Pour être autonome, un robot mobile doit être capable de décrire l'environnement dans lequel il évolue. Pour ce faire, le robot doit pouvoir se localiser et construire une carte de l'environnement si celle-ci n'existe pas. Grâce à ces informations, il pourra par exemple éviter les obstacles et donc naviguer en toute sécurité. Cette capacité correspond à une étape obligatoire sur la route de son autonomie totale. Le sujet traité dans ce manuscrit répond à cette problématique. Il concerne la localisation d'un véhicule et la cartographie d'un environnement en simultané, SLAM pour simultaneous localization and mapping. Après un etat de l'art des approches proposées durant la dernière décennie, deux points importants ont été constatés lors de l'emploi d'un filtre EKF-SLAM : les estimations obtenues avec ce filtre ne sont pas consistantes et cette approche, telle qu'elle a été introduite, ne répond pas aux critères d'observabilité d'un système. Pour chacun de ces problèmes, une solution est proposée et critiquée à l'aide de résultats de simulation et d'expérimentation

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Afin d'étendre la diversité des composants intégrables dans un System in Package (SiP), il apparaît nécessaire de développer l'intégration de composants hétérogènes. Cette étude présente une solution par report avec un scellement en polymère. L'utilisation de ces matériaux entraîne des problèmes de fiabilité thermomécanique. Grâce à un prototype virtuel, il est possible d'évaluer les sollicitations et de comprendre ce comportement de la structure. Cela permet de mieux appréhender les mécanismes de défaillance et d'optimiser la structure avant sa fabrication. Pour démontrer la faisabilité, nous avons utilisé des filtres à ondes acoustiques de surfaces (SAW filters). Nous avons étudié trois types de polymères (BCB, SU8 et TMMF) pour réaliser le scellement et protéger le filtre. Différents tests mécaniques, électriques et de fiabilité ont permis de valider cette solution. Nous avons réalisé un SiP comprenant un tuner et un filtre SAW dans un même boîtier pour de la télévision sur mobile / In the objective to extend the variety of the integrated components inside a System in Packahe (SiP), it is necessary to develop the integration of heterogeneous component. This study presents a flip-chip solution with an adhesive bonding. The use of such materials involves some problems of thermo-mechanical reliability. With virtual prototyping, it is possible to evaluate the strains and to understand the behaviour of the structure. These allow us to know the origin of the failure and to optimize its design before the fabrication. The feasability of the technique is demonstrated with a surface acoustic waves filter (SAW). We study three different types of polymer (BCB, SU-8 and TMMF) for the sealing and for the protection of the active area of the filter. Different tests : mechanical, electrical and reliability validate our solution. We have made a complete SiP composed by a silicon tuner and a SAW filter inside a single package for a television on mobile application

Cette thèse contribue à une approche formelle de conception d'un programme de contrôle/commande pour les systèmes automatisés de production (SAP) contrôlés par des automates programmables industriels (API). Dans ce contexte, deux constats principaux ont été soulevés : il existe manque de méthodologie efficace pour la conception d'un programme API dans le monde industriel et les méthodes formelles issues du monde académique ne sont ni connues ni utilisées par l'industrie car trop complexes. Par ailleurs, l'industrie du futur nécessitera des contrôleurs toujours plus flexibles et fiables. La flexibilité implique que les programmes seront encore plus difficiles à réaliser, et par conséquent, la difficulté pour garantir la fiabilité de ceux-ci sera accrue.Pour répondre à ces problématiques, une méthode de conception formelle s'intégrant dans un cycle de développement industriel classique (cycle en V) a été proposée. De plus, afin de faciliter le transfert vers l'industrie tant d'un point de vue technique (API) qu’humain (pratique des automaticiens), le formalisme utilisé est entièrement basé sur des variables et des équations logiques appelées contraintes logiques. Ces contraintes logiques permettent la spécification des exigences informelles recensées dans le cahier des charges. A partir de ces contraintes logiques, un algorithme de résolution des contraintes, implémentable dans un API, est synthétisé et implémenté automatiquement dans un langage de programmation normalisé pour API. Ce filtre logique peut être utilisé pour : commander un SAP contrôlé par un API, vérifier formellement un programme API, mettre en sécurité un programme API déjà existant présentant des erreurs.Les travaux de cette thèse ont eu pour objectif de lever certains verrous et de globalement améliorer et renforcer l'approche par filtre logique. Dans le but de généraliser l'approche par filtre, un effort important a été réalisé autour de la formalisation des contraintes logiques et des différentes fonctions et propriétés associées au filtre logique. Cet apport de formalisation a permis, en particulier, de