Pour explorer le monde qui nous entoure nous bougeons sans cesse les yeux alternant entre des mouvements rapides ``les saccades'' et des moments d'immobilisation ``les fixations''. Quels sont les facteurs guidant ces mouvements oculaires? Comment les interpréter et les évaluer quantitativement? Cette thèse aborde ces questions lors de l'exploration libre de scènes naturelles, sous deux aspects: la modélisation et le recueil de données comportementales avec des enregistrements oculométriques. Le modèle proposé s'inspire fortement de la biologie et propose de prédire les régions dites saillantes (qui attirent les yeux) en utilisant un certain nombre de caractéristiques visuelles de bas niveaux, selon une démarche de traitement ascendante (``bottom-up'') compatible avec le contexte choisi d'exploration libre des scènes naturelles. Bien qu'il s'agisse de l'exploration de scènes statiques, un modèle dynamique spatio-temporel est également proposé considérant les séquences temporelles alternant les phases de stabilisation durant les fixations et les phases de déplacement durant les saccades. Les données comportementales et les données physiologiques ont permis l'établissement du modèle, ses évolutions et améliorations successives, puis sa validation. Ainsi, nous montrons que bien que la couleur soit présente partout et apparaisse dans plusieurs modèles de la littérature, celle-ci influence peu les mouvements oculaires des sujets. De même nous montrons que programmer plusieurs saccades en parallèle à partir d'un point de fixation comme cela a été montré dans des expériences de recherche de cible n'est pas compatible avec les données comportementales. Cette thèse propose aussi de nombreux outils méthodologiques pour comparer des données comportementales à des données issues d'un modèle et propose également une manière de tester l'importance relative de plusieurs caractéristiques visuelles de bas niveau sur la prédiction des mouvements oculaires.

Dans de nombreuses applications dont celles du domaine médical et de l’embarqué, l’authentification des images nécessite de prendre en compte les contraintes temporelles, le taux d’insertion, la qualité visuelle et la robustesse contre différentes attaques. Le tatouage a été proposé comme approche complémentaire à la cryptographie pour l’amélioration de la sécurité des images. Il peut être effectué soit dans le domaine spatial sur les pixels de l’image, soit dans le domaine fréquentiel sur les coefficients de sa transformée. Dans cette thèse, le but est de proposer des approches de tatouage permettant d’assurer un niveau élevé d’imperceptibilité et de robustesse, tout en maintenant un niveau de complexité répondant aux exigences d’applications soumises à des contraintes temporelles. La démarche adoptée a consisté, d’une part, à s’appuyer sur les bénéfices du zéro-tatouage (zero-watermarking) qui ne change pas la qualité perceptuelle de l’image et qui a une faible complexité computationnelle, et d’autre part, à analyser les caractéristiques visuelles de l’image afin de détecter les zones les plus adaptées pour insérer la marque avec un bon niveau d’imperceptibilité et une bonne robustesse. Une approche de zéro-tatouage a ainsi été proposée dans cette thèse, ainsi que plusieurs approches de tatouage basées sur l’analyse de caractéristiques visuelles de l’image et sur des techniques d’intelligence artificielles ou connexes.Les solutions proposées ont été analysées du point de vue de l’imperceptibilité, de la robustesse et de la performance temporelle et les résultats d’analyses ont montré qu’elles apportent des améliorations significatives par rapport aux approches existantes. / In numerous applications such as those of medical and embedded domains, images authentication requires taking into account time constraints, embedding rate, perceptual quality and robustness against various attacks. Watermarking has been proposed as a complementary approach to cryptography, for improving the security of digital images. Watermarking can be applied either in the spatial domain on the pixels of the image, or in the frequency domain on the coefficient of its transform.In this thesis, the goal is to propose image watermarking approaches that make it possible to ensure high level of imperceptibility and robustness while maintaining a level of computational complexity fitting the requirements of time-constrained applications. The method adopted in this thesis has consisted, on the one hand, to rely on the benefit of zero-watermarking that does not degrade the perceptual quality of image data and has low computational complexity, and on the other hand, to analyze visual characteristics of digital image (characteristics that are correlated to the Human Visual System - HVS) in order to identify the locations the most adapted for embedding the watermark with good level of imperceptibility and robustness. A zero-watermarking has therefore been proposed in this thesis, as well as several watermarking approaches based on the analysis of visual characteristics of image and on artificial intelligence or related techniques. The proposed solutions have been analyzed with respect to imperceptibility, robustness and temporal performance and the results have shown significant improvements in comparison to existing approaches.

