L'objectif de ce travail consiste à réaliser un système dynamique d'aide aux déplacements multimodal pour les voyageurs équipés d'un système d'information tout en prenant en considération les usagers non équipés de ce type de système. Le travail est alors divisé en deux parties: Une partie conception et développement et une partie étude. La partie développement consiste à construire l'outil informatique d'aide aux déplacements grâce à une modélisation multi-agent et qui renvoie à l'usager un itinéraire qui satisfait ces besoins et ceux du réseau. La partie étude quant à elle, consiste en une approche plus théorique qui consiste à déterminer l'impact de l'information sur les coûts des itinéraires, l'impact de la réorientation des usagers vers les transports en commun sur le réseau routier ainsi que l'intérêt de passer vers des véhicules autonomes / The objective of this work consists on the realization of a dynamic guidance system in a multimodal network for users equipped with an information device while taking into account users that are not equipped with such devices. The work is organized into parts: a conception part and a theoretical study part. The conception part consists on the development of the guidance tool using a multi agent architecture. This tool assists users in their daily travels by giving them the itinerary that suits best not only their needs but also the overall network. The theoretical study emphasizes on how the performance of the network can be enhanced. To do so, three main studies will be presented: the impact of the information on the cost of the itineraries, the impact of the reorientation of users towards transportation systems on the road network and finally the benefits of introducing autonomous vehicles

La reconnaissance des émotions est un aspect important de l'informatique affective dont l'un des objectifs est l'étude et le développement d'interactions comportementales et émotionnelles entre humains et agents conversationnels animés. Dans ce contexte, un point également important concerne les dispositifs d'acquisition et les outils de traitement des signaux, conduisant à une estimation de l'état émotionnel de l'utilisateur. Le travail présenté dans ce manuscrit repose sur le développement d'une plate-forme multimodale d'acquisition et de traitement de signaux physiologiques (PACE). Cette plate-forme peut être considérée comme un middleware modulaire et générique permettant de mesurer, en temps réel, l'état émotionnel de l'utilisateur via l'estimation d'un vecteur d'état. Elle s'intègre dans le cadre de la mise en place d'un simulateur innovant destiné à la simulation d'entretiens d'embauche (Projet PISE : Plate-forme Immersive de Simulation d'Entretien). Cet outil permettra aux personnes en phase d'insertion ou de réinsertion, une meilleure gestion de leurs compétences comportementales et émotionnelles. L'approche que nous avons développée se fonde sur les résultats expérimentaux obtenus et sur une méthodologie originale impliquant différents modèles mathématiques. Différents protocoles expérimentaux, basés sur deux techniques d'induction de stimuli (images IAPS et séquences vidéo de Schaeffer) ont été proposés. Ils permettent la détermination de la corrélation entre les états émotionnels et les signaux physiologiques (EEG, ECG, etc.) issus des capteurs proposés. Trois méthodes de classification (SVM, naïve bayésienne, régression logistique) ont été comparées sur plusieurs critères d'évaluation. Nous avons proposé, à partir des résultats obtenus, une méthodologie permettant l'extraction en temps réel des émotions via les modèles proposés. Une étude expérimentale a également été menée avec pour objectif de valider la plate-forme PACE via la reconnaissance d'états émotionnels lors de séquences vidéo développées à l'Université d'Angers. L'approche multimodale proposée a donné de meilleurs résultats que les approches uni-modales précédentes. Enfin, notre plate-forme a été intégrée au simulateur PISE, et évaluée de manière subjective et objective lors de simulations d'entretiens. Les résultats ont permis de valider partiellement le simulateur.

