La forte densité de population, les problèmes environnementaux ou de circulation, mènent les villes à modifier leurs aménagements pour accommoder divers modes de déplacements, dont les transports actifs. Les passages pour piétons non contrôlés par des feux ou panneaux d’arrêt sont des aménagements qui accordent la priorité aux piétons qui s’y engagent, mais cette priorité n’est pas nécessairement garante de leur sécurité. L’objectif de cette étude est d’élaborer une méthodologie permettant de collecter des variables environnementales et comportementales permettant de caractériser le contexte dans lequel le piéton utilise les passages pour piétons. Puis, d’évaluer le respect de la priorité piétonne, ainsi que les contextes routiers et les environnements pouvant l’impacter. Huit sites de passage pour piétons ont été étudiés à Montréal, par des mesures et des observations en premier lieu, puis par l’enregistrement de vidéos. Leur mise en relation permet d’émettre des hypothèses quant à l’impact de certaines variables sur le respect de la priorité piétonne. L’implantation de passages pour piétons ne semble pas toujours suivre des lignes directrices claires. Plusieurs types d’aménagement ont pu être observés. Le taux de respect moyen de la priorité piétonne pour l’ensemble des sites est faible (36 %), mais ceci serait en partie attribuable au contexte environnemental, car la variation des taux est très importante, entre 4 % et 79 %. Des volumes de circulation élevés semblent être défavorables au respect de la priorité piétonne, ainsi que la localisation des passages trop rapprochée des intersections. La méthodologie utilisée permet d’obtenir et de confronter les caractéristiques de l’environnement avec le comportement du conducteur. L’étude se limite à un micro-environnement (passage pour piétons) en huit sites, donc les constats ne pourraient être généralisés à l’ensemble de la ville où les données ont été collectées. Ce travail fait office de support pour de futures études. Tant par l’aspect méthodologique que par les questions qu’il soulève.

Depuis le milieu des années 90, avec la revalorisation des déplacements urbains par la marche et le vélo, les passerelles piétonnières sont fortement demandées dans nos villes. Étant également très convoitées par les architectes et les artistes pour exprimer leurs idées, ces structures deviennent de plus en plus élancées, légères, flexibles et dotées de fréquences propres qui peuvent facilement être mises en résonance par la marche normale des piétons. Les premiers ouvrages ayant manifesté ces problèmes de façon remarquable sont la passerelle du Millénium de Londres et la passerelle de Solferino de Paris qui ont dû être fermées suite à leur inauguration en raison de vibrations latérales excessives. Ces structures ambitieuses créent donc de nouveaux défis qui ne sont pas adéquatement considérés dans plusieurs codes de pratique, et ce, en raison d'un mauvais contrôle des vibrations induites par des charges de groupes et de foules de piétons. De plus, les piétons ont tendance à se synchroniser au mouvement latéral de la structure, ce qui résulte en des mouvements forts qui compromettent grandement le confort des usagers. L'objet de ce projet de recherche vise à mieux définir et caractériser le chargement des groupes et des foules de piétons sur les passerelles piétonnières afin de permettre une meilleure compréhension et un meilleur contrôle des vibrations de ces structures dès leur phase de conception. Pour ce faire, les vibrations induites par des chargements de groupes et de foules de piétons ont été mesurées sur trois structures existantes soit deux travées indépendantes de la Passerelle de Sherbrooke et le pont du Cosmos Montréal. Les critères de confort et les niveaux de vibration prédits selon différentes normes ont aussi été calculés pour ces trois structures. Également, un programme a été créé afin de simuler des groupes ou des foules de piétons de taille variable circulant sur une passerelle piétonnière et de calculer la réponse de la structure selon différents paramètres. Des simulations numériques de chargement de 1 piéton, de groupes et de foules de piétons ont été effectuées l'aide de ce programme sur les trois structures afin de simuler les vibrations induites par les piétons. Différents modèles de chargements piétonniers ont été utilisés. Finalement, une comparaison des différents niveaux de vibration mesurés, calculés et simulés permet une caractérisation du chargement piétonnier et de l'influence du nombre de piétons dans le chargement sur la réponse de la structure, et ce, tant pour les vibrations verticales que latérales de la structure. Ce projet aura pour résultat de fournir une meilleure définition du chargement piétonnier et d'assurer ainsi un meilleur contrôle des vibrations des passerelles piétonnières dès les phases de conception de la structure. Ainsi, ce projet favorisera le développement des passerelles piétonnières et permettra aux architectes et artistes une plus grande liberté pour l'édification de ces sculptures urbaines sans compromettre le confort des usagers, tout en limitant les coûts par un meilleur contrôle des vibrations.

