La spectroscopie gamma est une sonde très précise de la structure nucléaire interne des noyaux. Elle permet de fixer les niveaux d'énergie autorisés par la mécanique quantique, de déterminer les nombres quantiques caractéristiques (spin et parité) ainsi que la durée de vie de certains états. Créés avec une énergie d'excitation élevée et à haut moment angulaire par réaction de fusion-évaporation, quel que soit le type de faisceau, leur spectre de désexcitation peut s'avérer très complexe à établir expérimentalement mais aussi à interpréter théoriquement. L'étude de séquences de désexcitation caractéristiques,<br>notamment par une certaine régularité, est ainsi naturellement privilégiée.Le chapitre qui suit cette introduction s'arrête sur ces structures particulières associées à différents modes de rotation du noyau. Plusieurs résultats seront ainsi exposés issus d'expériences en partie ou fortement réalisées, analysées et interprétées dans le groupe de Lyon. La rotation collective des noyaux déformés, voire superdéformés, sera illustrée par la mise en évidence de bande de rotation respectivement dans les régions de masse A $simeq$ 130 et A $simeq$ 190. La région de masse A $simeq$ 190 est doublement à l'honneur, pour détailler un autre mode singulier de rotation dit “magnétique”. Enfin quelques mots évoqueront la recherche de formes tétraédrales, un projet initié et piloté par un groupe Strasbourgeois.

En mammographie numérique, il existe deux approches pour évaluer la qualité de l'image. Dans la première approche, une méthode visuelle basée sur un observateur humain permet la détectabilité des lésions en radiographie mammographique. Malheureusement, cette approche de qualité nécessite d'importantes ressources humaines et du temps lors de son implémentation, et elle est affectée par la variabilité inter-évaluateurs. Dans une deuxième approche, des paramètres objectifs et indépendants de l'observateur humain, présentant une relation avec la résolution et le contraste de l'image (MTF et NPS), sont utilisés pour une évaluation de la performance des détecteurs. Cependant, il n'existe pas de relation directe entre ces paramètres et la détectabilité des lésions. Une méthode permettant d'avoir une approche de la qualité de l'image, à la fois indépendante de facteurs humains et présentant une relation directe avec la détectabilité des lésions, permettrait d'utiliser l'équipement mammographique de manière optimale. Ce travail de thèse présente le développement d'une telle méthode, consistant à générer par ordinateur des images virtuelles à partir d'un modèle « Source à rayons X/Détecteur numérique », qui prend en compte les valeurs mesurées de la MTF et du NPS des équipements mammographiques en conditions cliniques d'utilisation. De par les résultats obtenus dans notre travail, nous avons contribué à établir le lien entre les caractéristiques physiques des détecteurs et la qualité clinique de l'image dans les conditions habituelles d'exposition. De plus, nous suggérons que notre modèle de création d'images virtuelles puisse être utilisé pour déterminer rapidement les conditions optimales en mammographie. Il s'agit, en effet, d'un aspect essentiel à considérer pour la radioprotection des patientes, particulièrement dans le cadre du dépistage de masse organisé, et qui est habituellement un processus expérimental long et fastidieux à mettre en oeuvre.

