Ce travail doctoral s'intéresse d'une part, à la typologie sexuée des sports dans le contexte iranien. Puis, dans le cadre de la théorie de l'identité sociale et de la théorie de l'auto catégorisation, il s'intéresse aux effets identitaires qui apparaissent dans et face à cet étiquetage sexué. Pour cela, trois études ont été menées en Iran. La première étude (n=810), s'articulant autour des éléments contextuels, détermine la typologie sexuée de plusieurs activités sportives. Cette étude fait ressortir le fait que l'étiquetage sexué des sports est un reflet du contexte sociétal, notamment de la pratique sportive des femmes. La deuxième étude (n=522) porte sur le lien entre la pratique effectuée et la typologie sexuée des sports. Cette étude met en évidence le fait que, dans une scène sociale à l'avantage des hommes, l'appropriation sexuée des sports devient un moyen pour les sportives d'améliorer leur statut par rapport aux sportifs. En effet, à la recherche d'une identité sociale favorable, elles utilisent la compétition sociale en jouant sur la typologie sexuée des sports masculins. Ce mécanisme existe également entre elles selon la typologie sexuée du sport qu'elles pratiquent. La troisième étude (n=80) s'intéresse aux spécificités attendues d'un coach idéal par les athlètes de haut niveau dans les sports d'opposition. Elle inclut des approches qualitatives et quantitatives. Les spécificités identifiées par l'approche qualitative, ont été mise en parallèle avec les dimensions de plusieurs théories centrées sur le coach/coaching, ainsi qu'avec un exemple vécu dans le monde des sports d'opposition. L’approfondissement quantitatif de ces spécificités témoigne du fait que la typologie sexuée du sport et le sexe de l'athlète, jouent un rôle sur la préférence des spécificités souhaitées pour un coach idéal. En effet, les sportives utilisent la créativité sociale en s'appuyant sur l'image idéale de leur coach pour maintenir une image positive d'elles-mêmes. En conclusion, ce travail montre que les sportives iraniennes se servent de deux stratégies de gestion identitaire de type collectif pour faire face à leur identité sociale menacée. Elles utilisent généralement la compétition sociale et la créativité sociale dans le cas de sport de haut niveau amateur. / This doctoral research focuses on the sexual typology of sports in the Iranian context. Then, according to social identity theory and self-categorization theory framework, it is interested in identity effects that appear in and face to this sexual labelling. For this, three studies were carried out in Iran. The first study (n = 810), linked to Iranian context, determines the gender typology of several sports. This study highlights the fact that sexual labelling of sports is a reflection of the societal context, including sport practicing for women. The second study (n = 522) examines the link between practice and sexual typology of sports. This study points out the fact that, in a social scene that advantages men, sexual appropriation of sports becomes a way for sportive women to improve their status in relation to sportive men. Indeed, in search of a favourable social identity, they use social competition by changing the gender typology of masculine sports. This mechanism also exists between women according to the sexual type of sport they practice. The third study (n = 80), including qualitative and quantitative approaches, focuses on the expected characteristics of an ideal coach for high performance athletes in opposition sports. The specificities, identified through qualitative approach, were put in parallel with the dimensions of several theories focus on the coach/the coaching, as well as with an example in the world of opposition sports. The deeper quantitative reflection of these characteristics reveals the fact that sexual type of sport as well as sex of the athlete play a role on the preference of the desired characteristics for an ideal coach. Indeed, sportive women use social creativity based on the ideal image of their coach in order to maintain a positive image of themselves. In conclusion, this work shows that Iranian sportswomen use two collective strategies of identity management to deal with their threatened social identity. They generally use social competition and social creativity in the case of high-level amateur sport.

