Cette thèse est centrée sur la modélisation de l'exécution d'une application parallèle par un graphe de flot de données. Ce graphe, qui relie les tâches aux données partagées, est construit de manière dynamique. Cette construction, indépendante de l'ordonnancement des tâches effectué, permet de définir la sémantique des accès aux données et de controler la consommation mémoire de toute exécution. Nous étudions dans une première partie les algorithmes permettant la construction et la gestion d'un tel graphe de flot de données dans un environnement distribué. Un point crucial de ces algorithmes est la détection de terminaison des accès des tâches sur les données partagées. Nous proposons un algorithme réactif réalisant cette détection. L'implantation de cet algorithme est au centre de l'implantation distribuée de l'interface de programmation parallèle Athapascan-1. Cette interface permet la description du parallélisme d'une application par création de tâches asynchrones. La sémantique (de type lexicographique) de cette interface est également définie à partir du graphe de flot de données. Nous montrons dans une deuxième partie que la connaissance du flot de données d'une application permet de controler de manière théorique la durée et, surtout, la consommation mémoire de toute exécution. Ce controle est effectué à partir d'un ordonnancement séquentiel implicite des tâches. Nous proposons, implantons dans Athapascan-1 et évaluons deux algorithmes d'ordonnancement distribués permettant de limiter le volume de mémoire requis par toute exécution. Ces expérimentations permettent de valider les résultats théoriques obtenus.

Le développement des technologies CMOS à l'échelle nanométrique a fait émerger de nombreux défis sur le rendement et la fiabilité des composants. Les prochaines générations de circuits AMS et RF souffriront d'une augmentation du taux de défaillance durant le temps d'opération. Dans ce travail de thèse, nous proposons une nouvelle approche pour la conception d'un frontal RF en CMOS 65 nm. L'objectif principal de ce travail est d'améliorer la conception de circuits du frontal RF basée sur la recherche des nouveaux compromis imposés par la variabilité du transistor et la dégradation par vieillissement. Ce travail de thèse propose un nouveau flot de conception des circuits fiables en s'appuyant sur la conception d'un frontal radio. Le frontal RF utilise une architecture à conversion directe. Il est composé de trois principaux blocs : le BLIXER, regroupant un balun, un amplificateur large bande à faible bruit et un mélangeur I-Q; l'oscillateur contrôlé numériquement (DCO), et l'amplificateur de gain programmable (PGA) avec le filtre passe-bas. Nous avons mis en œuvre des circuits fiabilisés pour le cas d'étude du frontal radio dans une approche bottom-up et top-down. Ainsi, nous avons pu lier les étapes de la conception dans une méthode générale qui est la proposition d'un nouveau flot de conception des circuits fiables. Par la démonstration des compromis imposés par le vieillissement et la variabilité des composants en CMOS 65 nm, nous sommes capables de prédire les tendances dans les technologies à venir et nous mettons en évidence le besoin d'un flot de conception des circuits AMS/RF qui prenne en compte les dégradations des performances par le vieillissement et la variabilité.

On étudie les surfaces plates à singularités coniques, leur géométrie, leur espaces des déformations et leur paramétrisation. La surface de base est la sphère à trois trous (pantalon). On trouve trois ensembles de paramètres pour le pantalon plat à un point singulier conique et on décrit son espace des déformations. On introduit un flot que l'on appelle flot de Fenchel-Nielsen sur un espace des déformations. On étudie l'injectivité de ce flot en examinant la variation des fonctions longueur de segments géodésiques ou de géodésiques simples fermées le long de ce flot. On étudie également la paramétrisation d'une surface plate à singularités coniques utilisant des longueurs des segments géodésiques joignant des points singuliers ou un point singulier à une composante du bord. A la fin du texte, trois annexes apportent des discussions supplémentaires.

