Cette thèse est le fruit d'un partenariat entre la BL TVFE de NXP Semiconductors et l'ESIEE dans le cadre d'une thèse CIFRE. Le but est d'apporter une solution qui permette la réception de plusieurs canaux pour le câble. Ce sujet est lié à la problématique de numérisation large bande. Dans la première partie, nous faisons un état-de-l'art sur les convertisseurs analogiques-numériques (CAN), sur les architectures parallèles (entrelacement temporel et bancs de filtres hybrides (BFH)), et sur les méthodes d'échantillonnage (passe-bande et complexe). Puis, nous étudions une architecture composée d'un banc de filtres analogiques et un banc de CANs. Nous cherchons à réduire surtout le taux d'échantillonnage. Nous comparons notre solution à un CAN large bande performant, avec notre fonction de coût. L'un des avantages de cette architecture est que tous les composants sont faisables, même les CANs, et qu'il est possible d'éteindre des sous-bandes pour diminuer la consommation. Cette solution est intéressante pour le moment mais n'est pas compétitive en termes de consommation et de surface. Nous proposons une alternative dans la partie 3, avec les BFH. Nous étudions cette architecture, en gardant à l'esprit la faisabilité de la solution. Nous avons choisi un BFH à deux voies, avec un filtre analogique passe-bas et un passe-haut. Puis, nous proposons un algorithme d'optimisation des filtres de synthèse pour atteindre nos objectifs de distorsion et de réjection de repliement. Une identification des filtres analogiques est aussi présentée. Finalement, une réalisation physique prouve le concept et valide les limitations théoriques de cette architecture / This thesis is a partnership between the BL TVFE of NXP Semiconductors and ESIEE. Its goal is to provide a solution to multi-channel reception for cable network. This is linked to the problematic of broadband digitization. In the first part, the state-of-the art of ADCs, parallel architectures (TI and HFB) and sampling methods (bandpass sampling and complex sampling) is recalled. Then we study an architecture called RFFB with a bank of analog filters and a bank of ADCs. We try to reduce the constraints on ADCs, especially the sampling rate with the different sampling. We propose an interesting solution to broadband digitization and compare this solution to a challenging wideband ADC, using the cost function we introduce. This architecture has the major advantage that all the components are feasible, even the ADCs, and it is possible to switch-off subbands to save power. It could be a good solution at the present time but it is not competitive in terms of power consumption and surface. An alternative is proposed in Part 3, where we study Hybrid Filter Banks. It is interesting to study this architecture with realization feasibility in mind. This is why we select a 2-channel HFB with a lowpass filter and a highpass filter as analog filters. Then we propose an efficient optimization algorithm to find the best synthesis filters and reach our targets of distortion and aliasing rejection. An identification of analog filters is also suggested to cope with the issue of sensitivity to analog errors. Finally, a physical realization proves the concept of aliasing rejection and confirms the theoretical issues of this architecture

Afin de réaliser des traitements locaux sur des données de diverses natures (volumes, images ou signaux) contenant des éléments informatifs dans certaines bandes de fréquence, nous nous intéressons dans cette thèse à l’étude de bancs de filtres (BdF). Plus précisément, nous étudions l’existence et la synthèse de BdF de réponses impulsionnelles finies (RIF) inverses d’un BdF d’analyse RIF redondant complexe fixé. Nous proposons en particulier des méthodes testant l’inversibilité de la matrice d’analyse et la construction d’un inverse explicite à l’aide de la formulation polyphase. À partir de ce dernier, nous proposons une paramétrisation réduite de l’ensemble des BdF de synthèse permettant d’optimiser leurs réponses selon différents critères. Cette étude est étendue au cas multidimensionnel notamment par l’utilisation de la notion de résultant. Ces outils permettant de représenter efficacement certaines informations structurées dans des données, il devient possible de les préserver tout en rejetant d’éventuelles perturbations. Le premier cadre considéré est celui du bruit gaussien. Nous avons utilisé le principe de Stein pour proposer deux méthodes de débruitage : FB-SURELET-E et FBSURELET-C. Elles sont comparées à des méthodes récentes de débruitage conduisant à de bons résultats en particulier pour des images texturées. Un autre type d’application est ensuite considéré : la séparation des structures