Les performances des systèmes de reconnaissance des visages en utilisant des images RGB baissent rapidement quand ils sont appliqués dans des conditions d’illumination extrêmes. L’utilisation des images multispectrales représente une alternative prometteuse pour résoudre ce problème. Dans cette thèse on s’intéresse à l’utilisation des images multispectrales visibles pour la reconnaissance des visages humains. Les images multispectrales visibles sont des images capturées à des longueurs d’ondes différentes du spectre visible (band spectral) qui s’étend de 480nm à 720nm. Ces images représentent des caractéristiques qui favorisent la reconnaissance des visages humains dans des conditions particulières comme la présence d’excès d’illumination incidente sur le visage photographié. Notre travail consiste à exploiter ces caractéristiques sur des stages différentes: optimiser le choix du nombre de bandes spectrales à utiliser, optimiser les longueurs d’ondes choisies, optimiser les techniques de fusion des informations extraites à partir des différentes bandes spectrales pour avoir plus d’informations utiles et moins d’informations bruits. Plusieurs nouvelles approches ont été proposées dans le cadre de ce travail avec des résultats encourageants en termes de performances. Ces approches ont exploité plusieurs outils mathématiques pour resoudre les différents problèmes rencontrés, en particulier la formulation de la sélection des bandes spectrales optimales sous formes de problèmes d’optimisation où nous avons utilisé le « basis pursuit algorithm » pour déterminer un vecteur de poids sparse pour représenter l’importance des différentes bandes. Dans d’autres problèmes d’optimisation, nous avons attribué à chaque bande un classifieur faible, puis combiné les classifieurs faibles avec dif- férents poids associés selon l’importance. La méthode Adaboost a été utilisée pour trouver la combinaison optimale. D’autres techniques ont introduites d’une manière originale la dé- composition multilinéaire des images de visage pour formuler une sorte de base de données caractérisant les bandes spectrales. Cette base de données a été utilisée avec les nouvelles images, ou image test, pour déterminer les bandes les plus robustes contre une variation importante d’illumination. Le travail présenté dans le cadre de cette thèse est une petite contribution à la reconnaissance des visages en utilisant des images multispectrales, qui est une approche d’actualité, mais qui nécessite encore plus de développement afin de maximiser ses performances. / Face recognition systems based on ’conventional’ images have reached a significant level of maturity with some practical successes. However, their performance may degrade under poor and/or changing illumination. Multispectral imagery represents a viable alternative to conventional imaging in the search for a robust and practical identification system. Multi- spectral imaging (MI) can be defined as a ’collection of several monochrome images of the same scene, each of them taken with additional receptors sensitive to other frequencies of the visible light or to frequencies beyond the visible light like the infrared region of electro- magnetic continuum. Each image is referred to as a band or a channel. However, one weakness of MI is that they may significantly increase the system processing time because of the huge quantity of data to be mined; in some cases, hundreds of MI are taken for each subject. In this thesis, we propose to solve this problem by developing new approaches to select the set of best visible spectral bands for face matching. For this purpose, the problem of best spectral bands selection is formulated as an optimization problem where spectral bands are constrained to maximize the recognition accuracy under challenging imaging conditions. We reduce the redundancy of both spectral and spatial information without losing valuable details needed for the object recognition, discrimination and classification. We have investigated several mathematic and optimization tools widely used in the field of image processing. One of the approaches we have proposed formulated the problem of best spectral bands selection as a pursuit problem where weights of importance were affected to each spectral band and the vector of all weights was constrained to be sparse with most of its elements are zeros. In another work, we have assigned to each spectral band a linear discriminant analysis (LDA) based weak classifier. Then, all weak classifiers were boosted together using an Adaboost process. From this later, each weak classifier obtained a weight that characterizes its importance and hence the quality of the corresponding spectral band. Several other techniques were also used for best spectral bands selection including but not limited to mixture of Gaussian based modeling, multilinear sparse decomposition, image quality factors, local descriptors like SURF and HGPP, likelihood ratio and so on. These different techniques enabled to build systems for best spectral bands selection that are either static with the same bands are selected for all the subjects or dynamic with each new subject get its own set of best bands. This latter category, dynamic systems, is an original component of our work that, to the best of our knowledge, has not been proposed before; all existing systems are only static. Finally, the proposed algorithms were compared to state-of-the-art algorithms developed for face recognition purposes in general and specifically for best spectral bands selection.

