Cette thèse se situe à l’intersection de l’apprentissage automatique et de la robotique humanoïde, dans le domaine de la robotique collaborative. Elle se focalise sur les interactions non verbales humain-robot, en particulier sur l’interaction gestuelle. La prédiction de l’intention, la compréhension et la reproduction de gestes sont les questions centrales de cette thèse. Dans un premier temps, le robot apprend des gestes par démonstration : un utilisateur prend le bras du robot et lui fait réaliser les gestes à apprendre plusieurs fois. Le robot doit alors reproduire ces différents mouvements tout en les généralisant pour les adapter au contexte. Pour cela, à l’aide de ses capteurs proprioceptifs, il interprète les signaux perçus pour comprendre le mouvement guidé par l’utilisateur, afin de pouvoir en générer des similaires. Dans un second temps, le robot apprend à reconnaître l’intention de l’humain avec lequel il interagit, à partir des gestes que ce dernier initie. Le robot produit ensuite des gestes adaptés à la situation et correspondant aux attentes de l’utilisateur. Cela nécessite que le robot comprenne la gestuelle de l’utilisateur. Pour cela, différentes modalités perceptives ont été explorées. À l’aide de capteurs proprioceptifs, le robot ressent les gestes de l’utilisateur au travers de son propre corps : il s’agit alors d’interaction physique humain-robot. À l’aide de capteurs visuels, le robot interprète le mouvement de la tête de l’utilisateur. Enfin, à l’aide de capteurs externes, le robot reconnaît et prédit le mouvement corps entier de l’utilisateur. Dans ce dernier cas, l’utilisateur porte lui-même des capteurs (vêtement X-Sens) qui transmettent sa posture au robot. De plus, le couplage de ces modalités a été étudié. D’un point de vue méthodologique, nous nous sommes focalisés sur les questions d’apprentissage et de reconnaissance de gestes. Une première approche permet de modéliser statistiquement des primitives de mouvements representant les gestes : les ProMPs. La seconde, ajoute à la première du Deep Learning, par l’utilisation d’auto-encodeurs, afin de modéliser des gestes corps entier contenant beaucoup d’informations, tout en permettant une prédiction en temps réel mou. Différents enjeux ont notamment été pris en compte, concernant la prédiction des durées des trajectoires, la réduction de la charge cognitive et motrice imposée à l’utilisateur, le besoin de rapidité (temps réel mou) et de précision dans les prédictions / This thesis lies at the intersection between machine learning and humanoid robotics, under the theme of human-robot interaction and within the cobotics (collaborative robotics) field. It focuses on prediction for non-verbal human-robot interactions, with an emphasis on gestural interaction. The prediction of the intention, understanding, and reproduction of gestures are therefore central topics of this thesis. First, the robots learn gestures by demonstration: a user grabs its arm and makes it perform the gestures to be learned several times. The robot must then be able to reproduce these different movements while generalizing them to adapt them to the situation. To do so, using its proprioceptive sensors, it interprets the perceived signals to understand the user's movement in order to generate similar ones later on. Second, the robot learns to recognize the intention of the human partner based on the gestures that the human initiates. The robot can then perform gestures adapted to the situation and corresponding to the user’s expectations. This requires the robot to understand the user’s gestures. To this end, different perceptual modalities have been explored. Using proprioceptive sensors, the robot feels the user’s gestures through its own body: it is then a question of physical human-robot interaction. Using visual sensors, the robot interprets the movement of the user’s head. Finally, using external sensors, the robot recognizes and predicts the user’s whole body movement. In that case, the user wears sensors (in our case, a wearable motion tracking suit by XSens) that transmit his posture to the robot. In addition, the coupling of these modalities was studied. From a methodological point of view, the learning and the recognition of time series (gestures) have been central to this thesis. In that aspect, two approaches have been developed. The first is based on the statistical modeling of movement primitives (corresponding to gestures) : ProMPs. The second adds Deep Learning to the first one, by using auto-encoders in order to model whole-body gestures containing a lot of information while allowing a prediction in soft real time. Various issues were taken into account during this thesis regarding the creation and development of our methods. These issues revolve around: the prediction of trajectory durations, the reduction of the cognitive and motor load imposed on the user, the need for speed (soft real-time) and accuracy in predictions

