Dans cette thèse, nous proposons une approche méthodologique et algorithmique pour la reconnaissance visuelle d'intentions, basée sur la rotation et le mouvement vertical de la tête et de la main. Le contexte dans lequel cette solution s'inscrit est celui d'une personne handicapée, dont la mobilité est assurée par un fauteuil roulant. Le système proposé constitue une alternative intéressante aux interfaces classiques de type manette, boutons pneumatiques, etc. La séquence vidéo, composée de 10 images, est traitée en utilisant différentes méthodes pour construire ce qui dans cette thèse est désigné par « courbe d'intention ». Une base de règles est également proposée pour classifier chaque courbe d'intention. Pour la reconnaissance basée sur les mouvements de la tête, une approche utilisant la symétrie du visage est proposée pour estimer la direction désirée à partir de la rotation de la tête. Une Analyse en Composantes Principales (ACP) est utilisée pour détecter l'intention de varier la vitesse de déplacement du fauteuil roulant, à partir du mouvement vertical de la tête. Pour la reconnaissance de la direction basée sur la rotation de la main, une approche utilisant à la fois la symétrie verticale de la main et un algorithme d'apprentissage (réseaux neuronaux, machines à vecteurs supports ou k-means), permet d’obtenir les courbes d'intentions exploitées par la suite pour la détection de la direction désirée. Une autre approche, s’appuyant sur l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, est également proposée. Pour la reconnaissance de la vitesse variable basée sur le mouvement vertical de la main, deux approches sont proposées. La première utilise également l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, et la deuxième se base sur un masque en forme d'ellipse, pour déterminer la position verticale de la main. Les résultats obtenus montrent de bonnes performances en termes de classification aussi bien des positions individuelles dans chaque image, que des courbes d'intentions. L’approche de reconnaissance visuelle d’intentions proposée produit dans la très grande majorité des cas un meilleur taux de reconnaissance que la plupart des méthodes proposées dans la littérature. Par ailleurs, cette étude montre également que la tête et la main en rotation et en mouvement vertical constituent des indicateurs d'intention appropriés / In this thesis, a methodological and algorithmic approach is proposed, for visual intention recognition based on the rotation and the vertical motion of the head and the hand. The context for which this solution is intended is that of people with disabilities whose mobility is made possible by a wheelchair. The proposed system is an interesting alternative to classical interfaces such as joysticks and pneumatic switches. The video sequence comprising 10 frames is processed using different methods leading to the construction of what is referred to in this thesis as an “intention curve”. A decision rule is proposed to subsequently classify each intention curve. For recognition based on head motions, a symmetry-based approach is proposed to estimate the direction intent indicated by a rotation and a Principal Component Analysis (PCA) is used to classify speed variation intents of the wheelchair indicated by a vertical motion. For recognition of the desired direction based on the rotation of the hand, an approach utilizing both a vertical symmetry-based approach and a machine learning algorithm (a neural network, a support vector machine or k-means clustering) results in a set of two intention curves subsequently used to detect the direction intent. Another approach based on the template matching of the finger region is also proposed. For recognition of the desired speed variation based on the vertical motion of the hand, two approaches are proposed. The first is also based on the template matching of the finger region, and the second is based on a mask in the shape of an ellipse used to estimate the vertical position of the hand. The results obtained display good performance in terms of classification both for single pose in each frame and for intention curves. The proposed visual intention recognition approach yields in the majority of cases a better recognition rate than most of the methods proposed in the literature. Moreover, this study shows that the head and the hand in rotation and in vertical motion are viable intent indicators