La prochaine génération d’instruments pour l'observation de la polarisation du fond diffus cosmologique est particulièrement exigeante en termes de nombre de détecteurs, de qualité de la mesure et d'efficacité de remplissage du plan focal. De plus, pour détecter les modes-B de polarisation provenant de l’inflation, il faut observer le ciel avec plusieurs bandes de fréquence afin de soustraire les avant-plans. Dans ce contexte, les détecteurs à inductance cinétique (KIDs) représentent une technologie très prometteuse en raison de leur grand facteur de multiplexage et de leur facilité de réalisation, tandis que le couplage avec une antenne peut fournir des solutions multi-bandes et double-polarisation dans un design compacte. Les KIDs à éléments localisés (LEKID) couplé à une antenne développé dans cette thèse sont sensibles à la polarisation avec deux sous-bandes à 140 GHz et 160 GHz chacune avec une bande passante de 10%. L'architecture proposée utilise une antenne à fente excitée par une ligne microruban et deux filtres passe-bande vers deux résonateurs. Ces derniers sont couplés capacitivement avec l'antenne et comprennent une ligne microruban en Aluminium comme absorbeur. Cette architecture est particulièrement simple à fabriquer, sans via et ne nécessite que de deux niveaux de métallisation. La transition ne nécessite aucun dépôt de diélectrique au-dessus du résonateur, évitant ainsi les limitations de toute source de bruit due au substrat non-monocristallin (TLS). En outre, la même technique de couplage peut être appliquée à de nombreux types d'antennes excitées par une ligne microruban, ce qui permet de s'adapter aux filtres passe-bande. / Next generation telescopes for observing the Cosmic Microwave Background are demanding in terms of number of detectors and focal plane area filling efficiency. Moreover, foreground reduction in B-Mode polarimetry requires sky observation with multiple frequency bands. In this context KIDs are promising technology because of their large multiplexing rate, while antenna coupling can provide multi-band and dual-polarization solutions in compact design. The proposed polarization sensitive antenna-coupled LEKID is operating at 140 GHz and 160 GHz with a bandwidth of almost 10% for each sub-band. The design involves a microstrip excited slot antenna and two open-stub band-pass filters to direct the signal toward two resonators. These are lumped elements capacitively coupled to the antenna and include an Aluminium strip as absorber. The architecture proposed is particularly simple to fabricate, via-less and only involves two metallization levels. The transition doesn't require any dielectric deposition above the resonator, thus preventing limitations from any source of noise due to non-monocrystalline substrate (TLS). Furthermore, the same coupling technique can be applied to many types of microstrip excited antennas, which allow to accommodate band-pass filters.

Le déploiement des réseaux de senseurs sans fil (WSN : Wireless Sensor Network) soulève un certain nombre de défis liés à la configuration des senseurs, la gestion des ressources et à l'implémentation d'applications. Les travaux récents ont montré la nécessité d'utiliser ces réseaux pour la détection des incendies. Toutefois, pour signaler la présence de ces derniers, il faut s'assurer de mesurer les bons indices, tels que la température, l'humidité et l'intensité lumineuse. Ce mémoire présente la mise en place d'un WSN capable de recueillir et de traiter des informations provenant de l'environnement, comme la température. Dans ce contexte, nous caractérisons d'abord les applications des WSNs. Ensuite, nous identifions les principaux paramètres sur lesquels se basent les applications des WSNs pour détecter les incendies. Finalement, afin d'évaluer l'impact du vent sur les températures recueillies, nous présentons les différentes étapes de la mise en {\oe}uvre d'un WSN pour la détection d'un incendie, ainsi que les expériences réalisées et les résultats obtenus. L'analyse des résultats montre que la vitesse et la direction du vent ont un impact important sur les températures recueillies par le WSN. Il est donc important d'en tenir compte pour pouvoir détecter à temps un incendie. / The deployment of wireless sensor networks (WSN: Wireless Sensor Network) raises a number of challenges related to the configuration of sensors, resource management and implementation of applications. Recent researches proved the necessary use of these networks to detect fires. However, to indicate their presence, make sure to measure the right indicators, such as temperature, humidity and light intensity. This report presents the setting of a WSN that can collect and process information from the environment such as temperature. In this context, we characterize the first; applications of WSNs. Then we identify the main parameters on which the applications of WSNs are based to detect fires. Finally, to assess the impact of wind on temperature gathered, we present the different stages of the setting of a WSN for detecting a fire, including the experiences and results. Analysis of the results shows that the speed of wind and its direction have both a significant impact on temperatures collected by the WSN. It is therefore important to take in account the wind for detecting fire in time.

