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Dans cette thèse nous nous intéressons à l'étude de problèmes d'analyse mathématique d'images issus du domaine de la vision par ordinateur. Nous considérons des modèles variationnels d'estimation du flot optique et des problèmes de correspondance en stéréo-vision. La résolution de ces modèles variationnels est basée sur la minimisation de fonctionnelles énergies qui comportent deux termes : un terme de données et un terme de régularisation. Ce dernier est du au caractère mal posé de ces problèmes. L'objet du travail de thèse est d'étudier et mettre en œuvre un contrôle adaptatif du paramètre de régularisation qui permette de la choisir au mieux en chaque point du domaine de calcul. Ce contrôle est rendu possible par les estimations a posteriori qui fournissent un critère de sélection « optimal » du paramètre. Cette technique a été introduite par Z. Belhachmi et F, Hecht et appliquée avec succès au problème d'optique flot dans le cas de la régularisation de Tikhonov. Nous la considérons ici pour l'estimation de l'optique flot et la problème de correspondance en stéréo-vision dans le cas de la régularisation par variation totale. L'efficacité de la méthode est manifeste pour faire ressortir les arêtes (discontinuités de champs optiques. En effet, à ces endroits le paramètre de régularisation diminue et aux endroits plus homogènes le paramètre augmente. Ce comportement nous a encouragé à l'expérimenter pour d'autres problèmes d'analyse d'images comme de débruitage, nous avons rajouté un chapitre préliminaire sur le modèle de Perona-Malik / An adaptive control and regularization techniques are studied for some linear and nonlinear ill-posed problems in image processing and computer vision. These methods are based on variational approach which constitutes the minimization of a suitable energy functional made up of two parts data term obtained from constancy of grey value assumption and regularization term which cope with ill-posed problem by its filling in effect property. We have provided a novel adaptive approach for optic flow and stero vision problems. Which is based on adaptive finite element method using unstructutred grid as the domain of computation, which allow the automatic choice of local optimal regularization parameters. Various linear and nonlinear variational models have been considered in this thesis for scientific computations of optic flow and stereo vision problems and an efficient adaptive control is obtained. This novel regularization strategy is controlled by the regularization parameter [alpha] which depends on space and a posteriori error estimator called residual error indicator. This local adptive behavior has encouraged us to experiment with other problems in image analysis such as denoising, we add a preliminary chapter on hte model of Perona-Malik. This work falls in to the category novel and advanced numerical strategies for scientific computations specifically for image motion problems

Lorsqu'un conducteur prend en main un nouveau véhicule, celui-ci risque de présenter un comportement routier différent. Pour autant cela ne nécessite pas d'apprentissage particulier de la part du conducteur et il sera très rapidement capable de maîtriser ce véhicule. Cet acte anodin révèle une capacité propre aux systèmes biologiques qui s'étend pour l'être humain, bien au-delà du champ spécifique de la conduite automobile. En effet, nous sommes dans nos gestes quotidiens confrontés continuellement à un environnement changeant. Nos capacités d'apprendre confèrent à nos connaissances sur le monde et sur notre interaction avec celui-ci une plasticité qui se révèle essentielle. Mais ces capacités ne sont pas infinies et la détermination de leurs limites présente un réel défi pour les constructeurs automobiles qui proposent de plus en plus fréquemment des systèmes embarqués pouvant modifier le comportement dynamique du véhicule. Par ailleurs, l'étude de l'adaptation d'un conducteur à un comportement imprévisible du véhicule ou d'un de ses systèmes d'aide à la conduite peut se révéler complexe à mettre en place, coûteuse en instrumentation voire dangereuse. L'avènement des outils de simulation et de réalité virtuelle permet aujourd'hui de contourner certaines de ces limitations. Toutefois, la conduite d'expérimentations exhaustives quant aux types d'évènements possibles avec un nombre de sujets suffisamment important pour être pertinent en regard de la diversité des profils de conducteurs est impossible. L'utilisation de modèles, de comportement du conducteur est donc nécessaire. Cependant de tels modèles dotés de capacités adaptatives sont encore trop peu nombreux. De ce constat nous nous proposons dans cette étude d'établir un modèle de conducteur ayant la propriété de pouvoir intégrer des modifications de l'environnement. Plusieurs hypothèses existent sur la manière dont le système nerveux central peut réagir à de tels évènements. Nous identifions en particulier la stratégie de mise à jour de modèle interne et celle de modulation de l'impédance des membres. Nous intégrons au sein de notre modèle ces deux stratégies afin de lui conférer une certaine cohérence physiologique mais aussi pour en étudier les performances propres. Nous proposons alors une méthodologie pour l'étude de l'adaptation sensorimotrice des conducteurs que nous appliquons au cas de la conduite en virage. Nous établissons ainsi un nouveau modèle adaptatif de la tâche de conduite pour le contrôle latéral. Nous proposons également une calibration des différents paramètres de ce modèle. Nous réalisons alors deux expérimentations mettant en lumière les capacités d'adaptation des conducteurs. Puis, nous montrons de quelle manière notre modèle permet d'apporter des éléments de réponse sur les mécanismes responsables de cette adaptation. Enfin nous suggérons une application de aux études de sûreté de fonctionnement.