Dans le contexte de la hausse actuelle du niveau marin, la détermination du mouvement vertical à la côte est cruciale pour deux principales raisons. D'une part, parce qu'il est enregistré dans la mesure marégraphique et constitue une source d'incertitude dans l'estimation des variations long terme du niveau marin (suivant les auteurs ces variations sont de l'ordre de 1 à 2 mm/an de montée au cours du siècle passé). Et d'autre part, parce que les processus de subsidence à la côte sont un facteur aggravant des effets de la montée du niveau marin avec parfois des taux qui résultent en une montée relative du niveau marin de l'ordre de 1 cm/an, soit des projections de 1 mètre en un siècle, sans accélération des contributions climatiques actuelles. Cette thèse de doctorat s'attaque à la détermination des mouvements verticaux à la côte par GPS et par une méthode originale de combinaison des données de marégraphie et d'altimétrie radar embarquée sur satellite. La méthode proposée ici est basée sur celle de Kuo et al. (2004), reprise et étendue en appliquant un filtrage spatio-temporel issu de l'analyse EOF des deux types de séries de données. La méthode est appliquée dans le Golfe du Mexique sur la période 1950-2009 en utilisant les quinze séries marégraphiques de plus de 40 ans d'observations disponibles dans la région au PSMSL et les séries altimétriques mises à disposition dans AVISO sur la période 1992-2009. La comparaison avec les mouvements verticaux issus des cinq séries de positions de stations GPS co-localisées avec marégraphes montre un écart moyen quadratique sur les différences de 0.60 mm/an révélant la grande précision de la nouvelle approche. Les séries temporelles GPS ont préalablement fait l'objet d'une analyse poussée du bruit et des incertitudes associées, légitimant l'utilisation des séries GPS dans la correction des tendances du niveau marin obtenues des marégraphes. Les incertitudes obtenues des vitesses verticales GPS sont de l'ordre de 0.5 mm/an ce qui est significativement inférieur à d'autres analyses de ce type. La méthode altimétrie moins marégraphie mise au point offre donc des perspectives intéressantes dans la détermination précise des mouvements verticaux côtiers où il n'existe pas de mesures géodésiques.

Dans cette thèse, nous proposons une approche méthodologique et algorithmique pour la reconnaissance visuelle d'intentions, basée sur la rotation et le mouvement vertical de la tête et de la main. Le contexte dans lequel cette solution s'inscrit est celui d'une personne handicapée, dont la mobilité est assurée par un fauteuil roulant. Le système proposé constitue une alternative intéressante aux interfaces classiques de type manette, boutons pneumatiques, etc. La séquence vidéo, composée de 10 images, est traitée en utilisant différentes méthodes pour construire ce qui dans cette thèse est désigné par " courbe d'intention ". Une base de règles est également proposée pour classifier chaque courbe d'intention. Pour la reconnaissance basée sur les mouvements de la tête, une approche utilisant la symétrie du visage est proposée pour estimer la direction désirée à partir de la rotation de la tête. Une Analyse en Composantes Principales (ACP) est utilisée pour détecter l'intention de varier la vitesse de déplacement du fauteuil roulant, à partir du mouvement vertical de la tête. Pour la reconnaissance de la direction basée sur la rotation de la main, une approche utilisant à la fois la symétrie verticale de la main et un algorithme d'apprentissage (réseaux neuronaux, machines à vecteurs supports ou k-means), permet d'obtenir les courbes d'intentions exploitées par la suite pour la détection de la direction désirée. Une autre approche, s'appuyant sur l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, est également proposée. Pour la reconnaissance de la vitesse variable basée sur le mouvement vertical de la main, deux approches sont proposées. La première utilise également l'appariement de gabarits de la région contenant les doigts, et la deuxième se base sur un masque en forme d'ellipse, pour déterminer la position verticale de la main. Les résultats obtenus montrent de bonnes performances en termes de classification aussi bien des positions individuelles dans chaque image, que des courbes d'intentions. L'approche de reconnaissance visuelle d'intentions proposée produit dans la très grande majorité des cas un meilleur taux de reconnaissance que la plupart des méthodes proposées dans la littérature. Par ailleurs, cette étude montre également que la tête et la main en rotation et en mouvement vertical constituent des indicateurs d'intention appropriés