orientées. Afin de traiter ce problème, nous avons développé une méthode de filtrage anisotrope. Les algorithmes réalisés sont finalement testés sur des données issues de différents domaines applicatifs (sismique, microscopie, vibrations) / Our main purpose in this PhD thesis is to perform local frequential (or directional) processing in different kind of data (volumes, images or signals). To this end, filter banks (FBs) are studied. More precisely, we first investigate the existence and the construction of synthesis FBs inverse to a given FIR complex analysis FB. Through the study of the polyphase analysis matrix, we are able to propose methods to test the invertibility and to build one inverse FB. Using this inverse, we provide a parametrization of the set of synthesis FB, with which we optimize filter responses with different criteria. The same study is performed in the multidimensional case. Since FBs provide an efficient representation of structured information in data, it is then possible to preserve them while rejecting unwanted perturbations. By associating Stein’s principle and those FB, we proposed two methods to denoise signals and images corrupted by Gaussian noise. These methods, named FB-SURELET-E and FB-SURELET-C, are compared to recent denoising methods and are found to offer good results, especially for textured images. Another type of application is then investigated : separation of oriented structures. To this end, we have developed an anisotropic filtering method. The different proposed methods are finally applied on images and signals from various fields : seismic images and cubes, transmission electron microscopy (TEM) images of catalysts and vibration signals from car engines

Dans ce travail, nous étudions le cadre de la morphologie mathématique sur les complexes simpliciaux. Complexes simpliciaux sont une structure versatile et largement utilisée pour représenter des données multidimensionnelles, telles que des maillages, qui sont des complexes tridimensionnels, ou des graphes, qui peuvent être interprétées comme des complexes bidimensionnels. La morphologie mathématique est l'un des cadres les plus puissants pour le traitement de l'image, y compris le traitement des structures numériques, et est largement utilisé pour de nombreuses applications. Toutefois, les opérateurs de morphologie mathématique sur des espaces complexes simpliciaux n'est pas un concept entièrement développé dans la littérature. Dans ce travail, nous passons en revue certains opérateurs classiques des complexes simpliciaux sous la lumière de la morphologie mathématique, de montrer qu'ils sont des opérateurs de morphologie. Nous définissons certains treillis de base et les opérateurs agissant sur ces treillis: dilatations, érosions, ouvertures, fermetures et filtres alternés séquentiels, et aussi leur extension à simplexes pondérés. Cependant, les principales contributions de ce travail sont ce que nous appelions les opérateurs dimensionnels, petites et polyvalents opérateurs qui peuvent être utilisés pour définir de nouveaux opérateurs sur les complexes simpliciaux, qui garde les propriétés de la morphologie mathématique. Ces opérateurs peuvent également être utilisés pour exprimer pratiquement n'importe quel opérateur dans la littérature. Nous illustrons les opérateurs définis et nous comparons les filtres alternés séquentiels contre filtres définis dans la littérature, où nos filtres présentent de meilleurs résultats pour l'enlèvement du petit, intense bruit des images binaires / In this work we study the framework of mathematical morphology on simplicial complex spaces. Simplicial complexes are a versatile and widely used structure to represent multidimensional data, such as meshes, that are tridimensional complexes, or graphs, that can be interpreted as bidimensional complexes. Mathematical morphology is one of the most powerful frameworks for image processing, including the processing of digital structures, and is heavily used for many applications. However, mathematical morphology operators on simplicial complex spaces is not a concept fully developped in the literature. In this work, we review some classical operators from simplicial complexes under the light of mathematical morphology, to show that they are morphology operators. We define some basic lattices and operators acting on these lattices: dilations, erosions, openings, closings and alternating sequential filters, including their extension to weighted simplexes. However, the main contributions of this work are what we called dimensional operators, small, versatile operators that can be used to define new operators on simplicial complexes, while mantaining properties from mathematical morphology. These operators can also be used to express virtually any operator from the literature. We illustrate all the defined operators and compare the alternating sequential filters against filters defined in the literature, where our filters show better results for removal of small, intense, noise from binary images