La maladie d’Alzheimer est la première cause de démence chez les personnes âgées. Cette maladie est caractérisée par un déclin irréversible des fonctions cognitives. Les patients atteints par la maladie d’Alzheimer ont de sévères pertes de mémoire et ont de grandes difficultés à apprendre de nouvelles informations ce qui pose de gros problèmes dans leur vie quotidienne. À ce jour, cette maladie est diagnostiquée après que d’importantes altérations des structures du cerveaux apparaissent. De plus, aucune thérapie existe permettant de faire reculer ou de stopper la maladie. Le développement de nouvelles méthodes permettant la détection précoce de cette maladie est ainsi nécessaire. En effet, une détection précoce permettrait une meilleure prise en charge des patients atteints de cette maladie ainsi qu’une accélération de la recherche thérapeutique. Nos travaux de recherche portent sur l’utilisation de l’imagerie médicale, avec notamment l’imagerie par résonance magnétique (IRM) qui a démontrée ces dernières années son potentiel pour améliorer la détection et la prédiction de la maladie d’Alzheimer. Afin d’exploiter pleinement ce type d’imagerie, de nombreuses méthodes ont été proposées récemment. Au cours de nos recherches, nous nous sommes intéressés à un type de méthode en particulier qui est basé sur la correspondance de patchs dans de grandes bibliothèques d’images. Nous avons étudié ces méthodes à diverses échelles anatomiques c’est à dire, cerveaux entier, hippocampe, sous-champs de l’hippocampe) avec diverses modalités d’IRM (par exemple, IRM anatomique et imagerie de diffusion). Nous avons amélioré les performances de détection dans les stades les plus précoces avec l’imagerie par diffusion. Nous avons aussi proposé un nouveau schéma de fusion pour combiner IRM anatomique et imagerie de diffusion. De plus, nous avons montré que la correspondance de patchs était améliorée par l’utilisation de filtres dérivatifs. Enfin, nous avons proposé une méthode par graphe permettant de combiner les informations de similarité inter-sujet avec les informations apportées par la variabilité intra-sujet. Les résultats des expériences menées dans cette thèse ont montrées une amélioration des performances de diagnostique et de prognostique de la maladie d’Alzheimer comparé aux méthodes de l’état de l’art. / Alzheimer’s disease (AD) is the most common dementia leading to a neurodegenerative process and causing mental dysfunctions. According to the world health organization, the number of patients having AD will double in 20 years. Neuroimaging studies performed on AD patients revealed that structural brain alterations are advanced when the diagnosis is established. Indeed, the clinical symptoms of AD are preceded by brain changes. This stresses the need to develop new biomarkers to detect the first stages of the disease. The development of such biomarkers can make easier the design of clinical trials and therefore accelerate the development of new therapies. Over the past decades, the improvement of magnetic resonance imaging (MRI) has led to the development of new imaging biomarkers. Such biomarkers demonstrated their relevance for computer-aided diagnosis but have shown limited performances for AD prognosis. Recently, advanced biomarkers were proposed toimprove computer-aided prognosis. Among them, patch-based grading methods demonstrated competitive results to detect subtle modifications at the earliest stages of AD. Such methods have shown their ability to predict AD several years before the conversion to dementia. For these reasons, we have had a particular interest in patch-based grading methods. First, we studied patch-based grading methods for different anatomical scales (i.e., whole brain, hippocampus, and hippocampal subfields). We adapted patch-based grading method to different MRI modalities (i.e., anatomical MRI and diffusion-weighted MRI) and developed an adaptive fusion scheme. Then, we showed that patch comparisons are improved with the use of multi-directional derivative features. Finally, we proposed a new method based on a graph modeling that enables to combine information from inter-subjects’ similarities and intra-subjects’ variability. The conducted experiments demonstrate that our proposed method enable an improvement of AD detection and prediction.

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Cette thèse traite de la segmentation d'IRM cérébrales multimodales par des méthodes de coupe de graphe. Dans un premier temps, nous proposons une méthode qui utilise trois modalités IRM en les fusionnant. L'information de frontière, donnée par le gradient spectral, est alors mis en balance avec une information de région, donnée par des graines sélectionnées par l'utilisateur, par un algorithme de coupe de graphe. Dans un second temps, nous proposons trois variantes de cette méthode. La première consiste à trouver un espace spectral optimal car le gradient spectral est basé sur les images naturelles donc inadapté aux images médicales multimodales. Cela donne naissance à une méthode de segmentation par apprentissage. Nous explorons ensuite l'automatisation de notre méthode. Ici, les informations d'ordinaire données par l'utilisateur sont déduites par un algorithme robuste d'espérance-maximisation. Nous montrons les performances de ces deux variantes sur la segmentation de lésions de sclérose en plaques. Enn, nous intégrons l'utilisation d'atlas pour la segmentation automatique de structures profondes du cerveau. Ces trois nouvelles techniques montrent l'adaptabilité de notre méthode à divers problèmes. Nos différentes méthodes de segmentation se montrent meilleures que la plupart de celles actuellement utilisés, aussi bien en terme de temps de calcul qu'en précision de segmentation.