Dans le contexte de la hausse actuelle du niveau marin, la détermination du mouvement vertical à la côte est cruciale pour deux principales raisons. D’une part, parce qu’il est enregistré dans la mesure marégraphique et constitue une source d’incertitude dans l’estimation des variations long terme du niveau marin (suivant les auteurs ces variations sont de l’ordre de 1 à 2 mm/an de montée au cours du siècle passé). Et d’autre part, parce que les processus de subsidence à la côte sont un facteur aggravant des effets de la montée du niveau marin avec parfois des taux qui résultent en une montée relative du niveau marin de l’ordre de 1 cm/an, soit des projections de 1 mètre en un siècle, sans accélération des contributions climatiques actuelles. Cette thèse de doctorat s’attaque à la détermination des mouvements verticaux à la côte par GPS et par une méthode originale de combinaison des données de marégraphie et d’altimétrie radar embarquée sur satellite. La méthode proposée ici est basée sur celle de Kuo et al. (2004), reprise et étendue en appliquant un filtrage spatio-temporel issu de l’analyse EOF des deux types de séries de données. La méthode est appliquée dans le Golfe du Mexique sur la période 1950-2009 en utilisant les quinze séries marégraphiques de plus de 40 ans d’observations disponibles dans la région au PSMSL et les séries altimétriques mises à disposition dans AVISO sur la période 1992-2009. La comparaison avec les mouvements verticaux issus des cinq séries de positions de stations GPS co-localisées avec marégraphes montre un écart moyen quadratique sur les différences de 0.60 mm/an révélant la grande précision de la nouvelle approche. Les séries temporelles GPS ont préalablement fait l’objet d’une analyse poussée du bruit et des incertitudes associées, légitimant l’utilisation des séries GPS dans la correction des tendances du niveau marin obtenues des marégraphes. Les incertitudes obtenues des vitesses verticales GPS sont de l’ordre de 0.5 mm/an ce qui est significativement inférieur à d’autres analyses de ce type. La méthode altimétrie moins marégraphie mise au point offre donc des perspectives intéressantes dans la détermination précise des mouvements verticaux côtiers où il n’existe pas de mesures géodésiques. / In the context of the current sea level rise, the determination of coastal vertical land motion is crucial for two main reasons. In one hand, tide gauge measurements are affected by vertical displacements and this is a source of uncertainties for the estimation of long-term sea level variations ( those variations are in the order of 1 to 2 mm/yr of sea level rise during the last century according to different authors). On the other hand, coastal subsiding processes could aggravate the effects of sea level rise with rates leading sometimes to 1 cm/yr of relative sea level rise, that is 1 meter over a century, without any acceleration of climatic contribution. This PhD thesis addresses the determination of coastal vertical land movement by GPS and by an original method combining the data from both tide gauge and satellite radar altimetry. The method which is suggested here is based on those of Kuo et al., (2004), repeated and extended by spatio-temporal filtering from EOF analysis of the two kinds of series. The method is applied in the Gulf of Mexico over the period 1950-2009 using the available fifteen tide gauge series of more than 40 years of observations selected from the PSMSL and altimetric series selected from AVISO over the period 1992-2009. The comparison between vertical land movements from the five position time series of the GPS stations collocated at tide gauge locations shows a root mean square error of 0.60 mm/an over the difference , highlighting the high accuracy of the new approach. Beforehand, GPS time series underwent a detailed noise analysis and their associated uncertainties, legitimating the use of GPS series in the correction of tide gauge sea level trends. The uncertainties from GPS vertical velocities are in the order of 0.5 mm/yr which is significantly lower than other analysis of this type. The adjusted method altimetry minus tide gauge presents interesting prospects for the accurate determination of coastal land motion where there are not geodetic measurements.

