Dans le contexte de la navigation autonome en environnement urbain, une localisation précise du véhicule est importante pour une navigation sure et fiable. La faible précision des capteurs bas coût existants tels que le système GPS, nécessite l'utilisation d'autres capteurs eux aussi à faible coût. Les caméras mesurent une information photométrique riche et précise sur l'environnement, mais nécessitent l'utilisation d'algorithmes de traitement avancés pour obtenir une information sur la géométrie et sur la position de la caméra dans l'environnement. Cette problématique est connue sous le terme de Cartographie et Localisation Simultanées (SLAM visuel). En général, les techniques de SLAM sont incrémentales et dérivent sur de longues trajectoires. Pour simplifier l'étape de localisation, il est proposé de découpler la partie cartographie et la partie localisation en deux phases: la carte est construite hors-ligne lors d'une phase d'apprentissage, et la localisation est effectuée efficacement en ligne à partir de la carte 3D de l'environnement. Contrairement aux approches classiques, qui utilisent un modèle 3D global approximatif, une nouvelle représentation égo-centrée dense est proposée. Cette représentation est composée d'un graphe d'images sphériques augmentées par l'information dense de profondeur (RGB+D), et permet de cartographier de larges environnements. Lors de la localisation en ligne, ce type de modèle apporte toute l'information nécessaire pour une localisation précise dans le voisinage du graphe, et permet de recaler en temps-réel l'image perçue par une caméra embarquée sur un véhicule, avec les images du graphe, en utilisant une technique d'alignement d'images directe. La méthode de localisation proposée, est précise, robuste aux aberrations et prend en compte les changements d'illumination entre le modèle de la base de données et les images perçues par la caméra. Finalement, la précision et la robustesse de la localisation permettent à un véhicule autonome, équipé d'une caméra, de naviguer de façon sure en environnement urbain. / In an autonomous navigation context, a precise localisation of the vehicule is important to ensure a reliable navigation. Low cost sensors such as GPS systems are inacurrate and inefficicent in urban areas, and therefore the employ of such sensors alone is not well suited for autonomous navigation. On the other hand, camera sensors provide a dense photometric measure that can be processed to obtain both localisation and mapping information. In the robotics community, this problem is well known as Simultaneous Localisation and Mapping (SLAM) and it has been studied for the last thirty years. In general, SLAM algorithms are incremental and prone to drift, thus such methods may not be efficient in large scale environments for real-time localisation. Clearly, an a-priori 3D model simplifies the localisation and navigation tasks since it allows to decouple the structure and motion estimation problems. Indeed, the map can be previously computed during a learning phase, whilst the localisation can be handled in real-time using a single camera and the pre-computed model. Classic global 3D model representations are usually inacurrate and photometrically inconsistent. Alternatively, it is proposed to use an ego-centric model that represents, as close as possible, real sensor measurements. This representation is composed of a graph of locally accurate spherical panoramas augmented with dense depth information. These augmented panoramas allow to generate varying viewpoints through novel view synthesis. To localise a camera navigating locally inside the graph, we use the panoramas together with a direct registration technique. The proposed localisation method is accurate, robust to outliers and can handle large illumination changes. Finally, autonomous navigation in urban environments is performed using the learnt model, with only a single camera to compute localisation.