L'étude des Oscillations latérales des passerelles souples dues à l'excitation piétonne suscite actuellement beaucoup d'intérêt dans la communauté scientifique. Les modèles de la littérature tentent de reproduire ce phénomène en mettant l'accent sur la synchronisation entre les piétons et la passerelle. Cependant, la majorité ne s'inscrit pas dans un cadre mathématique et/ou physique rigoureux et néglige l'étude du comportement des piétons. Nous présentons et élaborons ici un modèle continu foule-structure pour les oscillations latérales de la passerelle et le comportement de la foule avec une prise en compte rigoureuse de la synchronisation. Un développement analytique du modèle permet de déterminer certaines caractéristiques du phénomène, et un travail numérique poussé favorise son implémentation en limitant les erreurs numériques. L'application du modèle à des passerelles réelles permet de comprendre et de reproduire correctement leur comportement dans différentes situations.

Cette Thèse combine des résultats récents et des algorithmes originaux pour créer deux applications temps-réel robustes d'aide à la conduite (projet aussi appelé "le véhicule intelligent"). Les applications - commande de croisière adaptative ("ACC") et prédiction d'impact piétons - sont conçues pour être installées sur un véhicule et détectent d'autres utilisateurs de la route, en utilisant une seule caméra frontale. La thèse commence par un état de l'art sur la vision artificielle. Elle s'ouvre en passant en revue certaines avancées récentes dans le domaine. En particulier, nous traitons l'utilisation récente d'un nouvel algorithme nommé AdaBoost pour la détection des objets visuels dans une image, rapidement et sûrement. Nous développons la théorie, ajoutons des algorithmes et des méthodes (y compris une variante à base d'algorithmes aux besoins de vraies applications d'aide à la conduite. En particulier, nous prouvons plusieurs nouveaux résultats sur le fonctionnement de l'algorithme AdaBoost. Toujours sur le plan théorique, nous traitons des algoritmes d'évaluation de mouvement et des filtres particulaires et leur utilisation dans la vision. De ces développements algoritmiques, nous arrivons à la description de deux applications d'aide à la conduite, toutes les deux entièrement mises en application, validées et démontrées sur le véhicule d'essai du Centre de Robotique de l'Ecole des Mines de Paris. La première application, la commande de croisière adaptative ("ACC"), exploite les formes caractéristiques des véhicules pour les détecter. Ainsi, l'application détecte des véhicules en utilisant un ensemble d'algorithmes classiques de traitement d'image (détection d'ombres, des feux arrières, de symétrie et de bords), ainsi que l'algorithme AdaBoost mentionné ci-dessus. Cet ensemble d'algorithmes est fusionné en se plaçant dans le cadre du filtrage particulaire, afin de détecter les véhicules devant notre voiture. Puis, le système de contrôle prend pour cible la voiture située devant et garde une distance constante par rapport à celle-ci, tout en commandant l'accélération et le freinage de notre voiture. La deuxième application, le prédiction d'impact piétons, estime au temps t la probabilité d'un impact de notre voiture avec un piéton au temps t+s. Dans l'application, la trajectoire de chaque piéton est calculée, et la probabilité d'impact est calculée selon la direction du piéton, du bruit et d'autres facteurs. Cette application utilise un accélérateur matériel spécifique crée dans le cadre du projet européen CAMELLIA (Core for Ambient and Intelligent Imaging Applications).