La présente recherche se propose de caractériser l'équilibre dynamique à mésoéchelle, c'est-à-dire l'équilibre entre les forçages dynamiques et physiques et ce, pour des phénomènes météorologiques ayant une échelle horizontale de l'ordre de 15 à 150 km. Elle combine des simulations numériques et la théorie de la balance non-linéaire autant dans un contexte de simulations idéalisées que dans celui d'une simulation d'un cas réel. Elle s'inscrit dans un objectif à plus long terme d'améliorer les prévisions à court terme des quantités de précipitations, en développant une méthode permettant de contraindre l'état initial de la dynamique du modèle à un état de balance dynamique dans un contexte où les données de précipitations sont inclues au temps initial. <br>Dans un premier temps, l'étude porte sur l'identification précise de la suite des processus physiques impliqués dans l'ajustement vers un état balancé dans les modèles numériques en lien avec la théorie classique d'ajustement linéaire et ce, autant à petite qu'à grande échelle (phénomènes météorologiques d'un diamètre de 15 à 1500 km). Les analyses démontrent que, lorsque la taille du réchauffement est à petite échelle : (a) la latitude (force de Coriolis) n'a qu'une influence très limitée sur les mécanismes et sur l'état balancé ; (b) le temps d'ajustement vers l'état balancé est très réduit par rapport aux simulations à plus grande échelle ; (c) la stabilité statique de l'atmosphère a une influence significative sur le temps d'ajustement ainsi que sur l'état balancé lui-même ; (d) ces résultats sont en accord avec la théorie classique d'ajustement linéaire ; (e) il est possible d'utiliser l'équation de balance non-linéaire en combinaison avec une équation complète décrivant le mouvement vertical pour déterminer le vent divergent balancé à petite échelle. <br>Dans un deuxième temps, la méthodologie est appliquée à un cas réel tel que simulé par le modèle Global Environnemental Multi-Échelle (GEM) en mode aire limitée à une résolution horizontale de 2.5 km. Ce cas réel est caractérisé par de la convection profonde d'été en absence de baroclinicité et de dynamique en altitude significatives. Parmi les conclusions dégagées de l'analyse, il a été montré que : (a) le type de balance à cette échelle est principalement relié à la divergence horizontale ; (b) l'information apportée par les vents divergents dans la prévision à court terme du mouvement vertical (et donc de la précipitation) est très importante ; (c) il est possible de calculer les vents divergents balancés, à cette échelle, en utilisant une équation du mouvement vertical complète en combinaison avec l'équation de balance non-linéaire et en utilisant les tendances de température, causées par la convection, directement issues du modèle numérique ; (d) en imposant que les vents divergents soient balancés au temps initial, les prévisions de précipitations (évaluées par l'intermédiaire du mouvement vertical) sont remarquablement similaires par rapport à une simulation de contrôle. <br>En conclusion, le travail réalisé a permis principalement de développer une méthodologie appropriée pour caractériser l'état balancé dans les modèles numériques de prévision à méso-échelle pour des phénomènes météorologiques ayant un diamètre aussi petit que de l'ordre de 15 km, et utiliser des relations de balance dynamique dans les modèles numériques à une résolution horizontale de 2.5 km. Les contributions les plus importantes sont : (a) l'identification précise de la suite des processus physiques impliqués dans l'ajustement vers un état balancé dans les modèles numériques en lien avec la théorie classique d'ajustement linéaire ; (b) la caractérisation de l'état balancé à mésoéchelle dans des simulation numériques idéalisées ; (c) la caractérisation de l'état balancé à méso-échelle dans un contexte de simulation réaliste d'un cas de convection profonde d'été ; (d) l'importance de l'information apportée par les vents divergents pour les prévisions de précipitations à méso-échelle ; (e) la démonstration qu'il est possible d'utiliser les tendances de température issues de la convection dans le modèle en combinaison avec l'équation de balance non-linéaire et une équation complète décrivant le mouvement vertical, afin de déterminer des vents divergents balancés ayant une bonne précision. Ainsi, le présent projet est innovateur pour l'utilisation des relations impliquant une balance non-linéaire à petite échelle, ainsi que pour l'utilisation des tendances de température issues directement de la convection du modèle dans des équations représentant un type de balance dynamique à cette échelle. <br>Les limites de la recherche portent principalement à la fois sur certains aspects des simulations idéalisées, de la méthode d'évaluation des vents divergents balancés et sur le type de situation réelle présentée ici. Des études complémentaires permettraient d'approfondir quelques-unes des limites identifiées.