Th. doct.--Informatique temps réel, robotique-automatique--Paris--Éc. natl. supér. mines, 1997. / Bibliogr. p. 159-164. Résumé en anglais et en français. 1997 d'après la déclaration de dépôt légal.

Th. doct.-ing.--Électronique, électrotechn., autom.--Toulouse--I.N.P., 1979. N°: 68.

L’information visuelle est une source d’information très riche à laquelle les non-voyants et mal voyants (ou Personnes Aveugles et Malvoyantes : PAM) n’ont pas toujours accès. La présence des images constitue un réel handicap pour les PAM. Une transcription de ces images en relief peut augmenter leur accessibilité aux PAM. En prenant en compte les aspects de la cognition tactile chez les non-voyants, les règles, et les recommandations de la conception d’une image en relief, nous avons orienté notre travail sur les analyses et les comparaisons des techniques de traitement d’image numérique pour trouver les méthodes adaptées afin de créer une procédure automatique de création d’images en relief. A la fin de ce travail, nous avons testé les images en relief créées avec des non-voyants. Deux points importants ont été évalués :  Le taux de compréhension d’une image en relief ; Le temps d’exploration nécessaire.Les résultats suggèrent que les images faites par ce système sont accessibles pour les non-voyants braillistes. Le système implémenté peut être considéré comme un outil efficace de création d’image en relief :  Le système propose une possibilité de généraliser et formaliser la procédure de création d'image en relief ;  Le système donne une solution très rapide et facile.Le système peut traiter des images pédagogiques avec du contenu sémantique simplifié. Il peut donc être utilisé dans de nombreux cas d’utilisation. Par exemple, il peut être utilisé comme un outil pratique pour rendre accessible les images numériques. Il permet aussi la coopération avec d’autres modalités de présentation d’image au non-voyant, par exemple avec une carte interactive classique. / Visual information is a very rich source of information to which blind and visually impaired people (BVI) not always have access. The presence of images is a real handicap for the BVI. The transcription into an embossed image may increase the accessibility of an image to BVI. Our work takes into account the aspects of tactile cognition, the rules and the recommendations for the design of an embossed image. We focused our work on the analysis and comparison of digital image processing techniques in order to find the suitable methods to create an automatic procedure for embossing images. At the end of this research, we tested the embossed images created by our system with users with blindness. In the tests, two important points were evaluated:  The degree of understanding of an embossed image; The time required for exploration.The results suggest that the images made by this system are accessible to blind users who know braille. The implemented system can be regarded as an effective tool for the creation of an embossed image. The system offers an opportunity to generalize and formalize the procedure for creating an embossed image. The system gives a very quick and easy solution.The system can process pedagogical images with simplified semantic contents. It can be used as a practical tool for making digital images accessible. It also offers the possibility of cooperation with other modalities of presentation of the image to blind people, for example a traditional interactive map.

La reconnaissance de formes s'intéresse à la détection automatique de motifs dans des données d'entrée, afin de pouvoir, par exemple, les classer en catégories. La matière première de ces techniques est bien souvent l'image numérique. Cette dernière, dans sa forme la plus courante, est codée sous la forme d'une matrice de pixels. Néanmoins, la question du développement de représentations plus riches se pose. Ainsi, la structuration de l'information contenue dans l'image devrait permettre la mise en évidence des différents objets représentés, et des liens les unissant. C'est pourquoi nous proposons de modéliser les images numériques sous forme de graphes, pour leur richesse et expressivité d'une part, et pour exploiter les résultats de la théorie des graphes en reconnaissance de formes d'autre part. Nous développons pour cela une méthode d'extraction de graphes plans à partir d'images, basée sur le respect de la sémantique. Nous montrons que nous pouvons, étant donné un graphe, reconstruire avec perte limitée l'image d'origine. Par la suite, nous introduisons les graphes plans à trous, graphes dont les faces peuvent être visibles ou invisibles. Leur justification trouve sa place dans la recherche de motifs notamment, pour laquelle les éléments constituant l'arrière-plan d'une image ne doivent pas être retrouvés. En dirigeant notre attention sur la planarité de ces graphes, nous proposons des algorithmes polynomiaux d'isomorphisme de graphes plans et de motifs ; nous traitons également leur équivalence, qui se trouve être un isomorphisme aux faces invisibles près / Pattern recognition deals with automatically detecting patterns in input values, so as to, for example, classify them into categories. Digital images often constitute the raw material for these applications. The term digital images usually refers to bitmap images, i. e. images represented as matrices of pixels. However, alternative representations can be considered. Thus, structuring the information contained in the image should underline the