Modéliser le mouvement des foules humaines est essentiel pour des situations aussi diverses que la prévention de risque dans les lieux publics, la planification d’évènements ou la création d’animations visuelles réalistes. Cependant, la difficulté de mener des expériences quantitatives limite notre compréhension de la dynamique des piétons, et le manque de mesures de référence rend impossible une comparaison poussée des modèles existants. Cette thèse tente d’augmenter notre compréhension des foules humaines par deux approches distinctes. Dans un premier temps, nous avons conduit une étude numérique et théorique pour étudier formation de lignes au sein de flux bidirectionnels d'agents motiles. Nous avons montré qu’une transition de phase critique du second ordre séparait un état mélangé d’un état constitué de lignes géantes le long desquelles se déplacent les agents visants une même direction. Cette séparation est caractéristique des systèmes actifs. Une approche hydrodynamique nous a ensuite permis de prouver que les phases mélangées sont aussi algébriquement corrélées dans la direction longitudinale. Nous avons expliqué et montré que ces fortes corrélations sont génériques de tous systèmes de flux bidirectionnels, qu’ils soient constitués de particules forcées ou de particules actives. Dans un second temps, nous avons mené une campagne expérimentale de grande envergure afin d’établir une expérience de référence des foules humaines. Nous avons pour cela choisi un système modèle, la zone d’attente de marathons. Dans ces foules de dizaines de milliers d’individus, nous avons quantitativement établi que les fluctuations de vitesse se propagent sur de grandes échelles, alors que les variations d’orientation s’évanouissent en quelques secondes. Grâce à ces mesures, nous avons construit une théorie prédictive hydrodynamique des foules polarisées. / Modelling crowd motion is central to situations as diverse as risk prevention in mass events and visual effects rendering in the motion picture industry. The difficulty to perform quantitative measurements in model experiments, and the lack of reference experimental system, have however strongly limited our ability to model and control pedestrian flows. The aim of this thesis is to strengthen our understanding of human crowds, following two distinct approaches.First, we designed a numerical model to study the lane formation process among bidirectional flows of motile particles. We first evidenced the existence of two distinct phases: one fully laned and one homogeneously mixed, separated by a critical phase transition, unique to active systems. We then showed with a hydrodynamic approach that the mixed phase is algebraically correlated in the direction of the flow. We elucidated the origin of these strong correlations and proved that they were a universal feature of any system of oppositely moving particles, active of passive.Second, we conducted a substantial experimental campaign to establish a model experiment of human crowds. For that purpose we performed systematic measurements on crowds composed of tens of thousands of road-race participants in start corrals, a geometrically simple setup. We established that speed information propagates through polarized crowds over system spanning scales, while orientational information is lost in a few seconds. Building on these observations, we laid out a hydrodynamic theory of polarized crowds and demonstrated its predictive power.

INTRODUCTION: La proportion grandissante de personnes présentant des incapacités physiques (motrices, visuelles ou auditives) est une importante source de préoccupation. Ces individus font face à de nombreuses difficultés quotidiennes liées aux environnements bâtis. Les aménagements piétonniers (p. ex. signalisation, traverses piétonnières, trottoirs) ne font pas exception. En raison de leur conception et de leur entretien, ils représentent de nombreux obstacles limitant l’efficience et la sécurité des déplacements de ces personnes. Ceci peut grandement entraver la réalisation de leurs tâches quotidiennes. Présentement, au Québec, il n’y a pas de lignes directrices uniformes et claires basées sur des évidences scientifiques assurant l’accessibilité aux aménagements piétonniers pour les personnes présentant des incapacités physiques. L’objectif général de cette thèse est d’identifier les caractéristiques des aménagements piétonniers favorisant l’accessibilité et les déplacements sécuritaires des personnes présentant des incapacités physiques applicables dans la province de Québec. METHODOLOGIE ET RÉSULTATS PAR OBJECTIF SPÉCIFIQUE: Une approche partenariale/participative a été utilisée (comité consultatif : ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des Transports du Québec (MTMDET), Union des municipalités du Québec (UMQ), Fédération québécoise des municipalités (FQM), Office des personnes handicapées du Québec (OPHQ), Confédération des organismes des personnes handicapées du Québec (COPHAN), Réseau de transport de la Capitale (RTC) et Ville de Québec). Les trois objectifs spécifiques suivants ont été poursuivis : 1) Identifier les pratiques existantes en conception d’aménagements piétonniers accessibles aux personnes présentant des incapacités physiques des municipalités québécoises et les besoins associés. Un sondage web, adressé aux municipalités (n=507 identifiées) de différentes tailles, a été développé par Tailored Design Method. Il a permis d’identifier les pratiques existantes, les facilitateurs, et les obstacles à la conception d’aménagements piétonniers accessibles dans les municipalités du Québec ainsi que les besoins de support requis pour leur conception. Des analyses descriptives quantitatives et de partition récursive ont révélé que les municipalités québécoises ont peu de ressources/outils de conception d’aménagements piétonniers accessibles, particulièrement celles de moins de 15 000 habitants (sans obligation d’un plan d’action pour les personnes présentant des incapacités d’après la politique À part entière pour un véritable exercice du droit à l’égalité). Des pratiques visant l’accessibilité présentes lorsque d’autres pratiques de même nature sont en place, pour lesquelles une implantation devrait être favorisée, ainsi que le besoin d’un outil d’aide à la conception d’aménagements piétonniers accessibles ont été identifiés. 