Même s'ils n'appartiennent pas a une classe de signaux bien définie, les signaux transitoires se retrouvent dans plusieurs domaines pratiques très différents (comme les signaux médicaux et les signaux utilisés dans des systèmes de télécommunications), donc le développement des outils robustes et efficients pour faire leur analyse est un objectif important dans le traitement du signal. En particulier, cette thèse s'est concentrée surtout sur la résolution de quelques problèmes de traitement du signal posés par l'investigation ultrasonore de l'eau dans des conduites. Cependant, ce contexte applicatif a été utilisé seulement comme une base pour développer des outils génériques qui peuvent trouver leur utilité dans plusieurs d'autres applications. La thèse a abordé la question du traitement des signaux (transitoires) du point de vue du concept de récurrence dans l'espace des phases, qui est emprunté de la théorie des systèmes dynamiques. Nous avons montré que l'analyse du diagramme des recurrences (RPA) apporte dans le traitement du signal deux concepts importants : l'échantillon vectoriel, et la récurrence. L'utilisation de ces concepts nous a permis de généraliser et d'étendre des outils de traitement du signal bien connus, et aussi de construire des représentations de signal qui se sont révélées utiles dans des différentes tâches liées à la détection et à la caractérisation des transitoires. Essentiellement, dans cette thèse nous avons montré que la RPA peut être vue comme un cadre générique qui unifie dans une formulation commune des diverses outils bien connus dans le traitement du signal. En plus, elle généralise ces outils (à l'aide du concept des échantillons vectoriels) et les étend (en utilisant le concept de récurrence). / Although they do not belong to a very well defined class of signals, transient signals are found in many practical fields (from biological signals to signals used in telecommunication systems), so the development of robust and efficient tools for their analysis is an important objective in signal processing. In particular, this thesis was focused mainly on solving some signal analysis problems raised by the ultrasonic investigation of water in pipes. However, this applicative context was used only as a basis for developing generic tools that can find their usefulness in various other applications. The thesis addressed the issue of (transient) signal analysis from the perspective of the phase space recurrence concept, borrowed from dynamical systems theory. We showed that recurrence plot analysis (RPA) brings into the field of signal processing two important concepts: vector samples, and recurrence. The use of these concepts allowed us to generalize and extend well-known signal processing tools, as well as to build signal representations that proved to be useful in various tasks related to transient signal detection and characterization. Basically, in this thesis we have shown that RPA can be seen as a generic framework that unifies in a common formulation various well-known classic signal processing tools, which it generalizes (by using the concept of vector samples) and extends (by using the concept of recurrence).

Chiral Perturbation Theory (ChPT) is a tool for studying the strong interaction at low energies. The Perturbation theory is developed around the limit where the light quarks, u,d,s are approximated to be massless. In this approximation the isospin symmetry, one of the main features of the strong interaction, is fulfilled automatically. The study of the light quark masses and isospin violation can be done with the η'→πππ and η'→ηππ decay channels by analyzing the kinematic distribution using so-called Dalitz plots. A Dalitz plot analysis of the η'→ηπ+π- decay mode is conducted by the BESIII collaboration. The unbinned maximum likelihood method is used to fit the parameters that describe the Dalitz plot distribution. In this fit a polynomial expansion of the matrix element squared is used. However, in order to study light quark masses, it is better to use a parameterization which includes the description of the final-state interaction based on a dispersion relation. Hence, it is desirable to use a representation of the Dalitz plot as a two-dimensional histogram with acceptance corrected data as input to extract the substraction constants. Therefore, the goal of this thesis is to make a consistency check between the unbinned and binned representation of the data. In this thesis Monte Carlo data of η'→ηπ+π- decay channel is generated based on the BESIII. An unbinned maximum likelihood fit is performed to find the Dalitz plot parameters repeating the BESIII analysis method. The Monte Carlo data is then used for a binned maximum likelihood and a χ2 fit. Finally, the prepared binned experimental acceptance corrected data from BESIII is used to fit the Dalitz plot parameters using the same statistical methods. The results based on the binned maximum likelihood and the χ2 methods are consistent with the fit using the unbinned maximum likelihood method applied in the original BESIII publication.

