P1 prophage is stably maintained in E. coli as a low-copy-number plasmid. Stable maintenance of P1 is dependent on the function of the plasmid encoded partition system, parABS. ParA is the partition ATPase, ParB is the partition-site binding protein, and parS is the partition site. The concerted action of these proteins results in dynamic movement of the plasmid over the bacterial nucleoid, which results in its stable maintenance. Plasmid movement has been proposed to be caused by interactions between parS bound ParB and nucleoid bound ParA. In this thesis, I have identified a complex of ParA, ParB, and DNA that is capable of promoting plasmid stability. ParA, ParB, DNA interactions required the ATP bound conformation of ParA. The ParA-ParB-DNA complex was dynamically regulated by nucleotide hydrolysis, which promoted complex disassembly. Complex formation resulted from the cooperative binding of ParA and ParB to DNA. ParA-ParB and ParB-DNA interactions were both necessary for complex formation. ParA-ParB-DNA complex size was regulated by ParB stimulation of ParA-ATP hydrolysis. Microscopy demonstrated that complexes resulted in the association of multiple DNA molecules due to protein binding. The properties of complex assembly, dynamics, and DNA grouping lead me to propose a model where associations between ParA bound to the bacterial nucleoid and the partition complex mediated plasmid movement and localization.

One of the central problems in computer vision is the automatic recognition of object classes. In particular, the detection of the class of human faces is a problem that generates special interest due to the large number of applications that require face detection as a first step. In this thesis we approach the problem of face detection as a joint detection and segmentation problem, in order to precisely localize faces with pixel accurate masks. Even though this is our primary goal, in finding a solution we have tried to create a general framework as independent as possible of the type of object being searched. For that purpose, the technique relies on a hierarchical region-based image model, the Binary Partition Tree, where objects are obtained by the union of regions in an image partition. In this work, this model is optimized for the face detection and segmentation tasks. Different merging and stopping criteria are proposed and compared through a large set of experiments. In the proposed system the intra-class variability of faces is managed within a learning framework. The face class is characterized using a set of descriptors measured on the tree nodes, and a set of one-class classifiers. The system is formed by two strong classifiers. First, a cascade of binary classifiers simplifies the search space, and afterwards, an ensemble of more complex classifiers performs the final classification of the tree nodes. The system is extensively tested on different face data sets, producing accurate segmentations and proving to be quite robust to variations in scale, position, orientation, lighting conditions and background complexity. We show that the technique proposed for faces can be easily adapted to detect other object classes. Since the construction of the image model does not depend on any object class, different objects can be detected and segmented using the appropriate object model on the same image model. New object models can be easily built by selecting and training a suitable set of descriptors and classifiers. Finally, a tracking mechanism is proposed. It combines the efficiency of the mean-shift algorithm with the use of regions to track and segment faces through a video sequence, where both the face and the camera may move. The method is extended to deal with other deformable objects, using a region-based graph-cut method for the final object segmentation at each frame. Experiments show that both mean-shift based trackers produce accurate segmentations even in difficult scenarios such as those with similar object and background colors and fast camera and object movements. Lloc i / Un dels problemes més importants en l'àrea de visió artificial és el reconeixement automàtic de classes d'objectes. En particular, la detecció de la classe de cares humanes és un problema que genera especial interès degut al gran nombre d'aplicacions que requereixen com a primer pas detectar les cares a l'escena. A aquesta tesis s'analitza el problema de detecció de cares com un problema conjunt de detecció i segmentació, per tal de localitzar de manera precisa les cares a l'escena amb màscares que arribin a precisions d'un píxel. Malgrat l'objectiu principal de la tesi és aquest, en el procés de trobar una solució s'ha intentat crear un marc de treball general i tan independent com fos possible del tipus d'objecte que s'està buscant. Amb aquest propòsit, la tècnica proposada fa ús d'un model jeràrquic d'imatge basat en regions, l'arbre binari de particions (BPT: Binary Partition Tree), en el qual els objectes s'obtenen com a unió de regions que provenen d'una partició de la imatge. En aquest treball, s'ha optimitzat el model per a les tasques de detecció i segmentació de cares. Per això, es proposen diferents criteris de fusió i de parada, els quals es comparen en un conjunt ampli d'experiments. En el sistema proposat, la variabilitat dins de la classe cara s'estudia dins d'un marc de treball d'aprenentatge automàtic. La classe cara es caracteritza fent servir un conjunt de descriptors, que es mesuren en els nodes de l'arbre, així com un conjunt de classificadors d'una única classe. El sistema està format per dos classificadors forts. Primer s'utilitza una cascada de classificadors binaris que realitzen una simplificació de l'espai de cerca i, posteriorment, s'aplica un conjunt de classificadors més complexes que produeixen la classificació final dels nodes de l'arbre. El sistema es testeja de manera exhaustiva sobre diferents bases de dades de cares, sobre les quals s'obtenen segmentacions precises provant així la robustesa del sistema en front a variacions d'escala, posició, orientació, condicions d'il·luminació i complexitat del fons de l'escena. A aquesta tesi es mostra també que la tècnica proposada per cares pot ser fàcilment adaptable a la detecció i segmentació d'altres classes d'objectes. Donat que la construcció del model d'imatge no depèn de la classe d'objecte que es pretén buscar, es pot detectar i segmentar diferents classes d'objectes fent servir, sobre el mateix model d'imatge, el model d'objecte apropiat. Nous models d'objecte poden ser fàcilment construïts mitjançant la selecció i l'entrenament d'un conjunt adient de descriptors i classificadors. Finalment, es proposa un mecanisme de seguiment. Aquest mecanisme combina l'eficiència de l'algorisme mean-shift amb l'ús de regions per fer el seguiment i segmentar les cares al llarg d'una seqüència de vídeo a la qual tant la càmera com la cara es poden moure. Aquest mètode s'estén al cas de seguiment d'altres objectes deformables, utilitzant una versió basada en regions de la tècnica de graph-cut per obtenir la segmentació final de l'objecte a cada imatge. Els experiments realitzats mostren que les dues versions del sistema de seguiment basat en l'algorisme mean-shift produeixen segmentacions acurades, fins i tot en entorns complicats com ara quan l'objecte i el fons de l'escena presenten colors similars o quan es produeix un moviment ràpid, ja sigui de la càmera o de l'objecte.