Lorsqu’un conducteur prend en main un nouveau véhicule, celui-ci risque de présenter un comportement routier différent. Pour autant cela ne nécessite pas d’apprentissage particulier de la part du conducteur et il sera très rapidement capable de maîtriser ce véhicule. Cet acte anodin révèle une capacité propre aux systèmes biologiques qui s’étend pour l’être humain, bien au-delà du champ spécifique de la conduite automobile. En effet, nous sommes dans nos gestes quotidiens confrontés continuellement à un environnement changeant. Nos capacités d’apprendre confèrent à nos connaissances sur le monde et sur notre interaction avec celui-ci une plasticité qui se révèle essentielle. Mais ces capacités ne sont pas infinies et la détermination de leurs limites présente un réel défi pour les constructeurs automobiles qui proposent de plus en plus fréquemment des systèmes embarqués pouvant modifier le comportement dynamique du véhicule. Par ailleurs, l’étude de l’adaptation d’un conducteur à un comportement imprévisible du véhicule ou d’un de ses systèmes d’aide à la conduite peut se révéler complexe à mettre en place, coûteuse en instrumentation voire dangereuse. L’avènement des outils de simulation et de réalité virtuelle permet aujourd’hui de contourner certaines de ces limitations. Toutefois, la conduite d’expérimentations exhaustives quant aux types d’évènements possibles avec un nombre de sujets suffisamment important pour être pertinent en regard de la diversité des profils de conducteurs est impossible. L’utilisation de modèles, de comportement du conducteur est donc nécessaire. Cependant de tels modèles dotés de capacités adaptatives sont encore trop peu nombreux. De ce constat nous nous proposons dans cette étude d’établir un modèle de conducteur ayant la propriété de pouvoir intégrer des modifications de l’environnement. Plusieurs hypothèses existent sur la manière dont le système nerveux central peut réagir à de tels évènements. Nous identifions en particulier la stratégie de mise à jour de modèle interne et celle de modulation de l’impédance des membres. Nous intégrons au sein de notre modèle ces deux stratégies afin de lui conférer une certaine cohérence physiologique mais aussi pour en étudier les performances propres. Nous proposons alors une méthodologie pour l’étude de l’adaptation sensorimotrice des conducteurs que nous appliquons au cas de la conduite en virage. Nous établissons ainsi un nouveau modèle adaptatif de la tâche de conduite pour le contrôle latéral. Nous proposons également une calibration des différents paramètres de ce modèle. Nous réalisons alors deux expérimentations mettant en lumière les capacités d’adaptation des conducteurs. Puis, nous montrons de quelle manière notre modèle permet d’apporter des éléments de réponse sur les mécanismes responsables de cette adaptation. Enfin nous suggérons une application de aux études de sûreté de fonctionnement. / Whenever a driver takes over a new vehicle, he is likely to experience a different road behavior of the car. However, this does not require any special training for the driver as he will be very prompt in controlling his vehicle. This usual action is evidencing a genuine capability which is specific to biological systems and, for any human being, expanding far beyond the particular application of automobile drive. As a matter of fact, we are constantly facing a changing environment in our daily motions. Our learning capabilities generate a unique adaptability which is key to our understanding of the world as well as our interaction with it. However, these capabilities are not infinite and their limit fixing constitutes a true challenge for car manufacturers who are more and more often offering embedded systems capable of modifying the dynamic behavior of the vehicle. Moreover, the survey on driver’s adaptability to an unpredictable behavior of either the vehicle or its drive aided systems may turn out to be complex to implement, cost prohibitive in instrumentation or even hazardous. Today, the introduction of simulation and virtual reality tools allows to get rid of some of these limitations. However, the conduct of exhaustive experiments proves to be impossible considering the nature of possible events involving a large number of drivers to be meaningful and their inherent profile diversity. Utilization of driver behavior models becomes therefore an absolute necessary. It is worth notice that such models featured with adaptive capabilities are still far too few. Consequently, we are proposing in this survey to set up a driver model with the capability