La marche occupe un rôle important dans la vie quotidienne. Ce processus apparaît comme facile et naturel pour des gens en bonne santé. Cependant, différentes sortes de maladies (troubles neurologiques, musculaires, orthopédiques...) peuvent perturber le cycle de la marche à tel point que marcher devient fastidieux voire même impossible. Ce projet utilise l'application de Poincaré pour évaluer l'asymétrie de la marche d'un patient à partir d'une carte de profondeur acquise avec un senseur Kinect. Pour valider l'approche, 17 sujets sains ont marché sur un tapis roulant dans des conditions différentes : marche normale et semelle de 5 cm d'épaisseur placée sous l'un des pieds. Les descripteurs de Poincaré sont appliqués de façon à évaluer la variabilité entre un pas et le cycle complet de la marche. Les résultats montrent que la variabilité ainsi obtenue permet de discriminer significativement une marche normale d'une marche avec semelle. Cette méthode, à la fois simple à mettre en oeuvre et suffisamment précise pour détecter une asymétrie de la marche, semble prometteuse pour aider dans le diagnostic clinique. / Gait plays an important part in daily life. This process appears to be very easy and natural for healthy people. However, different kinds of diseases (neurological, muscular, orthopedic...) can impede the gait cycle to such an extent that gait becomes tedious or even infeasible. This project applied Poincare plot analysis to assess the gait asymmetry of a patient from a depth map acquired with a Kinect sensor. To validate the approach, 17 healthy subjects had to walk on a treadmill under different conditions : normal walk and with a 5 cm thick sole under one foot. Poincare descriptors were applied in such a way that they assess the variability between a step and the corresponding complete gait cycle. Results showed that variability significantly discriminates between a normal walk and a walk with a sole. This method seems promising for a clinical use as it is simple to implement and precise enough to assess gait asymmetry.

Ces dix dernières années, les séries télévisées sont devenues de plus en plus populaires. Par opposition aux séries TV classiques composées d’épisodes autosuffisants d’un point de vue narratif, les séries TV modernes développent des intrigues continues sur des dizaines d’épisodes successifs. Cependant, la continuité narrative des séries TV modernes entre directement en conflit avec les conditions usuelles de visionnage : en raison des technologies modernes de visionnage, les nouvelles saisons des séries TV sont regardées sur de courtes périodes de temps. Par conséquent, les spectateurs sur le point de visionner de nouvelles saisons sont largement désengagés de l’intrigue, à la fois d’un point de vue cognitif et affectif. Une telle situation fournit au résumé de vidéos des scénarios d’utilisation remarquablement réalistes, que nous détaillons dans le Chapitre 1. De plus, le résumé automatique de films, longtemps limité à la génération de bande-annonces à partir de descripteurs de bas niveau, trouve dans les séries TV une occasion inédite d’aborder dans des conditions bien définies ce qu’on appelle le fossé sémantique : le résumé de médias narratifs exige des approches orientées contenu, capables de jeter un pont entre des descripteurs de bas niveau et le niveau humain de compréhension. Nous passons en revue dans le Chapitre 2 les deux principales approches adoptées jusqu’ici pour aborder le problème du résumé automatique de films de fiction. Le Chapitre 3 est consacré aux différentes sous-tâches requises pour construire les représentations intermédiaires sur lesquelles repose notre système de génération de résumés : la Section 3.2 se concentre sur la segmentation de vidéos,tandis que le reste du chapitre est consacré à l’extraction de descripteurs de niveau intermédiaire,soit orientés saillance (échelle des plans, musique de fond), soit en relation avec le contenu (locuteurs). Dans le Chapitre 4, nous utilisons l’analyse des réseaux sociaux comme une manière possible de modéliser l’intrigue des séries TV modernes : la dynamique narrative peut être adéquatement capturée par l’évolution dans le temps du réseau des personnages en interaction. Cependant, nous devons faire face ici au caractère séquentiel de la narration lorsque nous prenons des vues instantanées de l’état des relations entre personnages. Nous montrons que les approches classiques par fenêtrage temporel ne peuvent pas traiter convenablement ce cas, et nous détaillons notre propre méthode pour extraire des réseaux sociaux dynamiques dans les médias narratifs.Le Chapitre 5 est consacré à la génération finale de résumés orientés personnages,capables à la fois de refléter la dynamique de l’intrigue et de ré-engager émotionnellement les spectateurs dans la narration. Nous évaluons notre système en menant à une large échelle et dans des conditions réalistes une enquête auprès d’utilisateurs. / These past ten years, TV series became increasingly popular. In contrast to classicalTV series consisting of narratively self-sufficient episodes, modern TV seriesdevelop continuous plots over dozens of successive episodes. However, thenarrative continuity of modern TV series directly conflicts with the usual viewing conditions:due to modern viewing technologies, the