This dissertation addresses design and analysis aspects of stochastic dynamical systems using Fokker-Planck equation (FPE). A new numerical methodology based on the partition of unity meshless paradigm is developed to tackle the greatest hurdle in successful numerical solution of FPE, namely the curse of dimensionality. A local variational form of the Fokker-Planck operator is developed with provision for h- and p- refinement. The resulting high dimensional weak form integrals are evaluated using quasi Monte-Carlo techniques. Spectral analysis of the discretized Fokker- Planck operator, followed by spurious mode rejection is employed to construct a new semi-analytical algorithm to obtain near real-time approximations of transient FPE response of high dimensional nonlinear dynamical systems in terms of a reduced subset of admissible modes. Numerical evidence is provided showing that the curse of dimensionality associated with FPE is broken by the proposed technique, while providing problem size reduction of several orders of magnitude. In addition, a simple modification of norm in the variational formulation is shown to improve quality of approximation significantly while keeping the problem size fixed. Norm modification is also employed as part of a recursive methodology for tracking the optimal finite domain to solve FPE numerically. The basic tools developed to solve FPE are applied to solving problems in nonlinear stochastic optimal control and nonlinear filtering. A policy iteration algorithm for stochastic dynamical systems is implemented in which successive approximations of a forced backward Kolmogorov equation (BKE) is shown to converge to the solution of the corresponding Hamilton Jacobi Bellman (HJB) equation. Several examples, including a four-state missile autopilot design for pitch control, are considered. Application of the FPE solver to nonlinear filtering is considered with special emphasis on situations involving long durations of propagation in between measurement updates, which is implemented as a weak form of the Bayes rule. A nonlinear filter is formulated that provides complete probabilistic state information conditioned on measurements. Examples with long propagation times are considered to demonstrate benefits of using the FPE based approach to filtering.

