La morphologie mathématique est une théorie puissante pour l’analyse d’images 2 D. Elle se base sur la dilatation et l’érosion, qui correspondent à l’addition et la soustraction de Minkowski. Afin d’analyser des maillages 3D par morphologie mathématique, on doit disposer d’algorithmes performants et robustes pour le calcul exact de l’addition et de la soustraction pour ces maillages. Malheureusement, les travaux existants sont, soit approximés, soit non robustes ou limités par des contraintes. Aucun travail n’a traité la différence. Ces difficultés sont dues au fait qu’un maillage représente une surface linéaire par morceaux englobant un ensemble contenu et non dénombrable. Nous avons introduit la notion de sommets contributeurs et nous avons développé un algorithme efficace et robuste pour le calcul de la somme de polyèdres convexes. Nous l’avons par la suite adapté et proposé deux algorithmes performants pour la somme d’une paire de polyèdres non convexe/convexe, tout en gérant correctement les polyèdres complexes, les situations de non-variété ainsi que les changements topologiques. Nous avons également démontré la dualité des sommets contributeurs et nous l’avons exploité pour développer la première approche du calcul exact et efficace de la différence de polyèdres convexes. La dualité des sommets contributeurs ainsi que la robustesse et l’efficacité de nos approches motivent le développement d’une approche unifiée pour l’addition et la soustraction de polyèdres quelconques, ce qui permettra d’appliquer des traitements morphologiques à des maillages 3D. D’autres domaines tels que l’imagerie médicale, la robotique, la géométrie ou la chimie pourront en tirer profit / Mathematical morphology is a powerful theory for the analysis of 2D digital images. It is based on dilation and erosion, which correspond to Minkowski addition and subtraction. To be able to analyze 3D meshes using mathematical morphology, we must use efficient and robust algorithms for the exact computation of the addition and subtraction of meshes. Unfortunately, existing approaches are approximated, non-robust or limited by some constraints. No work has addressed the difference. These difficulties come from the the fact that a mesh represents a piecewise linear surface bounding a continuous and uncountable set. We introduced the concept of contributing vertices and developed an efficient and robust algorithm for the computation of the Minkowski sum of convex polyhedra. After that, we adapted and proposed two efficient algorithms for the computation of the Minkowski sum of a non-convex/convex pair of polyhedra, while properly handling complex polyhedra, non-manifold situations and topological changes. We also demonstrated the duality of the contributing vertices concept and exploited it to develop the first approach for the efficient and exact computation of the Minkowski difference of convex polyhedra. The duality of the contributing vertices concept as well as the robustness and efficiency of our approaches motivate the development of a unified approach for the Minkowski addition and subtraction of arbitrary polyhedral, which will permit the morphological analysis of 3D meshes. Other areas such as medical imaging, robotics, geometry or chemistry may benefit from our approaches

La Tesis Doctoral está dedicada al estudio de ciertas propiedades de los radios sucesivos de los cuerpos convexos (funcionales definidos a partir de circunradios e inradios de proyecciones o secciones del cuerpo). Comenzamos estableciendo las nociones básicas necesarias para el desarrollo de los contenidos. A continuación calculamos los radios sucesivos de familias particulares de conjuntos (p-bolas, anchura constante, cuerpos tangenciales), y estudiamos la conexión existente entre estos funcionales y los números de Gelfand y Kolmogorov. En el tercer capítulo consideramos el problema de Pukhov-Perel'man sobre la mejor cota superior para un cierto cociente de radios, determinando desigualdades para problemas de este tipo que van a permitir mejorar los resultados existentes en ciertos casos. Finalmente, estudiamos cómo se relacionan los radios sucesivos de la suma de Minkowski (Firey) de dos cuerpos convexos con los correspondientes funcionales de los conjuntos, obteniendo los resultados óptimos en todos los casos. / The Doctoral Thesis is focused in the study of some properties of the successive radii of convex bodies (functionals defined by means of circumradii and inradii of projections or sections of the set). We start establishing the basic notions that will be needed further on. Next, we compute the successive radii of particular families of sets (p-balls, constant width sets and tangential bodies), and study the connection between these functionals and the Gelfand and Kolmogorov numbers. In the third chapter we consider the Pukhov-Perel'man problem on the best upper bound for a particular ratio of radii, determining inequalities for some problems of this type which will allow to improve the known results in particular cases. Finally we study how the successive radii of the (Firey)-Minkowski addition of two convex bodies are related with the corresponding functionals of the sets, obtaining the optimal results in all cases.