Les véhicules autonomes, tels que les drones, sont utilisés dans différents domaines d'application pour exécuter des missions simples ou complexes. D’un côté, ils opèrent généralement dans des conditions environnementales incertaines, pouvant conduire à des conséquences désastreuses pour l'humain et l'environnement. Il est donc nécessaire de surveiller continuellement l’état de santé du système afin de pouvoir détecter et localiser les défaillances, et prendre la décision en temps réel. Cette décision doit maximiser les capacités à répondre aux objectifs de la mission, tout en maintenant les exigences de sécurité. D’un autre côté, ils sont amenés à exécuter des tâches avec des demandes de calcul important sous contraintes de performance. Il est donc nécessaire de penser aux accélérateurs matériels dédiés pour décharger le processeur et répondre aux exigences de la rapidité de calcul.C’est ce que nous cherchons à démontrer dans cette thèse à double objectif. Le premier objectif consiste à définir un modèle pour l’état de santé et la décision. Pour cela, nous utilisons les réseaux Bayésiens, qui sont des modèles graphiques probabilistes efficaces pour le diagnostic et la décision sous incertitude. Nous avons proposé un modèle générique en nous basant sur une analyse de défaillance de type FMEA (Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets). Cette analyse prend en compte les différentes observations sur les capteurs moniteurs et contextes d’apparition des erreurs. Le deuxième objectif était la conception et la réalisation d’accélérateurs matériels des réseaux Bayésiens d’une manière générale et plus particulièrement de nos modèles d’état de santé et de décision. N’ayant pas d’outil pour l’implémentation embarqué du calcul par réseaux Bayésiens, nous proposons tout un atelier logiciel, allant d’un réseau Bayésien graphique ou textuel jusqu’à la génération du bitstream prêt pour l’implémentation logicielle ou matérielle sur FPGA. Finalement, nous testons et validons nos implémentations sur la ZedBoard de Xilinx, incorporant un processeur ARM Cortex-A9 et un FPGA. / Autonomous vehicles, such as drones, are used in different application areas to perform simple or complex missions. On one hand, they generally operate in uncertain environmental conditions, which can lead to disastrous consequences for humans and the environment. Therefore, it is necessary to continuously monitor the health of the system in order to detect and locate failures and to be able to make the decision in real time. This decision must maximize the ability to meet the mission objectives while maintaining the security requirements. On the other hand, they are required to perform tasks with large computation demands and performance requirements. Therefore, it is necessary to think of dedicated hardware accelerators to unload the processor and to meet the requirements of a computational speed-up.This is what we tried to demonstrate in this dual objective thesis. The first objective is to define a model for the health management and decision making. To this end, we used Bayesian networks, which are efficient probabilistic graphical models for diagnosis and decision-making under uncertainty. We propose a generic model based on an FMEA (Failure Modes and Effects Analysis). This analysis takes into account the different observations on the monitors and the appearance contexts. The second objective is the design and realization of hardware accelerators for Bayesian networks in general and more particularly for our models of health management and decision-making. Having no tool for the embedded implementation of computation by Bayesian networks, we propose a software workbench covering graphical or textual Bayesian networks up to the generation of the bitstream ready for the software or hardware implementation on FPGA. Finally, we test and validate our implementations on the Xilinx ZedBoard, incorporating an ARM Cortex-A9 processor and an FPGA.

Les applications de calcul haute-performance (HPC) nécessitent des capacités de calcul conséquentes, qui sont généralement atteintes à l'aide de fermes de serveurs au détriment de la consommation énergétique d'une telle solution. L'accélération d'applications sur des plateformes hétérogènes, comme par exemple des FPGA ou des GPU, permet de réduire la consommation énergétique et correspond donc à un compromis architectural plus séduisant. Elle s'accompagne cependant d'un changement de paradigme de programmation et les plateformes hétérogènes sont plus complexes à prendre en main pour des experts logiciels. C'est particulièrement le cas des développeurs de produits financiers en finance quantitative. De plus, les applications financières évoluent continuellement pour s'adapter aux demandes législatives et concurrentielles du domaine, ce qui renforce les contraintes de programmabilité de solutions d'accélérations. Dans ce contexte, l'utilisation de flots haut-niveaux tels que la synthèse haut-niveau (HLS) pour programmer des accélérateurs FPGA n'est pas suffisante. Une approche spécifique au domaine peut fournir une réponse à la demande en performance, sans que la programmabilité d'applications accélérées ne soit compromise.Nous proposons dans cette thèse une approche