L’utilisation de la spectroscopie nucléaire comme outil de détection est limitée par le ratio du signal sur bruit. Les méthodes traditionnelles qui permettent d’outrepasser cette difficulté sont d’augmenter l’intensité du signal ou de diminuer le bruit. Pour amplifier le signal, il existe deux méthodes : avoir un émetteur plus intense ou avoir un détecteur de meilleur rapport signal sur bruit . Les techniques typiques de réduction de bruit de fond sont : l’application de filtres numériques et l’ajout de systèmes, tels des circuits de coïncidence, pour favoriser l’étude du signal. Dans le cadre de notre recherche, nous cherchons à détecter des traces d’éléments en utilisant l’activation par neutron. Nous sommes donc limités à avoir des émetteurs d’intensité faible. Beaucoup de chercheurs se penchent déjà sur la création et l’amélioration de détecteurs ayant de meilleures résolutions en énergie. L’approche que nous proposons utilise des détecteurs typiques ayant des résolutions standards et aucun système de suppression de bruit de fond. Nous avons développé un montage expérimental astucieux qui se charge de récolter un maximum d’information. Nous le couplons par la suite à un système d’analyse statistique robuste basé sur l’estimation du maximum de vraisemblance d’un modèle de mixture pour extraire les paramètres d’intérêt. Cette méthode mène à une amélioration flagrante du pouvoir de détection d’un tel système. Les résultats de cette recherche sont par la suite très utiles à tous les systèmes de spectroscopie semblables. Les méthodes d’acquisition et d’analyse développées sont en parfaite synergie avec les travaux de recherche qui se font ailleurs sur des systèmes de détecteurs plus exotiques. / The use of nuclear spectroscopy as a detection tool is limited by signal to noise ratio. The most common ways of overcoming this difficulty are either boosting the signal or dampening the noise. Boosting the signal can either be done by having a more powerful emitter or by having a better signal to noise ratio. Applying digital filters and having special experimental setups are the typical ways of enhancing the signal. In our case, the detection of trace elements with neutron activation analysis, we are limited by the nature of the problem to having small emitter signals. A good amount of research is already being done to develop new and exotic detectors to improve their energy resolution. The approach we propose uses typical detectors with average resolution and no background suppression. We propose an intelligent experimental design intended to extract a maximum of information from the experiment and an analysis algorithm based on a rigorous statistical model using a maximum likelihood approach to solving a mixture model in order to drastically improve detection efficiency. This method can be combined with more complex setups that use higher resolution detectors. As such the results of this project synergize well with what is being done elsewhere in the fields of spectroscopy and detector physics.

L'objectif de ce projet est d'explorer la possibilité d’utiliser des oxydes mixtes nanostructurés obtenus par broyage à haute énergie (HEBM en anglais) dans des capteurs de gaz des oxydes mixtes à haute performance et à faible coût. Les compositions chimiques, LaFeO3 et LaCoO3, ont été choisies en fonction de leurs propriétés intrinsèques de détection de gaz proposées dans la littérature. L'effet des paramètres de synthèse sur leurs performances de détection de gaz a été étudié. Ce projet est divisé en trois étapes. Dans la première étape, les paramètres de synthèse ont été optimisés pour obtenir des oxydes nanocristallins LaCoO3 à structure pérovskite. Un procédé de revêtement a ensuite été développé afin de déposer le matériau sous forme de poudre sur un substrat électriquement résistant et de créer un dispositif de détection. Cette méthode consiste en une simple étape d’enrobage où la poudre nanocristalline est mise en suspension dans une solution aqueuse à un pH ajusté avec précision et le substrat y est immergé jusqu'à l’obtention d’une couche continue et homogène. Les échantillons ont été ensuite séchés, conditionnés et les propriétés de détection ont été évaluées en mesurant essentiellement le comportement de la résistance électrique sous différentes compositions de gaz. Afin de comparer la méthode de fabrication des oxydes dans ce projet (broyage à boulets, BM) à d'autres méthodes de synthèse classiques, les mêmes compositions chimiques des pérovskites LaFeO3 et LaCoO3 ont été réalisées par la méthode sol-gel (SG) et par réaction à l’état solide (SSR). L'effet de la taille des particules sur les performances