Cette thèse étudie les méthodes de regroupement basées sur le principe des plus proches voisins partagés (SNN). Comme la plupart des autres approches de clustering à base de graphe, les méthodes SNN sont effectivement bien adaptées à surmonter la complexité des données, l'hétérogénéité et la haute dimensionnalité. La première contribution de la thèse est de revisiter une méthode existante basée sur les voisins partagés en deux points. Nous présentons d'abord un formalisme basé sur la la théorie de décision à contrario. Cela nous permet de tirer des scores de connectivité plus fiable des groupes et une interprétation plus intuitive des voisinage selectionnés optimalement. Nous proposons également un nouveau algorithme de factorisation pour accélérer le calcul intensif nécessaire des matrices des voisins partagés. La deuxième contribution de cette thèse est une généralisation de la classification SNNau cas multi-source. La principale originalité de notre approche est que nous introduisons une étape de sélection des sources d'information optimales dans le calcul de scores de groupes candidats. Chaque groupe est alors associé à son propre sous-ensemble optimal des modalités. Comme le montre le expériences, cette étape de sélection de source rend notre approche largement robuste à la présence de sources locales aberrantes. Cette nouvelle méthode est appliquée à un large éventail de problèmes, y compris la structuration multimodale des collections d'images et dans le regroupement dans des sous-espaces basés sur les projections aléatoires.La troisième contribution de la thèse est une tentative pour étendre les méthodes SNNdans le contexte des graphes biparites. Nous introduisons de nouvelles mesures de pertinence SNNrevisitées pour ce contexte asymétrique et nous montrons qu'elles peuvent être utiliséespour sélectionner localement des voisinages optimales. En conséquence, nous proposons un nouveau algorithme de clustering bipartite SNN qui est appliqué à la découverte d'objets visuels.Les expériences montrent que cette nouvelle méthode est meilleure par rapport aux méthodes de l'état de l'art. Basé sur les objets découverts, nous introduisons également un paradigme de recherche visuelle, c.-à-d les objet basés sur la suggestion de requêtes visuel les. / This thesis investigates new clustering paradigms and algorithms based on the principle of the shared nearest-neighbors (SNN. As most other graph-based clustering approaches, SNN methods are actually well suited to overcome data complexity, heterogeneity and high-dimensionality.The first contribution of the thesis is to revisit existing shared neighbors methods in two points. We first introduce a new SNN formalism based on the theory of a contrario decision. This allows us to derive more reliable connectivity scores of candidate clusters and a more intuitive interpretation of locally optimum neighborhoods. We also propose a new factorization algorithm for speeding-up the intensive computation of the required sharedneighbors matrices.The second contribution of the thesis is a generalization of the SNN clustering approach to the multi-source case. Whereas SNN methods appear to be ideally suited to sets of heterogeneous information sources, this multi-source problem was surprisingly not addressed in the literature beforehand. The main originality of our approach is that we introduce an information source selection step in the computation of candidate cluster scores. As shown in the experiments, this source selection step makes our approach widely robust to the presence of locally outlier sources. This new method is applied to a wide range of problems including multimodal structuring of image collections and subspace-based clustering based on random projections. The third contribution of the thesis is an attempt to extend SNN methods to the context of bipartite k-nn graphs. We introduce new SNN relevance measures revisited for this asymmetric context and show that they can be used to select locally optimal bi-partite clusters. Accordingly, we propose a new bipartite SNN clustering algorithm that is applied to visual object’s discovery based on a randomly precomputed matching graph. Experiments show that this new method outperformed state-of-the-art object mining results on OxfordBuilding dataset. Based on the discovered objects, we also introduce a new visual search paradigm, i.e. object-based visual query suggestion.

Bien que la perception et l’interprétation des expressions faciales soient critiques pour notre vie sociale, leurs mécanismes restent largement incompris. Le but de ma thèse a été d’essayer de comprendre ces processus en analysant le sourire, qui est la plus complexe des expressions.Dans une série de 9 études, nous avons examiné le rôle du contact visuel et du mimétisme facial dans la perception des sourires. Les résultats d’une première série d’études (Chapitre 2) ont révélé que les sourires accompagnés du contact visuel ont plus d’impact émotionnel et sont plus imités par les observateurs que les sourires sans échange de regards. De plus, les études que nous avons réalisées auprès des enfants et d’adultes (Chapitre 3) révèlent que le mimétisme facial est effectivement important non seulement pour un jugement correct de l’authenticité des sourires, mais aussi pour le développement des compétences émotionnelles en général. Afin d’estimer les effets du mimétisme facial, il est important de mieux comprendre les expressions faciales que l’on imite. Dans une deuxième série d’études (Chapitre 4) nous avons donc cherché à regarder les différentes fonctions de sourire en validant une typologie fonctionnelle des sourires, ceux de joie, d’affiliation et de domination. Les résultats montrent que l’usage de ces sourires dans 9 pays, ainsi que les normes gouvernant l’expressivité faciale dans 31 pays peuvent être prédits par l’homogénéité de la population de ces pays à travers les siècles. La morphologie des sourires de joie, d’affiliation et de domination est l’objet des expériences en cours. En somme, ce travail de recherche sur le sourire révèle l’importance de l’expérience corporelle et de la simulation des expressions faciales perçues chez l’autre dans l’interaction sociale. / Facial expressions are the core of our social life, but the exact mechanisms underlying their perception and interpretation are yet to be explained. The goal of this dissertation was to use the human smile as a case study in order to shed more light on the processing of facial expression. We first examined the role of eye contact and facial mimicry in the judgments of smiles. The findings revealed that smiles accompanied by eye contact have more emotional impact and elicit more corresponding smiling than smiles accompanied with averted gaze (Chapter 2). Moreover, studies involving children and adult participants (Chapter 3) show that facial mimicry is involved not only in perceptions of smile authenticity but also in the development of general emotional competence. Still, in order to define facial mimicry and explore its effects we need to specify what exactly is mimicked. A second series of studies (Chapter 4) provided initial support for the social-functional typology of reward, affiliative and dominance smiles and showed that the endorsement of these smiles – as well as general expressivity norms – can be predicted by a country’s demographic history, namely the homogeneity of its population over the centuries. The ongoing experiments investigate the morphology and the time course of the three functional smiles. Combined, our findings highlight the role of embodied simulation and bodily experience in the processing of smiles in particular and facial expression in general.