La maîtrise de la communication et de l'information est un atout primordial dans les stratégies de pouvoir, qu'elles soient militaires, politiques ou commerciales. Celui qui est capable de transmettre l'information plus vite prend l'avantage sur les autres. Tel est le moteur de la croissance et du progrès dans le domaine des télécommunications. L'omniprésence grandissante des dispositifs communicants témoigne de l'expansion exponentielle qu'a connu ce domaine depuis les premières communications sans fil. À l'époque du all-in-one, la multiplication des applications au sein d'un même appareil nécessite l'utilisation de composants toujours plus performants et petits . Au cœur de ces systèmes, les filtres ont une importance grandissante. Dans un environnement spatial, les contraintes de fiabilité et d'encombrement sont particulièrement drastiques. Le choix des matériaux est par ailleurs limité, ce qui réduit les possibilités d'innovation. Cependant, l'amélioration de la précision et de la fiabilité dans les technologies de fabrication ouvre de nouvelles perspectives d'innovation et d'amélioration des composants. Ces travaux ont ainsi été motivés par ce souci d'apporter toujours plus de performance et de fiabilité, pour un encombrement moindre en tirant profit du potentiel offert par l'association du concept SIW et de la technologie LTCC. Les résultats mettent à jour de sérieuses dispersions technologiques. Cependant, le potentiel de l'association SIW/LTCC est démontré, et les difficultés rencontrées sont surmontables. Les filtres SIW en technologie LTCC présentent donc des atouts pour s'imposer comme une alternative sérieuse aux solutions existantes. / Control of communication and information is a key asset in the strategies of power, whether military, political or commercial. Whoever is able to transmit information faster takes advantage of others. This is the engine of growth and progress in the field of telecommunications. The growing ubiquity of communicating devices demonstrates the exponential growth experienced by this area since the first wireless communications. At the time of all-in-one, multiple applications within a single device requires the use of ever more powerful and small components. At the heart of these systems, filters are becoming increasingly important. In a space environment, reliability constraints and space are particularly dramatic. The choice of materials is also limited, which reduces the possibilities of innovation. However, the improvement of accuracy and reliability in manufacturing technologies opens new opportunities for innovation and improved components. This work has been motivated by the desire to bring more performances and reliability, a smaller footprint by taking advantage of the potential offered by combining the concept SIW and LTCC. The results update serious technological dispersions. However, the potential association SIW / LTCC is shown, and the difficulties are surmountable. SIW filters in LTCC therefore have advantages for itself as a serious alternative to existing solutions.

Ce mémoire présente le travail de thèse réalisé auprès des laboratoires LAPLACE et SATIE ainsi que les services EDYNE3 et EDYYLIC d'AIRBUS OPERATIONS. Le sujet porte sur les problèmes CEM apparaissant dans les convertisseurs de puissance embarqués à bord des futurs avions plus électriques. Le manuscrit est composé de cinq parties. La première partie, d'introduction, traite de la problématique CEM avion, la deuxième de la modélisation des éléments de la chaine de conversion DC/AC étudiée. Le troisième est composé d'une étude comparative par simulation des différentes solutions. La quatrième partie traite de la réalisation de la solution choisie et enfin le cinquième et dernier chapitre de l'étude expérimentale de celle-ci. / The studies conducted during this thesis deals with conducted EMC problems of an inverter associated to its actuator. Accurate high frequency models of every element of the DC/AC converter and actuator have been realised from measures. Then a comparative study of different topologies of converters have been led from simulations in order to determine the best solution minimising EMC current. The selected inverter was realised and the experimental results were compared to simulations validating them. Finally, a comparison of EMC filters architecture led to choose a better solution in order to avoid the increasing of mass.

