L’objet des systèmes de recherche d’informations est de faciliter l’accès à un ensemble de documents, afin de permettre à l’utilisateur de retrouver ceux qui sont pertinents, c'est-à-dire ceux dont le contenu correspond le mieux à son besoin en information. La qualité des résultats de la recherche se mesure en comparant les réponses du système avec les réponses idéales que l'utilisateur espère recevoir. Plus les réponses du système correspondent à celles que l'utilisateur espère, plus le système est jugé performant. Les premiers systèmes permettaient d’effectuer des recherches booléennes, c’est à dire, des recherches ou seule la présence ou l’absence d’un terme de la requête dans un texte permet de le sélectionner. Il a fallu attendre la fin des années 60, pour que l’on applique le modèle vectoriel aux problématiques de la recherche d’information. Dans ces deux modèles, seule la présence, l’absence, ou la fréquence des mots dans le texte est porteuse d’information. D’autres systèmes de recherche d’information adoptent cette approche dans la modélisation des données textuelles et dans le calcul de la similarité entre documents ou par rapport à une requête. SMART (System for the Mechanical Analysis and Retrieval of Text) [4] est l’un des premiers systèmes de recherche à avoir adopté cette approche. Plusieurs améliorations des systèmes de recherche d’information utilisent les relations sémantiques qui existent entre les termes dans un document. LSI (Latent Semantic Indexing) [5], par exemple réalise ceci à travers des méthodes d’analyse qui mesurent la cooccurrence entre deux termes dans un même contexte, tandis que Hearst et Morris [6] utilisent des thésaurus en ligne pour créer des liens sémantiques entre les termes dans un processus de chaines lexicales. Dans ces travaux nous développons un nouveau système de recherche qui permet de représenter les données textuelles par des signaux. Cette nouvelle forme de représentation nous permettra par la suite d’appliquer de nombreux outils mathématiques de la théorie du signal, tel que les Transformées en ondelettes et jusqu’a aujourd’hui inconnue dans le domaine de la recherche d’information textuelle / The object of information retrieval systems is to make easy the access to documents and to allow a user to find those that are appropriate. The quality of the results of research is measured by comparing the answers of the system with the ideal answers that the user hopes to find. The system is competitive when its answers correspond to those that the user hopes. The first retrieval systems performing Boolean researches, in other words, researches in which only the presence or the absence of a term of a request in a text allow choosing it. It was necessary to wait for the end of the sixties to apply the vector model in information retrieval. In these two models, alone presence, absence, or frequency of words in the text is holder of information. Several Information Retrieval Systems adopt a flat approach in the modeling of data and in the counting of similarity between documents or in comparison with a request. We call this approach ‘bag of words ’. These systems consider only presence, absence or frequency of appearance of terms in a document for the counting of its pertinence, while Hearst and Morris [6] uses online thesaurus to create semantic links between terms in a process of lexical chains. In this thesis we develop a new retrieval system which allows representing textual data by signals. This new form of presentation will allow us, later, to apply numerous mathematical tools from the theory of the signal such as Wavelets Transforms, well-unknown nowadays in the field of the textual information retrieval