Il a récemment été largement reconnu que la dynamique interne des réseaux de neurones pourraient jouer un rôle essentiel dans leur fonction. À cet régard, le "bruit synaptique" -- qui représente l'influence du réseau cortical sur les neurones individuels, et qui est une conséquence directe de la circuiterie récurrente massive du néocortex -- a récemment été identifié comme un facteur important qui affecte les propriétés intégratives des neurones. Cette activité affecte aussi l'évolution des réponses neuronales en fonction des changements d'états du cerveau, parfois en quelques secondes. Ces états d'activité générés en interne, qui résultent -- et eux-même influencent -- la plasticité des connexions synaptiques récurrentes, se combinent alors avec les entrées externes pour produire un riche répertoire de réponses aux stimuli sensoriels. Dans cette thèse, nous nous sommes concentrés sur le aspect spatial de ces dynamiques intrinsèques, en particulier la structure spatiale des oscillations corticales, à la fois dans le cas spontané et des réponses évoquées. Nous avons fait un examen approfondi de la littérature concernant la propagation d'ondes dans le thalamus et le cortex, et nous avons proposé un modèle de réseau neuronal pour examiner l'interaction entre les ondes de propagation et l'activité interne du réseau. Nous avons aussi mis en place de nouveaux outils pour la caractérisation de ce type d'activité spatio-temporelle à partir d'enregistrements multicanaux bruités. Le point culminant de ce travail est une démonstration, en utilisant les données d'imagerie par colorants voltage-sensitifs (VSD, "voltage-sensitive dye imaging") obtenues chez le singe éveillé, que la réponse de la population à un stimulus visuel se propage comme une onde sur une grande étendue du cortex visuel primaire. Ce résultat contredit une série d'études précédentes qui semblaient suggérer l'absence d'onde de propagation dans ce cas. Ensuite, nous avons commencé à étudier la structure spatio-temporelle du potentiel de champ local (``local field potential'') obtenu à partir d'enregistrements multi-électrodes chez l'homme et le singe, dans divers états cérébraux, pour répondre aux questions suscitées par l'étude initale en imagerie VSD chez le singe. En parallèle, nous avons étudié les caractéristiques de la structure de connectivité de plusieurs systèmes nerveux, en utilisant la théorie des graphes, pour identifier les aspects aléatoires ou structurés ("small-world") de cette connectivité. Le résultat principal est que, contrairement au consensus, la structure de connectivité est beaucoup plus proche d'une connectivité aléatoire. Les résultats de ces études de doctorat couvrent ainsi un grand spectre d'échelles en neurosciences, de modèles d'activité macroscopiques à des profils de connectivité microscopiques. J'espère sincèrement pouvoir exposer dans ces pages ces résultats de façon unifiée, dans le but de constituer une base pour la poursuite de ces travaux en neurosciences - une recherche de structure au sein de l'architecture interne du système nerveux central. / It has only recently been acknowledged to what large extent the internal dynamics of neural networks could play a role in their function. In this respect, synaptic "noise" -- that is, the influence of the cortical network on single neurons exerted through the massive recurrent circuity that is the hallmark of neocortex -- has recently been shown to have a profound effect on neuronal integrative properties, changing the responses of single neurons across brain states, sometimes within the matter of a few seconds. These internally generated activity states, shaped by and continually shaping the plastic synaptic recurrent connections, then combine with the external inputs to produce a rich repertoire of responses to sensory stimuli in primary cortical regions. In this thesis, we have focused on the {\it spatial} aspect of these internal dynamics, specifically the spatial structure of cortical oscillations, spontaneous and stimulus-evoked. Along the way, we have made an extensive review of the literature concerning propagating waves in thalamus and cortex, and studied network models to investigate how waves depend on network state. We have also introduced new tools for the characterization of spatiotemporal activity patterns in noisy multichannel data. The culmination of this work is a demonstration, using voltage-sensitive dye imaging data taken from the awake monkey, that the population response to a small visual stimulus propagates like a wave across a large extent of primary visual cortex during the awake state, a result contradicting a range of previous studies which seemed to suggest that propagating waves disappear in this case. Moving forward, we have begun to investigate the spatiotemporal structure of local field potential and spiking activity in multielectrode recordings taken from the human and monkey in various states of arousal, to address questions prompted by our initial voltage-sensitive dye imaging study in the monkey. In parallel, we have initiated an analysis of the extent to which neural connectivity can be characterized by the "small-world" effect, the main result of which is that neural graphs may in fact reside outside the small-world regime. The results from these PhD studies thus span the spectrum of scales in neuroscience, from macroscopic activity patterns to microscopic connectivity profiles. It is my sincere hope to expound in these pages a unified theme for these results, and a foundation for further work in neuroscience -- a search for structure within the internal architecture of the system under study.