de détection du monoxyde de carbone par le LaCoO3 a été étudié. En comparant aux autres méthodes classiques, la technique par broyage à haute énergie a abouti à la plus petite taille des cristallites, environ 11 nm, alors que la SG et la SSR ont donné une taille de cristallites respectivement de 20 nm et 1 μm. Le taux de réponse maximale vis-à-vis au CO a été augmenté de 7% pour les échantillons par SSR à 17% pour la SG et jusqu’à 26% pour la BM, tout en conservant une surface spécifique stable pour les trois méthodes de synthèse. Dans la deuxième étape, la surface spécifique (SSA) des échantillons broyés par BM a été augmentée en utilisant une seconde étape de broyage. L'effet de la surface spécifique sur les performances de détection de gaz et sur la mobilité des atomes d'oxygène ainsi que sur leur capacité de désorption des oxydes mixtes a été examiné. Les matériaux synthétisés ont été caractérisés par diffraction des rayons X (XRD), par désorption du dioxygène à température programmée (TPD-O2) et par analyse de leur surface spécifique (BET). Les résultats de détection ont révélé l’effet positif d’une faible taille de cristallites associée à une grande surface spécifique sur les performances de détection de gaz. La surface spécifique de l'échantillon synthétisé par BM est passée de 4 m2/g à une valeur optimale de 66 m2/g grâce à la seconde étape de broyage. La pérovskite optimisée par deux étapes de broyage a montré le plus fort taux de réponse allant jusqu'à 75% pour 100 ppm de CO dans l'air sec à 125°C. Ce pourcentage est de quatre à dix fois supérieur à ceux obtenus par sol-gel et par réaction à l'état solide. La performance de détection de gaz du composé LaCoO3 ayant une taille de cristallites de 11 nm et une surface spécifique de 66 m2/g a été définie comme étant le matériau de référence pour d'autres améliorations. Dans la troisième étape, le potentiel de la méthode de BM dans l’obtention de composés chimiques dopés a été exploré par la synthèse de formulations ayant la forme La1-xCexCoO3 où le pourcentage de cérium et l'effet de ce dopage sur les propriétés de détection de gaz ont été évalués. L'effet de l'élément dopant sur la structure pérovskite a été étudié. Les composés dopés par le cérium ont montré un point de saturation de 10% dans la structure pérovskite et un ajout supplémentaire de Ce à ce pourcentage limite entraîne l’apparition de l'oxyde de cérium en tant qu'impureté et affecte la détection des gaz. La température de détection optimale du CO pour la formulation dopée a été trouvée à 100°C par rapport à 130°C pour la structure pérovskite de référence (LaCoO3). Parmi les oxydes mixtes dopés au Ce, la formulation La0.9Ce0.1CoO3 montre le meilleur taux de réponse (240%) qui est de quatre fois supérieur au taux de réponse du LaCoO3 pour une même concentration de CO. La TPD-O2, la TPD-CO et l’analyse de surface XPS ont été effectuées pour établir la relation entre la performance de détection et les propriétés physiques et chimiques des échantillons synthétisés. En outre, les pérovskites nanostructurées de la forme LaFeO3 ont également été synthétisées en utilisant la méthode HEBM. Cette formulation a été choisie pour sa sensibilité intrinsèque et pour sa capacité de détection du CO. Les propriétés de détection de cette formulation pour le méthane sont améliorées par un dopage au palladium. L’oxyde de Pd est imprégné sur la surface de l’oxyde nanostructuré LaFeO3. Ce dopage révèle l'effet de ce métal noble sur les performances de détection au méthane. Différentes masses d’oxyde de Pd ont été utilisées pour déterminer la quantité optimale à ajouter afin de maximiser la détection du méthane. Les composés nanostructurés dopés au Pd indiquent une bonne sensibilité au méthane à très basse température (&lt; 150°C), alors que pour la pérovskite pure de LaFeO3, la détection est inexistante dans cette gamme de température. Un pourcentage massique de 2% Pd pour le composé LaFeO3 montre un taux de détection maximum de 600% par rapport aux 300 ppm CH4 dans l'air. Cet oxyde dopé possède une taille de cristallite de 14 nm et une surface spécifique élevée de 46 m2/g. La capacité de stockage du méthane de la formulation dopée a été également évaluée en étudiant l'effet de l'élément de dopage sur la capacité d'adsorption et de sa relation avec la performance de détection d'échantillons synthétisés. Aucune activité catalytique n’a été observée pour les formulations dopées au Pd. / The aim of this project is to explore the possibility of exploitation of nanostructured mixed oxides obtained by HEBM technique in development of high efficient gas sensors in terms of performance and cost. LaFeO3 