of integrating environmental changes. There are several hypotheses to explore as to the way the central nervous system is responding to such events. More specifically, we are analyzing the updating strategy of internal models and impedance modulation. Both strategies are being integrated into our model so as to make it more coherent physiologically and permit further evaluation of its inherent performances. Moreover, we are formulating a methodology for the study of sensorimotor driver’s adaptability which we are using for turn driving application. In this way, we are setting up a new adaptive driving task model for lateral side application. We are also proposing this model with a calibration of its various parameters. Then, we are achieving two experiments evidencing adaptive driver’s capabilities. Next, we are demonstrating how our model helps understanding this adaptation. Finally, we are developing a possible application to the in-operation safety surveys.

Les fibres multimodales ont longtemps été délaissées en raison des distorsions temporelles et spatiales subies par la lumière au cours de sa propagation dans la fibre. Ces distorsions sont les conséquences des couplages modaux et de la disparité des temps de propagation des modes de fibre. Bien que complexe, la propagation dans un guide multimodal reste déterministe et peut être maitrisée par une structuration cohérente de l’excitation. La manipulation d’ondes en présence de gain dans la fibre optique, au coeur de ces travaux de thèse, constitue une problématique plus complexe encore puisque la carte de saturation des modes hétérogène rend la propagation non linéaire. Deux types d’amplificateurs multimodaux à fibre dopée ytterbium ont été étudiés : une fibre à saut d’indice à large coeur et une fibre à coeurs multiples couplés. Le contrôle spatial du faisceau transmis est obtenu en structurant le front d’onde incident à l’aide d’un miroir déformable couplé à un algorithme itératif. En régime d’excitation continue, cette technique de contrôle adaptatif, robuste et rapide a permis de focaliser le rayonnement en extrémité de fibre sur des spots uniphases, malgré les couplages modaux, l’hétérogénéité de gain modal et la saturation du gain. Il a aussi été démontré que la mise en forme du front d’onde incident ne réduisait pas le gain d’amplification. Une puissance de 2,8 W a été confinée dans un unique spot avec un gain de12 dB. Des structures intensimétriques plus complexes de type « multispots » ont également été obtenues. Enfin, la focalisation à travers la fibre amplificatrice a été réalisée avec succès en régime femtoseconde pour lequel la propagation s’accompagne de couplages spatio-temporels. Une première démonstration de principe a permis d’obtenir 120 kW de puissance crête avec un gain de 14 dB dans une impulsion uniquement limitée par la dispersion chromatique (350 fs), le profilage spatial permettant aussi de contrôler l’impulsion amplifiée par la sélection de modes dont les vitesses de groupe sont proches. / For a long time, multimode fibers were sparsely investigated because of the spatial and temporal distortions occurring during propagation across the fiber. Those distortions are consequences of mode coupling and modal propagation constant disparity. Although the propagation in a multimode waveguide is complex, it is deterministic and can be controlled by spatial shaping of the excitation. Considering an amplifying medium, the problem, at the heart of this thesis, is more complex because of nonlinear propagation due to heterogeneous gain saturation. Two kinds of Ytterbium doped multimode fiber amplifiers were tested: a step index fiber with a large core diameter and a coupled core multicore fiber. Spatial control of the output of the amplifier was achieved using a deformable mirror in combination with an iterative algorithm. In the case of a continuous wave excitation of the amplifier, we demonstrated that it was possible to confine light in a single-phase spot with a 2,8 W average power and 12 dB gain. We also demonstrated that the spatial shaping of the output has no effect on the amplifier gain. Furthermore, we obtained more complex output fields of multi-spot structure. Finally, focalization through the amplifying fiber was successfully demonstrated in femtosecond regime for which spatio-temporal couplings occur. A 120 kW peak power spot with a gain of 14 dB in a 350 fs pulse was obtained in a first experimental proof of concept. The spatial shaping allows also to control the duration of the amplified pulse by selection of modes with close group velocities.