Nous avons évalué les performances et limitations de différents capteurs susceptibles d’aider à orienter un déficient visuel : GPS, magnétomètre, gyroscope, accéléromètre, baromètre ainsi que la façon de les combiner pour guider efficacement les déficients visuels dans trois contextes différents : le milieu urbain, la randonnée et les intérieurs. Nous avons réalisé des prototypes se plaçant sur la hanche ou tenus à la main fournissant une information présentée sous la forme d’un cap et d’une distance au point à atteindre. Cette information se réactualise en temps réel en fonction des changements de position ou d’orientation de la personne.Nous avons montré par des tests en situation réelle sur des parcours urbains et pédestres de plusieurs kilomètres, effectués par différents déficients visuels, l’efficacité de cette approche très différente de celle du guidage automobile. Les tests ont été également effectués dans des zones où les capteurs sont perturbés : forêts denses ou rues avec des bâtiments hauts (signal GPS perturbé), à proximité des lignes électriques (magnétomètre perturbé), etc. Le cas le plus complexe est celui des intérieurs (stations du métro, centres commerciaux) où le signal GPS est absent. Notre approche ne fait appel à aucun équipement du lieu (de type bornes Bluetooth ou Wifi) et utilise uniquement une cartographie préalable ou relevée sur le site. Nous sommes parvenus à des guidages fonctionnels sur quelques centaines de mètres sous certaines conditions : entrainement de l’utilisateur afin d’assimiler les spécificités du langage de la locomotion utilisé pour le guidage et apprentissage des stratégies de déplacement évitant le disfonctionnement de la centrale inertielle. Nous sommes en mesure de proposer à l’issue de ce travail un outil pouvant être diffusé auprès des utilisateurs avec des solutions fiables pour le milieu urbain et la randonnée. Pour les intérieurs les développements complémentaires se poursuivent et ne seront proposés qu’en béta-test. Cet outil va également être proposé pour initier les déficients visuels non autonomes à des randonnées simples afin de tenter de faire naître l’envie d’améliorer son autonomie. / We have evaluated the possibilities and the limitations of different sensors able to help to the orientation of the visually impaired: GPS, magnetometer, gyroscope, accelerometers, and barometers and also the way to mix their information for guiding efficiently the visually impaired in three different contexts: urban areas, hiking and indoor areas. We have implemented some belt mounted and hand held prototypes giving the information in the way of “heading” and “distance” to the destination to reach. This information is updated in real time taking into consideration the change of the position and orientation of the person. We have shown, during real situation tests, in urban pedestrian paths and hiking circuits of many kilometers done by different visually impaired people, the efficiency of this approach which is very different to the car navigation. The tests have been run including zones where the sensors data is perturbed: dense forest or big buildings in urban areas (GPS signal perturbed), proximity to electrical lines (magnetometer data perturbed), etc. The most complicated case is the indoor navigation (metro stations and commercial centers) where the GPS signal is not available. Our approach does not require any equipment apparatus in the building (such as Bluetooth or Wi-Fi hotspots) and uses just a previous cartography or a cartography done in situ. We have achieved functional guidance in few hundred meters under certain conditions: the training of the user in order to make him understand the specific characteristics of the mobility language used for the navigation and the learning of the strategies of displacement in order to avoid the failure of the Inertial Measurement Unit (IMU). We are in position to offer, at the end of this work, one tool which can be distributed to the users with reliable solutions for the urban areas and the hiking. For the indoor navigation, complementary development is carrying on and it will be proposed just like beta-test version. This tool is also going to be proposed for initiating non-autonomous visually impaired people to easy treks in order to try to make them want to improve their autonomy.