and LaCoO3 formulations were chosen as perovskite-based materials, based on their intrinsic sensing properties reported on the literature, to investigate the effect of synthesis parameters on their gas sensing performance. In the first step, synthesis parameters were optimized to obtain nanocrystalline LaCoO3 perovskite-oxide. A coating method was then developed in order to coat the sensing material in powder form on an electrically resistant substrate and to provide a sensing device. This coating method consisted of a simple wash-coating process where the nanocrystalline powder is put in suspension in an aqueous solution with an accurately adjusted pH and the substrate is dipped in until a continuous and homogeneous thick sensing layer is formed. The samples were then dried and conditioned and the sensing properties were evaluated basically by measuring electrical resistance behaviour of the device in different gas compositions. In order to compare the ball milling (BM) method with other synthesis methods, the same formulation was also obtained using sol-gel (SG) and solid-state reaction (SSR) methods. The effect of crystallite size on CO sensing performance of synthesized LaCoO3 was studied. Compared to the other methods, HEBM resulted in lowest crystallite size of 11 nm while the SG and SSR gave a crystallite size of 20 nm and 1 µm, respectively. While the specific surface area of all samples remained similar, the maximum response ratio was increased from 7% for SSR samples to 17% and 26% for SG and BM samples, respectively. In the second step, specific surface area (SSA) of milled materials was increased using a second milling process. The new synthesis process was called Activated Reactive Synthesis (ARS). The effect of surface area on gas sensing performance and oxygen mobility as well as oxygen desorption capacity of synthesized materials was investigated. Synthesized materials were characterized using XRD, TPD-O2 and BET. Gas sensing results revealed a positive effect of low crystallite size and high surface area on gas sensing performance of milled materials. Specific surface area of the BM sample was successfully increased from 4 m2/g to an optimum value of 66 m2/g by an ARS step. Improved BM material showed the highest response ratio of up to 75% for 100 ppm CO in dry air at 125°C, which is four and ten times higher than those obtained by sol-gel and solid-state reaction methods, respectively. The gas sensing performance of LaCoO3 samples with a crystallite size of 11 nm and a specific surface of 66 m2/g was set as a benchmark for further improvements. In the third step, the potential of ARS method in providing the doped formulations was explored by synthesizing La1-xCexCoO3 series doped with different amounts of cerium. The effect of cerium doping on perovskite structure and its gas sensing properties was then evaluated. Ce-doped formulations showed a saturation point at 10 at.% in the perovskite structure. The optimum CO sensing temperature for doped formulation was found to be 100°C compared to 130°C for pure perovskite. Among the Ce-doped formulations, La0.9Ce0.1CoO3 showed the best response ratio (240%) with respect to 100 ppm CO that was four times higher than the response ratio of pure LaCoO3. TPD-O2, TPD-CO and XPS were performed to find the relation between sensing performance and physical and chemical properties of synthesized samples. Further addition of Ce resulted in segregation of cerium oxide as a second phase (impurity) and deteriorated the sensing performance of the doped materials. Nanostructured LaFeO3 perovskite was also synthesized using ARS method. This formulation was chosen for its intrinsic hydrogen and CO sensing properties. The sensing properties of this formulation with respect to methane were improved by Pd doping. Pd oxide was impregnated on the surface of nanostructured and high surface of LaFeO3 to further enhance its methane sensing performance. Different amounts of palladium oxide were used to find the optimum level of doping. Doped formulations showed a good sensitivity to methane at very low temperature (&lt; 150°C) while pure LaFeO3 did definitely not show any sensing property with respect to methane at the same temperature range. LaFeO3 with 2 wt.% Pd with a crystallite size of 14 nm and a high specific surface area of 46 m2/g showed maximum response ratio of 600% with respect to 300 ppm CH4 in air. Methane storage capacity of doped formulation was evaluated to investigate the effect of doping element on adsorption capacity and its relation with the sensing performance of synthesized samples. No catalytic activity was observed for doped formulations.