new seasons of TV series are beingwatched over short periods of time. As a result, viewers are largely disengaged fromthe plot, both cognitively and emotionally, when about to watch new seasons. Sucha situation provides video summarization with remarkably realistic use-case scenarios,that we detail in Chapter 1. Furthermore, automatic movie summarization, longrestricted to trailer generation based on low-level features, finds with TV series a unprecedentedopportunity to address in well-defined conditions the so-called semanticgap: summarization of narrative media requires content-oriented approaches capableto bridge the gap between low-level features and human understanding. We review inChapter 2 the two main approaches adopted so far to address automatic movie summarization.Chapter 3 is dedicated to the various subtasks needed to build the intermediaryrepresentations on which our summarization framework relies: Section 3.2focuses on video segmentation, whereas the rest of Chapter 3 is dedicated to the extractionof different mid-level features, either saliency-oriented (shot size, backgroundmusic), or content-related (speakers). In Chapter 4, we make use of social network analysisas a possible way to model the plot of modern TV series: the narrative dynamicscan be properly captured by the evolution over time of the social network of interactingcharacters. Nonetheless, we have to address here the sequential nature of thenarrative when taking instantaneous views of the state of the relationships between thecharacters. We show that standard time-windowing approaches can not properly handlethis case, and we detail our own method for extracting dynamic social networksfrom narrative media. Chapter 5 is dedicated to the final generation and evaluation ofcharacter-oriented summaries, both able to reflect the plot dynamics and to emotionallyre-engage viewers into the narrative. We evaluate our framework by performing alarge-scale user study in realistic conditions.

Le milieu marin est insonifié par une grand variété de sources acoustiques, qui peuventêtre monitorées par des enregistreurs acoustiques passifs autonomes. Parmi les sons enregistrés, ontrouve un grand nombre de signaux transitoires (signaux éphémères de durée courte), auxquelsappartiennent notamment les signaux impulsionnels que nous étudions dans cette thèse. Les signauximpulsionnels ont des propriétés spécifiques, telles que leur durée très courte (<1ms), leur faiblenombre d’oscillations, leur forte directivité, qui les rendent difficiles à étudier avec les outils detraitement du signal traditionnels (transformée de Fourier, autocorrélation, etc.).Dans un premier temps, nous nous intéressons à la détection des sources qui émettent des sériesd’impulsions rythmées (dauphins, cachalots, bélugas). Cette détection, s’appuie uniquement surles temps d’arrivée des impulsions reçues, pour effectuer une analyse du rythme au moyen d’uneautocorrélation complexe, et construire une représentation temps-rythme, permettant : i) de détecterles rythmes, ii) de connaître les temps de début et fin des émissions rythmées, iii) de connaître lavaleur du rythme et son évolution.Dans un second temps, nous étudions le potentiel d’une technique appelée analyse par récurrence desphases, pour caractériser les formes d’onde des impulsions. Après avoir présenté le cadre général decette méthode d’analyse, nous l’utilisons dans trois chaînes de traitement répondant à chacune destâches suivantes : i) détection des transitoires, ii) caractérisation et reconnaissance des transitoires,iii) estimation des différences des temps d’arrivée des transitoires sur deux capteurs.Toutes les méthodes développées dans cette étude ont été testées et validées sur des données simuléeset sur des données réelles acquises en mer / The underwater environment is insonified by a wide variety of acoustic sourcesthat can be monitored by autonomous passive acoustic recorders. A large number of the recordedsounds are transient signals (short-finite duration signals), among which the pulse signals that westudy in this thesis. Pulse signals have specific properties, such as a very short duration (<1ms), fewoscillations, a high directivity, which make them difficult to study by classical signal processing tools(Fourier transform, autocorrelation).In the first part of this study, we develop a method to detect sound sources emitting rhythmic pulsetrains (dolphins, sperm whales, beluga whales). This detector uses only the time of arrival of pulses atthe hydrophone to perform a rhythm analysis based on a complex autocorrelation and a time-rhythmrepresentation. This allows : i) to detect rhythmic pulse trains, ii) to know the beginning and endingtimes of pulse trains, iii) to know the value of the rhythm.In the second part of this thesis, we study the potential of a method called Recurrence Plot Analysis tocharacterize waveforms of pulse signals. After a general presentation of this method we develop threesignal processing architectures based on it, to perform the following tasks : i) transient detection, ii)transient characterization and pattern recognition, iii) estimation of time difference of arrival of thetransient on two hydrophones.All the methods developped in this thesis are validated on simulated and real data recorded at sea.