2) Recenser les aménagements piétonniers accessibles et sécuritaires pour les personnes présentant des incapacités physiques. Une recension des écrits de type mapping review (littératures scientifique et grise) a permis la compilation de recommandations de conception d’aménagements piétonniers accessibles issues de 41 articles scientifiques, dont la qualité a été évaluée et jugée comme étant faible à modérée, et de 96 documents pertinents. Les recommandations, nombreuses, variées et potentiellement non applicables au Québec, sont rarement évaluées afin d’identifier leur niveau d’accessibilité pour divers groupes de personnes présentant des incapacités physiques ou confrontées pour trouver une solution idéale. 3) Évaluer l’accessibilité et l’applicabilité, dans la province de Québec, des aménagements piétonniers recensés comme étant accessibles et sécuritaires pour les personnes présentant des incapacités physiques. Des groupes nominaux se sont déroulés avec des personnes présentant des incapacités physiques, des cliniciens de la santé et des chercheurs du domaine de la réadaptation et du design (experts en accessibilité) pour déterminer quelles recommandations, issues de la mapping review, étaient jugées comme assurant l’accessibilité aux les personnes présentant des incapacités physiques. D’autres groupes nominaux se sont déroulés avec des employés municipaux et de sociétés de transport en commun pour déterminer si les recommandations des experts en accessibilité étaient applicables. Les recommandations finales, transmises à tous les experts, ont permis de dégager un niveau d’accord élevé. Seulement quelques modifications mineures ont dû être apportées. Conséquemment, des lignes directrices de conception d’aménagements piétonniers accessibles ont été développées pour huit types d’aménagements piétonniers : 1) Bateaux pavés; 2) Trottoirs; 3) Traverses piétonnières; 4) Signalisation; 5) Aires de repos/mobilier urbain; 6) Rampes d’accès; 7) Escaliers; et 8) Mains courantes. Une compilation de recommandations a été produite pour les arrêts d’autobus, des lignes directrices n’ont pu être développées pour cet aménagement piétonnier. CONCLUSIONS : Les lignes directrices de conception développées, basées sur des évidences scientifiques, ont été jugées utiles et applicables au Québec pour la conception des aménagements piétonniers traités dans ce projet. Ces dernières sont susceptibles d’être acceptées et appliquées par les municipalités québécoises. Elles portent un fort potentiel pour viser une meilleure accessibilité et une participation sociale accrue des personnes présentant des incapacités physiques. / INTRODUCTION: The increasing proportion of individuals with physical disabilities (motor, visual or hearing) is an important source of concern. These individuals face numerous daily difficulties related to built environments. Pedestrian infrastructures (e.g., signage, crosswalks, sidewalks) are no exception. Due to their design and maintenance, they pose numerous obstacles limiting the efficiency and the safety of travelling habits of individuals with physical disabilities. This can greatly hinder their ability to fulfill daily tasks. As of now, in the province of Quebec, there are no uniform or clear guidelines based on scientific evidence ensuring accessibility to pedestrian infrastructures for individuals with physical disabilities. This thesis’s general objective is to identify pedestrian infrastructures’ features favouring accessibility and safe mobility of individuals with physical disabilities applicable in the province of Quebec. METHODOLOGY AND RESULTS PER SPECIFIC OBJECTIVE: A partnership/participative approach has been used (consultative committee: ministère des Transports, de la Mobilité durable et de l’Électrification des Transports du Québec (MTMDET), Union des municipalités du Québec (UMQ), Fédération québécoise des municipalités (FQM), Office des personnes handicapées du Québec (OPHQ), Confédération des organismes des personnes handicapées du Québec (COPHAN), Réseau de transport de la Capitale (RTC) and Ville de Québec). The three following specific objectives have been pursued: 1) Identify existing practices for the design of accessible pedestrian infrastructures for individuals with physical disabilities in Quebec’s municipalities and the associated needs. A web survey, addressed to municipalities (n=507 identified) of various sizes, was developed by Tailored Design Method. It allowed the identification of existing practices, facilitators, and obstacles for the design of accessible pedestrian infrastructures in Quebec’s municipalities as well as their needs regarding support for their design. Quantitative descriptive and recursive partitioning analyses revealed that Quebec’s municipalities have few resources/tools to design accessible pedestrian infrastructures, particularly those of less than 15 000 inhabitants (without the obligation of an action plan for individuals with physical disabilities according to the policy À part entière pour un véritable exercice du droit à l’égalité). Accessible practices also present when other practices of the same nature are in place, which implementation should be favoured, as well as the need for a tool to help design practitioners through the design process of accessible pedestrian infrastructures have been identified. 2) Review accessible and safe pedestrian infrastructures for individuals with physical disabilities. A mapping review (scientific and grey literature) allowed the compilation of recommendations for the design of accessible pedestrian infrastructures from 41 scientific articles, evaluated for their quality which was judged as low to moderate, and 96 pertinent documents. The recommendations, which were numerous, varied and were potentially not applicable in the province of Quebec, were rarely evaluated to identify their level of accessibility for various groups of individuals with physical disabilities or confronted to find an ideal solution. 