Les progrès récents en matière de télécommunications, collaboré avec le développement des dispositifs d'acquisition d’images et de vidéos a conduit à une croissance spectaculaire de la quantité des données vidéo stockées, transmises et échangées sur l’Internet. Dans ce contexte, l'élaboration d'outils efficaces pour accéder aux éléments d’information présents dans le contenu vidéo est devenue un enjeu crucial. Dans le Chapitre 2 nous introduisons un nouvel algorithme pour la détection de changement de plans vidéo. La technique est basée sur la partition des graphes combinée avec une analyse multi-résolution et d'une opération de filtrage non-linéaire. La complexité globale de calcul est réduite par l’application d'une stratégie deux passes. Dans le Chapitre 3 le problème d’abstraction automatique est considéré. Dans notre cas, nous avons adopté un système de représentation image-clés qui extrait un nombre variable d'images de chaque plan vidéo détecté, en fonction de la variation du contenu visuel. Le Chapitre 4 traite la segmentation de haut niveau sémantique. En exploitant l'observation que les plans vidéo appartenant à la même scène ont les mêmes caractéristiques visuelles, nous introduisons un nouvel algorithme de regroupement avec contraintes temporelles, qui utilise le seuillage adaptatif et les plans vidéo neutralisés. Dans le Chapitre 5 nous abordons le thème de détection d’objets vidéo saillants. Dans ce contexte, nous avons introduit une nouvelle approche pour modéliser l'attention spatio-temporelle utilisant : la correspondance entre les points d'intérêt, les transformations géométriques et l’estimation des classes de mouvement / Recent advances in telecommunications, collaborated with the development of image and video processing and acquisition devices has lead to a spectacular growth of the amount of the visual content data stored, transmitted and exchanged over Internet. Within this context, elaborating efficient tools to access, browse and retrieve video content has become a crucial challenge. In Chapter 2 we introduce and validate a novel shot boundary detection algorithm able to identify abrupt and gradual transitions. The technique is based on an enhanced graph partition model, combined with a multi-resolution analysis and a non-linear filtering operation. The global computational complexity is reduced by implementing a two-pass approach strategy. In Chapter 3 the video abstraction problem is considered. In our case, we have developed a keyframe representation system that extracts a variable number of images from each detected shot, depending on the visual content variation. The Chapter 4 deals with the issue of high level semantic segmentation into scenes. Here, a novel scene/DVD chapter detection method is introduced and validated. Spatio-temporal coherent shots are clustered into the same scene based on a set of temporal constraints, adaptive thresholds and neutralized shots. Chapter 5 considers the issue of object detection and segmentation. Here we introduce a novel spatio-temporal visual saliency system based on: region contrast, interest points correspondence, geometric transforms, motion classes’ estimation and regions temporal consistency. The proposed technique is extended on 3D videos by representing the stereoscopic perception as a 2D video and its associated depth

Le but de cette thèse est le développement d'un algorithme adaptatif pour la résolution des équations aux dérivées partielles paraboliques en géométrie cartésienne pour des problèmes en dimension un, deux et trois et l'application aux instabilités de flamme dans l'approximation thermodiffusive. Partant d'un schéma de discrétisation de type volumes finis explicite, nous appliquons une décomposition adaptative multi-résolution pour représenter la solution sur un maillage localement raffiné. Les flux numériques sont calculés directement sur la grille adaptative. Afin de suivre l'évolution de la solution au cours du temps, nous utilisons une stratégie d'adaptation dynamique basée sur la représentation des données en multi-résolution. Cette dernière consiste à représenter la solution à l'aide des valeurs sur une grille grossière, plus l'ensemble des différences de prédiction entre les valeurs d'une grille donnée et celles d'une grille plus fine, l'ensemble constistuant une hiérarchie de grilles emboîtées. La compression des données s'obtient en supprimant les différences inférieures à une certaine tolérance fixée. Nous validons cette méthode par la résolution numérique d'équations de référence, comme l'équation de convection-diffusion ou l'équation de Burgers diffusive, afin de montrer la précision de la méthode et son efficacité par rapport au même schéma volumes finis sur grille fine. En particulier, pour l'équation linéaire de convection-diffusion, nous donnons une relation entre la tolérance et le nombre d'échelles qui permet de réduire le temps de calcul et la place mémoire nécessaires tout en maintenant l'ordre de précision du schéma volumes finis. Ce résultat est confirmé par le calcul numérique. Nous utilisons ensuite la méthode adaptative pour étudier les instabilités de flammes pré-mélangées dans l'approximation thermodiffusive. En particulier, pour les flammes planes, nous déterminons la limite d'apparition des flammes pulsantes, limite que nous comparons aux données de la littérature, tant numériques que théoriques. Nos calculs confirment la théorie pour les grandes valeurs de l'énergie d'activation. Nous montrons également numériquement l'existence de flammes planes non-pulsantes lorsque la conduction de la chaleur est très supérieure à la diffusion des réactants. Nous étudions également les ballons de flamme et montrons que, lorsqu'ils interagissent avec une paroi adiabatique, leur comportement présente une analogie avec la capillarité en mécanique des fluides. Le dernier résultat concerne l'interaction d'un ballon de flamme avec un tourbillon. Il ouvre des perspectives sur la simulation adaptative des ballons de flamme dans un fluide en mouvement.

