Cette thèse s’intéresse à diverses composantes du traitement et de l’analyse d’images par méthodes non locales. Ces méthodes sont basées sur la redondance d’information présente dans d’autres images, et utilisent des algorithmes de recherche de correspondance, généralement basés sur l’utilisation patchs, pour extraire et transférer de l’information depuis ces images d’exemples. Ces approches, largement utilisées par la communauté de vision par ordinateur, sont souvent limitées par le temps de calcul de l’algorithme de recherche, appliqué à chaque pixel, et par la nécessité d’effectuer un prétraitement ou un apprentissage pour utiliser de grandes bases de données.Pour pallier ces limites, nous proposons plusieurs méthodes générales, sans apprentissage,rapides, et qui peuvent être facilement adaptées à diverses applications de traitement et d’analyse d’images naturelles ou médicales. Nous introduisons un algorithme de recherche de correspondances permettant d’extraire rapidement des patchs d’une grande bibliothèque d’images 3D, que nous appliquons à la segmentation d’images médicales. Pour utiliser de façon similaire aux patchs,des présegmentations en superpixels réduisant le nombre d’éléments de l’image,nous présentons une nouvelle structure de voisinage de superpixels. Ce nouveau descripteur permet d’utiliser efficacement les superpixels dans des approches non locales. Nous proposons également une méthode de décomposition régulière et précise en superpixels. Nous montrons comment évaluer cette régularité de façon robuste, et que celle-ci est nécessaire pour obtenir de bonnes performances de recherche de correspondances basées sur les superpixels. / This thesis focuses on several aspects of image analysis and processing with non local methods. These methods are based on the redundancy of information that occurs in other images, and use matching algorithms, that are usually patch-based, to extract and transfer information from the example data. These approaches are widely used by the computer vision community, and are generally limited by the computational time of the matching algorithm, applied at the pixel scale, and by the necessity to perform preprocessing or learning steps to use large databases. To address these issues, we propose several general methods, without learning, fast, and that can be easily applied to different image analysis and processing applications on natural and medical images. We introduce a matching algorithm that enables to quickly extract patches from a large library of 3D images, that we apply to medical image segmentation. To use a presegmentation into superpixels that reduces the number of image elements, in a way that is similar to patches, we present a new superpixel neighborhood structure. This novel descriptor enables to efficiently use superpixels in non local approaches. We also introduce an accurate and regular superpixel decomposition method. We show how to evaluate this regularity in a robust manner, and that this property is necessary to obtain good superpixel-based matching performances.

Un nombre incalculable de documents est imprimé, numérisé, faxé, photographié chaque jour. Ces documents sont hybrides : ils existent sous forme papier et numérique. De plus les documents numériques peuvent être consultés et modifiés simultanément dans de nombreux endroits. Avec la disponibilité des logiciels d’édition d’image, il est devenu très facile de modifier ou de falsifier un document. Cela crée un besoin croissant pour un système d’authentification capable de traiter ces documents hybrides. Les solutions actuelles reposent sur des processus d’authentification séparés pour les documents papiers et numériques. D’autres solutions reposent sur une vérification visuelle et offrent seulement une sécurité partielle. Dans d’autres cas elles nécessitent que les documents sensibles soient stockés à l’extérieur des locaux de l’entreprise et un accès au réseau au moment de la vérification. Afin de surmonter tous ces problèmes, nous proposons de créer un algorithme de hachage sémantique pour les images de documents. Cet algorithme de hachage devrait fournir une signature compacte pour toutes les informations visuellement significatives contenues dans le document. Ce condensé permettra la création de systèmes de sécurité hybrides pour sécuriser tout le document. Ceci peut être réalisé grâce à des algorithmes d’analyse du document. Cependant ceux-ci ont besoin d’être porté à un niveau de performance sans précédent, en particulier leur fiabilité qui dépend de leur stabilité. Après avoir défini le contexte de l’étude et ce qu’est un algorithme stable, nous nous sommes attachés à produire des algorithmes stables pour la description de la mise en page, la segmentation d’un document, la reconnaissance de caractères et la description des zones graphiques. / An innumerable number of documents is being printed, scanned, faxed, photographed every day. These documents are hybrid : they exist as both hard copies and digital copies. Moreover their digital copies can be viewed and modified simultaneously in many places. With the availability of image modification software, it has become very easy to modify or forge a document. This creates a rising need for an authentication scheme capable of handling these hybrid documents. Current solutions rely on separate authentication schemes for paper and digital documents. Other solutions rely on manual visual verification and offer only partial security or require that sensitive documents be stored outside the company’s premises and a network access at the verification time. In order to overcome all these issues we propose to create a semantic hashing algorithm for document images. This hashing algorithm should provide a compact digest for all the visually significant information contained in the document. This digest will allow current hybrid security systems to secure all the document. This can be achieved thanks to document analysis algorithms. However those need to be brought to an unprecedented level of performance, in particular for their reliability which depends on their stability. After defining the context of this study and what is a stable algorithm, we focused on producing stable algorithms for layout description, document segmentation, character recognition and describing the graphical parts of a document.