Ce mémoire présente l’application de la méthode de décomposition en termes de diagrammes aux désintégrations de mésons B vers trois mésons de type pseudos- calaire ne comportant pas de quarks charmés. La décomposition diagrammatique des désintégrations de types B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π et B → πππ est effectuée de façon systématique. Il est démontré que lorsque l’on néglige les dia- grammes d’échanges et d’annihilations, dont les contributions sont estimées être petites, de nouvelles relations apparaissent entre les amplitudes. Ces relations sont de nouveaux tests du modèle standard qui ne peuvent être obtenus que par la méthode diagrammatique. Lorsque les données nécessaires sont disponibles, nous vérifions ces relations et obtenons un bon accord avec les données expérimentales. Nous démontrons également qu’il est possible d’utiliser le secteur B → Kππ pour mesurer la phase faible γ avec une incertitude théorique que nous estimons être de l’ordre de 5%. Les autres secteurs de désintégrations ne permettent d’extraire des phases faibles que si l’on invoque des approximations de précisions inconnues. / This Master’s thesis presents the application of the method of decomposition in terms of diagrams to the charmless decays of B mesons to three pseudoscalar particles. We systematically apply the diagrammatic method to the decays B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π and B → πππ. It is shown that when we neglect exchange and annihilation diagrams, whose contributions have been estimated to be small, new relations appear between the decay amplitudes. These relations constitute new tests of the standard model that can only be obtained through the diagrammatic method. When the necessary data is available, we verify these relations and obtain a good agreement with the experimental results. We also show that it is possible use observables in the B → Kππ sector to measure the weak phase γ with a theoretical uncertainty of the order of 5%. Other decay sectors can only allow the extraction of weak phases through the use of approximations of unknown precision.

Ce mémoire présente l’application de la méthode de décomposition en termes de diagrammes aux désintégrations de mésons B vers trois mésons de type pseudos- calaire ne comportant pas de quarks charmés. La décomposition diagrammatique des désintégrations de types B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π et B → πππ est effectuée de façon systématique. Il est démontré que lorsque l’on néglige les dia- grammes d’échanges et d’annihilations, dont les contributions sont estimées être petites, de nouvelles relations apparaissent entre les amplitudes. Ces relations sont de nouveaux tests du modèle standard qui ne peuvent être obtenus que par la méthode diagrammatique. Lorsque les données nécessaires sont disponibles, nous vérifions ces relations et obtenons un bon accord avec les données expérimentales. Nous démontrons également qu’il est possible d’utiliser le secteur B → Kππ pour mesurer la phase faible γ avec une incertitude théorique que nous estimons être de l’ordre de 5%. Les autres secteurs de désintégrations ne permettent d’extraire des phases faibles que si l’on invoque des approximations de précisions inconnues. / This Master’s thesis presents the application of the method of decomposition in terms of diagrams to the charmless decays of B mesons to three pseudoscalar particles. We systematically apply the diagrammatic method to the decays B → Kππ, B → KKK ̄, B → KK ̄π and B → πππ. It is shown that when we neglect exchange and annihilation diagrams, whose contributions have been estimated to be small, new relations appear between the decay amplitudes. These relations constitute new tests of the standard model that can only be obtained through the diagrammatic method. When the necessary data is available, we verify these relations and obtain a good agreement with the experimental results. We also show that it is possible use observables in the B → Kππ sector to measure the weak phase γ with a theoretical uncertainty of the order of 5%. Other decay sectors can only allow the extraction of weak phases through the use of approximations of unknown precision.