Le Traitement Automatique de la Parole (TAP) s’intéresse de plus en plus et progresse techniquement en matière d’étendue de vocabulaire, de gestion de complexité morphosyntaxique, de style et d’esthétique de la parole humaine. L’Affective Computing tend également à intégrer une dimension « émotionnelle » dans un objectif commun au TAP visant à désambiguïser le langage naturel et augmenter la naturalité de l’interaction personne-machine. Dans le cadre de la robotique sociale, cette interaction est modélisée dans des systèmes d’interaction, de dialogue, qui tendent à engendrer une dimension d’attachement dont les effets doivent être éthiquement et collectivement contrôlés. Or la dynamique du langage humain situé met à mal l’efficacité des systèmes automatiques. L’hypothèse de cette thèse propose dans la dynamique des interactions, il existerait une « glu socio-affective » qui ferait entrer en phases synchroniques deux individus dotés chacun d’un rôle social impliqué dans une situation/contexte d’interaction. Cette thèse s'intéresse à des dynamiques interactionnelles impliquant spécifiquement des processus altruistes, orthogonale à la dimension de dominance. Cette glu permettrait ainsi de véhiculer les événements langagiers entre les interlocuteurs, en modifiant constamment leur relation et leur rôle, qui eux même viennent à modifier cette glu, afin d’assurer la continuité de la communication. La seconde hypothèse propose que la glu socio-affective se construise à partir d’une « prosodie socio-affective pure » que l’on peut retrouver dans certaines formes de micro-expressions vocales. L’effet de ces événements langagiers serait alors graduel en fonction du degré de contrôle d’intentionnalité communicative qui s’observerait successivement par des primitives langagières : 1) des bruits de bouche (non phonétiques, non phonologiques), 2) des sons prélexicaux, 3) des interjections/onomatopées, 4) des imitations à contenu lexical contrôlé. Une méthodologie living-lab est ainsi développée au sein de la plateforme Domus, sur des boucles agiles et itératives co-construites avec les partenaires industriels et sociétaux. Un Magicien d’Oz – EmOz – est utilisé afin de contrôler les primitives vocales comme unique support langagier d’un robot majordome d’un habitat intelligent interagissant avec des personnes âgées en isolement relationnel. Un large corpus, EmOz Elderly Expressions –EEE– est ainsi recueilli. Cet isolement relationnel permet méthodologiquement d’appréhender les dimensions de la glu socio-affective, en introduisant une situation contrastive dégradée de la glu. Les effets des primitives permettraient alors d’observer les comportements de l’humain à travers des indices multimodaux. Les enjeux sociétaux abordés par la gérontechnologie montrent que l’isolement est un facteur de fragilisation où la qualité de la communication délite le maillage relationnel des personnes âgées alors que ces liens sont bénéfiques à sa santé et son bien-être. L’émergence de la robotique d’assistance en est une illustration. Le système automatisé qui découlera des données et des analyses de cette étude permettrait alors d’entraîner les personnes à solliciter pleinement leurs mécanismes de construction relationnelle, afin de redonner l’envie de communiquer avec leur entourage humain. Les analyses du corpus EEE recueilli montrent une évolution de la relation à travers différents indices interactionnels, temporellement organisés. Ces paramètres visent à être intégrés dans une perspective de système de dialogue incrémental – SASI. Les prémisses de ce système sont proposées dans un prototype de reconnaissance de la parole dont la robustesse ne dépendra pas de l’exactitude du contenu langagier reconnu, mais sur la reconnaissance du degré de glu, soit de l’état relationnel entre les locuteurs. Ainsi, les erreurs de reconnaissance tendraient à être compensées par l’intelligence socio-affective adaptative de ce système dont pourrait être doté le robot. / The Natural Language Processing (NLP) has technically improved regarding human speech vocabulary extension, morphosyntax scope, style and aesthetic. Affective Computing also tends to integrate an “emotional” dimension with a common goal shared with NLP which is to disambiguate the natural language and increase the human-machine interaction naturalness. Within social robotics, the interaction is modelled in dialogue systems trying to reach out an attachment dimension which effects need to an ethical and collective control. However, the situated natural language dynamics is undermining the automated system’s efficiency, which is trying to respond with useful and suitable feedbacks. This thesis hypothesis supposes the existence of a “socio-affective glue” in every interaction, set up in between two individuals, each with a social role depending on a communication context. This glue is so the consequence of dynamics generated by a process which mechanisms rely on an altruistic dimension, but independent of dominance dimension as seen in emotions studies. This glue would allow the exchange of the language events between interlocutors, by regularly modifying their relation and their role, which is changing themselves this glue, to ensure the communication continuity. The second hypothesis proposes the glue as built by “socio-affective pure prosody” forms that enable this relational construction. These cues are supposed to be carried by hearable and visible micro-expressions. The interaction events effect would also be gradual following the degree of the communication’s intentionality control. The graduation will be continuous through language primitives as 1) mouth noises (neither phonetics nor phonological sounds), 2) pre-lexicalised sounds, 3) interjections and onomatopoeias, 4) controlled command-based imitations with the same socio-affective prosody supposed to create and modify the glue. Within the Domus platform, we developed an almost