Dans cette thèse, une nouvelle représentation des images couleur basée sur une généralisation du signal analytique est introduite. En utilisant l'analogie entre les conditions de Cauchy-Riemann, qui définissent le caractère holomorphe d'une fonction, et l'équation de Dirac dans l'algèbre de Clifford R_{5,0}, un système d'équations dont la solution est le signal monogène couleur est obtenu. Ce signal est notamment basé sur des noyaux de Riesz ainsi que de Poisson 2D, et une représentation polaire, basée sur un produit géométrique, peut lui être associée. Les applications envisagées reposent majoritairement sur cette représentation polaire et sur les informations de couleur et de structures locales s'y rattachant. Des problématiques liées au flot optique couleur, à la segmentation couleur multi-échelle, au suivi d'objets couleur et à la détection de points d'intérêt sont abordées. En ce qui concerne le flot optique, nous nous intéressons à l'extraction du mouvement d'objets d'une certaine couleur en remplaçant la contrainte de conservation de l'intensité par une contrainte de conservation d'angles. Pour la segmentation, une méthode de détection de contours basée sur de la géométrie différentielle et plus particulièrement sur la première forme fondamentale d'une surface, est proposée afin de déterminer les contours d'objets d'une couleur choisie. Pour le suivi d'objets, nous définissons un nouveau critère de similarité utilisant le produit géométrique que nous insérons dans un filtrage particulaire. Enfin, nous resituons la définition du détecteur de Harris dans le cadre de la géométrie différentielle en faisant le lien entre ce dernier et une version "relaxée" du discriminant du polynôme caractéristique de la première forme fondamentale. Ensuite nous proposons une nouvelle version multi-échelle de ce détecteur en traitant le paramètre d'échelle comme une variable d'une variété de dimension 3.

De nombreuses applications en vision par ordinateur nécessitent la détection et le suivi des objets en mouvement dans une séquence d'images. La plupart des méthodes existantes ne donnent de bons résultats que pour des séquences avec des fonds peu changeants, ou si le fond et les objets sont rigides. Le but de cette thèse est de détecter et suivre les objets mobiles dans des séquences (telles que des séquences de conducteurs) ayant un fond dynamique, avec de forts changements d'illumination, de faibles contrastes et éventuellement acquises par une caméra mobile. Cette thèse est décomposée en deux parties. Dans la première, une méthode de détection est proposée. Elle repose sur la définition d'une grille de points décrits par leur mouvement et leur photométrie. Ces points sont ensuite regroupés en "clusters en mouvement" avec un algorithme mean shift à noyau variable et une méthode de sélection automatique de la taille des noyaux. La deuxième partie propose une méthode de suivi combinant des distributions de couleur et de mouvement, la prédiction de l'objet et des observations extérieures (pouvant être les clusters en mouvement) dans une fonction d'énergie minimisée par coupe minimale/flot maximal dans un graphe. Les algorithmes de détection et de suivi sont validés sur différentes séquences aux contenus dynamiques complexes.

Ce travail de thèse étudie l'apport à la vision bas-niveau des architectures de calcul massivement parallèles. Nous reprenons l'évolution récente de l'architecture des ordinateurs, en mettant en avant les solutions massivement parallèles qui se sont imposées récemment, les GPU. L'exploitation des potentialités de ces architectures impose une modification des méthodes de programmation. Nous montrons qu'il est possible d'utiliser un nombre restreint de schémas ("patterns") de calcul pour résoudre un grand nombre de problématiques de vision bas niveau. Nous présentons ensuite un nouveau modèle pour estimer la complexité de ces solutions. La suite du travail consiste à appliquer ces modèles de programmation à des problématiques de vision bas-niveau. Nous abordons d'abord le calcul du flot optique, qui est le champ de déplacement d'une image à une autre, et dont l'estimation est une brique de base de très nombreuses applications en traitement vidéo. Nous présentons un code sur GPU, nommé FOLKI qui permet d'atteindre une très bonne qualité de résultats sur séquences réelles pour un temps de calcul bien plus faible que les solutions concurrentes actuelles. Une application importante de ces travaux concerne la vélocimétrie par imagerie de particules dans le domaine de la mécanique des fluides expérimentale. La seconde problématique abordée est la super-résolution (SR). Nous proposons d'abord un algorithme très rapide de SR utilisant le flot optique FOLKI pour recaler les images. Ensuite différentes solutions à coût de calcul croissant sont développées, qui permettent une amélioration de précision et de robustesse. Nous présentons des résultats très originaux de SR sur des séquences affectées de mouvement complexes, comme des séquences de piétons ou des séquences aériennes de véhicules en mouvement. Enfin le dernier chapitre aborde rapidement des extensions en cours de nos travaux à des contextes de mesure 3D, dans des domaines comme la physique expérimentale ou la robotique.