Four problems in non-equilibrium statistical physics are investigated: 1. The thermodynamics of single-photon gas; 2. Energy of the ground state in Multi-electron atoms; 3. Energy state of the H2 molecule; and 4. The Condensation behavior in N weakly interacting Boson gas. In the single-photon heat engine, we have derived the equation of state similar to that in classical ideal gas and applied it to construct the Carnot cycle with a single photon, and showed the Carnot efficiency in this single-photon heat engine. The energies of the ground state of multi-electron atoms are calculated using the modi ed Bohr model with a shell structure of the bound electrons. The di erential Schrodinger equation is simpli ed into the minimization problem of a simple energy functional, similar to the problem in dimensional scaling in the H-atom. For the C-atom, we got the ground state energy -37:82 eV with a relative error less than 6 %. The simplest molecular ion, H+ 2 , has been investigated by the quasi-classical method and two-center molecular orbit. Using the two-center molecular orbit derived from the exact treatment of the H+ 2 molecular ion problem, we can reduce the number of terms in wavefunction to get the binding energy of the H2 molecule, without using the conventional wavefunction with over-thousand terms. We get the binding energy for the H2 with Hylleraas correlation factor 1 + kr12 as 4:7eV, which is comparable to the experimental value of 4:74 eV. Condensation in the ground state of a weakly interacting Bose gas in equilibrium is investigated using a partial partition function in canonical ensemble. The recursive relation for the partition function developed for an ideal gas has been modi ed to be applicable in the interacting case, and the statistics of the occupation number in condensate states was examined. The well-known behavior of the Bose-Einstein Condensate for a weakly interacting Bose Gas are shown: Depletion of the condensate state, even at zero temperature, and a maximum uctuation near transition temperature. Furthermore, the use of the partition function in canonical ensemble leads to the smooth cross-over between low temperatures and higher temperatures, which has enlarged the applicable range of the Bogoliubov transformation. During the calculation, we also developed the formula to calculate the correlations among the excited states.

In this study, a video tracker system for traffic monitoring and analysis is developed. This system is able to detect and track vehicles as they move through the camera&rsquo / s field of view. This provides to perform traffic analysis about the scene, which can be used to optimize traffic flows and identify potential accidents. The scene inspected in this study is assumed stationary to achieve high performance solution to the problem. This assumption provides to detect moving objects more accurately, as well as ability of collecting a-priori information about the scene. A new algorithm is proposed to solve the multi-vehicle tracking problem that can deal with problems such as occlusion, short period object lost or inaccurate object detection. Two different tracking methods are used together in the developed tracking system, namely, the multi-model Kalman tracker and the Markov scene partition tracker. By the combination of these vehicle trackers with the developed occlusion reasoning approach, the continuity of the track is achieved for situations such as target loss and occlusion. The developed system is a system that collects a-priori information about the junction and then used it for scene modeling in order to increase the performance of the tracking system. The proposed system is implemented on real-world image sequences. The simulation results demonstrates that, the proposed multi-vehicle tracking system is capable of tracking a target in a complex environment and able to overcome occlusion and inaccurate detection problems as well as abrupt changes in its trajectory.