proposer une approche de vérification formelle de la notion de cohérence d'un filtre logique ainsi qu'une condition nécessaire et suffisante à cette propriété. Enfin, après avoir mis à jour l'algorithme d'implémentation classique, deux algorithmes de recherche locale d'une solution basés sur des techniques de solveur SAT ont été proposés. / This thesis contributes to a formal approach to design control/command program for automated production systems controlled by Programmable Logical Controller (PLC). In this context, two main observations have been highlighted: there is a lack of efficient methodology for the design of PLC program in the industrial field and the academicals formal approaches are neither known nor used in manufacturing industry due to high complexity. Furthermore, the industry of future will require flexible and reliable PLC program. The flexibility implies that programs will be even more difficult to design and, consequently, the complexity to guarantee the reliability will be increased.To address these issues, a formal design approach, presented as a classical V-cycle, have been proposed. Moreover, to facilitate the industrial transfer from both technical (PLC) and human (engineer practice) point of view, the formalism is exclusively based on logical variables and equations called logical constraints. These constraints are used to specify the informal requirements described in the specification book. From these constraints, a logical filter is synthesized automatically and a solving algorithm, IEC 61131-3 compliant, is implemented in the PLC program. This logical filter may be used to: command an automated production system controlled by a PLC, verify formally a PLC program, and make safe an existing PLC program containing errors.The contributions of this thesis covered the whole development cycle: formal specification, formal analysis and synthesis, automatic implementation in a PLC program. To support these contributions, a significant effort was made on the formalism based on logical constraints. This new formalism has allowed, in particular, to propose a necessary and sufficient condition to the coherence property of a logical filter and to guarantee the convergence of the online solving algorithm. At least, the classical solving algorithm has been updated according to the new formalism, and two algorithms based on SAT solver techniques and local research have been proposed and tested on real PLC.

L'un des défis fondamentaux de la robotique d'aujourd'hui est d'obtenir des cartes robustes en utilisant des mécanismes efficaces pour l'exploration et la modélisation des environnements toujours plus complexes. Ce problème est connu comme celui de la planification, de la localisation et de la cartographie simultanée (SPLAM).Dans cette thèse nous avons développé des outils pour obtenir une stratégie de SPLAM. D'abord, l'exploration est faite par le graphe d'exploration aléatoire (REG) basé sur la création d'une structure de graphe et sur un contrôle de frontières. Ensuite, le problème de localisation et de cartographie simultanée (SLAM) est résolu avec une stratégie topologique basée sur des B-Splines. Pour valider notre stratégie, nous avons créé une autre approche de SPLAM basée sur des outils connus comme le Filtre de Kalman étendu pour le SLAM et sur l'arbre aléatoire (SRT) pour l'exploration. Ces résultats sont comparés avec les résultats de notre stratégie. / One of the fundamental challenges of today's robotics is to obtain robust maps using efficient mechanisms for exploring and modeling increasingly complex environments. This is known as simultaneous planning, localization and mapping (SPLAM) problem.Considering this problem, in this thesis we have developed some tools to obtain a SPLAM strategy. First, the exploration is made by the Random Exploration Graph approach (REG) which is based on the creation of a graph structure and on a frontier control. Next, the simultaneous localization and mapping (SLAM) problem is solved using a B-Spline based topologic strategy. To validate our strategy, we have created another SPLAM approach based on well known tools as the Extended Kalman Filter for SLAM and on the Sensor based Random tree (SRT) for the exploration problem. Its results are confronted with the results obtained by our strategy.

Les travaux réalisés lors de cette thèse ont pour objectif la fabrication de filtres accordables fort Q0. Pour cela nous nous sommes naturellement orienté vers des structures volumiques puisque elles permettent l’obtention de Q0 important. Nous avons également utilisé des éléments d’accord permettant de maximiser ce Q0, tels que des MEMS-RF ou bien encore des patchs de Matériaux à Transition de Phase (PTM) comme le dioxyde de vanadium (VO2). Nous avons démontré lors de notre étude que ces dispositifs garantissaient des Q0 supérieurs à 1000 sur une large plage d’accord. / This work is based on the fabrication of High-Q tunable filters. We looked at cavity filters since they allow us to achieve a high Q0. We also used RF-MEMS or vandium Dioxyde as tuning element. Since they provide a high-Q tuning. We have demonstrated Q0 better than one thousand over a wide tuning range.