3) Evaluate accessibility and applicability, in the province of Quebec, of the identified accessible and safe pedestrian infrastructures for individuals with physical disabilities. Nominal groups took place with individuals with physical disabilities, health clinicians and researchers in the fields of rehabilitation and design (accessibility experts) to determine which recommendations, from the mapping review, were judged as ensuring accessibility to individuals with physical disabilities. Other nominal groups took place with municipal and transportation agencies’ representatives to determine if the recommendations identified by the accessibility experts were applicable. The final recommendations, forwarded to all the consulted experts, provided a high level of agreement. Only few minor modifications had to be brought. Consequently, design guidelines were developed for eight pedestrian infrastructures: 1) Curb cuts; 2) Sidewalks; 3) Crosswalks; 4) Signage; 5) Rest areas/urban furniture; 6) Ramps; 7) Stairs; and 8) Handrails. A compilation of recommendations has been produced for bus stops, design guidelines could not be developed for this pedestrian infrastructure. CONCLUSIONS : The developed design guidelines, based on scientific evidence, have been judged as useful and applicable in the province of Quebec for the design of accessible pedestrian infrastructures. They are susceptible of being accepted and applied by Quebec’s municipalities. They have a strong potential in aiming for better accessibility and increased social participation of individuals with physical disabilities.

Que ce soit dans une rue commerçante, un supermarché ou un aéroport, les phénomènes de foule sont incontournables et nous affecte au quotidien. Elle constitue un système complexe dont la dynamique collective, résultant des interactions individuelles, est difficile à appréhender et a toujours intrigué les scientifiques de différents domaines. Grâce au progrès technologique, il est aujourd'hui possible de modéliser les mouvements de foule et de les reproduire en simulation. Les simulations de mouvement de foule permettent aux chercheurs de plusieurs disciplines, comme les sciences sociales ou la biomécanique, de mieux étudier et comprendre les mouvements des piétons et leurs interactions. Quant aux sciences de la sécurité et du transport, ils y voient des applications concrètes comme le développement de modèles de foule capables de simuler l'évacuation d'un lieu public de moyenne ou de forte affluence, afin que les futures constructions ou aménagements publics puissent offrir une qualité de sécurité et de service optimale pour les usagers. Dans le cadre de cette thèse, nous avons travaillé sur le perfectionnement du modèle discret proposé et développé par l'équipe dynamique du laboratoire Navier. Dans ce modèle, les actions et les décisions de chaque piéton sont traitées individuellement. Trois aspects du modèle ont été traités dans cette thèse. Le premier concerne la navigation des piétons vers leurs destinations. Dans notre modèle, un piéton est représenté par une particule ayant une direction et une allure souhaitées. Cette direction est obtenue par la résolution d'une équation eikonale. La solution de cette équation permet d'obtenir un champ de vitesses qui attribue à chaque piéton, en fonction de sa position, une direction vers sa destination. La résolution de l'équation une fois ou à une période quelconque donne la stratégie du chemin le plus court ou le plus rapide respectivement. Les effets des deux stratégies sur la dynamique collective de la foule sont comparés. Le deuxième consiste à gérer le comportement des piétons. Après avoir choisi son chemin, un piéton doit interagir avec l'environnement (obstacles, topologie, ...) et les autres piétons. Nous avons réussi à intégrer trois types de comportement dans notre modèle: (i) la poussée en utilisant une approche originale, basée sur la théorie des collisions des corps rigides dans un cadre thermodynamique rigoureux, (ii) le passage agressif (forcer son chemin) modélisé par une force sociale répulsive et (iii) l'évitement ``normal'' en adoptant une approche cognitive basée sur deux heuristiques. Les performances des trois méthodes ont été comparées pour plusieurs critères. Le dernier aspect concerne la validation et la vérification du modèle. Nous avons réalisé une étude de sensibilité et validé le modèle qualitativement et quantitativement. À l'aide d'un plan d'expérience numérique nous avons réussi à identifier les paramètres d'entrée ayant les effets principaux sur les résultats du modèle. De plus, nous avons trouvé les différentes interactions entre ces paramètres. En ce qui concerne la validation qualitative, nous avons réussi à reproduire plusieurs phénomènes d'auto-organisation. Enfin, nous avons testé la capacité de notre modèle à reproduire des résultats expérimentaux issus de la littérature. Nous avons choisi le cas du goulot d'étranglement. Les résultats du modèle et ceux de l'expérience ont été comparés. Ce modèle de foule a également été appliqué à l'acheminement des piétons dans la gare de Noisy-Champs. L'objectif de cette application est d'estimer le temps de stationnement des trains dans la gare / Crowds are present almost everywhere and affect several aspects of our lives. They are considered to be on of the most complex systems whose dynamics, resulting from individual interactions and giving rise to fascinating phenomena, is very difficult to understand and have always intrigued experts from various domains. The technological advancement, especially in computer performance, has allowed to model and simulate pedestrian movement. Research from different disciplines, such as social sciences and bio-mechanics, who