L'analyse de données de plus en plus complexes, volumineuses et issues de différentes sources (e.g. internet, médias sociaux, etc.) est une tâche difficile. Elle reste cependant cruciale dans de très nombreux domaines d'application. Elle implique, pour pouvoir en extraire des connaissances, de mieux comprendre la nature des données, leur évolution ou les nombreuses relations complexes qu'elles peuvent contenir. La visualisation d'informations s'intéresse aux méthodes de représentations visuelles et interactives permettant d'aider un utilisateur à extraire des connaissances. C'est dans ce contexte que se situe le travail présenté dans ce mémoire. Dans un premier temps, nous nous intéressons à la visualisation de longues séries temporelles hiérarchiques. Après avoir analysé les différentes approches existantes, nous présentons le système MultiStream permettant de visualiser, explorer et comparer l'évolution de séries organisées dans une structure hiérarchique. Nous illustrons son utilisation par deux exemples d'utilisation : émotions exprimées dans des médias sociaux et évolution des genres musicaux. Dans un second temps nous abordons la problématique de données complexes modélisées sous la forme de graphes multicouches (différentes types d'arêtes peuvent relier les n÷uds). Plus particulièrement nous nous intéressons au requêtage visuel de graphes volumineux en présentant VERTIGo un système qui permet de construire des requêtes, d'interroger un moteur spécifique, de visualiser/explorer les résultats à différentes niveaux de détail et de suggérer de nouvelles extensions de requêtes. Nous illustrons son utilisation à l'aide d'un graphe d'auteurs provenant de différentes communautés. / The analysis of data that is increasingly complex, large and from different sources (e.g. internet, social medias, etc.) is a dificult task. However, it remains crucial for many fields of application. It implies, in order to extract knowledge, to better understand the nature of the data, its evolution or the many complex relationships it may contain. Information visualization is about visual and interactive representation methods to help a user to extract knowledge. The work presented in this document takes place in this context. At first, we are interested in the visualization of large hierarchical time series. After analyzing the different existing approaches, we present the MultiStream system for visualizing, exploring and comparing the evolution of the series organized into a hierarchical structure. We illustrate its use by two examples: emotions expressed in social media and the evolution of musical genres. In a second time, we tackle the problem of complex data modeled in the form of multilayer graphs (different types of edges can connect the nodes). More specifically, we are interested in the visual querying of large graphs and we present VERTIGo, a system which makes it possible to build queries, to launch them on a specific engine, to visualize/explore the results at different levels of details and to suggest new query extensions. We illustrate its use with a graph of co-authors from different communities.