Cette thèse porte sur la navigation sans collision d'un véhicule aérien à décollage et atterrissage vertical en environnement inconnu ou incertain. L'utilisation du flot optique, inspirée du monde animal, permet d'obtenir des informations sur la vitesse du véhicule et sur la proximité des obstacles. Deux contributions sont présentées dans ce travail. La première aborde l'atterrissage automatique sur une plateforme statique ou mobile. La manœuvre se décompose en deux tâches : la stabilisation de la vitesse au-dessus de la cible, puis l'atterrissage vertical. L'approche montre que la régulation du flot optique divergent autour d'une consigne constante permet un atterrissage en douceur et sans collision malgré les incertitudes sur la dynamique de la plateforme et du véhicule. La deuxième contribution concerne le suivi de terrain avec évitement d'obstacles. L'approche générale proposée permet d'aborder différentes applications telles que l'évitement d'obstacles frontaux, le suivi de terrain pentu, le suivi de couloir, etc. L'analyse de stabilité évalue la robustesse et les limites du contrôleur en présence de diverses incertitudes telles que les incertitudes sur la géométrie de l'environnement. L'ensemble des algorithmes de commande est simulé et expérimenté sur un mini-drone quadrirotor développé au CEA LIST.

Dans ces travaux nous nous intéressons aux formulations variationnelles pour résoudre des problèmes mal posés du traitement d'images. Nous nous focalisons principalement sur le calcul du flot optique dans les séquences d'images ainsi que la reconstruction 3D à partir d'une séquence d'images 2D. Comme ces problèmes sont mal posés au sens où ils sont sous-contraints, on utilise souvent des techniques de régularisation spatiale pour obtenir l'unicité de la solution. Nous nous proposons d'introduire d'autres contraintes dans la formulation du problème pour limiter l'importance de cette régularisation, voire pour la supprimer complètement. Ces contraintes sont dérivées des informations a priori sur les conditions expérimentales. Dans un premier chapitre, nous examinons un cas d'étude tiré de l'imagerie biologique: il s'agit d'acquisitions multi-focales de vésicules géantes, nous en exploitons alors la topologie sphérique pour divers problèmes tels que le suivi, la segmentation, l'estimation du flot optique et la reconstruction 3D. Ces contraintes sont donc d'ordre spatiales. Dans un second chapitre, nous étudions la possibilité de tirer partie de l'information temporelle présente dans les séquences d'images. Cette information est alors modélisée par une équation d'évolution. La difficulté à lever est de résoudre conjointement cette équation et les contraintes qui dérivent du problème de traitement d'images. Nous utilisons alors le formalisme de l'assimilation variationnelle de données dans une formulation dite ''faible'' car nous attribuons une erreur sur l'équation d'évolution. Bien que l'équation d'évolution décrive imparfaitement la dynamique, nous montrons que l'on peut résoudre le problème mal posé de l'estimation du flot optique sans recourir à la régularisation. Nous montrons également que lorsque les informations sont manquantes, il est possible de fournir une estimation réaliste du flot optique, ceci permet de gérer les cas difficiles d'occultations. Enfin, dans un dernier chapitre, nous résumons des travaux parallèles portant sur la résolution variationnelle de problèmes non linéaires de traitement d'images, des travaux sur l'occupation des sols en imagerie satellitaire haute définition et enfin sur le suivi multi-cibles.