Depuis quelques années, avec l'émergence de larges bases d'images comme Google Street View, la capacité à traiter massivement et automatiquement des données, souvent très contaminées par les faux positifs et massivement ambiguës, devient un enjeu stratégique notamment pour la gestion de patrimoine et le diagnostic de l'état de façades de bâtiment. Sur le plan scientifique, ce souci est propre à faire avancer l'état de l'art dans des problèmes fondamentaux de vision par ordinateur. Notamment, nous traitons dans cette thèse les problèmes suivants: la mise en correspondance robuste, algorithmiquement efficace de caractéristiques visuelles et l'analyse d'images de façades par grammaire. L'enjeu est de développer des méthodes qui doivent également être adaptées à des problèmes de grande échelle. Tout d'abord, nous proposons une formalisation mathématique de la cohérence géométrique qui joue un rôle essentiel pour une mise en correspondance robuste de caractéristiques visuelles. A partir de cette formalisation, nous en dérivons un algorithme de mise en correspondance qui est algorithmiquement efficace, précise et robuste aux données fortement contaminées et massivement ambiguës. Expérimentalement, l'algorithme proposé se révèle bien adapté à des problèmes de mise en correspondance d'objets déformés, et à des problèmes de mise en correspondance précise à grande échelle pour la calibration de caméras. En s'appuyant sur notre algorithme de mise en correspondance, nous en dérivons ensuite une méthode de recherche d'éléments répétés, comme les fenêtres. Celle-ci s'avère expérimentalement très efficace et robuste face à des conditions difficiles comme la grande variabilité photométrique des éléments répétés et les occlusions. De plus, elle fait également peu d'hallucinations. Enfin, nous proposons des contributions méthodologiques qui exploitent efficacement les résultats de détections d'éléments répétés pour l'analyse de façades par grammaire, qui devient substantiellement plus précise et robuste

Depuis quelques années, avec l'émergence de larges bases d'images comme Google Street View, la capacité à traiter massivement et automatiquement des données, souvent très contaminées par les faux positifs et massivement ambiguës, devient un enjeu stratégique notamment pour la gestion de patrimoine et le diagnostic de l'état de façades de bâtiment. Sur le plan scientifique, ce souci est propre à faire avancer l'état de l'art dans des problèmes fondamentaux de vision par ordinateur. Notamment, nous traitons dans cette thèse les problèmes suivants: la mise en correspondance robuste, algorithmiquement efficace de caractéristiques visuelles et l'analyse d'images de façades par grammaire. L'enjeu est de développer des méthodes qui doivent également être adaptées à des problèmes de grande échelle. Tout d'abord, nous proposons une formalisation mathématique de la cohérence géométrique qui joue un rôle essentiel pour une mise en correspondance robuste de caractéristiques visuelles. A partir de cette formalisation, nous en dérivons un algorithme de mise en correspondance qui est algorithmiquement efficace, précise et robuste aux données fortement contaminées et massivement ambiguës. Expérimentalement, l'algorithme proposé se révèle bien adapté à des problèmes de mise en correspondance d'objets déformés, et à des problèmes de mise en correspondance précise à grande échelle pour la calibration de caméras. En s'appuyant sur notre algorithme de mise en correspondance, nous en dérivons ensuite une méthode de recherche d'éléments répétés, comme les fenêtres. Celle-ci s'avère expérimentalement très efficace et robuste face à des conditions difficiles comme la grande variabilité photométrique des éléments répétés et les occlusions. De plus, elle fait également peu d'hallucinations. Enfin, nous proposons des contributions méthodologiques qui exploitent efficacement les résultats de détections d'éléments répétés pour l'analyse de façades par grammaire, qui devient substantiellement plus précise et robuste / For a few years, with the emergence of large image database such as Google Street View, designing efficient, scalable, robust and accurate strategies have now become a critical issue to process very large data, which are also massively contaminated by false positives and massively ambiguous. Indeed, this is of particular interest for property management and diagnosing the health of building fac{c}ades. Scientifically speaking, this issue puts into question the current state-of-the-art methods in fundamental computer vision problems. More particularly, we address the following problems: (1) robust and scalable feature correspondence and (2) façade image