La déformation des signaux au long de leur trajet de propagation est un des plus importants facteurs qui doivent être considérés à la réception. Ces effets sont dus à des phénomènes comme l’atténuation, la réflexion, la dispersion et le bruit. Alors que les premiers deux phénomènes sont assez facile à surveiller, parce qu’elles affectent l’amplitude, respectivement le retard des signaux, les deux derniers phénomènes sont plus difficiles à contrôler, parce qu’elles changent les paramètres du signal (amplitude, fréquence et phase) de manière totalement dépendante de l’environnement.Dans cette thèse, l’objectif principal est de contribuer à l’analyse des signaux liés aux différents phénomènes physiques, en visant une meilleure compréhension de ces phénomènes, ainsi que l’estimation de leurs paramètres qui sont intéressants de point de vue applicatif. Plusieurs contextes applicatifs ont été investigués dans deux configurations de : active et passive.Pour la configuration active, le premier contexte applicatif consiste en l’étude du phénomène de cavitation dans le domaine de la surveillance de systèmes hydrauliques. La deuxième application de la configuration active est la détection et le suivi des objets immergés sans synchronisation entre les capteurs d’émission et de réception.Pour la configuration passive, nous nous concentrons sur l’analyse des transitoires de pression dans les conduites d’eau en utilisant une méthode non-intrusive ainsi que sur la surveillance des réseaux d’énergie électrique en présence des phénomènes transitoires comme les arcs électriques.Malgré les différences entre les considérations physiques spécifiques à ces applications, nous proposons un modèle mathématique unique pour les signaux issus des deux types de configurations. Le modèle est basé sur l’analyse des récurrences. Avec ce concept, nous proposons une nouvelle approche pour les ondes basées sur l’espace des phases. Cette technique de construction des formes d’ondes présente l’intérêt de conduire à des méthodes de d’investigation active à haut cadence, très utiles pour la surveillance des phénomènes dynamiques.En plus, nous proposons des approches nouvelles pour l’investigation des caractéristiques des signaux. La première est la mesure TDR* (Time Distributed Recurrences) qui quantifie la matrice des récurrences/ distances et qui est utilisée pour la détection des signaux transitoires. La deuxième approche est l’analyse des phases à plusieurs retards et elle est utilisée pour la discrimination entre des signaux avec des paramètres très proches. Finalement, la quantification des lignes diagonales de la matrice des récurrences est proposée comme alternative pour l’analyse des signaux modulés en fréquence.Les travaux présentent les résultats expérimentaux en utilisant les méthodes théorétiques proposées dans cette thèse. Les résultats sont comparés avec des techniques classiques.Des perspectives de ces travaux, tant dans les domaines théorique et qu’applicatif, sont discutés à la fin du mémoire. / Signals’ deformation along their propagation path is among the most important aspect which has to be taken into account at reception. These effects are caused by phenomena like attenuation, reflection, dispersion and noise. Whereas the first two are rather easy to monitor, because they affect the amplitude, respectively the delay, the latter two are more difficult to control, because they change signals’ parameters (amplitude, frequency and phase) in an environment-dependent manner.In this thesis, the main objective is to contribute to the analysis of signals related to different physical phenomena, aiming to better understand them as well as to estimate their parameters that are interesting from application point of view. Different applicative contexts have been investigated in active and passive sensing configurations. For the active part, we mention the monitoring of cavitation phenomena and its characterization for hydraulic system surveillance. The second application of the active sensing is the underwater object detection and tracking without synchronization between sensors. For the passive configuration, we focus on the pressure transient analysis in water pipes investigation with a non-intrusive method and on the surveillance of electrical power systems in the presence of transient phenomena such as electrical arcs.Despite the differences between the physical considerations, we propose a unique mathematical model of the signals issued from the active/passive sensing system used to analyze the considered phenomena. This model is based on the Recurrence Plot Analysis (RPA) method. With this concept, we propose the phase-space based waveform design. This waveform design technique presents the interest to conduct to a high speed sensing methods, very useful to monitor dynamic phenomena.Moreover, we propose new tools for the investigation of the signals characteristics. The first one is the TDR* measure (Time Distributed Recurrences) that quantifies the recurrence/ distance matrix and it is used for the detection of transient signals. The second one is the multi-lag phase analysis using multiple lags and it is successfully used to discriminate between signals with close parameters. Finally, the diagonal lines quantification of RPA matrix is proposed as an alternative for the analysis of modulated signals.Our work presents the experimental results using the proposed theoretical methods introduced by this thesis. The results are compared with classical techniques.The perspectives of this thesis are presented at the end of this paper.