different objects depected in the image, as well as the links existing between them. This is the reason why we propose to use graph-based representations. Indeed, on the one hand, graphs are complex data structures with important expressive power and, on the other hand, we should benefit from graphs theory result and apply them to pattern recognition tasks. To this extent, we develop a method for extracting semantically well- founded plane graphs from images. We show that it is possible to rebuild the original image from this kind of graphs, with limited loss. Furthermore, we introduce open plane graphs, i. e. graphs whose faces can be visible or invisible. These graphs are useful in pattern recognition, when it is needed to search for patterns independently of the background. Focusing on the planarity of these graphs, we propose polynomial algorithms for plane graphs isomorphism and subgraphs isomorphism. We also address the equivalence issue, which is an isomorphism variant not taking into account visible faces

La transformée de Radon généralisée est une extension de la transformée de Radon qui généralise ses courbes de projection. Ce mémoire présente de nouveaux formalismes théoriques à la transformée de Radon Généralisée discrète. Les approches proposées dans ce mémoire ont différentes propriétés. Nous citons principalement : l'aspect modèle où chaque point dans l'espace de Radon correspond à un modèle dans l'espace spatial. Il est le résultat de la somme des pixels appartenant au modèle, la projection multidirectionnelle dans le sens que le domaine transformé de Radon se constituera au fur et à mesure que les courbes effectuent une rotation, selon le même principe utilisé dans la transformée de Radon classique et l'inversion exacte qui signifie la reconstruction exacte de l'image initiale à partir de l'espace de Radon de telle sorte que l'image reconstruite à partir de l'espace de Radon est égale en tout point à l'image initiale. La première approche proposée, appelée la transformée de Radon Généralisée Discrète multidirectionnelle est basée sur un formalisme algébrique défini par une multiplication matricielle entre des matrices de projection et l'image. Cette transformée permet une projection multidirectionnelle vu que les matrices de projection sont définies pour sélectionner des courbes épousant différentes directions. Cette transformée a l'avantage de ne poser aucune contrainte sur la nature des courbes projetées tout en permettant une inversion exacte. Nous avons appliqué la nouvelle transformée dans le domaine de la reconnaissance de formes, plus précisément dans la reconnaissance des bâtiments de forme rectangulaire dans des images satellitaire de haute résolution. En partant du principe qu'une courbe est transformée en un point de forte intensité dans l'espace de Radon, notre méthode de reconnaissance adoptée est basée sur l'étude de l'espace de Radon dans le but d'en extraire les pics. Ces derniers portent les informations cherchées sur la forme à identifier, à savoir ses paramètres, sa localisation et son orientation. Une deuxième approche appelée transformée de radon discrète polynomiale a été également proposée. Cette transformée projette une image discrète suivant des courbes polynômiales de différents degrés et orientations. Cette approche, fondée sur des propriétés arithmétiques, est également exactement inversible et multi directionnelle. Nous avons appliqué cette approche dans la reconnaissance des empreintes digitales. Les résultats montrent la précision de la méthode pour la détection de la position et de la direction des courbes polynomiales. Des propriétés intéressantes comme l'invariance aux transformations comme la rotation, la translation et le bruit caractérisent cette approche / The Generalized Radon transform is an extension of the Radon transform which generalizes its projection curves. This paper presents new theoretical formalism to the generalized discrete radon transform. The approaches proposed in this paper have different properties. We mainly cite: the model aspect where each point in Radon space corresponds to a model in spatial space. It is the result of the sum of the pixels belonging to the model, the multi-projection which means that the Radon transform domain will be constructed as the curves are rotated according to the same principle used in the classical Radon transform and exact inversion which means the exact reconstruction of the original image from Radon space so that the reconstructed image is equal in all pixels to the original image. The first proposed approach, called the Generalized Discrete Radon transform is based on an algebraic formalism defined by a matrix multiplication between the projection matrices and the image. This transform allows multidirectional projection since the projection matrices are defined to select curves following different directions. This transform has the advantage of not posing any constraints on the nature of the projected curves while allowing an exact inversion. We applied the new transformed in the field of pattern recognition, specifically in recognition of rectangular buildings in satellite images of high resolution. Assuming that a curve is transformed into an intensive point in the Radon space, our adopted recognition method is based on the study of Radon space in order to extract the peaks. These point out the needed information to identify the pattern, i.e., its parameters, its location and orientation. A second approach called polynomial discrete Radon transform was also proposed. This transform projects a discrete image following polynomial curves of different degrees and directions. This approach, based on arithmetic properties, is exactly reversible and multi-directional. We applied this approach to fingerprint recognition. The results show the precision of the method on detecting the position and direction of polynomial curves but also interesting properties such as invariance transformations such as rotation, translation and noise