de conception haut-niveau reposant sur le standard de programmation hétérogène OpenCL. Cette approche repose notamment sur la nouvelle implémentation d'OpenCL pour FPGA introduite récemment par Altera. Quatre contributions principales sont apportées : (1) une étude initiale d'intégration de c'urs de calculs matériels à une librairie logicielle de calcul financier (QuantLib), (2) une exploration d'architectures et de leur performances respectives, ainsi que la conception d'une architecture dédiée pour l'évaluation d'option américaine et l'évaluation de volatilité implicite à partir d'un flot haut-niveau de conception, (3) la caractérisation détaillée d'une plateforme Altera OpenCL, des opérateurs élémentaires, des surcouches de contrôle et des liens de communication qui la compose, (4) une proposition d'un flot de compilation spécifique au domaine financier, reposant sur cette dernière caractérisation, ainsi que sur une description des applications financières considérées, à savoir l'évaluation d'options. / The need for resources in High Performance Computing (HPC) is generally met by scaling up server farms, to the detriment of the energy consumption of such a solution. Accelerating HPC application on heterogeneous platforms, such as FPGAs or GPUs, offers a better architectural compromise as they can reduce the energy consumption of a deployed system. Therefore, a change of programming paradigm is needed to support this heterogeneous acceleration, which trickles down to an increased level of programming complexity tackled by software experts. This is most notably the case for developers in quantitative finance. Applications in this field are constantly evolving and increasing in complexity to stay competitive and comply with legislative changes. This puts even more pressure on the programmability of acceleration solutions. In this context, the use of high-level development and design flows, such as High-Level Synthesis (HLS) for programming FPGAs, is not enough. A domain-specific approach can help to reach performance requirements, without impairing the programmability of accelerated applications.We propose in this thesis a high-level design approach that relies on OpenCL, as a heterogeneous programming standard. More precisely, a recent implementation of OpenCL for Altera FPGA is used. In this context, four main contributions are proposed in this thesis: (1) an initial study of the integration of hardware computing cores to a software library for quantitative finance (QuantLib), (2) an exploration of different architectures and their respective performances, as well as the design of a dedicated architecture for the pricing of American options and their implied volatility, based on a high-level design flow, (3) a detailed characterization of an Altera OpenCL platform, from elemental operators, memory accesses, control overlays, and up to the communication links it is made of, (4) a proposed compilation flow that is specific to the quantitative finance domain, and relying on the aforementioned characterization and on the description of the considered financial applications (option pricing).

Le réseau de capteurs porté est une technologie d’avenir prometteuse à multiple domaines d’application allant du médical à l’interface homme machine. Le projet BoWI a pour ambition d’évaluer la possibilité d’élaborer un réseau de capteurs utilisable au quotidien dans un large spectre d’applications et ergonomiquement acceptable pour le grand public. Cela induit la nécessité de concevoir un nœud de réseau ultra basse consommation pour à la fois convenir à une utilisation prolongée et sans encombrement pour le porteur. La solution retenue est de concevoir un nœud capable de travailler avec une énergie comparable à ce que l’état de l’art de la récolte d’énergie est capable de fournir. Une solution ASIC est privilégiée afin de tenir les contraintes d’intégration et de basse consommation. La conception de l’architecture dédiée a nécessité une étude préalable à plusieurs niveaux. Celle-ci comprend un état de l’art de la récolte d’énergie afin de fixer un objectif de budget énergie/puissance de notre système. Une étude des usages du système a été nécessaire notamment pour la reconnaissance postures afin de déterminer les cas d’applications types. Cette étude a conduit au développement d’algorithmes permettant de répondre aux applications choisies tout en s’assurant de la viabilité de leurs implantations. Le budget énergie fixé est un objectif de 100µW. Les applications choisies sont la reconnaissance de posture, la reconnaissance de geste et la capture de mouvement. Les solutions algorithmiques choisis sont une fusion de données de capteurs inertiels par Filtre de Kalman étendu (EKF) et l’ajout d’une classification par analyse en composante principale. La solution retenue pour obtenir des résultats d’implémentation est la synthèse de haut niveau qui permet un développement rapide. Les résultats de l’implantation matérielle sont dominés principalement par l’EKF. À la suite de l’étude, il apparait qu’il est possible avec une technologie 28nm d’atteindre les objectifs de budget énergie pour la partie algorithme. Une évaluation de la gestion haut niveau de tous les composants du nœud est également