are interested in studying crowd movement and pedestrian interactions were able to better examine and understand the dynamics of the crowd. Professionals from architects and transport planners to fire engineers and security advisors are also interested in crowd models that would help them to optimize the design and operation of a facility. In this thesis, we have worked on the imporvement of a discrete crowd model developed by the researchers from the dynamics group in Navier laboratory. In this model, the actions and decisions taken by each individual are treated. In its previous version, the model was used to simulate urgent evacuations. Three main aspects of the model were addressed in this thesis. The first one concerns pedestrian navigation towards a final destination. In our model, a pedestrian is represented by a disk having a willingness to head to a certain destination with a desired direction and a desired speed. A desired direction is attributed to each pedestrian, depending on his position from the exit, from a floor field that is obtained by solving the eikonal equation. Solving this equation a single time at the beginning of the simulation or several times at during the simulation allows us to obtain the shortest path or the fastest path strategy respectively. The influence of the two strategies on the collective dynamics of the crowds is compared. The second one consists of managing pedestrian-pedestrian interactions. After having chosen his/her direction according to one of the available strategies, a pedestrian is bound to interact with other pedestrians present on the chosen path. We have integrated three pedestrian behaviors in our model: (i) pushing by using an original approach based on the theory of rigid body collisions in a rigorous thermodynamics context, (ii) forcing one's way by introducing a social repulsive force and (iii) "normal" avoidance by using a cognitive approach based on two heuristics. The three methods are compared for different criteria. The last aspect is the validation and verification of the model. We have performed a sensibility study and validated the model qualitatively and quantitatively. Using a numerical experimental plan, we identified the input parameters that are the most statistically significant and estimated the effects of their interactions. Concerning qualitative validation, we showed that our model is able to reproduce several self-organization phenomena such as lane formation. Finally, our model was validated quantitatively for the case of a bottleneck. The experimental results are very close to the ones obtained from simulations. The model was also applied to pedestrian movement in the Noisy-Champs train station. The objective of the study was to estimate the train dwell time. The simulation results were similar to the observations

La détection de mouvement est une opération de base souvent utilisée en vision par ordinateur, que ce soit pour la détection de piétons, la détection d’anomalies, l’analyse de scènes vidéo ou le suivi d’objets en temps réel. Bien qu’un très grand nombre d’articles ait été publiés sur le sujet, plusieurs questions restent en suspens. Par exemple, il n’est toujours pas clair comment détecter des objets en mouvement dans des vidéos contenant des situations difficiles à gérer comme d'importants mouvements de fonds et des changements d’illumination. De plus, il n’y a pas de consensus sur comment quantifier les performances des méthodes de détection de mouvement. Aussi, il est souvent difficile d’incorporer de l’information de mouvement à des opérations de haut niveau comme par exemple la détection de piétons. Dans cette thèse, j’aborde quatre problèmes en lien avec la détection de mouvement: 1. Comment évaluer efficacement des méthodes de détection de mouvement? Pour répondre à cette question, nous avons mis sur pied une procédure d’évaluation de telles méthodes. Cela a mené à la création de la plus grosse base de données 100\% annotée au monde dédiée à la détection de mouvement et organisé une compétition internationale (CVPR 2014). J’ai également exploré différentes métriques d’évaluation ainsi que des stratégies de combinaison de méthodes de détection de mouvement. 2. L’annotation manuelle de chaque objet en mouvement dans un grand nombre de vidéos est un immense défi lors de la création d’une base de données d’analyse vidéo. Bien qu’il existe des méthodes de segmentation automatiques et semi-automatiques, ces dernières ne sont jamais assez précises pour produire des résultats de type “vérité terrain”. Pour résoudre ce problème, nous avons proposé une méthode interactive de segmentation d’objets en mouvement basée sur l’apprentissage profond. Les résultats obtenus sont aussi précis que ceux obtenus par un être humain tout en étant 40 fois plus rapide. 3. Les méthodes de détection de piétons sont très souvent utilisées en analyse de la vidéo. Malheureusement, elles souffrent parfois d’un grand nombre de faux positifs ou de faux négatifs tout dépendant de l’ajustement des paramètres de la méthode. Dans le but d’augmenter les performances des méthodes de détection de piétons, nous avons proposé un filtre non linéaire basée sur la détection de mouvement permettant de grandement réduire le nombre de faux positifs. 