L'isotope 79Se du sélénium, produit de fission de l'uranium 235, est un radionucléide à vie longue présent notamment dans les déchets nucléaires. Dans le cadre de l'estimation du risque sanitaire et environnemental, les écosystèmes terrestres sont considérés comme des récepteurs possibles de cet élément. Le but de notre étude est de déterminer dans quelle mesure les interactions avec le sélénium et la matière organique du sol et/ou les microorganismes peuvent influer sur les variables qui contrôlent la mobilité et la distribution (solide, liquide, gazeuse) du sélénium dans les sols. Une attention particulière est portée à la dimension temporelle qui demeure un des points faibles des modèles d'évaluation pour les simulations à long terme (plusieurs dizaines-centaines de milliers d'années). <br />La méthodologie développée repose sur le suivi régulier de 3 lots de terre pré-contaminés à de très faibles concentrations de sélénium (2,2.10-9 gSe.g-1sol) et incubés en conditions contrôlées pendant 1,5 an. Une approche multi-paramétrique permet de confronter au cours du temps la mobilité (sorption, désorption, volatilisation) et la distribution sur la phase solide (fractionnement granulo-densimétrique, extractions séquentielles, observations MEB / MET) du sélénium aux propriétés bio-physico-chimiques des lots de terre. L'évolution de l'état organique des lots de terre est clairement observée expérimentalement et modélisée (Roth C). En revanche, cette évolution n'affecte pas significativement la mobilité du sélénium dont la sorption sur la phase solide reste quasi-irréversible (Kd sorption : 20-50 L.kg-1 / Kd désorption : 100-500 L.kg-1). A ce comportement s'ajoutent de nombreux phénomènes transitoires qui peuvent entraîner une remobilisation (i.e. solubilisation et volatilisation) importante de sélénium. Nous mettons ainsi en évidence que (i) l'utilisation d'engrais phosphatés peut conduire à la solubilisation de 30 à 40 % du sélénium sorbé, (ii) la faible volatilisation du sélénium par les microorganismes (~ 0,2 % sur 1,5 an d'incubation) peut être une voie de dispersion non négligeable lorsqu'on considère ce processus sur de très longues échelles de temps et (iii) le transport colloïdal bactérien peut être une source de remobilisation du sélénium qu'il serait nécessaire de mieux caractériser.

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) dans l'atmosphère sont largement étudiés depuis de nombreuses années, en raison de l'impact sanitaire de ces composés sur l'homme. Du fait de leurs propriétés physico-chimiques, les HAP se répartissent dans les phases gazeuses et particulaires. Cette partition gaz-particule influe sur leur devenir (transport et réactivité) et sur leur impact sanitaire. Ceci rend nécessaire le prélèvement simultané dans les deux phases. Par ailleurs le parlement européen (directive fille n°2004/107/CE) a récemment décidé qu'ils devaient faire l'objet d'une surveillance et le benzo(a)pyrène (BaP) a été choisi comme étant représentatif de cette classe de composés. Dans les cas d'une étude gaz-particule des HAP ou d'un suivi réglementaire (du B(a)P en phase particulaire) la mesure est généralement effectuée par préleveur conventionnel haut volume. Or, de nombreux auteurs ont montré que ce type de préleveur engendrait de multiples artefacts. <br />Ce travail a pour objectif d'améliorer la mesure biphasique des HAP (et plus généralement des composés organiques semivolatils) en validant un tube dénudeur préalablement calibré en laboratoire. Pour cela nous avons réalisé plusieurs campagnes de terrain afin de comparer le préleveur dénudeur au préleveur conventionnel. Les résultats nous ont permis d'observer des différences parfois très importantes entre les préleveurs notamment pour les HAP les plus réactifs (dont le BaP). Ceci semble indiquer une dégradation des HAP particulaires sur le filtre du préleveur conventionnel tandis que le filtre du préleveur dénudeur est protégé des oxydants gazeux par le tube dénudeur. Néanmoins, l'ampleur de cette dégradation n'est pas une fonction linéaire de la quantité d'oxydants. Elle semble être influencé par d'autres paramètres, tels que l'état de "vieillissement" de la particule. Enfin nous avons conçu et réalisé un dispositif expérimental permettant d'étudier la dégradation potentielle des HAP à l'intérieur du tube durant le prélèvement. Cette étude a été réalisée pour le naphtalène avec l'ozone comme oxydant.