living-lab methodology. It functions on agile and iterative loops co-constructed with industrial and societal partners. A wizard of oz approach – EmOz – is used to control the vocal primitives proposed as the only language tools of a Smart Home butler robot interacting with relationally isolated elderly. The relational isolation allows the dimensions the socio-affective glue in a contrastive situation where it is damaged. We could thus observe the primitives’ effects through multimodal language cues. One of the gerontechnology social motivation showed the isolation to be a phenomenon amplifying the frailty so can attest the emergence of assistive robotics. A vicious circle leads by the elderly communicational characteristics convey them to some difficulties to maintain their relational tissue while their bonds are beneficial for their health and well-being. If the proposed primitives could have a real effect on the glue, the automated system will be able to train the persons to regain some unfit mechanisms underlying their relational construction, and so possibly increase their desire to communicate with their human social surroundings. The results from the collected EEE corpus show the relation changes through various interactional cues, temporally organised. These denoted parameters tend to build an incremental dialogue system in perspectives – SASI. The first steps moving towards this system reside on a speech recognition prototype which robustness is not based on the accuracy of the recognised language content but on the possibility to identify the glue degree (i.e. the relational state) between the interlocutors. Thus, the recognition errors avoid the system to be rejected by the user, by tempting to be balanced by this system’s adaptive socio-affective intelligence.

Dans cette thèse, nous étudions les constructions cryptographiques prouvées pour la protection de la vie privée. Pour cela nous nous sommes intéressés aux preuves et arguments à divulgation nulles de connaissance et leurs applications. Un exemple de ces constructions est la signature de groupe. Ce protocole a pour but de permettre à un utilisateur de s'authentifier comme appartenant à un groupe, sans révéler son identité. Afin que les utilisateurs restent responsable de leurs agissements, une autorité indépendante est capable de lever l'anonymat d'un utilisateur en cas de litige. Une telle construction peut ainsi être utilisée, par exemple, dans les systèmes de transport en commun. Un utilisateur qui rentre dans un bus prouve ainsi son appartenance aux utilisateurs possédant un abonnement valide, sans révéler qui il est, et évitant ainsi que la société de transport ne le trace. En revanche, en cas d'incident sur le réseau, la société peut faire appel à la police pour lever l'anonymat des usagers présents au moment de l'incident. Nous avons proposé deux constructions de ces signatures de groupe, prouvées sûres sous des hypothèses simples dans le monde des couplages et des réseaux euclidiens. Dans la continuité de ces travaux, nous avons aussi proposé la première construction de chiffrement de groupe (l'équivalent de la signature de groupe pour le chiffrement) à base de réseaux euclidiens. Finalement, ces travaux nous ont amené à la construction d'un schéma de transfert inconscient adaptatif avec contrôle d'accès à base de réseaux euclidiens. Ces constructions à base de réseaux ont été rendues possibles par des améliorations successives de l'expressivité du protocole de Stern, qui reposait initialement sur la difficulté du problème du décodage de syndrome. / In this thesis, we study provably secure privacy-preserving cryptographic constructions.We focus on zero-knowledge proofs and their applications.Group signatures are an example of such constructions.This primitive allows users to sign messages on behalf of a group (which they formerly joined), while remaining anonymous inside this group.Additionally, users remain accountable for their actions as another independent authority, a judge, is empowered with a secret information to lift the anonymity of any given signature.This construction has applications in anonymous access control, such as public transportations.Whenever someone enters a public transportation, he signs a timestamp. Doing this proves that he belongs to the group of people with a valid subscription.In case of problem, the transportation company hands the record of suspicious signatures to the police, which is able to un-anonymize them.We propose two constructions of group signatures for dynamically growing groups. The first is based on pairing-related assumptions and is fairly practical. The second construction is proven secure under lattice assumptions for the sake of not putting all eggs in the same basket.Following the same spirit, we also propose two constructions for privacy-preserving cryptography.The first one is a group encryption scheme, which is the encryption analogue of group signatures. Here, the goal is to hide the recipient of a ciphertext who belongs to a group, while proving some properties on the message, like the absence of malwares. The second is an adaptive oblivious transfer protocol, which allows a user to anonymously query an encrypted database, while keeping the unrequested messages hidden.These constructions were made possible through a series of work improving the expressiveness of Stern's protocol, which was originally based on the syndrome decoding problem.