effectuée afin de donner une estimation plus précise des performances du système dans un cas d’application réel. Une contribution supplémentaire est obtenue avec l’ajout de la détection d’activité qui permet de prédire la charge de calcul nécessaire et d’adapter dynamiquement l’utilisation des ressources de traitement et des capteurs afin d’optimiser l’énergie en fonction de l’activité / Wireless Body Sensor Network (WBSN) is a promising technology that can be used in a lot of application domains from health care to Human Machine Interface (HMI). The BoWI project ambition is to evaluate and design a WBSN that can be used in various applications with daily usage and accessible to the public. This necessitates to design a ultra-low power node that reach a day of use without discomfort for the user. The elected solution is to design a node that operates with the power budget similar to what can be provided by the state of the art of the energy harvesting. An Application Specific Integrated Circuit (ASIC) solution is privileged in order to meet the integration and low power constraints. Designing the dedicated architecture required a preliminary study at several level which are: a state of the art of the energy harvesting in order to determine the objective of energy/power budget of our system, A study of the usage of the system to determine and select typical application cases. A study of the algorithms to address the selected applications while considering the implementation viability of the solutions. The power budget objective is set to 100µW. The application selected are the posture recognition, the gesture recognition and the motion capture. The algorithmic solution proposed are a data-fusion based on an Extended Kalman FIlter (EKF) with the addition of a classification using Principal Component Analysis (PCA). The implementation tool used to design the architecture is an High Level Synthesis (HLS) solution. Implementation results mainly focus on the EKF since this is by far the most power consuming digital part of the system. Using a 28nm technology the power budget objective can be reached for the algorithmic part. A study of the top level management of all components of the node is done in order to estimate performances of the system in real application case. This is possible using an activity detection which dynamically estimates the computing load required and then save a maximum of energy while the node is still.

La synthèse de haut niveau (High Level Synthesis (HLS)) est un domaine de recherche qui vise à automatiser le passage de la description d’un algorithme à une représentation au niveau registre de celui-ci en vue de son implantation sur un circuit numérique. Si le problème reste à ce jour largement ouvert pour des algorithmes quelconques, des solutions ont commencé à voir le jour au sein de domaines spécifiques. C’est notamment le cas dans le domaine du traitement d’images où l’utilisation du modèle flot de données offre un bon compromis entre expressivité et efficacité. C’est ce que nous cherchons à démontrer dans cette thèse, qui traite de l’applicabilité du modèle flot de données au problème de la synthèse haut niveau à travers deux exemples d’implantation d’applications de vision complexes sur FPGA. Les applications, issues du domaine de l’apprentissage supervisé sont un système de classification à bases de machines à vecteurs supports (SVM) et un système de reconnaissance exploitant un réseau de neurones convolutionnels (CNN). Dans les deux cas, on étudie les problématiques posées par la reformulation, au sein du modèle flot de données, des structures de données et algorithmes associés ainsi que l’impact de cette reformulation sur l’efficacité des implémentations résultantes. Les expérimentations sont menées avec CAPH, un outil de HLS exploitant le modèle flot de données. / High-level synthesis is a field of research that aims to automate the transformation from an high-level algorithmic description to a register level representation for its implementation on a digital circuit. Most of existing tools based on imperative languages try to provide a general solution to any type of existing algorithm. This approach can be inefficient in some applications where the algorithm description relies on a different paradigm from the hardware execution model. This major drawback can be figured out by the use of specific langages, named Domain Specific Language (DSL). Applied to the image processing field, the dataflow model appears as a good compromise between the expressiveness of the algorithm description and the final implementation efficiency. This thesis address the use of the dataflow programming model as response to high-level synthesis problematics for image processing algorithms on FPGA. To demonstrate the effectiveness of the proposed method but also to put forth the algorithmic reformulation effort to be made by the developer, an ambitious class of applications was chosen : supervised machine learning systems. It will be addressed in particular two algorithms, a classification system based on Support Vector Machine and a convolutional neural network. Experiments will be made with the CAPH langage, a specific HLS tool based on the dataflow programming model.