parsing. First, we propose a mathematical formalization of the geometry consistency which plays a key role for a robust feature correspondence. From such a formalization, we derive a novel match propagation method. Our method is experimentally shown to be robust, efficient, scalable and accurate for highly contaminated and massively ambiguous sets of correspondences. Our experiments show that our method performs well in deformable object matching and large-scale and accurate matching problem instances arising in camera calibration. We build a novel repetitive pattern search upon our feature correspondence method. Our pattern search method is shown to be effective for accurate window localization and robust to the potentially great appearance variability of repeated patterns and occlusions. Furthermore, our pattern search method makes very few hallucinations. Finally, we propose methodological contributions that exploit our repeated pattern detection results, which results in a substantially more robust and more accurate façade image parsing

Depuis quelques années, avec l'émergence de larges bases d'images comme Google Street View, la capacité à traiter massivement et automatiquement des données, souvent très contaminées par les faux positifs et massivement ambiguës, devient un enjeu stratégique notamment pour la gestion de patrimoine et le diagnostic de l'état de façades de bâtiment. Sur le plan scientifique, ce souci est propre à faire avancer l'état de l'art dans des problèmes fondamentaux de vision par ordinateur. Notamment, nous traitons dans cette thèse les problèmes suivants: la mise en correspondance robuste, algorithmiquement efficace de caractéristiques visuelles et l'analyse d'images de façades par grammaire. L'enjeu est de développer des méthodes qui doivent également être adaptées à des problèmes de grande échelle. Tout d'abord, nous proposons une formalisation mathématique de la cohérence géométrique qui joue un rôle essentiel pour une mise en correspondance robuste de caractéristiques visuelles. A partir de cette formalisation, nous en dérivons un algorithme de mise en correspondance qui est algorithmiquement efficace, précise et robuste aux données fortement contaminées et massivement ambiguës. Expérimentalement, l'algorithme proposé se révèle bien adapté à des problèmes de mise en correspondance d'objets déformés, et à des problèmes de mise en correspondance précise à grande échelle pour la calibration de caméras. En s'appuyant sur notre algorithme de mise en correspondance, nous en dérivons ensuite une méthode de recherche d'éléments répétés, comme les fenêtres. Celle-ci s'avère expérimentalement très efficace et robuste face à des conditions difficiles comme la grande variabilité photométrique des éléments répétés et les occlusions. De plus, elle fait également peu d'hallucinations. Enfin, nous proposons des contributions méthodologiques qui exploitent efficacement les résultats de détections d'éléments répétés pour l'analyse de façades par grammaire, qui devient substantiellement plus précise et robuste

Cette thèse présente un framework pour le logo spotting appliqué à repérer les logos à partir de l’image des documents en se concentrant sur la catégorisation de documents et les problèmes de récupération de documents. Nous présentons également trois méthodes de matching par point clé : le point clé simple avec le plus proche voisin, le matching par règle des deux voisins les plus proches et le matching par deux descripteurs locaux à différents étapes de matching. Les deux derniers procédés sont des améliorations de la première méthode. En outre, utiliser la méthode de classification basée sur la densité pour regrouper les correspondances dans le framework proposé peut aider non seulement à segmenter la région candidate du logo mais également à rejeter les correspondances incorrectes comme des valeurs aberrantes. En outre, afin de maximiser la performance et de localiser les logos, un algorithme à deux étages a été proposé pour la vérification géométrique basée sur l’homographie avec RANSAC. Comme les approches fondées sur le point clé supposent des approches coûteuses, nous avons également investi dans l’optimisation de notre framework. Les problèmes de séparation de texte/graphique sont étudiés. Nous proposons une méthode de segmentation de texte et non-texte dans les images de documents basée sur un ensemble de fonctionnalités puissantes de composants connectés. Nous avons appliqué les techniques de réduction de dimensionnalité pour réduire le vecteur de descripteurs locaux de grande dimension et rapprocher les algorithmes de recherche du voisin le plus proche pour optimiser le framework. En outre, nous