté par un capteur infrarouge travaillant dans la bande 8-14µm. Les caméras basées sur ce type de détecteur, initialement réservées aux applications militaires, sont en développement constant grâce à la demande croissante d’applications commerciales telles que la détection de personnes ou la thermographie. Les détecteurs « non refroidis » constitués de matrices microbolomètriques représentent aujourd’hui près de 95% du marché industriel mais demeurent néanmoins trop couteux pour des applications grand-public. Pour remédier à ce problème, le travail reporté dans ce mémoire est relatif à la conception et la réalisation d’un système de vision infrarouge intégrant un capteur thermique matriciel développé au laboratoire et principalement destiné à la détection de personnes. Contrairement aux matrices bolométriques basées sur une variation de résistance électrique, ce capteur fonctionnant par effet thermoélectrique ne nécessite pas d’alimentation et l’interface électronique associée est très simple. Une attention particulière a été portée sur la diminution des coûts de fabrication par réduction des dimensions des pixels thermoélectriques associés à un objectif équipé d’une lentille de Fresnel en polyéthylène afin de permettre l’implantation de ce type de système dans l’habitat individuel. Des séries de microcapteurs 5x5, 7x7, 10x10 pixels ont été développées durant cette thèse ainsi qu’un imageur complet utilisant une matrice de 7x7 pixels. Le modèle mathématique mis au point durant ce travail montre que les dimensions des capteurs peuvent être encore réduites pour obtenir un nombre de pixels plus conséquent sans augmentation du coût. / The thermal radiation emitted by human body can be detected in the 8-14 µm range by an infra-red sensor. Cameras imagined from this type of detectors were initially reserved for army personal usage but the market is in a large growth due to commercial applications like thermography or human detection. Thermal detectors microbolometers are the most spread technologies with 95% of the market but some others are showing interesting results as thermoelectrical arrays. This document explains the realisation of an infrared camera that can be used for human detection using a technology developed in the group. Contrary to the bolometric matrices based on a variation of electrical resistance, this sensor working by thermoelectric effect does not require power supply and the associated electronic interface is very simple. A special attention was related to the reduction in the manufacturing costs by decreasing the size of the thermoelectric pixels and using a polyethylene Fresnel lens in order to use this type of system in the individual housing. Series of 5x5, 7x7, 10x10 pixels microsensors were modelled and realized during this thesis as well as a complete imaging device using of 7x7 pixels array. The mathematical model developed during this work shows that a further increase in length reduction is possible if more pixels are needed.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Signal, image, acoustique et optimisation : Toulouse, INPT : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 212 réf.