Les technologies microélectroniques ainsi que les outils de CAO actuels permettent la conception de plus en plus rapide de circuits et systèmes intégrés très complexes. L'un des plus importants problèmes rencontrés est de gérer la complexité en terme de nombre de transistors présents dans le système à manipuler ainsi qu'en terme de diversité des composants, dans la mesure où les systèmes actuels intègrent, sur un même support de type SiP ou bien SoC, de plus en plus de blocs fonctionnels hétérogènes. Le but de cette thèse est la recherche de nouvelles techniques de test qui mettent à contribution les ressources embarquées pour le test et le contrôle des modules AMS et RF. L'idée principale est de mettre en oeuvre pour ces composantes des méthodes de test et de contrôle suffisamment simples pour que les ressources numériques embarquées puissent permettre leur implémentation à faible coût. Les techniques proposées utilisent des modèles de représentation auto-régressifs qui prennent en comptes les non linéarités spécifiques à ce type de modules. Les paramètres du modèle comportemental du système sont utilisés pour la prédiction des performances du système qui sont nécessaire pour l'élaboration de la signature de test et le contrôle de la consommation du circuit. Deux démonstrateurs ont été mis en place pour valider la technique proposée : une chaine RF conçue au sein du groupe RMS et un accéléromètre de type MMA7361L.

Ce travail porte sur l'étude d'amortissement piézoélectrique shunté pour les roues aubagées désaccordées de turbomachines. Les problèmes vibratoires sont de première importance pour les motoristes aéronautiques et, parmi ceux-ci, les vibrations causées par le désaccordage des aubes tiennent une place importante puisqu'elles sont à l'origine des phénomènes de fatigue oligocyclique et des risques de défaillance associés. L'usage de technologies d'amortissement est donc assez répandu pour réduire l'amplitude vibratoire. Ici, on s'intéresse à l'étude de l'amortissement piézoélectrique shunté appliqué aux roues aubagées désaccordées. Dans notre stratégie, des patchs piézoélectriques shuntés sont attachés sur la surface de la roue entre les aubes adjacentes afin de dissiper l'énergie mécanique de la roue. Par conséquent, l'amplitude des aubes peut être réduite du fait du couplage entre les aubes et la roue. Cette stratégie est d'intérêt pour l'ingénieur car les transducteurs piézoélectriques sont placés en dehors du flux principal des turbomachines. Un modèle numérique a été développé intégrant des circuits piézoélectriques shuntés résonnants. L'amortissement piézoélectrique shunté et un motif optimisé de désaccordage piézoélectrique sont tous les deux introduits afin de minimiser l'effet du désaccordage des aubes. En pratique, le désaccordage des aubes change au cours de la vie du moteur. Les raisons peuvent être multiples comme l'usure, des endommagements par impacts qui vont conduire inévitablement à une évolution du motif du désaccordage. En s'appuyant sur la stratégie de contrôle adaptatif, nous avons proposé un shunt piézoélectrique résonant capable de suivre l'évolution de la structure au cours du temps. Les simulations numériques montrent qu'une bonne efficacité est obtenue en termes de réduction des vibrations de roues aubagées désaccordées. Dans cette thèse, une dernière stratégie est proposée qui correspond à la mise en place d'un système de pompage énergétique nonlinéaire basé sur les éléments piézoélectriques. Une fois intégrées dans une structure mécanique, il est donc en mesure d'agir en tant qu'amortisseur de vibrations, adaptatif et large bande. Une méthode numérique, à coefficient variables de balance harmonique, a été développée afin de calculer les réponses quasi-périodiques associés à ce type de problème. Ce dispositif de pompage énergétique piézoélectrique semble particulièrement intéressant dans le cadre des roues aubagées désaccordées, car il est capable d'interagir de façon adaptative avec chaque secteur de la roue désaccordé. Des résultats prometteurs ont été obtenus et illustrent démontrent ce point de vue.