L'objectif principal de ces travaux de thèse est d'unifier différentes informations 2D et 3D afin de réaliser une visualisation adaptée dans un environnement client/serveur hétérogène en termes de réseau, de traitement et de ressources mémoire. Dans ce contexte, nous avons exploité la nature multi-résolution de la transformée en ondelettes discrètes (TOD) du codeur JPEG2000. L'unification des données est réalisée par insertion aveugle, synchrone ou partiellement synchrone, des données cachées dans le domaine des ondelettes. Une visualisation 3D classique nécessite au moins deux types de données : une image 2D d'intensité, appelé texture, et une forme 3D pouvant être représentée par une image, un modèle 3D ombré ou un maillage de points. Ce type d'image, parfois également appelé carte de profondeur est une image dans laquelle la valeur des pixels reflète la distance du capteur à la surface par imagerie. La texture est une image 2D couleur qui est apposée sur le modèle 3D après triangulation. Au niveau de l'insertion des données cachées, la carte de profondeur est d'abord transformée dans le domaine des ondelettes tandis que la texture est insérée dans le codeur JPEG2000. Le processus de codage JPEG2000 de la texture est interrompue, et les coefficients 3D sont insérés dans la totalité ou dans un sous-ensemble des sous-bandes de la texture. Les données sont re-intégrées dans le codeur standard de JPEG2000 à l'endroit où l'interruption a été faite. Le fichier résultant peut alors être envoyé à travers tous types de canal de communication comme un autre fichier standard issu du codeur JPEG2000. Les différents niveaux de résolution et le caractère synchronisé de nos algorithmes permettent une visualisation en 3D, même avec peu de sous-bandes de résolution suite à un transfert partiel ou retardé. La méthode permet ainsi d'effectuer une visualisation à partir uniquement d'une fraction des données. Dans ce cas nous remplaçons par des zéros les coefficients des sous-bandes manquantes. La première phase de ce travail a concerné l'imperceptibilité; c'est la raison pour laquelle l'insertion a été réalisée dans les bits de poids plus faibles. La deuxième phase de ces travaux a concerné la robustesse, c'est pourquoi une stratégie d'insertion par étalement de spectres a été utilisée. Au cours de la seconde phase, l'imperceptibilité n'a pas été complètement ignorée, du fait que l'insertion des données est effaçable après l'extraction. Les deux applications principales sont la visualisation 3D de modèles numériques de terrains et de visages. Dans la troisième et dernière phase de ces travaux de thèse, nous avons élargi le problème en essayant de prendre en compte le problème d'assemblage de dalles de niveaux de résolutions différentes sans soudure apparente. Ceci a eté assuré par des fonctions de lissage dans le domaine des ondelettes.

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.

La Décomposition Modale Empirique (EMD), est une méthode de décomposition multi-résolution de signaux en fonctions Modes Intrinsèques (IMF) et cela, de manière auto-adaptative. En la couplant avec la transformée de Hilbert, elle devient une méthode d'analyse Temps-Fréquence , la transformée de Hilbert-Huang, permettant d'étudier bon nombre de classes de signaux. Malgré ces nombreuses applications, l'une des plus importantes limites de l'EMD est son manque de formalisme mathématique. A la place d'une interpolation par splines cubiques utilisée dans l'EMD classique, nous avons estimé l'enveloppe moyenne par une solution d'un système d'EDP. Par une méthode variationnelle, nous avons établi un cadre théorique pour prouver les résultats de convergence, d'existence de modes et la propriété de presque orthogonalité de l'EMD. La comparaison avec des bancs de filtres itératifs et les ondelettes, montre l'aspect multi-résolution de l'EMD. Deux nouvelles applications en traitement du signal et de l'image sont présentées : l'extraction des intermittences et mode mixing et la restauration par shrinkage par EMD. Enfin le modèle peut servir de base pour l'étude de l'unicité de la décomposition.