Un détecteur optique à fibre scintillante pour la curiethérapie fut développé au cours de ce projet afin de simplifier les problèmes rencontrés par un physicien faisant face à des cas complexes d'irradiation. Les caractéristiques recherchées sont une grande résolution spatiale et un bon volume sensible possédant des propriétés radiologiques comparables à celles de l'eau. Le détecteur optique à fibre scintillante permet d'effectuer la mesure de profils de dose de faisceaux de photons avec une précision supérieure à 1 %. Le détecteur optique a permis d'obtenir des mesures de rendement en profondeur comparables à celles d'une chambre à ionisation. Ceux-ci représentent une différence de dose maximale de 0,5 % ou de 0,5 cGy entre la chambre à ionisation et le détecteur optique. La reproductibilité de mesure de l'appareil permet en plus de l'utiliser en dosimétrie absolue pour réaliser la mesure de débits de dose de faisceaux de radiation.

Les diodes électroluminescentes (DELs) sont de bons candidats pour devenir les principales sources lumineuses étant donne leur bonne efficacité et leur longue durée de vie. Toutefois, un problème associe a l’usage des DELs est la dérive de couleur observé à différentes températures d’opération , courants et temps de vie. Le but du travail de maîtrise fut d’implémenter un algorithme de contrôle de la couleur qui utilise un détecteur de couleur. Deux algorithmes de calibrations des détecteurs furent développés. Les méthodes de calibration furent implémentées dans un algorithme de contrôle de DELs RGBA et RGBW. Le premier assure une bonne calibration pour une gamme de couleur près de la couleur visée. Le second algorithme développé permet de pouvoir lire la couleur pour toute la gamme de couleur accessible à la lampe, toutefois la précision obtenue est moins bonne que le premier algorithme. / Light emitting diodes (LEDs) are good candidates to become the main light sources of the future given their good efficiency and long life. However, a problem associated to the use of LEDs is the color shift observed at different temperatures, currents and lifetime. The purpose of this work was to implement a control algorithm that uses a color sensor as feedback. Two algorithms were developed to calibrate the detectors. The algorithms were implemented to control RGBA and RGBW LEDs. The first algorithm provides a good calibration for a restricted range of color near the calibration. The second algorithm gives good performances for the entire range of color available to the lamp, but it is less precise than the first algorithm.