Les technologies microélectroniques ainsi que les outils de CAO actuels permettent la conception de plus en plus rapide de circuits et systèmes intégrés très complexes. L'un des plus importants problèmes rencontrés est de gérer la complexité en terme de nombre de transistors présents dans le système à manipuler ainsi qu'en terme de diversité des composants, dans la mesure où les systèmes actuels intègrent, sur un même support de type SiP ou bien SoC, de plus en plus de blocs fonctionnels hétérogènes. Le but de cette thèse est la recherche de nouvelles techniques de test qui mettent à contribution les ressources embarquées pour le test et le contrôle des modules AMS et RF. L'idée principale est de mettre en oeuvre pour ces composantes des méthodes de test et de contrôle suffisamment simples pour que les ressources numériques embarquées puissent permettre leur implémentation à faible coût. Les techniques proposées utilisent des modèles de représentation auto-régressifs qui prennent en comptes les non linéarités spécifiques à ce type de modules. Les paramètres du modèle comportemental du système sont utilisés pour la prédiction des performances du système qui sont nécessaire pour l'élaboration de la signature de test et le contrôle de la consommation du circuit. Deux démonstrateurs ont été mis en place pour valider la technique proposée : une chaine RF conçue au sein du groupe RMS et un accéléromètre de type MMA7361L. / Analogue-mixed-signal (AMS) and Radio frequency (RF) devices are required in many applications such as communications, multimedia, and signal processing. These applications are often subject to severe area constraints. The complexity of AMS and RF cores, together with shrinking device dimensions limit accessibility to the internal nodes of the circuit. This makes the test and the control of this circuit very difficult. Ensuring high test/control quality at low cost for these AMS and RF designs has become an important challenge for test engineers. RF and AMS cores are generally incorporated in a chip including large digital components as microprocessors and memories. The main idea of this work is to develop for these components simple test and control methods which can be implemented in the embedded resources of the system at low cost. The proposed techniques use autoregressive models for the devices under test/control. These models take into account the specific nonlinearities to such devices. Only the behavioural model parameters of the system are used to predict the system performances which are necessary to develop the test signature and/or control the consumption of the circuit. This method is implemented on a dsPiC30f for testing and controlling two demonstrators: a front-end RF card, designed in RMS group of TIMA laboratory, and a MMA7361L 3 axis accelerometer.

La principale limitation du modèle connexionniste (réseau neuronal artificiel) CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) et son applicabilité à la résolution des problèmes inhérents au systèmes automatisés complexes (robots, véhicules autonomes, etc.) est liée à la taille de mémoire requise par ce type de modèle connexionniste. Il est pertinent de rappeler que la capacité de mémoire exigée par le CMAC dépend, en premier lieu, de la précision de la quantification des signaux d'entrée, puis, de la dimension de l'espace des entrées (espace caractéristique) du système modélisé. Dans le cas des applications requérant une exécution en temps-réel, la tendance est à la réduction de l'espace caractéristique (aussi petit que possible) et la précision (de la quantification : aussi faible que possible). Cependant, souvent, les systèmes complexes impliquent plusieurs entrées. Pour résoudre le problème inhérent à cet antagonisme et la taille de la mémoire, nous nous sommes intéressés, dans la présente thèse, à l'influence des paramètres intervenant dans la précision de la quantification et dans la capacité de la généralisation sur la qualité d'approximation du modèle CMAC. L'objectif escompté était d'arriver à des structures optimales du CAMC pour le contrôle des systèmes dynamiques complexes. Les robots bipèdes (humanoïdes) et des véhicules volants hypersoniques sont deux domaines d'applications très actuelles impliquant des systèmes complexes. Nous avons appliqué des concepts étudiés aux problèmes soulevés par les deux domaines précités. Des résultats obtenus à partir de la simulation ont montré que des structures optimales ou quasi-optimales conduisant à une réduction sensible d'erreur de modélisation peuvent être obtenues. Ces résultats ont montré que les choix effectués dans l'optimisation de la structure permet une réduction de la taille de la mémoire requise (par le CMAC) et une réduction du temps d'exécution à la fois / The main limitation of the CMAC (Cerebellar Model Articulation Controller) network in realistic applications for complex automated systems (robots, automated vehicles, etc…) is related to the required memory size. It is pertinent to remind that the memory used by CMAC depends firstly on the input signal quantification step and secondly on