avons également mené des expériences pour un système de récupération de documents sur les documents texte et non-texte segmentés et l'algorithme ANN. Les résultats montrent que le temps de calcul du système diminue brusquement de 56% tandis que la précision diminue légèrement de près de 2,5%. Dans l'ensemble, nous avons proposé une approche efficace et efficiente pour résoudre le problème de spotting des logos dans les images de documents. Nous avons conçu notre approche pour être flexible pour des futures améliorations. Nous croyons que notre travail peut être considéré comme une étape sur la voie pour résoudre le problème de l’analyse complète et la compréhension des images de documents. / This thesis presents a logo spotting framework applied to spotting logo images on document images and focused on document categorization and document retrieval problems. We also present three key-point matching methods: simple key-point matching with nearest neighbor, matching by 2-nearest neighbor matching rule method and matching by two local descriptors at different matching stages. The last two matching methods are improvements of the first method. In addition, using a density-based clustering method to group the matches in our proposed spotting framework can help not only segment the candidate logo region but also reject the incorrect matches as outliers. Moreover, to maximize the performance and to locate logos, an algorithm with two stages is proposed for geometric verification based on homography with RANSAC. Since key-point-based approaches assume costly approaches, we have also invested to optimize our proposed framework. The problems of text/graphics separation are studied. We propose a method for segmenting text and non-text in document images based on a set of powerful connected component features. We applied dimensionality reduction techniques to reduce the high dimensional vector of local descriptors and approximate nearest neighbor search algorithms to optimize our proposed framework. In addition, we have also conducted experiments for a document retrieval system on the text and non-text segmented documents and ANN algorithm. The results show that the computation time of the system decreases sharply by 56% while its accuracy decreases slightly by nearly 2.5%. Overall, we have proposed an effective and efficient approach for solving the problem of logo spotting in document images. We have designed our approach to be flexible for future improvements by us and by other researchers. We believe that our work could be considered as a step in the direction of solving the problem of complete analysis and understanding of document images.

Depuis quelques années, avec l'émergence de larges bases d'images comme Google Street View, la capacité à traiter massivement et automatiquement des données, sou- vent très contaminées par les faux positifs et massivement ambiguës, devient un enjeu stratégique notamment pour la gestion de patrimoine et le diagnostic de l'état de façades de bâtiment. Sur le plan scientifique, ce souci est propre à faire avancer l'état de l'art dans des problèmes fondamentaux de vision par ordinateur. Notamment, nous traitons dans cette thèse les problèmes suivants: la mise en correspondance robuste, algorithmiquement efficace de caractéristiques visuelles et l'analyse d'images de façades par grammaire. L'enjeu est de développer des méthodes qui doivent également être adaptées à des problèmes de grande échelle. Tout d'abord, nous proposons une formalisation mathématique de la cohérence géométrique qui joue un rôle essentiel pour une mise en correspondance robuste de caractéristiques visuelles. À partir de cette formalisation, nous en dérivons un algo- rithme de mise en correspondance qui est algorithmiquement efficace, précise et robuste aux données fortement contaminées et massivement ambiguës. Expérimentalement, l'algorithme proposé se révèle bien adapté à des problèmes de mise en correspondance d'objets déformés, et à des problèmes de mise en correspondance précise à grande échelle pour la calibration de caméras. En s'appuyant sur notre algorithme de mise en correspondance, nous en dérivons ensuite une méthode de recherche d'éléments répétés, comme les fenêtres. Celle-ci s'avère expérimentalement très efficace et robuste face à des conditions difficiles comme la grande variabilité photométrique des éléments répétés et les occlusions. De plus, elle fait également peu d'hallucinations. Enfin, nous proposons des contributions méthodologiques qui exploitent efficacement les résultats de détections d'éléments répétés pour l'analyse de façades par grammaire, qui devient substantiellement plus précise et robuste.