Plusieurs études sur la toxicité des particules dans l'air ambiant montrent que la phase polaire, qui contient entre autres des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques oxygénés et nitrés (OHAP et NHAP), est plus toxique que la fraction aromatique contenant les HAP classiques. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail était de caractériser chimiquement les NHAP et OHAP dans l'air ambiant de différents milieux (trafic, urbain, péri-urbain, rural et altitude). Les prélèvements ont été réalisés dans le cadre du programme de recherche POllution des Vallées Alpines (POVA) au cours de l'hiver 2002-2003 et de l'été 2003 et dans la région de Marseille l'été 2004. Les deux phases, gazeuse et particulaire, ont été étudiées et une caractérisation des particules par tranche granulométrique a également été effectuée. Les résultats obtenus sur les OHAP et les NHAP ont permis d'alimenter la base de données très limitée sur ce type de composés et ce pour des atmosphères variées. Le développement d'une méthode d'analyse simultanée par GC/NICI-MS des NHAP et OHAP sur des matrices complexes, facile à mettre en œuvre et utilisable en routine, nous a permis de montrer que les niveaux de concentrations des OHAP dans l'air ambiant sont du même ordre de grandeur que ceux des HAP alors que les concentrations des NHAP sont de 1 à 2 ordres de grandeur inférieures. L'estimation du risque cancérigène à partir de facteurs d'équivalence toxique montre que le risque attribué aux NHAP peut atteindre 20% du risque total. L'étude de rapports spécifiques de NHAP a montré que sur les sites proches des sources de pollution, les NHAP ont une origine primaire forte alors que leur formation par réaction en phase gazeuse est évidente en été sur les sites ruraux éloignés des sources directes de pollution et qu'elle a lieu principalement de jour, initiée par OH. Il apparaît que les émissions des véhicules essence sont une source non négligeable de NHAP et de OHAP dans l'atmosphère. Le OHAP 9,10-anthraquinone présente une double origine (primaire diesel et formée par photochimie) sans pour autant pouvoir distinguer le lieu de la formation (sur le support du prélèvement ou dans l'atmosphère). La partition entre les deux phases des HAP, OHAP et NHAP, est extrêmement dépendante de la masse moléculaire du composé considéré et de la température. L'étude de cette partition semble pouvoir apporter des informations quant à l'origine primaire ou secondaire des dérivés des HAP. Enfin, les HAP, OHAP et NHAP sont essentiellement (>80%) associés à la fraction fine de l'aérosol (Dp<1,3 µm) et ce quelque soit la saison considérée (hiver et été). Les caractéristiques chimiques des différentes classes de composés (polarité…) peuvent néanmoins jouer un rôle quant à leur distribution en taille.

Both real-time virtualization and recursive virtualization are desirable properties of a virtual machine monitor (or hypervisor). Although the prospect for virtualization and even recursive virtualization has become better as the PC hardware becomes faster, the real-time systems community so far has not been able to reap much benefits. This is because no existing virtualization mechanism can properly support the stringent timing requirements needed by real-time systems. It is hard to do real-time virtualization, and it is even harder to do it recursively. In this dissertation, we propose a framework whereby the hypervisor is capable of running real-time guests and participating in recursive virtualization. Such a hypervisor is called a real-time hierarchical hypervisor. We first look at virtualization of abstract resource types from the real-time systems perspective. Unlike the previous work on recursive real-time partitioning that assumes fully-preemptable resources, we concentrate on other and often more practical types of scheduling constraints, especially the non-preemptive and limited-preemptive ones. Then we consider the current x86 architecture and explore the problems that need to be addressed for real-time recursive virtualization. We drill down on the problem that affects timing properties the most, namely, the recursive forwarding and delivery of interrupts, exceptions and intercepts. We choose the x86 architecture because it is popular and readily available, but it is by no means the only architecture of choice for real-time recursive virtualization. We conclude the research with an architecture-independent discussion on future possibilities in real-time recursive virtualization. / text

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