Au cours des dernières décennies, la présence des auralisations dans l’acoustique architecturale et la réalité virtuelle est devenue de plus en plus importante. De nombreuses applications en découlent, telles que les explorations de la réalité virtuelle multimodale ou les études de l’influence acoustique des rénovations et la recherche historique. Malgré ces nombreux cas d’utilisation, peu d’études scientifiques ont été réalisées sur le sujet. L’objectif de cette thèse était donc d’examiner l’utilisation d’auralisations acoustiques de salles, basées sur l’acoustique géométrique (GA) comme outil scientifique et visant à aider à la création d’auralisations historiquement exactes plus écologiquement valables. Déjà dans les années 1930 les premières tentatives ont été entreprises pour rendre audible (de manière imaginaire) les champs sonores. Les développements au cours des 80 dernières années ont conduit à des améliorations significatives des auralisations. Aujourd’hui, si l’on veut créer des auralisations, l’enregistrement anéchoïque réalisé préalablement doit être convolué avec une réponse impulsionnelle ambiante, mesurée ou simulée (RIR). Les logiciels GA sont souvent utilisés pour calculer numériquement la RIR de géométries compliquées. Les méthodes basées sur les ondes sont gourmandes en calcul, nécessitant des modèles géométriques complexes et des données d’entrée complexes. Cette thèse vise à améliorer la qualité des auralisations entièrement calculées. À cette fin, on a étudié l’étalonnage des modèles acoustiques des salles et l’inclusion de la directivité vocale dynamique. Des mesures acoustiques de la pièce ont été réalisées dans quatre salles et des modèles d’acoustique géométrique ont été créés des mêmes espaces. Une procédure méthodique de calibration du modèle a été proposée, réalisée dans les quatre salles, et validée au préalable par comparaison d’estimation de paramètres. Des tests d’écoute subjectifs comparant des auralisations mesurée set simulées pour trois espaces différents ont révélé que les auralisations étaient également perçues pour huit attributs acoustiques évalués. Par la suite, un cadre permettant d’inclure la directivité vocale dynamique a été présenté. Les résultats des tests d’écoute ont montré des différences perceptuelles entre la directivité vocale dynamique et la directivité de source statique pour la plausibilité, l’enveloppement de l’auralisation ainsi que la largeur perçue de la source. L’amélioration de la validité écologique des auralisations a permis d’étudier l’influence des visualisations sur l’expérience acoustique, avec un degré de confiance raisonnable que les effets perçus sont également applicables dans des situations réelles. À cet effet, un cadre a été établi qui a permis des évaluations multimodales de pièces de théâtre et de concerts. Les résultats d’un test d’écoute multi-modal présentant une scène cohérente visuelle-sonore ont confirmé les différences perceptuelles entre les auralisations de directivité vocale dynamique et statique. Dans ce même cadre, un second test d’écoute comparant des scènes visuelles/sonores incohérentes è cohérentes, indiquait qu’avec une distance source-récepteur accrue, les auralisations sont perçues acoustiquement plus éloignées et plus élevée. / Over recent decades, auralizations have become more prevalent in architectural acoustics and virtual reality. Auralizations have numerous use-cases such as multi-modal virtual reality explorations, studies of the acoustical influence of renovations, and historic research. Despite their numerous use-cases, they rarely have been part of scientific studies. Therefore, the goal of this thesis was to examine the use of room acoustical auralizations based on geometrical acoustics (GA) as a scientific tool and aimed to aid in the creation of more ecologically valid historically accurate auralizations. Already in the 1930s first attempts were undertaken to render audible (imaginary) sound fields. Developments over the last 80 years have led to significant improvements of auralizations. Today, if one wishes to create auralizations, generally anechoic recording need to be convolved with either a measured or simulated room impulse response (RIR). GA software are often employed to numerically compute the RIR of complicated geometries. Wave-based methods are computationally intensive, requiring complex geometrical models and complex input data. This thesis aims to enhance the quality of fully computed auralizations. For this purpose the calibration of room acoustical models and the inclusion of dynamic voice directivity were studied. Room acoustical measurements were carried out in four rooms and geometrical acoustics models were created of the same spaces. A methodical calibration procedure was proposed, carried out in the four rooms, and first validated by means of parameter estimation comparison. Subjective listening tests which compared measured and simulated auralizations for three spaces found that the auralizations were equally perceived for 8 tested acoustical attributes. Subsequently, a framework was presented which enabled the inclusion of dynamic voice directivity. The results of listening tests indicated that perceptual differences between dynamic voice directivity and regular static source ordinations in plausibility and envelopment of the auralization as well as perceived width of the source. With the improved ecological validity of the auralizations it was possible to study the influence of visualizations on the acoustical experience, with a reasonable degree of confidence that perceived effects are also applicable in real-life situations. For this purpose, a framework was established which enabled multi-model assessments of theater plays and concerts. Results of a visual-aural coherent multi-modal listening test confirmed the perceptual differences between dynamic and static voice directivity auralizations. A second listening test employing this framework which compared incoherent to coherent aural-visual cues indicated that with increased visual source-receiver distance auralizations are perceived acoustically more distant and louder.