the input space dimension. For real CMAC based control applications, on the one hand, in order to increase the accuracy of the control the chosen quantification step must be as small as possible; on the other hand, generally the input space dimension is greater than two. In order to overcome the problem relating the memory size, how both the generalization and step quantization parameters may influence the CMAC's approximation quality has been discussed. Our goal is to find an optimal CMAC structure for complex dynamic systems' control. Biped robots and Flight control design for airbreathing hypersonic vehicles are two actual areas of such systems. We have applied the investigated concepts on these two quite different areas. The presented simulation results show that an optimal or sub-optimal structure carrying out a minimal modeling error could be achieved. The choice of an optimal structure allows decreasing the memory size and reducing the computing time as well

L'objectif principal de ce travail est de proposer des approches de commande performantes et robustes aux incertitudes pour les robots parallèles de type Delta, qui sont conçus pour effectuer des tâches industriels importantes et exigeantes comme l'emballage en agroalimentaire, la découpe laser, etc. Les difficultés les plus importantes pour garantir une bonne performance de suivi de trajectoires de ces manipulateurs pour les hautes accélérations avec la meilleure précision possible, tout en conservant de telle performance indépendamment des conditions d'opération (par exemple avec différentes conditions de charge, différentes trajectoires, etc.) sont leur actionnement couplé, l'augmentation de leurs dynamiques non-linéaires et le problème de vibrations mécaniques avec l'augmentation des accélérations envisagées, la présence d'incertitudes sur le modèle/environnement et la redondance d'actionnement si elle existe. Dans cette thèse, différentes approches de commande et observateurs d'état ont été proposés et implémentés expérimentalement sur deux robots de type Delta, à savoir le Par2 (non-redondant) et le R4 (à redondance d'actionnement). Pour le premier, une commande non linéaire/adaptative à mode Dual a été proposée en espace articulaire, synthétisé avec trois différents observateurs d'état pour la estimation des vitesses articulaires: un observateur lead-lag, un observateur Alpha-bêta-gamma et un observateur à grand gain. Pour le robot R4, un commande à feedforward en espace-dual avec a été proposée pour la compensation de sa dynamique (avec laquelle une aaccélération maximale de 100G a été atteinte), puis un contrôleur adaptatif dans l'espace-dual a été proposé afin de garantir une estimation et mise à jours automatique des paramètres du système en temps réel, garantissant ainsi sa bonne performance indépendamment du scénario expérimental. L'analyse de stabilité du robot Par2 bouclé avec la commande adaptative à Mode Dual et du robot R4 commandé avec le contrôleur adaptatif dans l'espace-dual sont fournies, des simulations ont été effectuées et les résultats expérimentaux confirment la bonne performance des approches de commande proposées. / The main objective of this work is to propose control strategies performant and robust towards uncertainties for Delta-like parallel robots, which are designed to perform important and demanding industrial tasks, such as packaging, laser cutting, etc. The most important difficulties to guarantee the good tracking performance of these manipulators for very high accelerations with the best possible precision, while maintaining such performance independently of the operational case (e.g. with different load conditions, different trajectories, etc.) are their coupled actuation, the increase of their high nonlinear dynamics and the problem of mechanical vibrations with the increase of the involved accelerations, the presence of uncertainties in the model/environment and the redundant actuation when applicable. In this thesis, different control schemes and state observers were proposed and experimentally implemented on two Delta-like robots, namely the Par2 (non-redundant) and the R4 (redundantly actuated) parallel manipulators. For the former, a nonlinear/adaptive Dual Mode controller was proposed in the joint space, complied with three different state observers for the estimation of joint velocities: a Lead-lag based observer, an Alpha-beta-gamma observer and the High-gain observer. For the latter, firstly a dual-space feedforward controller was proposed for the compensation of its dynamics (with which a maximum of 100G of acceleration was reached), then a dual-space adaptive controller was proposed in order to automatically estimate the parameters of the system in real-time, thus guaranteeing its good performance independently of the experimental scenario. The stability analysis of Par2 robot under the control of the Dual Mode controller and the R4 robot under the control of the dual-space adaptive controller are provided, simulations were performed and the experimental results confirm the good performance of the proposed control schemes.