4. L’initialisation de fond ({\em background initialization}) est le processus par lequel on cherche à retrouver l’image de fond d’une vidéo sans les objets en mouvement. Bien qu’un grand nombre de méthodes ait été proposé, tout comme la détection de mouvement, il n’existe aucune base de donnée ni procédure d’évaluation pour de telles méthodes. Nous avons donc mis sur pied la plus grosse base de données au monde pour ce type d’applications et avons organisé une compétition internationale (ICPR 2016). / Abstract : Motion detection is a basic video analytic operation on which many high-level computer vision tasks are built upon, e.g., pedestrian detection, anomaly detection, scene understanding and object tracking strategies. Even though a large number of motion detection methods have been proposed in the last decades, some important questions are still unanswered, including: (1) how to separate the foreground from the background accurately even under extremely challenging circumstances? (2) how to evaluate different motion detection methods? And (3) how to use motion information extracted by motion detection to help improving high-level computer vision tasks? In this thesis, we address four problems related to motion detection: 1. How can we benchmark (and on which videos) motion detection method? Current datasets are either too small with a limited number of scenarios, or only provide bounding box ground truth that indicates the rough location of foreground objects. As a solution, we built the largest and most objective motion detection dataset in the world with pixel accurate ground truth to evaluate and compare motion detection methods. We also explore various evaluation metrics as well as different combination strategies. 2. Providing pixel accurate ground truth is a huge challenge when building a motion detection dataset. While automatic labeling methods suffer from a too large false detection rate to be used as ground truth, manual labeling of hundreds of thousands of frames is extremely time consuming. To solve this problem, we proposed an interactive deep learning method for segmenting moving objects from videos. The proposed method can reach human-level accuracies while lowering the labeling time by a factor of 40. 3. Pedestrian detectors always suffer from either false positive detections or false negative detections all depending on the parameter tuning. Unfortunately, manual adjustment of parameters for a large number of videos is not feasible in practice. In order to make pedestrian detectors more robust on a large variety of videos, we combined motion detection with various state-of-the-art pedestrian detectors. This is done by a novel motion-based nonlinear filtering process which improves detectors by a significant margin. 4. Scene background initialization is the process by which a method tries to recover the RGB background image of a video without foreground objects in it. However, one of the reasons that background modeling is challenging is that there is no good dataset and benchmarking framework to estimate the performance of background modeling methods. To fix this problem, we proposed an extensive survey as well as a novel benchmarking framework for scene background initialization.

L'objectif de ce mémoire est de mieux comprendre les informations utilisées par de jeunes adultes et des personnes âgées en santé relativement aux mouvements locomoteurs d'une autre personne pour la contourner dans un environnement représentatif de la marche en communauté. Pour ce faire, deux projets ont été réalisés dans un environnement virtuel représentant un centre commercial. Dans le premier projet (chapitre 2), dix jeunes adultes avaient comme consigne de se diriger vers un café situé devant eux et de contourner au besoin un piéton virtuel approchant avec différents patrons de marche : mouvements locomoteurs normaux; aucun mouvement des bras ; aucun mouvement des jambes ; aucun mouvement des bras et des jambes. Dans le deuxième projet (chapitre 3), 14 jeunes adultes et 14 personnes âgées ont été recrutés afin de réaliser une tâche similaire à la première étude, mais cette fois-ci, avec un piéton virtuel ayant une trajectoire de marche initialement imprévisible. La trajectoire de marche, le dégagement minimal, la vitesse de marche, les stratégies de réorientation du corps et les stratégies visuelles ont été étudiés. Des analyses non paramétriques de données longitudinales ont été utilisées pour comparer les variables entre les âges et les conditions. L'absence de mouvements des bras et des jambes d'un piéton se traduisait par une stratégie de contournement plus conservatrice tant chez les jeunes que chez les personnes âgées en augmentant les distances maintenues avec le piéton. Les personnes âgées avaient besoin de plus de temps pour traiter l'information, ce qui résultait en une déviation de trajectoire plus tardive et une attention visuelle davantage dirigée sur le piéton. Ces changements liés au vieillissement pourraient se traduire par un risque accru de chutes chez les populations âgées présentant des troubles d'équilibre et contribuer à limiter la marche dans la communauté. / The objective of this master's thesis was to better understand the information used by healthy young and older adults during circumvention depending on the locomotor movements of another pedestrian within an environment representative of community walking. To do this, two projects were carried out in a virtual environment representing a shopping mall. In the first project (Chapter 2), ten young adults were instructed to walk towards a coffee shop located in front of them and to circumvent an approaching virtual pedestrian with different locomotor movements: Normal locomotor movement; No arm movement; No leg movement; No arm and leg movement. In the second project (Chapter 3), 14 young adults and 14 older adults were recruited to perform a task similar to the first study, but this time with a virtual pedestrian approaching with an initially unpredictable trajectory. Walking trajectory, minimum clearance, walking speed, body reorientation strategies and gaze behaviour were studied. Non parametric Analyses of Longitudinal Data were used to compare variables across the age groups and conditions. The absence of arm and leg movements from a pedestrian resulted in a more cautious strategy for both young and older adults by increasing the distances maintained with the pedestrian. The older adults needed more time to process visual information, which resulted in a later trajectory deviation and more visual attention directed to the pedestrian. These age-related changes could result in an increased risk of falls in older adult populations with reduced balance and mobility and contribute to limiting community ambulation.