Ce mémoire est consacré à la compensation des effets de flous dans une image, communément appelés effets de volume partiel (EVP), avec comme objectif d’application l’amélioration qualitative et quantitative des images en médecine nucléaire. Ces effets sont la conséquence de la faible résolutions spatiale qui caractérise l’imagerie fonctionnelle par tomographie à émission mono-photonique (TEMP) ou tomographie à émission de positons (TEP) et peuvent être caractérisés par une perte de signal dans les tissus présentant une taille comparable à celle de la résolution spatiale du système d’imagerie, représentée par sa fonction de dispersion ponctuelle (FDP). Outre ce phénomène, les EVP peuvent également entrainer une contamination croisée des intensités entre structures adjacentes présentant des activités radioactives différentes. Cet effet peut conduire à une sur ou sous estimation des activités réellement présentes dans ces régions voisines. Différentes techniques existent actuellement pour atténuer voire corriger les EVP et peuvent être regroupées selon le fait qu’elles interviennent avant, durant ou après le processus de reconstruction des images et qu’elles nécessitent ou non la définition de régions d’intérêt provenant d’une imagerie anatomique de plus haute résolution(tomodensitométrie TDM ou imagerie par résonance magnétique IRM). L’approche post-reconstruction basée sur le voxel (ne nécessitant donc pas de définition de régions d’intérêt) a été ici privilégiée afin d’éviter la dépendance aux reconstructions propres à chaque constructeur, exploitée et améliorée afin de corriger au mieux des EVP. Deux axes distincts ont été étudiés. Le premier est basé sur une approche multi-résolution dans le domaine des ondelettes exploitant l’apport d’une image anatomique haute résolution associée à l’image fonctionnelle. Le deuxième axe concerne l’amélioration de processus de déconvolution itérative et ce par l’apport d’outils comme les ondelettes et leurs extensions que sont les curvelets apportant une dimension supplémentaire à l’analyse par la notion de direction. Ces différentes approches ont été mises en application et validées par des analyses sur images synthétiques, simulées et cliniques que ce soit dans le domaine de la neurologie ou dans celui de l’oncologie. Finalement, les caméras commerciales actuelles intégrant de plus en plus des corrections de résolution spatiale dans leurs algorithmes de reconstruction, nous avons choisi de comparer de telles approches en TEP et en TEMP avec une approche de déconvolution itérative proposée dans ce mémoire. / Partial Volume Effects (PVE) designates the blur commonly found in nuclear medicine images andthis PhD work is dedicated to their correction with the objectives of qualitative and quantitativeimprovement of such images. PVE arise from the limited spatial resolution of functional imaging witheither Positron Emission Tomography (PET) or Single Photon Emission Computed Tomography(SPECT). They can be defined as a signal loss in tissues of size similar to the Full Width at HalfMaximum (FWHM) of the PSF of the imaging device. In addition, PVE induce activity crosscontamination between adjacent structures with different tracer uptakes. This can lead to under or overestimation of the real activity of such analyzed regions. Various methodologies currently exist tocompensate or even correct for PVE and they may be classified depending on their place in theprocessing chain: either before, during or after the image reconstruction process, as well as theirdependency on co-registered anatomical images with higher spatial resolution, for instance ComputedTomography (CT) or Magnetic Resonance Imaging (MRI). The voxel-based and post-reconstructionapproach was chosen for this work to avoid regions of interest definition and dependency onproprietary reconstruction developed by each manufacturer, in order to improve the PVE correction.Two different contributions were carried out in this work: the first one is based on a multi-resolutionmethodology in the wavelet domain using the higher resolution details of a co-registered anatomicalimage associated to the functional dataset to correct. The second one is the improvement of iterativedeconvolution based methodologies by using tools such as directional wavelets and curveletsextensions. These various developed approaches were applied and validated using synthetic, simulatedand clinical images, for instance with neurology and oncology applications in mind. Finally, ascurrently available PET/CT scanners incorporate more and more spatial resolution corrections in theirimplemented reconstruction algorithms, we have compared such approaches in SPECT and PET to aniterative deconvolution methodology that was developed in this work.