Dans les travaux en sciences humaines, le football est abordé selon deux axes : le football amateur et celui, plus médiatisé, des professionnels.Imaginés comme des monde imperméables, il est rarement fait mention du passage de l'un à l'autre que réalisent une poignée de jeunes passionnés. Présentés le plus souvent de manière hagiographique, les récits de vie des vedettes du ballon rond ne font pas mention des fondements de l'engagement sportif et des années passées en apprentissage dans les pôles d'excellence. La recherche présentée ici vise à mieux saisir, sociologiquement, les étapes d'entrée dans le haut niveau, des premières balles échangées en famille à la signature du contrat. Au centre de ce processus d'inclusion, le séjour dans un club formateur doit être examinée de manière approfondie. Ce travail, conçu dans une perspective interactionniste, étudie de façon compréhensive les relations interindividuelles au fondement de l'accès à la carrière de haut niveau. Dans cette optique, l'étude de l'école des Lionceaux, à Sochaux, constitue un bon exemple de la prise en charge des aspirants de par sa politique tournée vers la jeunesse et de ses bons résultats. Les données utilisées repose sur une triangulation des sources : des questionnaires, envoyés dans les centres de l'Hexagone, des observations des matchs et des temps de vie en pensionnat, des entretiens -enfin- auprès des apprentis et des entraîneurs. Les éléments collectés permettent de déconstruire le parcours de ceux qui s'engagent dans l'aventure de l'excellence sportive, qu'ils accèdent au Graal ou non. En effet, sur chaque promotion d'une quarantaine d'aspirants, seuls un ou deux signeront un contrat, les candidats éconduits devant renouer avec un quotidien loin des stades. Au-delà des trajectoires individuelles, c'est toute la dynamique de recrutement et de maintien des clubs au haut niveau que l'on entrevoit. / In human sciences field, there are two ways to study football : amateur football and professionnal, which got a widely media coverage. Seen like two worlds split, the coming up to professional from amateur football achieved by a handful of young players is rarely studied. Accounts of football star life's, often written in an hagiographic style, does not mention fondations of the sport entry or the years past in specialized centres of formation. This work aim, by sociological approaches, to the signature of a contract. Inside of this process, the time spent in instructive football clubs has to be studied in details. This work, conceived in an interactionist way, focuses on interindividual relationship which contributes on the access to high-level career. With this point of view, the Lionceaux school, in Sochaux, bring a good exampleof the way to train candidate, because of its youth politics and its good results. Our data comes from three kind of sources : the questionnaires sent to French football clubs, the watching of matches and lifetime in centers, and the interviews of players and coaches. It permits us to detailed candidates' careers, who succeed or not in the purchase of becoming a high-level footballer. Indeed, each year, from about forty players, only one or two will sign a contact, whereas the other will have to return to their lives, away from stadiums. Beyond individual career, we would see here the whole dynamics and maintenance of high-level football clubs.

Les troubles d’équilibres représentent un problème de santé publique car ils touchent à la mobilité et une partie à l’autonomie. Dans la population gériatrique, les troubles de l’équilibre sont souvent fréquents, de causes multiples et intriquées. Les personnes ayant des atteintes neurologiques, orthopédiques, ou des déficits vestibulaires, peuvent présenter des troubles sensori-moteurs, biomécaniques, ou des problèmes d’intégration sensorielle qui affectent aussi l’équilibre, la posture et donc la mobilité. La question d’identification des différentes déficiences du système d’équilibre est l’objectif de notre travail. Aujourd’hui, la majorité des tests d’évaluation d’équilibre se font en statique et sont très controversés du fait de leur mauvaise répétabilité. Il existe quelques tests d’évaluation de l’équilibre en dynamique, mais ils sont très dépendants de l’outil utilisé. L’évaluation du système d’équilibre devient ainsi de plus en plus compliquée dans le cas dynamique, puisqu’il existe plusieurs plateformes avec différents mouvements. Un patient ne doit pas passer d’une plateforme à une autre pour