La présente thèse propose un algorithme de segmentation de bas niveau pour des environnements complexes, allant de scènes intérieures peuplées aux scènes extérieures dynamiques. Basé sur des méthodes d'apprentissage développées pour une séquence vidéo où la caméra est fixe, le système est en mesure d'identifier les sections de l'image appartenant aux objets ou personnes d'avant-plan et ce, en dépit de perturbations temporelles de l'image de l'arrière-plan causées par les ombres, éléments naturels, changements d'illumination, etc. Nous proposons un cadre statistique d'estimation de densité de probabilité basé sur des kernels (KDE). Méthode polyvalente, les KDE requièrent toutefois des séquences d'entraînement où l'activité de l'avant-plan est minimale afin d'obtenir une bonne description initiale de la distribution de l'arrière-plan. Afin d'augmenter la flexibilité de ce type d'approche, nous exploitons la cohérence spatiale des événements d'avant-plan : en minimisant une fonction d'énergie globale par coupure de graphe, nous estimons les probabilités à priori et les densités associées à l'avant et l'arrière-plan pour chaque pixel de la scène. Pour y arriver, des indices tels la dispersion des données, la probabilité associée aux modes dans l'espace RGB, la persistance spatiale des événements et l'entropie relative des régions dans l'image sont utilisés dans un cadre statistique cohérent. Les ombres projetées qui sont détectées lors du processus de soustraction d'arrière-plan induisent des perturbations, tels la distorsion et la fusion des silhouettes, qui nuisent à la performance générale d'algorithmes de plus haut niveau dans un contexte de surveillance vidéo. Deux stratégies sont alors proposées afin de d'éliminer l'ombre projetée de la région d'intérêt. La première méthode utilise la capacité d'apprentissage de l'algorithme de Mixtures de Gaussiennes (GMM) dans le but de caractériser le comportement des ombres projetées sur les surfaces composant l'arrière-plan. La deuxième méthode s'appuie sur les propriétés physiques de l'ombre projetée et d'une mesure de gradient dans un cadre statistique non paramétrique afin d'estimer les valeurs d'atténuation des surfaces ombragées. La méthode permet la différenciation des ombres et de l'avant-plan lorsque ceux-ci partagent des valeurs de chromaticité similaire. Les résultats démontrent que notre approche est efficace dans une multitude de scénarios complexes.

L'intérêt envers la neuroscience informatique pour les applications d'intelligence arti- cielle est motivé par plusieurs raisons. Parmi elles se retrouve la rapidité avec laquelle le domaine evolue, promettant de nouvelles capacités pour l'ingénieur. Dans cette thèse, une méthode exploitant les récents avancements en neuroscience informatique est présentée: la machine à état liquide (\liquid state machine"). Une machine à état liquide est un modèle de calcul de données inspiré de la biologie qui permet l'apprentissage sur des ux de données. Le modèle représente un outil prometteur de reconnaissance de formes temporelles. Déjà, il a démontré de bons résultats dans plusieurs applications. En particulier, la reconnaissance de formes temporelles est un problème d'intérêt dans les applications militaires de surveillance telle que la reconnaissance automatique de cibles. Jusqu'à maintenant, la plupart des machines à état liquide crées pour des problèmes de reconnaissance de formes sont demeurées semblables au modèle original. D'un point de vue ingénierie, une question se dégage: comment les machines à état liquide peuvent-elles être adaptées pour améliorer leur aptitude à solutionner des problèmes de reconnaissance de formes temporelles ? Des solutions sont proposées. La première solution suggèrée se concentre sur l'échantillonnage de l'état du liquide. À ce sujet, une méthode qui exploite les composantes fréquentielles du potentiel sur les neurones est définie. La combinaison de différents types de vecteurs d'état du liquide est aussi discutée. Deuxièmement, une méthode pour entrâner le liquide est développée. La méthode utilise la plasticité synaptique à modulation temporelle relative pour modeler le liquide. Une nouvelle approche conditionnée par classe de données est proposée, où différents réseaux de neurones sont entraînés exclusivement sur des classes particuli ères de données. Concernant cette nouvelle approche ainsi que celle concernant l'échantillonnage du liquide, des tests comparatifs ont été effectués avec l'aide de jeux de données simulées et réelles. Les tests permettent de constater que les méthodes présentées surpassent les méthodes conventionnelles de machine à état liquide en termes de taux de reconnaissance. Les résultats sont encore plus encourageants par le fait qu'ils ont été obtenus sans l'optimisation de plusieurs paramètres internes pour les differents jeux de données testés. Finalement, des métriques de l'état du liquide ont été investiguées pour la prédiction de la performance d'une