Ce mémoire présente les améliorations suggérées au scanneur de tomographie optique diffuse du groupe TomOptUS de l'Université de Sherbrooke. La tomographie optique diffuse est une modalité d'imagerie qui permet d'utiliser la lumière dans le proche infrarouge (650 - 950 nm) pour faire l'imagerie en profondeur (> 1 cm) de petits animaux comme des souris. Cette technique est très intéressante en pharmacologie et en oncologie où elle permet de faire le suivi de médicaments ou de la progression d'une pathologie. Elle permet également de réduire le nombre de sacrifices d'animaux, puisqu'elle est non-invasive. Il est donc possible de faire un suivi dans le temps de l'objet sous étude. Cette technique fonctionne aussi en fluorescence et permet donc d'utiliser différents agents pour faire le marquage d'objets d'intérêt dans l'animal. Ce scanneur fonctionne dans le domaine temporel et acquiert le temps de vol des photons qui ont traversé le sujet pour reconstruire l'impulsion laser via le comptage de photons corrélé en temps avec une source laser ultrarapide. Le présent scanneur utilise 7 canaux de détection sans contact positionnés en anneau autour du sujet. Ce nombre est présentement trop faible pour avoir un temps d'acquisition satisfaisant. Il a été déterminé que le facteur limitant est la rotation mécanique des canaux autour du sujet pour obtenir une couverture angulaire satisfaisante. Pour réduire le temps d'acquisition, il a été suggéré d'augmenter le nombre de canaux jusqu'à 32 voire 64. Toutefois, les présents canaux utilisent des tubes photomultiplicateurs qui sont trop volumineux pour une telle densité de détecteurs autour de l'animal. Des photodiodes à avalanches ont donc été envisagées pour les remplacer, puisqu'elles sont moins volumineuses, en plus d'offrir une meilleure efficacité quantique et une meilleure précision temporelle. Ceci les rend particulièrement efficaces pour le comptage de photons. Ces photodiodes ont cependant une zone photosensible avec un diamètre considérablement plus petit que les tubes photomultiplicateurs (25 - 100 μm comparativement à ≈ 1 cm pour les tubes photomultiplicateurs). Ceci réduit le taux de comptage, ainsi que le ratio signal sur bruit et rend l'alignement difficile. Le présent projet est donc d'optimiser les canaux de détection incorporant ces photodiodes à avalanches. Une analyse des paramètres et des contraintes a d'abord été faite pour cibler les spécifications optimales des canaux. Ensuite, plusieurs concepts optiques sont présentés et analysés qui offrent des performances optimales avec un taux de comptage maximal. Ces nouveaux canaux utilisent des lentilles d'immersion comme concentrateurs optiques. Ces lentilles hémisphériques peuvent atteindre un rapport de concentration de ≈ n², ce qui correspond dans le cas présent à ≈ 4. Ceci se traduit en une augmentation du taux de comptage et du rapport signal sur bruit du même rapport. L'installation et l'alignement de ces lentilles d'immersion sur les photodiodes à avalanches dans un module sur mesure ont ensuite été réalisés et la confirmation expérimentale de cette augmentation du taux de comptage a été démontrée avec des mesures intrinsèques et en fluorescence. Cette augmentation expérimentale est appuyée par des simulations Zemax qui sont en excellent accord avec l'expérimental. Finalement, la confirmation que ces lentilles n'affectent pas la précision temporelle des photodiodes a été obtenue expérimentalement. / This dissertation showcases the improvements suggested for the diffuse optical tomography scanner of the TomOptUS group at Université de Sherbrooke. Diffuse optical tomography is an imaging modality that uses near infrared light (650 - 950 nm) to image small animals such as mice in depth (> 1 cm). This technique is very interesting for pharmacology or oncology where it can be used to track medicine or the progress of pathology. It also decreases the number of necessary sacrifices since it is a non-invasive technique. The temporal progress of the object under consideration can, in that case, be acquired with ease. This technique can also be used with fluorescent agents to track different objects of interest in the animal. This scanner works in time domain where the time of flight of individual photons that propagated through the subject is registered to reconstruct the laser pulse via time-correlated single photon counting with an ultra-fast laser source. The current scanner uses 7 no-contact detection channels positioned in a ring around the subject. This number of channels is too low to obtain a satisfying acquisition time. It was determined that the limiting factor is the need to mechanically rotate the channels around the subject to obtain the necessary angular coverage. To reduce the acquisition time, it was suggested to increase the number of detection channels to 32 or even 64. However, the current channels use photomultiplier tubes which are too bulky to be used with such a high density of detectors. Single photon avalanche diodes have been considered to replace them because of their relative small size, excellent temporal resolution, and better quantum efficiency. These characteristics make them especially efficient for photon counting. These photodiodes, however, have a photosensitive surface with a very small diameter compared to the photomultiplier tubes (25 - 100 μm compared to ≈ 1 cm for photomultiplier tubes). This reduces the photon count rate, lowers the signal to noise ratio, and makes the alignment difficult. The goal of this project is to optimize the design of new detection channels that use these single photon avalanche diodes. A primary analysis of the parameters and constraints on the system was first conducted to pinpoint the optimal parameters. Several optical designs are then presented and analyzed. These channels can achieved a maximum photon count rate with the use of immersion lenses. These immersion lenses act as optical concentrators and achieve a concentration ratio of ≈ n² which is ≈ 4 in our case. This translates to an increase in the photon count rate and signal to noise ratio of the same ratio. The affixing of the immersion lens on a custom photodiode module was then performed and the experimental confirmation of the increase in photon count was obtained with intrinsic and fluorescence measurements. This experimental increase is supported with Zemax simulations which are in good agreement with the experiments. Finally, it was experimentally confirmed that those immersion lenses do not affect the excellent temporal resolution of the single photon avalanche diodes.