L'attention visuospatiale est un mécanisme de sélection et de traitement d'information qui se manifeste explicitement par l'orientation de la tête ou du regard. En anticipation d'une nouvelle information, le foyer de l'attention s'oriente implicitement en vision périphérique pour dissocier l'orientation du regard et du foyer implicite vers deux emplacements distincts. Dans cette situation, la réaction à une cible qui apparaît à l'emplacement du foyer implicite s'améliore par rapport aux autres cibles qui pourraient s'afficher dans un emplacement non-attendu. La problématique de la thèse est d'étudier comment détecter l'emplacement du foyer de l'attention implicite par décodage de l'activité cérébrale mesurée en électro-encéphalographie (EEG) avant l'affichage d'une cible visuelle dans 3 expériences réalisées chez des sujets sains. La première expérience aborde la problématique dans une condition où l'indication sur l'emplacement de la cible est globalement non-informative pour les sujets. Cependant, leur activité cérébrale suggère que ce type d'indication a tendance à induire un état d'alerte, de préparation ou d'orientation de l'attention dans le temps plutôt que dans l'espace. En lien avec ce résultat, la deuxième expérience aborde la problématique dans une condition ambiguë où l'attention du sujet s'oriente vers un emplacement sans lien systématique avec le contenu des indications. / Visuospatial attention is an information selection and processing mechanism whose overt manifestations consist of head or gaze shifts. In anticipation to new information, the focus of attention can also covertly shift to peripheral vision to share attention between two distinct locations: the overt one (center of gaze) and the covert one in periphery. In such a situation, the reaction to a target appearing at the focus of attention is enhanced with respect to targets appearing at unattended locations. This thesis addresses the problem of detecting the location of covert attention by decoding neural activity measured by electroencephalography (EEG) before target onset in 3 experiments on healthy subjects. The first experiment uses visuospatial cues that are non-informative about the target location. However, the neural activity reflects that non-informative cues tend to bring the subjects into a state related to alertness, motor preparation or temporal expectation rather than a spatial shift of attention. According to this result, the second experiment uses an ambiguous precueing condition in which the sujet's attention is shifted to spatial locations which bear a non-systematic relation to the information contained in the cues. With these ambiguous cues, we find that the proportion of targets displayed at unattended locations is equivalent to a non-informative condition, and that reaction speed and accuracy are dramatically impacted.

Le bus est le moins cher des transports en commun. En contrepartie, il est beaucoup plus difficile à exploiter que le tramway ou le métro qui sont mieux protégés des influences extérieures. Un exemple typique est l’apparition de trains de bus, groupes de véhicules appartenant à la même ligne et arrivant ensemble à un arrêt. Ce phénomène augmente le temps d’attente moyen des usagers aux arrêts et induit un mauvais usage des bus disponibles. Cette thèse développe les outils permettant de garantir la régularité des lignes. Les recherches menées au cours de cette thèse s’articulent suivant deux directions.Un premier constat est que les modèles de lignes de bus existants ne prennent pas en compte les éléments extérieurs que sont les feux de circulation et le trafic environnant. L’absence d’une modélisation mixte intégrant aussi bien les dynamiques internes des lignes que les influences extérieures contraint fortement la diversité des stratégies de contrôle qui ont été proposées jusqu’ici. En effet, les régulations s’appliquent principalement au niveau des arrêts par l’intermédiaire des conducteurs et ne cherchent jamais à réguler le trafic à l’aide des feux de circulation. Un premier axe de recherche développé dans cette thèse est le raffinement des modèles de bus pour prendre en compte le trafic.Plusieurs méthodes d’estimation de temps de parcours sur un boulevard à feu sont proposées. Elles sont basées sur le modèle LWR, compromis fort satisfaisant entre simplicité d’usage et robustesse pour reproduire des situations réelles.Un second constat est que les stratégies de régulation classiques ne sont que rarement basées sur une prévision à court-terme de l'état du système. Elles sont donc souvent actionnées une fois que la situation est trop dégradée, ce qui les rend parfois inaptes à compenser l'instabilité des lignes. Le deuxième axe de recherche consiste à appliquer les modèles raffinés dans un contexte d’exploitation en temps-réel. Le modèle prévoit l'évolution des lignes de bus à court terme, ce qui permet d’actionner préventivement une stratégie de régulation adaptée. En particulier, une méthode de prévision à court terme est développée et testée sur des données réelles. Elle est ensuite combinée à une méthode récente de contrôle des bus. / Bus is cheaper than other transport modes. However, maintaining optimal operations is harder than for streetcars or subways since buses are surrounded by traffic flows. Sometimes, buses of the same route bunch and travel together instead of keeping constant time headways. This phenomenon increases the average waiting time of passengers. As a result, they may tend to shift to other transport modes. This thesis proposes some methods to keep bus routes regular. Two main lines of research are investigated.First, classical models of bus routes do not account for external events like traffic signals and traffic flows. Due to this gap, existing control strategies only apply on buses through their drivers.Traffic flows are not controlled to favor buses compared to cars. Thus, the first area of research consists in refining bus models to account for external events. Several travel time estimation methods on urban arterials are proposed. They are based on the kinematic wave model (LWR). It is known to be a fine trade-off between simplicity and robustness to properly reproduce traffic dynamics.Second, control strategies are often applied once the bus route is too disrupted to be restored to regularity. Predictions of future bus route states could improve the efficiency of regulations. The second area of research consists in using the refined bus models in real time operations. The model forecasts the evolution of buses on their route for short-term. The predictions are evaluated thanks to real data to guarantee their quality. Then it enables regulations to be applied before bunching. In particular, height holding control methods are presented and compared in simulation.