faire les différents mouvements. Pour une analyse de la stabilité posturale complète, il faut trouver donc une nouvelle solution qui remplace tous les plateformes existantes en une seule plateforme. Cette plateforme originale est l’IsiMove l’outil conçue, développé et utilisé dans cette thèse, pour mesurer la stabilité des sujets ayant des troubles d’équilibre. L’IsiMove est une nouvelle plateforme de perturbation posturale dynamique, conçue par la société AssistMov en collaboration avec l’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique « ISIR » et l’hôpital Rothschild. Cette plateforme répond au besoin de l’analyse de l’équilibre grâce à ses quatre degrés de libertés. La présence des capteurs de forces sur la plateforme permet la mesure de la posture et l’effort d’interaction pied/sol aux cours des réactions de perturbations, ce qui permet l’analyse du comportement pathologique pour une large classe de déficiences motrices, neurologiques ou vestibulaires.Un protocole d’évaluation d’équilibre a été élaboré sous la direction du Pr.Thoumie, suite à une série d’expériences et de tests. Ce protocole est presque complet, il se divise en deux parties : statiques (protocole classique) et dynamiques. La partie dynamique est unique, dans les 3 plans de l’espace, de mouvement simple et de différentes fréquences. Des tests sur des sujets ayant des atteintes neurologiques (myopathie et neuropathie) ou d’accidents vasculaires cérébraux (hémiplégiques) ont été réalisés à l’hôpital Rothschild avec l’aide d’un kinésithérapeute. La majorité des sujets ayant des atteintes neurologiques ont été incapables de réaliser le protocole d’une façon complète, contrairement aux sujets hémiplégiques. Ce qui nous a imposé à proposer deux méthodes d’évaluation de l’équilibre : la première est basée sur une analyse statistique discriminante et la deuxième est basée sur une représentation graphique. / Balance disorders represent a public health problem because they affect mobility and some autonomy. In the geriatric population, balance disorders are often frequent, have multiple causes and intricate. People with neurological, orthopedic or vestibular deficits may have sensorimotor disorder, biomechanical trouble or sensory integration problems that also affect balance, posture and thus mobility.The identification of the different impairments of balance system issue is the goal of our work. Today, the majority of the evaluation tests of balance are in “static” and they are highly controversial because of their poor repeatability. There are some tests for balance evaluation in “dynamic” conditions, but they are very dependent on the used tool. Balance evaluation becomes more complicated in the dynamic case, since there are several platforms with different movements. A patient should not move from one platform to another to make different movements and evaluations. For a complete analysis of postural stability, we must find a new solution that replaces all existing platforms into a single platform. This original platform is “IsiMove” the tool designed, developed and used in this thesis to measure the stability of subjects with balance disorders.IsiMove is a new dynamic posturography platform, designed by ASSISTMOV SAS company in collaboration with the Institute of Intelligent Systems and Robotics "ISIR" and the Rothschild Hospital. This platform addresses the need for balance analysis with its four degrees of freedom. The dual force plate on the platform allows the measurement of the posture and the force interaction of the foot / floor during the reactions, which then allows the analysis of the pathological behavior for a broad class of physical disabilities, neurological or vestibular.A new balance evaluation protocol was elaborated under the direction of Pr.Thoumie, following a series of experiments and tests. This protocol is almost complete; it is divided into two parts: static (standard protocol) and dynamic. The dynamic part is unique, in all 3 planes of space, simple movement and different frequencies. Tests on subjects with neurological disorders (myopathy and neuropathy) or stroke (hemiplegia) were made in the Rothschild hospital with the help of a physiotherapist. The majority of subjects with neurological disorders were unable to perform all exercises protocol, unlike patients with stroke. This has force us to propose two balance assessment methods: the first is based on discriminant statistical analysis and the second is based on graphical representation.