La modélisation géométrique d'objets fabriqués par l'homme à partir de données 3D est l'un des plus grands défis de la vision par ordinateur et de l'infographie. L'objectif à long terme est de générer des modèles de type CAO de la manière la plus automatique possible. Pour atteindre cet objectif, des problèmes difficiles doivent être résolus, notamment (i) le passage à l'échelle du processus de modélisation sur des données d'entrée massives, (ii) la robustesse de la méthodologie contre des mesures d'entrées erronés, et (iii) la qualité géométrique des modèles de sortie. Les méthodes existantes fonctionnent efficacement pour reconstruire la surface des objets de forme libre. Cependant, dans le cas d'objets fabriqués par l'homme, il est difficile d'obtenir des résultats dont la qualité approche celle des représentations hautement structurées, comme les modèles CAO. Dans cette thèse, nous présentons une série de contributions dans ce domaine. Tout d'abord, nous proposons une méthode de classification basée sur l'apprentissage en profondeur pour distinguer des objets dans des environnements complexes à partir de nuages de points 3D. Deuxièmement, nous proposons un algorithme pour détecter des primitives planaires dans des données 3D à différents niveaux d'abstraction. Enfin, nous proposons un mécanisme pour assembler des primitives planaires en maillages polygonaux compacts. Ces contributions sont complémentaires et peuvent être utilisées de manière séquentielle pour reconstruire des modèles de ville à différents niveaux de détail à partir de données 3D aéroportées. Nous illustrons la robustesse, le passage à l'échelle et l'efficacité de nos méthodes sur des données laser et multi-vues stéréo sur des scènes composées d'objets fabriqués par l'homme. / Geometric modeling of man-made objects from 3D data is one of the biggest challenges in Computer Vision and Computer Graphics. The long term goal is to generate a CAD-style model in an as-automatic-as-possible way. To achieve this goal, difficult issues have to be addressed including (i) the scalability of the modeling process with respect to massive input data, (ii) the robustness of the methodology to various defect-laden input measurements, and (iii) the geometric quality of output models. Existing methods work well to recover the surface of free-form objects. However, in case of manmade objects, it is difficult to produce results that approach the quality of high-structured representations as CAD models.In this thesis, we present a series of contributions to the field. First, we propose a classification method based on deep learning to distinguish objects from raw 3D point cloud. Second, we propose an algorithm to detect planar primitives in 3D data at different level of abstraction. Finally, we propose a mechanism to assemble planar primitives into compact polygonal meshes. These contributions are complementary and can be used sequentially to reconstruct city models at various level-of-details from airborne 3D data. We illustrate the robustness, scalability and efficiency of our methods on both laser and multi-view stereo data composed of man-made objects.

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<p>U tezi je prikazan novi metod za sintezu i realizaciju dvonožnog<br />veštačkog hoda koji se zasniva na upotrebi jednostavnih pokreta čijim<br />je kombinovanjem moguće realizovati kompleksne pokrete kao što je<br />hod, a čiji se parametri mogu menjati tokom kretanja. Time je omogućeno<br />da se na osnovu informacija o nameravanom kretanju i stanja okoline<br />izvrši sinteza kretanja izborom i kombinacijom jednostavnih<br />bazičnih pokreta koje se nazivaju primitivi. Takođe je omogućeno da se,<br />tokom izvršavanja hoda bez njegovog prekida, menjaju parametri<br />kretanja kao što su brzina hoda, dužina koraka, pravac kretanja i<br />visina podizanja noge tokom prenosne faze. Potvrda je data kroz<br />eksperimentalne rezultate koji su sprovedeni simulacijom na<br />dinamičkom modelu humanoidnog robota.</p> / <p>This dissertation presents new method for the synthesis and realization of<br />biped artificial walk based on the use of simple movements that can be<br />combined in order to achieve complex movements such as walk, whereas it<br />is possible to change the motion parameters at any time. It means that,<br />based on the information about intended movement and current state of the<br />environment, it is possible to synthesize motion by selecting and tying simple<br />movements, i.e. motion primitives. It also enables the robot to change<br />walking parameters online such as walking speed, direction of walk, foot<br />length during swing phase and step length. Proof of this method is given by<br />experimental results obtained during the simulation on a dynamic model of<br />humanoid robot.</p>

This thesis presents an implementation of a multi-threaded C library for performing data parallel computations on MIMD shared memory systems, with support for user defined operators and one-dimensional sparse arrays. Multi-threaded parallel execution was achieved by the use of the POSIX threads, and the library exposes several functions for performing data parallel computations directly on arrays. The implemented functions were based on a set of primitives that many data parallel programming languages have in common. The individual scalability of the primitives varied greatly, with most of them only gaining a significant speedup when executed on two cores followed by a significant drop-off in speedup as more cores were added. An exception to this was the reduction primitive however, which managed to achieve near optimal speedup in most tests. The library proved unviable for expressing algorithms requiring more then one or two primitives in sequence due to the overhead that each of them cause.