Afin de parvenir à l'autonomie des robots mobiles, la localisation efficace est une condition préalable nécessaire. Le suivi de position, la localisation globale et le problème du robot kidnappé sont les trois sous-problèmes que nous étudions. Dans cette thèse, nous comparons en simulation trois algorithmes de localisation Markovienne. Nous proposons ensuite une amélioration de l'algorithme de localisation de Monte Carlo par filtre particulaire. Cet algorithme (nommé SAMCL) utilise des particules auto-adaptatives. En employant une technique de pré-mise en cache pour réduire le temps de calcul en ligne, l'algorithme SAMCL est plus efficace que la méthode de Monte Carlo usuelle. En outre, nous définissons la notion de région d'énergie similaire (SER), qui est un ensemble de poses (cellules de la grille) dont l'énergie-capteur est similaire avec celle du robot dans l'espace réel. En distribuant les échantillons globaux dans SER lieu de les distribuer au hasard dans la carte, SAMCL obtient une meilleure performance dans la localisation et résout ces trois sous-problèmes. La localisation coopérative de plusieurs robots est également étudiée. Nous avons développé un algorithme (nommé PM) pour intégrer l'information de localisation échangée par les robots lors d'une rencontre au cours d'une mission commune. Cet algorithme apparaît comme une extension à l'algorithme de SAMCL et a été validé en simulation. La validité et l'efficacité de notre approche sont démontrées par des expériences sur un robot réel évoluant dans un environnement connu et préalablement cartographié. / In order to achieve the autonomy of mobile robots, effective localization is a necessary prerequisite. In this thesis, we study and compare three regular Markov localization algorithms by simulations. Then we propose an improved Monte Carlo localization algorithm using self-adaptive samples, abbreviated as SAMCL. By employing a pre-caching technique to reduce the on-line computational burden, SAMCL is more efficient than regular MCL. Further, we define the concept of similar energy region (SER), which is a set of poses (grid cells) having similar energy with the robot in the robot space. By distributing global samples in SER instead of distributing randomly in the map, SAMCL obtains a better performance in localization. Position tracking, global localization and the kidnapped robot problem are the three sub-problems of the localization problem. Most localization approaches focus on solving one of these sub-problems. However, SAMCL solves all the three sub-problems together thanks to self-adaptive samples that can automatically separate themselves into a global sample set and a local sample set according to needs. Cooperative localization among multiple robots is carried out by exchanging localization information derived from cooperation. We devise the Position Mapping (PM) algorithm to integrate this information, which can merge into the SAMCL algorithm as an extension. The validity and the efficiency of our algorithms are demonstrated by experiments carried out with a real robot in a structured and known environment.