L’obtention d’un nombre élevé de cellules souches hématopoïétiques (CSH) représente un enjeu majeur pour le développement de protocoles de thérapies cellulaires d’hémopathies ou de tumeurs solides. L’expansion ex vivo de ces cellules met en jeu différents acteurs (cytokiniques, environnementaux) et notamment les basses concentrations d’oxygène (O2), qui reflètent des conditions physiologiques retrouvées au sein de structures spécifiques de la moelle osseuse où résident les CSH et auxquelles notre équipe s’intéresse depuis plusieurs années. Les effets bénéfiques de ces basses concentrations d’O2 sur le maintien des CSH sont actuellement bien établis lors de courtes cultures de cellules de moelle osseuse, de sang placentaire ou mobilisées dans le sang. Nous avons cherché à confirmer et à étendre ces résultats à des cellules peu étudiées, les cellules souches de sang périphérique en situation d’homéostasie (CSSP-H). Ces cellules représentent en effet une source possible de CSH à usage thérapeutique, du fait de leur disponibilité et de leur facilité d’accès. Nos travaux ont permis d’établir et d’optimiser un protocole, rapide et simple, de purification de cellules CD34+ à partir de filtres de leucoréduction (LRF). La quantité et la pureté de ces cellules adaptées à la poursuite de nos travaux, ainsi que leur validation fonctionnelle, nous ont permis de les utiliser comme modèle pour l’étude des effets de cultures de 7 jours très faiblement oxygénées (0,1% d’O2). La détermination de combinaisons cytokiniques assurant le maintien et l’expansion des cellules primitives a révélé un rôle bénéfique de l’IL-3 et du SCF couplé à la TPO. Ces conditions de culture ont permis de révéler, comparativement à des cultures réalisées à 20% d’O2, le rôle majeur des faibles concentrations d’O2 dans le maintien de cellules quiescentes, indifférenciées, ne se divisant pas ou très peu et capables de reconstituer une hématopoïèse, suite à leur injection dans des souris NOG. Les mécanismes moléculaires et métaboliques intervenant dans ces processus restent, cependant, encore à établir. / Obtaining a high number of hematopoietic stem cells (HSCs) is a major challenge for developing cell therapies for blood diseases. Ex vivo expansion of HSCs involves various factors (cytokines, environment), including low oxygen (O2) concentrations, that reflect the physiological conditions found in specific structures of the bone marrow where HSCs reside. Our team is interested with the study of these low O2 levels for several years and their beneficial effects are currently well established during short-term cultures of cells from bone marrow, cord blood or mobilized in the blood. We sought to confirm and extend these results to poorly studied cells: stem cells from steady state peripheral blood (SSPB). Indeed, these cells represent a possible HSCs source devoted to the therapeutic use, because of their availability and their easy access. Our work has led to the establishment and the optimisation of a procedure, rapid and easy to set up, for CD34+ cells purification from leukoreduction filters (LRFs). The cell quantities and purities, adapted to our further work, together with their functional validation, led us to use these cells as a model for 7-days in vitro cultures performed at very low O2 concentration (0.1%). Cytokine combination assays, allowing the maintenance and the expansion of primitive cells, have revealed a beneficial influence of IL-3 or SCF + TPO additions. These cultures have revealed, comparatively to those performed at 20% O2, a major role of the very low O2 concentrations in the maintenance of quiescent and undifferentiated cells, showing an un- or low-cycling status and able to reconstitute hematopoiesis, consecutively to their injection into NOG mice. However, the molecular and metabolic mechanisms involved in these processes remain unknown.