Dans cette thèse, nous nous concentrons sur les techniques d'asservissement visuel (AV), critiques pour de nombreuses applications de vision robotique et insistons principalement sur les AV directs. Afin d'améliorer l'état de l'art des méthodes directes, nous nous intéressons à plusieurs composantes des lois de contrôle d'AV traditionnelles. Nous proposons d'abord un cadre générique pour considérer l'histogramme comme une nouvelle caractéristique visuelle. Cela permet de définir des lois de contrôle efficaces en permettant de choisir parmi n'importe quel type d'histogramme pour décrire des images, depuis l'histogramme d'intensité à l'histogramme couleur, en passant par les histogrammes de Gradients Orientés. Une nouvelle loi d'asservissement visuel direct est ensuite proposée, basée sur un filtre particulaire pour remplacer la partie optimisation des tâches d'AV classiques, permettant d'accomplir des tâches associées à des fonctions de coûts hautement non linéaires et non convexes. L'estimation du filtre particulaire peut être calculée en temps réel à l'aide de techniques de transfert d'images permettant d'évaluer les mouvements de caméra associés aux déplacements des caractéristiques visuelles considérées dans l'image. Enfin, nous présentons une nouvelle manière de modéliser le problème de l'AV en utilisant l'apprentissage profond et les réseaux neuronaux convolutifs pour pallier à la difficulté de modélisation des problèmes non convexes via les méthodes analytiques classiques. En utilisant des techniques de transfert d'images, nous proposons une méthode permettant de générer rapidement des ensembles de données d'apprentissage de grande taille afin d'affiner des architectures de réseau pré-entraînés sur des tâches connexes, et résoudre des tâches d'AV. Nous montrons que cette méthode peut être appliquée à la fois pour modéliser des scènes connues, et plus généralement peut être utilisée pour modéliser des estimations de pose relative entre des couples de points de vue pris de scènes arbitraires. / In this thesis we focus on visual servoing (VS) techniques, critical for many robotic vision applications and we focus mainly on direct VS. In order to improve the state-of-the-art of direct methods, we tackle several components of traditional VS control laws. We first propose a method to consider histograms as a new visual servoing feature. It allows the definition of efficient control laws by allowing to choose from any type of his tograms to describe images, from intensity to color histograms, or Histograms of Oriented Gradients. A novel direct visual servoing control law is then proposed, based on a particle filter to perform the optimization part of visual servoing tasks, allowing to accomplish tasks associated with highly non-linear and non-convex cost functions. The Particle Filter estimate can be computed in real-time through the use of image transfer techniques to evaluate camera motions associated to suitable displacements of the considered visual features in the image. Lastly, we present a novel way of modeling the visual servoing problem through the use of deep learning and Convolutional Neural Networks to alleviate the difficulty to model non-convex problems through classical analytic methods. By using image transfer techniques, we propose a method to generate quickly large training datasets in order to fine-tune existing network architectures to solve VS tasks.We shows that this method can be applied both to model known static scenes, or more generally to model relative pose estimations between couples of viewpoints from arbitrary scenes.

L'asservissement visuel est un procédé consistant à utiliser l'information visuelle obtenue par un capteur afin de commander un système robotique. Ces informations, appelées primitives visuelles peuvent être d'ordre 2D ou 3D. Le travail présenté ici porte sur une nouvelle approche 2D utilisant des primitives directes : les décompositions de l'image en ondelettes ou en shearlets. Ces représentations présentent en effet l'avantage de décrire l'image sous différentes formes, mettant l'accent soit sur les basses fréquences de l'image, soit sur les hautes fréquences selon plusieurs directions. Les zones de l'image contenant beaucoup d'information, comme les contours ou les points singuliers, possèdent alors de forts coefficients dans la transformée en ondelettes ou en shearlets de l'image, tandis que les zones uniformes possèdent des coefficients proches de zéro. Les travaux de cette thèse montrent la précision et la robustesse de l'approche utilisant la décomposition en shearlets dans le cadre de l'imagerie échographique. Néanmoins, sa contribution majeure est l'élaboration d'une commande permettant d'utiliser au choix les ondelettes ou les shearlets ainsi que la validation de cette méthode sur caméra monoculaire et sur capteur de type tomographie par cohérence optique dans différentes conditions d'utilisation. Cette méthode présente des performances significatives en termes de précision et de robustesse et ouvre la porte vers une utilisation couplée de l'asservissement visuel et de l'acquisition comprimée. / A visual servoing scheme consists of a closed-loop control approach which uses visual information feedback to control the movement of a robotic system. This data, called visual features, can be 2D or 3D. This thesis deals with the development of a new generation of 2D direct visual servoing methods in which the signal control inputs are the coefficients of a multiscale image representation. Specially, we consider the use of multiscale image representations that are based on discrete wavelet and shearlet transformations. This kind of representations allows us to obtain several descriptions of the image based on either low or high frequencies levels. Indeed, high coefficients in the wavelet or in the shearlet transformation of the image correspond to image singularities. This thesis has begun with the development of a shearlet-based visual servoing for ultrasound imaging that has performed well in precision and robustness for this medical application. Nevertheless, the main contribution is a framework allowing us to use several multi-scale representations of the image. It was then tested with conventional white light camera and with an optical coherence tomography imaging system with nominal and unfavorable conditions. Then, the wavelet and the shearlet based methods showed their accuracy and their robustness in several conditions and led to the use of both visual servoing and compressed sensing as the main perspective of this work.