La présente thèse traite de méthodes en microscopie holographique numérique (MHN) en couleurs, avec un éclairage de cohérence spatiale partielle. Le principal inconvénient de la microscopie optique classique est sa faible profondeur de champ, rendant difficile l’observation de phénomènes dynamiques dans des échantillons épais. Au contraire, la MHN offre une reconstruction en profondeur grâce à la propagation numérique de l’hologramme. La MHN interférométrique donne aussi le contraste quantitatif de la phase, utile pour analyser des objets transparents. Un éclairage à plusieurs longueurs d’onde dans une configuration appropriée permet la MHN en couleurs. L’imagerie en flux et en couleurs de particules en MHN est ici développée, avec une méthode pour la correction automatique de la balance des couleurs et des défauts permanents. Elle est appliquée pour l’analyse du plancton dans des échantillons d’eau de surface et fournit des images de haute qualité pour les intensité et phase optiques. En outre, la réduction du bruit obtenue en diminuant la cohérence spatiale de l’éclairage en MHN est également étudiée, avec deux modèles évaluant quantitativement ce phénomène en fonction de la cohérence spatiale de la lumière et de la distance entre la source de bruit et le plan d’enregistrement. De plus, la MHN différentielle est aussi abordée. Celle-ci fournit les phases différentielles, la phase étant calculée par intégration. Cependant, les défauts présents conduisent à des aberrations lors du calcul de la phase, qui affectent sa qualité et empêchent la reconstruction holographique. Un traitement spécifique est développé, permettant la reconstruction numérique en profondeur. Enfin, en MHN, un critère est essentiel pour déterminer automatiquement la distance de netteté de l’objet. Deux critères de netteté sont ici mis au point, fonctionnant indépendamment de la nature de l’objet observé (amplitude, phase ou mixte). L’un, monochromatique, est basé sur l’analyse de l’amplitude et sur un filtrage passe-haut ;l’autre, qui détecte rapidement le plan de netteté en MHN en couleurs, compare la phase dans le domaine de Fourier entre les couleurs. Les méthodes développées dans la thèse montrent le potentiel élevé de la MHN en couleurs avec un éclairage partiellement cohérent spatialement, suggérant un avenir prometteur pour cette technique. / The thesis deals with methods and developments in color digital holographic microscopy (DHM), with a partial spatial coherence illumination. The principal drawback of classical optical microscopy is its poor depth of field, which makes difficult the observation of dynamic phenomena in thick samples. On the contrary, DHM provides reconstruction in depth thanks to numeric propagation of the recorded hologram. Another feature of interferometric DHM is the quantitative phase contrast imaging, useful for analyzing transparent objects. Usual DHM is limited to monochromatic case, but multispectral illumination in an appropriate setup leads to color DHM. Color in-flow imaging of particles in DHM is developed in the thesis, with a method for the automatic correction of color balance and permanent defects. It is applied to analyze plankton microorganisms in untreated pond water samples, and provides high quality images, for both optical phase and intensity. Moreover, noise reduction obtained when decreasing the spatial coherence of the illumination in DHM is also investigated in the thesis, with the development of two models that quantitatively assess the noise reduction as a function of both the spatial coherence of the illumination, and the defocus distance of the noise source. Furthermore, differential DHM (DDHM) is also studied in the thesis. As DHM gives the optical phase, DDHM provides differential phases, from which phase is retrieved by integration. However, misalignments and defects give some aberrations, which affect phase quality and hinder refocusing. A specific hologram processing is developed, giving an accurate phase image and enabling holographic reconstruction in