Cette thèse est consacrée à la détection des contours à partir d'images acquises par des caméras couleur mono-capteur. Dans ces dispositifs, le capteur est recouvert d'une mosaïque de filtres chromatiques (Color Filter Array, ou CFA) et forme une image (dite <<brute>> ou CFA) qui ne comporte qu'une seule composante couleur par pixel. Une procédure de dématriçage est classiquement appliquée à cette image pour estimer les deux composantes couleur manquantes en chaque pixel et obtenir une image couleur. Cependant, les artéfacts générés par le dématriçage peuvent altérer les performances des méthodes d'analyse bas-niveau des images. Ceci nous amène à éviter le dématriçage pour la détection des contours. Dans une approche de type gradient, nous proposons d'estimer les dérivées partielles soit en calculant les dérivées partielles dans les trois plans couleur (approche vectorielle), soit en estimant une luminance adaptée à la détection des contours (approche scalaire). L'état de l'art met en évidence que l'exploitation directe de l'image brute a été peu abordée et que les approches développées dans cette thèse sont originales. Pour l'approche vectorielle, nous proposons une adaptation de l'implantation récursive du filtre de Deriche au treillis du CFA. Pour l'approche luminance, nous utilisons un filtre optimal qui lisse et dérive conjointement les données brutes. Nous évaluons les performances des méthodes développées sur une base d'images synthétiques dont la vérité terrain est connue. Nous montrons ainsi que la détection des contours à partir des données brutes peut être satisfaisante tout en étant peu coûteuse en temps de calcul. / This thesis is devoted to edge detection from the raw image acquired by single-sensor cameras. Such cameras are fitted with Bayer Color Filter Array (CFA, generally Bayer one) and deliver raw CFA image, in which each pixel is characterized by only one out of the three colour components (red, green, or blue). A demosaicing procedure is necessary to estimate the other two missing colour components at each pixel, so as to obtain a colour image. This however produces artefacts that may affect the performance of low-level processing tasks applied to such estimated images. We propose to avoid demosaicing to compute partial derivatives for edge detection. Simple differentiation kernels, Deriche filters or shifted Deriche filters can be used either in a vector or a scalar approache. The vector approach computes partial derivatives for the three channels and the scalar approach first estimates a luminance image, then computes derivatives. The partial CFA derivatives are then used to compute Di Zenzo gradient for edge detection. We assess the performance of our methods on a large dataset of synthetic images with available edge ground truth. We show that CFA-based approaches may provide as accurate edge detection results as colour vector-based ones at much reduced computation cost.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la résolution de problèmes de détection et de suivi d'objets mobiles multiples sur route, à partir de données télémétrique de type lidar à balayage. Les travaux dans le domaine de la détection et de suivi d'obstacles à partir de données lidar mettent généralement en oeure trois principales étapes : la détection, l'association de mesures et le filtrage. Cependant, il est connu que cette chaîne de traitement peut engendrer des pertes d'informations pouvant être à l'origine de cas de non détection ou de fausse alarme. Par ailleurs, les non-linéarités liées à la transformation polaire-cartésien des mesures lidar au cours de l'étape de détection ne permettent plus de préserver la statistique des bruits de mesure après traitement. Une autre difficulté, compte tenu de la nature spatialement distribuée des mesures lidar liées à un objet, est de pouvoir associer chaque impact à un unique véhicule tout en prenant en compte la variabilité temporelle du nombre d'impacts à lui associer. Seule une approche exploitant les données brutes permet de garantir l'optimalité de la chaîne de traitement. Cette thèse explore une nouvelle approche conjointe de détection et de suivi exploitant les données brutes du lidar, éliminant toute étape de pré-détection. L'approche proposé repose, d'une part, sur l'usage des méthodes de Monte Carlo séquentielles en raison de leur aptitude à traiter des modèles fortement non linéaire, , et, d'autre part, sur une modélisation des ojets compatible avec la perception lidar. La méthode est validée avec des données du simulateur SIVIC dans différentes situations expérimentales pour la détection et le suivi d'objets hétérogènes dans un cas lidar monoplan puis multiplan. / This thesis focus on the problem of multiobject detection and tracking multiple moving objects on the road, using a scanning laser rangefinder. The works in the field of obstacle detection and tracking from lidar data generally use three main stages : detection, measurement association and filtering. However, it is known that this processing chain can lead to a loss of information that may be reponsible for non-detection or false alarm problems. Furthermore, the non-linearities associated to the polar-to-Cartesian transformation of lidar measurements during the detection step cannot preserve the statistical properties of the measurement noise. Another difficulty, related to the spatially distributed nature of a lidar measurements of an object, is to associate each impact with a single vehicle while taking into account the temporal variability of the number of impacts. An approach that only exploits the raw data ensures the optimality of the processing chain. This thesis explores a new joint approach for detection and tracking that uses raw lidar data, while eliminating any step of predetection. The proposed approach is based, first, on the use of sequential Monte Carlo methods due to their ability to deal with highly non-linear models, and secondly, on an object modeling related to lidar measure. The method is validated with data from the simulator SIVIC under different experimental conditions for the detection and tracking of heterogeneous objects with monolayer and multilayer lidar.