Le comportement des petits animaux est important pour les chercheurs scientifiques et précliniques; ils veulent connaître les effets des interventions sur leur vie naturelle. Pour les maladies humaines, les rongeurs sont utilisés comme modèles. L’étude du comportement des rongeurs permet d’identifier et de développer de nouveaux médicaments pour les troubles psychiatriques et neurologiques. La surveillance des animaux peut être traitée et un grand nombre de données traitées peuvent conduire à de meilleurs résultats de recherche dans un temps plus court. Ce mémoire présente le système de suivi du comportement des rongeurs basé sur des techniques de vision numérique. En vision numérique, la détection d’un sujet consiste à balayer et à rechercher un objet dans une image ou une vidéo (qui n’est qu’une séquence d’images), mais la localisation d’un objet dans des images successives d’une vidéo est appelée suivi. Pour trouver la position d’un sujet dans une image, nous avons utilisé la détection du sujet et le suivi, car le suivi peut aider lorsque la détection échoue et vice et versa. Avec cette approche, nous pouvons suivre et détecter tout type du sujet (souris, headstage, ou par exemple un ballon). Il n’y a pas de dépendance au type de caméra. Pour trouver un sujet dans une image, nous utilisons l’algorithme AdaBoost en ligne qui est un algorithme de suivi du sujet et l’algorithme de Canny qui est un algorithme de détection du sujet, puis nous vérifions les résultats. Si l’algorithme Adaboost en ligne n’a pas pu trouver le sujet, nous utilisons l’algorithme Canny pour le trouver. En comparant les résultats de notre approche avec les résultats des algorithmes AdaBoost en ligne et Canny séparément, nous avons constaté que notre approche permet de mieux trouver le sujet dans l’image que lorsque nous utilisons ces deux algorithmes séparément. Dans ce mémoire, nous décrirons les algorithmes de détection et de suivi du sujet. / Small animal behavior is important for science and preclinical researchers; they want to know the effects of interventions in their natural life. For human diseases, rodents are used as models; studying rodent behavior is good for identifying and developing new drugs for psychiatric and neurological disorders. Animal monitoring can be processed and a large number of data can lead to better research result in a shorter time. This thesis introduces the rodents’ behavior tracking system based on computer vision techniques. In computer vision, object detection is scanning and searching for an object in an image or a video (which is just a sequence of images) but locating an object in successive frames of a video is called tracking. To find the position of an object in an image, we use object detection and object tracking together because tracking can help when detection fails and inversely. With this approach, we can track and detect any objects (mouse, headstage, or a ball). There is no dependency to the camera type. To find an object in an image we use the online AdaBoost algorithm, which is an object tracking algorithm and the Canny algorithm, which is an object detection algorithm together, then we check the results. If the online Adaboost algorithm could not find the object, we use the Canny algorithm to find the object. By comparing the results of our approach with the results of the online AdaBoost and Canny algorithms separately, we found that our approach can find the object in the image better than when we use these two algorithms separately. In this thesis, we will describe implemented object detection and tracking algorithms.