machine à état liquide. / There are a number of reasons that motivate the interest in computational neuroscience for engineering applications of artificial intelligence. Among them is the speed at which the domain is growing and evolving, promising further capabilities for artificial intelligent systems. In this thesis, a method that exploits the recent advances in computational neuroscience is presented: the liquid state machine. A liquid state machine is a biologically inspired computational model that aims at learning on input stimuli. The model constitutes a promising temporal pattern recognition tool and has shown to perform very well in many applications. In particular, temporal pattern recognition is a problem of interest in military surveillance applications such as automatic target recognition. Until now, most of the liquid state machine implementations for spatiotemporal pattern recognition have remained fairly similar to the original model. From an engineering perspective, a challenge is to adapt liquid state machines to increase their ability for solving practical temporal pattern recognition problems. Solutions are proposed. The first one concentrates on the sampling of the liquid state. In this subject, a method that exploits frequency features of neurons is defined. The combination of different liquid state vectors is also discussed. Secondly, a method for training the liquid is developed. The method implements synaptic spike-timing dependent plasticity to shape the liquid. A new class-conditional approach is proposed, where different networks of neurons are trained exclusively on particular classes of input data. For the suggested liquid sampling methods and the liquid training method, comparative tests were conducted with both simulated and real data sets from different application areas. The tests reveal that the methods outperform the conventional liquid state machine approach. The methods are even more promising in that the results are obtained without optimization of many internal parameters for the different data sets. Finally, measures of the liquid state are investigated for predicting the performance of the liquid state machine.

La détection de la similarité ou de la différence entre les images et leur mise en correspondance sont des problèmes fondamentaux dans le traitement de l'image. Pour résoudre ces problèmes, on utilise, dans la littérature, différents algorithmes d'appariement. Malgré leur nouveauté, ces algorithmes sont pour la plupart inefficaces et ne peuvent pas fonctionner correctement dans les situations d’images bruitées. Dans ce mémoire, nous résolvons la plupart des problèmes de ces méthodes en utilisant un algorithme fiable pour segmenter la carte des contours image, appelée carte des CCPs, et une nouvelle méthode d'appariement. Dans notre algorithme, nous utilisons un descripteur local qui est rapide à calculer, est invariant aux transformations affines et est fiable pour des objets non rigides et des situations d’occultation. Après avoir trouvé le meilleur appariement pour chaque contour, nous devons vérifier si ces derniers sont correctement appariés. Pour ce faire, nous utilisons l'approche « Weighted Graph Transformation Matching » (WGTM), qui est capable d'éliminer les appariements aberrants en fonction de leur proximité et de leurs relations géométriques. WGTM fonctionne correctement pour les objets à la fois rigides et non rigides et est robuste aux distorsions importantes. Pour évaluer notre méthode, le jeu de données ETHZ comportant cinq classes différentes d'objets (bouteilles, cygnes, tasses, girafes, logos Apple) est utilisé. Enfin, notre méthode est comparée à plusieurs méthodes célèbres proposées par d'autres chercheurs dans la littérature. Bien que notre méthode donne un résultat comparable à celui des méthodes de référence en termes du rappel et de la précision de localisation des frontières, elle améliore significativement la précision moyenne pour toutes les catégories du jeu de données ETHZ. / Matching and detecting similarity or dissimilarity between images is a fundamental problem in image processing. Different matching algorithms are used in literature to solve this fundamental problem. Despite their novelty, these algorithms are mostly inefficient and cannot perform properly in noisy situations. In this thesis, we solve most of the problems of previous methods by using a reliable algorithm for segmenting image contour map, called CCP Map, and a new matching method. In our algorithm, we use a local shape descriptor that is very fast, invariant to affine transform, and robust for dealing with non-rigid objects and occlusion. After finding the best match for the contours, we need to verify if they are correctly matched. For this matter, we use the Weighted Graph Transformation Matching (WGTM) approach, which is capable of removing outliers based on their adjacency and geometrical relationships. WGTM works properly for both rigid and non-rigid objects and is robust to high order distortions. For evaluating our method, the ETHZ dataset including five diverse classes of objects (bottles, swans, mugs, giraffes, apple-logos) is used. Finally, our method is compared to several famous methods proposed by other researchers in the literature. While our method shows a comparable result to other benchmarks in terms of recall and the precision of boundary localization, it significantly improves the average precision for all of the categories in the ETHZ dataset.