L'étoile beta Pictoris est à l'heure actuelle la seule étoile de la séquence principale autour de laquelle un disque de poussières a été visualise (1984). L'observation de son spectre visible et ultra-violet a révélé la présence de raies en absorption dues à la partie gazeuse du disque. L'étude de cette partie gazeuse a révélé que les raies observées variaient dans le temps: parfois, des composantes additionnelles en absorption, décalées par effet doppler vers les grandes longueurs d'onde y apparaissent. Ces phénomènes sporadiques ont été reliées à la chute vers l'étoile de petit corps de type comètaire vaporisant des éléments métalliques. La dynamique d'ions métalliques évaporés d'un corps parent a été ensuite etudiée, et une modélisation numerique du comportement d'un nuage de ces ions a été entreprise. La simulation a montré que les observations étaient reproduites par le modèle. De plus, la différence de comportement entre les raies visibles et uv a été expliquée. Des contraintes déduites de la simulation ont alors permis de formuler une hypothèse selon laquelle une planète située dans le disque pourrait par perturbations être responsable de la chute d'objets vers l'étoile. Un modèle fondé sur cette hypothèse a été ensuite développé. La simulation qui en a résulté a permis de montrer que si l'orbite de la planète est suffisamment elliptique, des perturbations sont capables d'envoyer un grand nombre de petits objets vers l'étoile. Il est ressorti de cette étude que l'évolution globale, constatée sur quelques années, des raies de beta Pictoris apparaissait comme une conséquence naturelle du modèle. En poursuivant l'étude théorique de ce disque, nous saurons peut-être s'il constitue le premier exemple de système planétaire découvert en dehors du système solaire

Les communications optiques dans le spectre visible (VLC pour Visible-Light Communications) ont attiré une attention particulière depuis quelques années en tant qu'une solution prometteuse pour les réseaux sans fil à très haut-débit dans les milieux intra-bâtiment. Ainsi, cette technique exploite l'infrastructure d’éclairage basée sur les diodes électroluminescentes (LED) pour la transmission de l'information. Pour cette raison, elle offre de nombreux avantages, comparée aux techniques « classiques » basées sur les transmissions radiofréquences (RF), tels que l'existence d'une grande largeur de bande non réglementée, une sécurité de transmission intrinsèque et une immunité aux interférences électromagnétiques.Les principales contraintes liées à l'établissement d'une transmission VLC à très haut-débit dans ce contexte sont la propagation en trajets multiples et les caractéristiques non-idéales des LEDs commerciales, dites « blanches ». L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact réel de ces contraintes sur la transmission des données et de proposer des solutions efficaces de traitement du signal pour atténuer leurs effets. Nous commençons par étudier la réponse impulsionnelle du canal VLC grâce à l'élaboration d'un outil de simulation efficace. Nous évaluons ensuite la sélectivité en fréquence du canal de propagation en considérant différents critères, tels que la réponse fréquentielle, l'étalement temporelle du canal et le rapport signal à interférences. Dans un deuxième temps, compte tenu de la possibilité de la sélectivité en fréquence du canal et aussi la limitation de la bande passante des LEDs, nous étudions la pertinence de l'emploi de différentes techniques de transmission de signaux, notamment celle de l'OFDM optique (pour Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) afin de garantir des débits de transmission compétitifs avec la RF. Etant donné le facteur de crête ou PAPR (pour Peak-to-Average Power Ratio) élevé des signaux modulés en OFDM et la dynamique limitée des LEDs, nous proposons ensuite un nouveau schéma de transmission basé sur la modulation CAP (pour Carrier-less Amplitude and Phase) en plus de l'égalisation dans le domaine fréquentiel (FDE pour Frequency-Domain Equalization) au niveau du récepteur. Nous analysons les performances des liaisons VLC utilisant cette technique et les comparons à l'OFDM optique, en prenant particulièrement en compte la non-linéarité des LEDs. Enfin, nous démontrons l'intérêt de l'utilisation du schéma de transmission CAP-FDE à travers des résultats expérimentaux. / Visible Light Communications (VLC) have attracted particular attention in the research community since a few years as a promising solution for high-speed indoor wireless networks. By exploiting the existing solid-state light-emitting diode (LED) lighting infrastructure, VLC offer numerous advantages such as a large unlicensed bandwidth, transmission security, and immunity to electro-magnetic interference compared to their radiofrequency counterparts. Within the context of indoor VLC, the multipath propagation channel and the non-ideal characteristics of the commercial white LEDs cause the main limitations for achieving high data-rate transmission. The objective of this thesis is to investigate the true impact of these limitations on the data transmission and to propose efficient signal processing solutions to mitigate their adverse effects. We start by the study of the indoor VLC channel impulse response by developing an efficient simulation tool. We then consider evaluating the channel frequency selectivity through different metrics. Next, given the potentially frequency-selective channel and the limited modulation bandwidth of the LEDs, we investigate the suitability of employing different signal transmission techniques including optical orthogonal frequency-division multiplexing (O-OFDM) in order to achieve high data-rate transmission. Given the high peak-to-average power ratio (PAPR) of O-OFDM signals and the limited dynamic range of the LEDs, we then propose a novel transmission scheme, which consists of using carrier-less amplitude and phase (CAP) modulation together with frequency domain equalization (FDE) at the receiver. We analyze the performance of the VLC link using this technique and compare it with the O-OFDM schemes, especially by taking the non-linear characteristics of the LED into account. Lastly, we demonstrate the merits of using the CAP-FDE transmission scheme via some experimental results.