Cette thèse traite de la segmentation et du suivi de structures curvilinéaires. La méthodologie proposée est appliquée à la segmentation et au suivi des guide-fils durant les interventions d’angioplastie. Pendant ces opérations, les cardiologues s’assurent que le positionnement des différents outils est correct au moyen d’un système d’imagerie fluoroscopique temps-réel. Les images obtenues sont très bruitées et les guides sont, en conséquence, particulièrement difficiles à segmenter. Les contributions de cette thèse peuvent être regroupées en trois parties. La première est consacrée à la détection des guides, la seconde a leur segmentation et la dernière a leur suivi. La détection partielle des guide-fils est réalisée soit par la sélection d’un opérateur de filtrage approprié soit en utilisant des méthodes modernes d’apprentissage artificiel. Dans un premier temps, un système réalisant un Boosting asymétrique pour entraîner un détecteur de guides est présenté. Par la suite, une méthode renforçant la réponse d’un filtre orientable au moyen d’une variante efficace de vote tensoriel est décrite. Dans la seconde partie, une approche ascendante est proposée, qui consiste à regrouper des points sélectionnés par le détecteur de fil, à extraire des primitives des agrégats obtenus et a les lier. Deux procédures locales de regroupement des points sont étudiées : une reposant sur un clustering de graphe non supervisé suivi d’une extraction de segments de droites ; et l’autre reposant sur un modèle graphique puis une extraction d’axe central. Par la suite, deux méthodes de liaison des primitives sont étudiées : la première repose sur une approche de programmation linéaire, et la seconde sur une heuristique de recherche locale. Dans la dernière partie, des méthodes de recalage sont utilisées pour améliorer la segmentation et pour suivre les fils. Le suivi propos´e couple un suivi iconique avec un suivi géométrique contenant un modèle prédictif. Cette méthode utilise un modèle graphique déterminant à la fois une position du guide-fil (segmentation) et des correspondances (tracking). La solution optimale de ce modèle graphique décrit simultanément les déplacements du guide-fil et les appariements entre points d’intérêt qui en sont extraits, fournissant ainsi une estimation robuste des déformations du fil par rapport aux grands déplacements et au bruit. / This thesis addresses the segmentation and the tracking of thin curvilinear structures. The proposed methodology is applied to the delineation and the tracking of the guide-wires that are used during cardiac angioplasty. During these interventions, cardiologists assess the displacement of the different devices with a real-time fluoroscopic imaging system. The obtained images are very noisy and, as a result, guide-wires are particularly challenging to segment and track. The contributions of this thesis can be grouped into three parts. The first part is devoted to the detection of the guide-wires, the second part addresses their segmentation and the last part focuses on their spatio-temporal tracking. Partial detection of guide-wires is addressed either through the selection of appropriate filter operators or using modern machine learning methods. First, a learning framework using an asymmetric Boosting algorithm for training a guidewire detector is presented. A second method enhancing the output of a steerable filter by using an efficient tensor voting variant is then described. In the second part, a bottom-up method is proposed, that consists in grouping points selected by the wire detector, in extracting primitives from these aggregates and in linking these primitives together. Two local grouping procedures are investigated: one based on unsupervised graph-based clustering followed by a linesegment extraction and one based on a graphical model formulation followed by a graph-based centerline extraction. Subsequently, two variants of linking methods are investigated: one is based on integer programming and one on a local search heuristic. In the last part, registration methods are exploited for improving the segmentation via an image fusion method and then for tracking the wires. This latter is performed by a graph-based iconic tracking method coupled with a graphbased geometric tracking that encodes to certain extend a predictive model. This method uses a coupled graphical model that seeks both optimal position (segmentation) and spatio-temporal correspondences (tracking). The optimal solution of this graphical model simultaneously determines the guide-wire displacements and matches the landmarks that are extracted along it, what provides a robust estimation of the wire deformations with respect to large motion and noise.