Exprimer le parallélisme dans la programmation de manière simple et performante est un défi auquel l'informatique fait face, en raison de l'évolution actuelle des architectures matérielles. BSML est un langage permettant une programmation parallèle de haut niveau, structurée, qui participe à cette recherche. En s'appuyant sur le coeur du langage existant, cette thèse propose d'une part des extensions qui en font un langage plus général et plus simple (traits impératifs tels que références et exceptions, syntaxe spécifique...) tout en conservant et étendant sa sûreté (sémantiques formelles, système de types...) et d'autre part une méthodologie de développement d'applications parallèles certifiées / Finding a good paradigm to represent parallel programming in a simple and efficient way is a challenge currently faced by computer science research, mainly due to the evolution of machine architectures towards multi-core processors. BSML is a high level, structured parallel programming language that takes part in the research in an original way. By building upon existing work, this thesis extends the language and makes it more general, simple and usable with added imperative features such as references and exceptions, a specific syntax, etc. The existing formal and safety characteristics of the language (semantics, type system...) are preserved and extended. A major application is given in the form of a methodology for the development of fully proved parallel programs

Cette thèse porte sur l'analyse visuelle de scènes intérieures capturées par des caméras de profondeur dans le but de convertir leurs données en information de haut niveau sur la scène. Elle explore l'application d'outils d'analyse géométrique 3D à des données visuelles de profondeur en termes d'amélioration de qualité, de recalage et de consolidation. En particulier, elle vise à montrer comment l'abstraction de formes permet de générer des représentations légères pour une analyse rapide avec des besoins matériels faibles. Cette propriété est liée à notre objectif de concevoir des algorithmes adaptés à un fonctionnement embarqué en temps réel dans le cadre d'appareils portables, téléphones ou robots mobiles. Le contexte de cette thèse est l'exécution d'un procédé d’interaction 3D temps réel sur un appareil mobile. Cette exécution soulève plusieurs problématiques, dont le placement de zones d'interaction 3D par rapport à des objets environnants réels, le suivi de ces zones dans l'espace lorsque le capteur est déplacé ainsi qu'une utilisation claire et compréhensible du système par des utilisateurs non experts. Nous apportons des contributions vers la résolution de ces problèmes pour montrer comment l'abstraction géométrique de la scène permet une localisation rapide et robuste du capteur et une représentation efficace des données fournies ainsi que l'amélioration de leur qualité et leur consolidation. Bien que les formes géométriques simples ne contiennent pas autant d'information que les nuages de points denses ou les ensembles volumiques pour représenter les scènes observées, nous montrons qu’elles constituent une approximation acceptable et que leur légèreté leur donne un bon équilibre entre précision et performance. / This PhD thesis focuses on the problem of visual scene analysis captured by commodity depth sensors to convert their data into high level understanding of the scene. It explores the use of 3D geometry analysis tools on visual depth data in terms of enhancement, registration and consolidation. In particular, we aim to show how shape abstraction can generate lightweight representations of the data for fast analysis with low hardware requirements. This last property is important as one of our goals is to design algorithms suitable for live embedded operation in e.g., wearable devices, smartphones or mobile robots. The context of this thesis is the live operation of 3D interaction on a mobile device, which raises numerous issues including placing 3D interaction zones with relation to real surrounding objects, tracking the interaction zones in space when the sensor moves and providing a meaningful and understandable experience to non-expert users. Towards solving these problems, we make contributions where scene abstraction leads to fast and robust sensor localization as well as efficient frame data representation, enhancement and consolidation. While simple geometric surface shapes are not as faithful as heavy point sets or volumes to represent observed scenes, we show that they are an acceptable approximation and their light weight makes them well balanced between accuracy and performance.

Les applications vidéo embarquées sont de plus en plus intégrées dans des systèmes de transport intelligents tels que les véhicules autonomes. De nombreux défis sont rencontrés par les concepteurs de ces applications, parmi lesquels : le développement des algorithmes complexes, la vérification et le test des différentes contraintes fonctionnelles et non-fonctionnelles, la nécessité d’automatiser le processus de conception pour augmenter la productivité, la conception d’une architecture matérielle adéquate pour exploiter le parallélisme inhérent et pour satisfaire la contrainte temps-réel, réduire la puissance consommée pour prolonger la durée de fonctionnement avant de recharger le véhicule, etc. Dans ce travail de thèse, nous avons utilisé les technologies FPGAs pour relever certains de ces défis et proposer des architectures matérielles reconfigurables dédiées pour des applications embarquées de traitement vidéo temps-réel. Premièrement, nous avons implémenté une architecture parallèle flexible avec