Les travaux décrits dans ce manuscrit de thèse s'inscrivent dans le cadre des méthodes formelles pour les langages de spécifications formées d'automates communicants. Ce type de langage est largement utilisé dans les industries de pointe où le niveau de fiabilité requis est élevé (e.g. aéronautique, transports), car ils permettent d'améliorer la précision des spécifications et d'exploiter des outils de simulation, de test ou de vérification qui contribuent à la validation des spécifications. Un frein au passage à l'échelle industrielle de ces méthodes formelles est connu sous le nom de l'explosion combinatoire, qui est due à la fois à la manipulation de larges domaines numériques, et au parallélisme intrinsèque aux spécifications.<br />L'idée que nous proposons consiste à contourner ce phénomène en appliquant des techniques de réduction paramétrée, pouvant être désignées sous le terme anglo-saxon "slicing'', en amont d'une analyse complexe. Cette analyse peut ainsi être effectuée a posteriori sur une spécification réduite, donc potentiellement moins sujette à l'explosion combinatoire. Notre méthode de réduction paramétrée est basée sur des relations de dépendances dans la spécification sous analyse, et est fondée principalement sur les travaux effectués par les communautés de la compilation et du slicing de programmes. Dans cette thèse nous établissons un cadre théorique pour les analyses statiques de spécifications formées d'automates communicants, dans lequel nous définissons formellement les relations de dépendances mentionnées ci-dessus, ainsi que le concept de "tranche" de spécification par rapport à un "critère" de réduction. Ensuite, nous décrivons et démontrons les algorithmes efficaces que nous avons mis au point pour calculer les relations de dépendances et les tranches de spécifications, et enfin nous décrivons notre mise en oeuvre de ces algorithmes dans l'outil "Carver", pour la réduction paramétrée de spécifications formées d'automates communicants.

Mon travail de thèse, concernant les collisions centrales Au+Au entre 40 et 100 MeV/A, se place dans le cadre d'une analyse comprenant le dépouillement et l'interprétation des résultats de la 4ème campagne de mesure du multidétecteur INDRA. La première phase de cette étude, dite de "dépouillement", a permis de reconstruire, à partir des données brutes des deux premiers étages de détection d'INDRA (chambre d'ionisation, Silicium), les énergies cinétiques et la charge des fragments détectés. Pour la première fois, il a été possible de mettre en évidence et de corriger les effets de non-linéarité dans la chaîne d'acquisition <br />d'INDRA. A l'issue de ce travail, je me suis attaché à selectionner les collisions centrales. <br />Pour ce faire, et dans le souci de ne pas biaiser les interprétations physiques résultantes, j'ai mis en oeuvre deux méthodes distinctes: sélection en paramètre d'impact ainsi qu'une analyse en composante principale. Une étude comparative de ces deux outils mathématiques a été entreprise donnant lieu à des résultats très instructifs.<br /><br /><br />L'interprétation des résultats a fait appel à plusieurs types de modèles lesquels impliquant la validité de certaines hypothèses (équilibre thermodynamique, existence d'un volume de "freeze-out"). L'emploi de modèles statistiques (SMM, MMMC) a permis <br />d'extraire la taille du système émetteur, dit "source unique", ainsi que son énergie d'excitation. L'anisotropie des distributions en énergie cinétiques des fragments, a permis de <br />mettre en évidence, en fonction de l'énergie incidente de la collision, une déformation de la source, mais également de reconstruire les énergies thermique et collective entrant en jeu. Une nouvelle comparaison des données à l'aide de modèles dits "dynamique" (QMD,CMD) a été également entreprise. A l'issu de cette étude, des critiques portant sur la validité d'une approche telles SMM ou MMMC ont pu être émises remettant en jeu le fondement de l'interprétation physique du flot collectif couramment employé.