Ce mémoire composé de quatre chapitres, réunit des résultats sur l'existence, l'unicité et la régularité des solutions des Equations Primitives (EPs) des océans et de l'atmosphère, en dimension deux et trois d'espace (Chapitres 1--3), ainsi qu'une étude sur le comportement asymptotique des EPs quand le nombre de Rossby tend vers zero (Chapitre 4) ; les conditions aux limites sont de type périodique dans tous les cas.<br /><br />Dans le premier chapitre, on considère les EPs de l'océan en dimension deux d'espace (écoulement tridimensionnel indépendant de la variable y). On montre d'abord l'existence globale en temps d'une solution faible ainsi que l'existence et l'unicité d'une solution forte. Puis, on prouve l'existence d'une solution plus régulière (jusqu' à la régularité C-infini).<br /><br />Dans le deuxième chapitre on montre, pour un modèle semblable à celui du premier chapitre que, pour une force analytique en temps à valeurs dans un espace du type de Gevrey, et une donnée initiale dans un espace de Sobolev convenable, les solutions des EPs appartiennent, sur un certain intervalle de temps, à un espace de Gevrey.<br /><br />Le troisième chapitre est dans la continuité naturelle des deux premiers chapitres. On considère ici les EPs en dimension trois d'espace et on étudie la régularité du type de Sobolev et du type de Gevrey pour les solutions.<br /><br />Le dernier chapitre de la thèse est dédié à l'étude du comportement asymptotique des EPs (sous la forme introduite au premier chapitre), quand le nombre de Rossby tend vers zero. On arrive ici a "moyenner" la solution exacte très oscillante quand le nombre de Rossby est petit, en utilisant une méthode de renormalisation.

Cette thèse se propose d'examiner sous un angle particulier quelques aspects de la morphologie mathématique. Nous montrons d'abord comment la notion de convergence d'ensembles fermés et celle d'ensemble aléatoire fermé peuvent être employées en géométrie algorithmique. Nous exposons ensuite une nouvelle technique permettant l'écriture d'algorithmes morphologiques efficace en imagerie binaire au moyen d'un codage de contours sous forme de chaînes et lacets. Les algorithmes concernés sont entre autres l'érosion, la dilatation, la fonction distance, tant dans le cas euclidien que géodésique, la fonction de propagation, en métrique hexagonale et dodécagonale, le labeling, la reconstruction. . . Nous abordons aussi les mesures morphologiques telles que variation diamétrale, diamètre de Ferret, périmètre, nombre d'Euler. . . L'emploi des transformations est alors illustré par la résolution complète d'un problème particulier en sciences des matériaux où nous discutons les qualités respectives d'une dizaine de solutions différentes. Enfin, un essai de formalisation de l'emploi des transformations morphologiques a abouti à l'écriture d'un système de programmation automatique.

L'introduction est composee de deux parties: apres avoir presente les fluides geophysiques et les principes qui conduisent au systeme des equations primitives, ainsi qu'a l'approximation quasigeostrophique, nous examinons les travaux effectues sur le systeme primitif ainsi que sur celui des fluides tournants.<br />Dans le deuxieme chapitre, nous obtenons formellement l'asymptotique pour la suite des solutions du systeme primitif lorsque le petit parametre epsilon tend vers zero. Ceci permet en outre de definir le tourbillon potentiel, primordial dans toute cette etude. Nous etudions ensuite la convergence dans le cadre des solutions de Leray.<br />Le troisieme chapitre est consacre a l'etude de la meme<br />convergence mais dans le cadre des solutions de Fujita-Kato.<br />Le dernier chapitre donne des renseignements beaucoup plus precis<br />concernant les vitesses de convergence, et nous prouvons aussi un<br />theoreme de convergence dans le cadre des poches de tourbillon.