Dans ce mémoire, nous proposons des améliorations à une méthode existante de dé- tection d'objets de forme inconnue à partir de primitives simples. Premièrement, avec un algorithme adaptatif, nous éliminons les cas où on n'obtenait aucun résultat avec certaines images en retirant la plupart des seuils fixes, ce qui assure un certain nombre de groupes de primitives à chaque étape. Ensuite, l'ajout de certaines optimisations et d'une version parallèle de la méthode permettent de rendre le temps d'exécution raisonnable pour ce nouvel algorithme. Nous abordons ensuite le problème des solutions trop semblables en ajoutant une nouvelle étape de structuration qui réduira leur nombre sans en affecter la variété grâce au regroupement hiérarchique. Finalement, nous ajustons certains paramètres et des résultats sont produits avec trois ensembles de 10 images. Nous réussissons à prouver de manière objective que les résultats obtenus sont meilleurs qu'avec la méthode précédente. / In this thesis, we propose improvements to an existing unknown shape object detection method that uses simple primitives. Firstly, we eliminate cases where no results were obtained with some images using an adaptive algorithm by removing most of the fixed thresholds, assuring a certain number of primitive groups at each step. Secondly, adding some optimizations and a parallel version of the algorithm make the running time of this new algorithm reasonable. Thirdly, we approach the problem of the redundant solutions by adding a new structuring step that will reduce their number without affecting their variety using hierarchical clustering. Finally, we adjust some parameters and results are produced using three sets of 10 images. We prove in an objective manner that the obtained results are better than those of the previous method.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Ce mémoire présente des estimateurs d'états dans le but de pister des cibles devant un lidar dont la résolution angulaire est faible. D'abord, la transformée de Hough est adaptée à la configuration polaire du lidar et au bruit de mesure qui est gaussien en distance radiale et uniforme en position angulaire. La transformée de Hough développée permet d'estimer la trajectoire de la cible en évaluant la meilleure droite passant par les détections les plus récentes et cette estimation s'approche du maximum de vraisemblance. Ensuite, le résultat de la transformée de Hough est intégré à un filtre de Kalman, classique, étendu ou non parfumé. Deux stratégies sont employées : transformer le bruit uniforme en bruit gaussien en projetant les mesures de position angulaire sur la droite ou ajouter la droite comme une contrainte relaxée dans les observations du filtre de Kalman. Des simulations montrent que le filtre de Kalman non parfumé avec contrainte relaxée est celui qui offre les meilleures performances d'estimation en moyenne. Particulièrement, le gain de l'utilisation de cette méthode par rapport au filtre non parfumé ordinaire augmente dans les situations suivantes : lorsque la cible s'éloigne, plus elle est loin du lidar, plus la cible est petite par rapport à la largeur d'un élément lidar. Les simulations sont analysées pour difiérentes trajectoires linéaires et courbes, pour des cibles de deux tailles (piéton ou voiture) et trois configurations lidars (16 éléments de 2:8° chaque, 8 éléments de 5° chaque et 9 éléments de 10° chaque). Des résultats expérimentaux pour des piétons et une configuration de 16 éléments sont aussi illustrés. / In this master's thesis, state estimators are designed to track targets seen by a lidar with very low angular resolution. The Hough transform is modified in order to consider the polar configuration of the lidar detections, the gaussian noise on their distance measurements and the uniform noise on their angular position measurements. The designed Hough transform estimates the trajectory of a target by evaluating the best line passing on the most recent detections. This estimation approaches the maximum likelihood. Some methods to reduce the computational complexity are also shown. The results of the Hough transform are then combined with Kalman filters (classic, extended and unscented). Two main strategies are developed : transforming the uniform noise into gaussian noise by projecting the angular position on the estimated line, or adding the line as soft constraints in the observation vector of the Kalman filter. Simulations show that the unscented Kalman filter with soft constraints has the lowest mean square error on the state estimation on average. Moreover, this method's improvement in accuracy, in comparaison to a regular unscented Kalman filter, is significant in the following cases : when the target moves away, when the target is far away or when the target is smaller than the width of a lidar element. Simulations are done for different linear and curved trajectories, for two sizes of targets (pedestrian and car) and for three lidar configurations (16 elements of 2:8° each, 8 elements of 5° each et 9 elements of 10° each). Experimental results for pedestrians and a 16 elements lidar are also discussed.