depth. Finally, in DHM, a criterion is essential to automatically achieve the refocusing distance of the object. Two refocusing criteria are developed in the thesis, both working independently of the nature of the observed object (amplitude, phase, or both mixed). The first one, monochromatic, is based on amplitude analysis and on a high-pass filtering process. The second one, which gives fast refocusing in multispectral DHM, compares the phase in the Fourier domain among wavelengths. Methods developed in the thesis show the high potential of color DHM with a partial spatial coherence illumination, suggesting a promising future for this technique. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Cette recherche analyse la contribution de l’artiste brésilien Abraham Palatnik (Natal, 1928) au domaine de l’art optico-cinétique. Elle s’intéresse au contexte international de sa présentation et de sa réception critique. L’appareil cinéchromatique Azul e roxo em Primeiro movimento distingué à la Première Biennale de São Paulo en 1951, fait de lui un pionnier de l’art cinétique et de l’art technologique. A Rio de Janeiro, dans le cercle de Mario Pedrosa, il fonde un groupe avec Almir Mavignier et Ivan Serpa. La théorie de la Gestalt et l’art des fous d’Engenho de Dentro au centre de leurs discussions, les conduisent à pratiquer un « abstractionnisme sensible ». Formé à Tel Aviv en mécanique et en art plastique avant son retour au Brésil fin 1947, Palatnik met son talent d’inventeur au service de la création artistique et de ses activités industrielles. Artiste et designer, il participe aux mouvements d’avant-garde brésiliens et internationaux. Il intègre le groupe Frente en 1954. Invité à huit biennales de São Paulo jusqu’en 1969 et à la trente deuxième Biennale de Venise en 1964, la diffusion de ses œuvres est en synchronie avec celles de ses pairs « cinétistes ». Elle connaît un essor considérable durant les années 1960 en Europe, en Amérique du Sud et aux États-Unis. L’expérimentation perceptuelle, au cœur de son projet esthétique, induit une forme de participation ludique et cognitive du spectateur. Palatnik explore les propriétés des matériaux immatériels et celles contenues dans la matière. Il réinvente la peinture en utilisant la lumière artificielle, le bois de jacaranda, des objets électromécaniques ou des composés chimiques. / This research examines the contribution of the Brazilian artist Abraham Palatnik (Natal, 1928) to the optico-kinetic art. It is focused on the international context of his exhibitions and the critical reception. The kinecromatic device Azul e roxo em Primeiro movimento was granted by a presentation in the First Biennal of São Paulo in 1951, which made him a pioneer of the kinetic art and technological art. In Rio de Janeiro, in Mario Pedrosa’s circle, he builds up a group with Almir Mavignier and Ivan Serpa. The theory of Gestalt and the art of the mentally ill from Engenho de Dentro, draw into their discussions, lead them to practise an « abstractionism sensitive ». He is specialized in mechanical and in visual art in Tel Aviv before his return in Brazil later in 1947. Palatnik uses his inventor’s talent for the benefits of the artistic creation and for his industrial activities. As an artist and designer, he participates in the Brazilian and international vanguard movements. He joins the group Frente in 1954. He has been invited to São Paulo Biennal eight times until 1969 and in the thirty second Venice Biennal in 1964. The diffusion of his works in synchrony with those of his peers « kinetists », knows a considerable development during the 1960s in Europe, in South America and in the United States. The perceptual experimentation, at the inner of his aesthetic project, involves a sort of playful and cognitive participation of the spectator. Palatnik explores the properties of the abstract materials and those contained in the materiality. He reinvents the paint by using the artificial light, the wood of jacaranda, electromechanic objects or chemical compounds.