Dans le domaine du développement d'outils de micromanipulation de haute précision pour le biomédical, les microrobots mobiles immergés font figures de technologie émergente prometteuse pour des applications in-vitro, puis à plus long terme pour l'in-vivo. Mes travaux portent sur l'étude de la propulsion de microrobots par voie magnétique dans des fluides circulant dans des microcanaux, à une échelle où les phénomènes d'adhérence et d'amortissement prévalent. Leur application pour des opérations de transduction est développée dans un deuxième volet.Un dispositif d'asservissement par vision à haute fréquence d’échantillonnage (~5kHz) a été développé rendant possible le contrôle sous champ magnétique uniforme ou gradient. Les performances du système ont notamment demandé l’implémentation d'une interface multi-tâches afin de pouvoir acquérir et traiter les images en parallèle de l'actuation du robot. L'analyse de la dynamique permet de mieux appréhender les phénomènes parfois imprévisibles liés au déplacement du robot, MagPol, intégré dans une puce microfluidique. Il peut réciproquement servir de capteur dans son environnement fluidique.Ce design original de robot a été conçu pour la micromanipulation et permet également d'explorer des nouvelles stratégies de déplacement. Ces capacités ont été éprouvées sur des objets de même taille qu'en biologie cellulaire (billes, bulles).Enfin, une démonstration de l'asservissement visuel en planification de tâche a été effectuée. Sous réserve de posséder un algorithme suffisamment performant, l'échantillonnage haute fréquence en temps réel devient possible et l'observation de performances sur des trajectoires complexes est démontrée. Les performances, la portabilité et la reproductibilité du système démontrent des capacités de transduction à haut débit qui sont très prometteuses pour l'aspect applicatif. / In the research for new high performances tool for micrometric scale manipulation, mobile microrobots immersed are considered as a promising technology for in-vitro applications, and with a long term view in-vivo. My work focuses on the propulsion study of mobile microrobots immersed in microfluidic channels controlled through electromagnets. At this scale, surface and damping phenomena predominates. Application for transduction operation is developed in a second part.A high sampling rate (≈5kHz) visual servoing setup have been developed making a control possible through uniform and gradient magnetic field. Performances of the system have notably required a multi-thread programmed user interface to acquire and analyze the frame in parallel of the robot actuation. Dynamic analysis allow to better apprehend the perturbation dynamics of the robot MagPol, integrated in a microfluidic chip. It can reciprocally serve as a sensor for in fluidic environment.MagPol design has been originally conceived for micromanipulation, and also allows to explore new displacement strategies. Its capacities have been tested on beads and bubbles equivalent to cell biology characteristic size (10µm – 100µm).Finally, a demonstration of planned trajectory using visual servoing was accomplished. Though it has required an algorithm sufficiently efficient, high frequency real-time sampling is possible and lead to control and post observation on complex trajectory. Global performances, repeatability and portability of our system has demonstrated its capacities as a high-throughput transducer, promising for single microagent applications.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet national nommé SRDViand dont le but fut de développer un système robotisé pour le désossage et la découpe des animaux de boucherie. Afin de déterminer les trajectoires de découpe de manière intelligente, un système de lumière structurée a été développé. Il se réfère à des systèmes de vision qui utilisent des modèles de projection de lumière pour des tâches de reconstruction 3D. Afin d'obtenir les meilleurs résultats, la définition d'une nouvelle méthode d'étalonnage pour les systèmes de lumière structurée a été établie. Basé sur un large état de l'art et également sur la proposition d'une classification de ces méthodes, il a été proposé d'étalonner une paire caméra projecteur en utilisant l'asservissement visuel. La validité et les résultats de cette méthode ont été éprouvés sur la base de nombreux tests expérimentaux menés dans le cadre du projet SRDViand. Suite à l'élaboration de cette méthode, un prototype permettant la découpe des bovins a été réalisé. / This thesis is part of a national project named SRDViand whose aim was to develop a robotic system for the deboning and cutting of animals meat. To determine the cut paths, a structured light system has been developed. It refers to vision systems that use light projection models for 3D reconstruction tasks. To achieve best results, the definition of a new calibration method for structured light systems was established . Based on a large state of the art and also with a proposed classification of these methods, it has been proposed to calibrate a camera projector pair using visual servoing . The validity and the results of this method were tested on the basis of numerous experimental tests conducted under the SRDViand project. Following the development of this method, a prototype bovine cutting was performed .