Les applications de l’analyse du comportement humain ont subit de rapides développements durant les dernières décades, tant au niveau des systèmes de divertissements que pour des applications professionnelles comme les interfaces humain-machine, les systèmes d’assistance de conduite automobile ou des systèmes de protection des piétons. Cette thèse traite du problème de reconnaissance de piétons ainsi qu’à l’estimation de leur orientation en 3D. Cette estimation est faite dans l’optique que la connaissance de cette orientation est bénéfique tant au niveau de l’analyse que de la prédiction du comportement des piétons. De ce fait, cette thèse propose à la fois une nouvelle méthode pour détecter les piétons et une manière d’estimer leur orientation, par l’intégration séquentielle d’un module de détection et un module d’estimation d’orientation. Pour effectuer cette détection de piéton, nous avons conçu un classificateur en cascade qui génère automatiquement une boîte autour des piétons détectés dans l’image. Suivant cela, des régions sont extraites d’un nuage de points 3D afin de classifier l’orientation du torse du piéton. Cette classification se base sur une image synthétique grossière par tramage (rasterization) qui simule une caméra virtuelle placée immédiatement au-dessus du piéton détecté. Une machine à vecteurs de support effectue la classification à partir de cette image de synthèse, pour l’une des 10 orientations discrètes utilisées lors de l’entrainement (incréments de 30 degrés). Afin de valider les performances de notre approche d’estimation d’orientation, nous avons construit une base de données de référence contenant 764 nuages de points. Ces données furent capturées à l’aide d’une caméra Kinect de Microsoft pour 30 volontaires différents, et la vérité-terrain sur l’orientation fut établie par l’entremise d’un système de capture de mouvement Vicon. Finalement, nous avons démontré les améliorations apportées par notre approche. En particulier, nous pouvons détecter des piétons avec une précision de 95.29% et estimer l’orientation du corps (dans un intervalle de 30 degrés) avec une précision de 88.88%. Nous espérons ainsi que nos résultats de recherche puissent servir de point de départ à d’autres recherches futures. / The application of human behavior analysis has undergone rapid development during the last decades from entertainment system to professional one, as Human Robot Interaction (HRI), Advanced Driver Assistance System (ADAS), Pedestrian Protection System (PPS), etc. Meanwhile, this thesis addresses the problem of recognizing pedestrians and estimating their body orientation in 3D based on the fact that estimating a person’s orientation is beneficial in determining their behavior. In this thesis, a new method is proposed for detecting and estimating the orientation, in which the result of a pedestrian detection module and a orientation estimation module are integrated sequentially. For the goal of pedestrian detection, a cascade classifier is designed to draw a bounding box around the detected pedestrian. Following this, extracted regions are given to a discrete orientation classifier to estimate pedestrian body’s orientation. This classification is based on a coarse, rasterized depth image simulating a top-view virtual camera, and uses a support vector machine classifier that was trained to distinguish 10 orientations (30 degrees increments). In order to test the performance of our approach, a new benchmark database contains 764 sets of point cloud for body-orientation classification was captured. For this benchmark, a Kinect recorded the point cloud of 30 participants and a marker-based motion capture system (Vicon) provided the ground truth on their orientation. Finally we demonstrated the improvements brought by our system, as it detected pedestrian with an accuracy of 95:29% and estimated the body orientation with an accuracy of 88:88%.We hope it can provide a new foundation for future researches.