deux contributions principales : (1) Nous avons proposé un modèle générique de distribution/collecte de pixels pour résoudre le problème de transfert de données à haut débit à travers le système. Les paramètres du modèle requis sont tout d’abord définis puis la génération de l’architecture a été automatisée pour minimiser le temps de développement. (2) Nous avons appliqué une technique d’ajustement de la fréquence pour réduire la consommation d’énergie. Nous avons dérivé les équations nécessaires pour calculer le niveau maximum de parallélisme ainsi que les équations utilisées pour calculer la taille des FIFO pour le passage d’un domaine de l’horloge à un autre. Au fur et à mesure que le nombre de cellules logiques sur une seule puce FPGAaugmente, passer à des niveaux d’abstraction plus élevés devient inévitable pour réduire la contrainte de « time-to-market » et augmenter la productivité des concepteurs. Pendant la phase de conception, l’espace de solutions architecturales présente un grand nombre d’alternatives avec des performances différentes en termes de temps d’exécution, ressources matérielles, consommation d’énergie, etc. Face à ce défi, nous avons développé l’outil ViPar avec deux contributions principales : (1) Un modèle empirique a été introduit pour estimer la consommation d’énergie basé sur l’utilisation du matériel (Slice et BRAM) et la fréquence de fonctionnement ; en plus de cela, nous avons dérivé les équations pour estimer les ressources matérielles et le temps d’exécution pour chaque alternative au cours de l’exploration de l’espace de conception. (2) En définissant les principales caractéristiques de l’architecture parallèle comme le niveau de parallélisme, le nombre de ports d’entrée/sortie, le modèle de distribution des pixels, ..., l’outil ViPar génère automatiquement l’architecture matérielle pour les solutions les plus pertinentes. Dans le cadre d’une collaboration industrielle avec NAVYA, nous avons utilisé l’outil ViPar pour implémenter une solution matérielle parallèle pour l’algorithme de stéréo matching « Multi-window Sum of Absolute Difference ». Dans cette implémentation, nous avons présenté un ensemble d’étapes pour modifier le code de description de haut niveau afin de l’adapter efficacement à l’implémentation matérielle. Nous avons également exploré l’espace de conception pour différentes alternatives en termes de performance, ressources matérielles, fréquence, et consommation d’énergie. Au cours de notre travail, les architectures matérielles ont été implémentées et testées expérimentalement sur la plateforme d’évaluation Xilinx Zynq ZC706. / Embedded video applications are now involved in sophisticated transportation systems like autonomous vehicles. Many challenges faced the designers to build those applications, among them: complex algorithms should be developed, verified and tested under restricted time-to-market constraints, the necessity for design automation tools to increase the design productivity, high computing rates are required to exploit the inherent parallelism to satisfy the real-time constraints, reducing the consumed power to extend the operating duration before recharging the vehicle, etc. In this thesis work, we used FPGA technologies to tackle some of these challenges to design parallel reconfigurable hardware architectures for embedded video streaming applications. First, we implemented a flexible parallel architecture with two main contributions: (1)We proposed a generic model for pixel distribution/collection to tackle the problem of the huge data transferring through the system. The required model parameters were defined then the architecture generation was automated to minimize the development time. (2) We applied frequency scaling as a technique for reducing power consumption. We derived the required equations for calculating the maximum level of parallelism as well as the ones used for calculating the depth of the inserted FIFOs for clock domain crossing. As the number of logic cells on a single FPGA chip increases, moving to higher abstraction design levels becomes inevitable to shorten the time-to-market constraint and to increase the design productivity. During the design phase, it is common to have a space of design alternatives that are different from each other regarding hardware utilization, power consumption and performance. We developed ViPar tool with two main contributions to tackle this problem: (1) An empirical model was introduced to estimate the power consumption based on the hardware utilization (Slice and BRAM) and the operating frequency. In addition to that, we derived the equations for estimating the hardware resources and the execution time for each point during the design space exploration. (2) By defining the main characteristics of the parallel architecture like parallelism level, the number of input/output ports, the pixel distribution pattern, etc. ViPar tool can automatically generate the parallel architecture for the selected designs for implementation. In the context of an industrial collaboration, we used high-level synthesis tools to implement a parallel hardware architecture for Multi-window Sum of Absolute Difference stereo matching algorithm. In this implementation, we presented a set of guiding steps to modify the high-level description code to fit efficiently for hardware implementation as well as we explored the design space for different alternatives in terms of hardware resources, performance, frequency and power consumption. During the thesis work, our designs were implemented and tested experimentally on Xilinx Zynq ZC706 (XC7Z045- FFG900) evaluation board.