De nos jours les algorithmes de vision par ordinateur abondent dans les applications de vidéo-surveillance, de reconstruction 3D, de véhicules autonomes, d'imagerie médicale, etc… La détection et la mise en correspondance d'objets dans les images constitue une étape clé dans ces algorithmes.Les méthodes les plus communes pour la mise en correspondance d'objets ou d'images sont basées sur des descripteurs locaux, avec tout d'abord la détection de points d'intérêt, puis l'extraction de caractéristiques de voisinages des points d'intérêt, et enfin la construction des descripteurs d'image.Dans cette thèse, nous présentons des contributions au domaine de la mise en correspondance d'images par l'utilisation de demi filtres tournants. Nous suivons ici trois approches : la première présente un nouveau descripteur à faible débit et une stratégie de mise en correspondance intégrés à une plateforme vidéo. Deuxièmement, nous construisons un nouveau descripteur local en intégrant la réponse de demi filtres tournant dans un histogramme de gradient orienté (HOG) ; enfin nous proposons une nouvelle approche pour la construction d'un descripteur utilisant des statistiques du second ordre. Toutes ces trois approches apportent des résultats intéressants et prometteurs.Mots-clés : Demi filtres tournants, descripteur local d'image, mise en correspondance, histogramme de gradient orienté (HOG), Différence de gaussiennes. / Nowadays computer vision algorithms can be found abundantly in applications relatedto video surveillance, 3D reconstruction, autonomous vehicles, medical imaging etc. Image/object matching and detection forms an integral step in many of these algorithms.The most common methods for Image/object matching and detection are based on localimage descriptors, where interest points in the image are initially detected, followed byextracting the image features from the neighbourhood of the interest point and finally,constructing the image descriptor. In this thesis, contributions to the field of the imagefeature matching using rotating half filters are presented. Here we follow three approaches:first, by presenting a new low bit-rate descriptor and a cascade matching strategy whichare integrated on a video platform. Secondly, we construct a new local image patch descriptorby embedding the response of rotating half filters in the Histogram of Orientedgradient (HoG) framework and finally by proposing a new approach for descriptor constructionby using second order image statistics. All the three approaches provides aninteresting and promising results by outperforming the state of art descriptors.Key-words: Rotating half filters, local image descriptor, image matching, Histogram of Orientated Gradients (HoG), Difference of Gaussian (DoG).

Dans cette thèse, nous avons proposé une approche analytique multi-échelle pour le word spotting dans les documents manuscrits. Le modèle proposé fonctionne selon deux niveaux différents. Un module de filtrage global permettant de définir plusieurs zones candidates de la requête dans le document testé. Ensuite, l’échelle de l’observation est modifiée à un niveau inférieur afin d’affiner les résultats et sélectionner uniquement ceux qui sont vraiment pertinents. Cette approche de word spotting est basée sur des familles généralisées de filtres de Haar qui s’adaptent à chaque requête pour procéder au processus de spotting et aussi sur un principe de vote qui permet de choisir l’emplacement spatial où les réponses générées par les filtres sont accumulées. Nous avons en plus proposé une autre approche pour l’extraction de texte du graphique dans les bandes dessinées. Cette approche se base essentiellement sur les caractéristiques pseudo-Haar qui sont générées par l’application des filtres généralisés de Haar sur l’image de bande dessinée. Cette approche est une approche analytique et ne nécessite aucun processus d’extraction ni des bulles ni d’autres composants. / The presented thesis follows two directions. The first one disposes a technique for text and graphic separation in comics. The second one points out a learning free segmentation free word spotting framework based on the query-by-string problem for manuscript documents. The two approaches are based on human perception characteristics. Indeed, they were inspired by several characteristics of human vision such as the Preattentive processing. These characteristics guide us to introduce two multi scale approaches for two different document analysis tasks which are text extraction from comics and word spotting in manuscript document. These two approaches are based on applying generalized Haar-like filters globally on each document image whatever its type. Describing and detailing the use of such features throughout this thesis, we offer the researches of document image analysis field a new line of research that has to be more explored in future. The two approaches are layout segmentation free and the generalized Haar-like filters are applied globally on the image. Moreover, no binarization step of the processed document is done in order to avoid losing data that may influence the accuracy of the two frameworks. Indeed, any learning step is performed. Thus, we avoid the process of extraction features a priori which will be performed automatically, taking into consideration the different characteristics of the documents.