Context : Air being the free source is used in different ways commercially. In earlier days windmills generate power, water, and electricity. The excessive establishment of windmills for commercial purposes affected avifauna. Most of the birds lost their lives due to collisions with windmills. Turbines used to generate power near airports are also one of the causes for the extinction of birdlife. According to a survey in 2011 in Canada a total of 23,300 bird deaths were caused by wind turbines and also it is estimated that the number of deaths would increase to 2,33,000 in the following 10-15 years. Objectives : The main objective of this thesis is to find a suitable software solution to detect the birds on a series of grayscale images in real-time and in minimum full HD resolution with at least a 15 FPS rate. User-Driven Design Methodology is used for developing, tools are Python and Open-CV. Methods : In this research, a system is designed to detect the bird in an HD Video. Possible methods that can be considered are convolutional neural networks (CNN), vision based detection with background subtraction, contour detection and confusion matrix classification. These methods detect birds in raw images and with help of a classifier make it possible to see the bird in desired pixels with full resolution. We will investigate a bird classification method consisting of two steps, background subtraction, and then object classification. Background subtraction is a fundamental method to extract moving objects from a fixed background. For classification, we will use the YOLO v3 model version for object classification. Results : The project is expected to result in a system design and prototype for the bird identification on a grayscale video stream in at least full HD resolution in a minimum of 15 FPS. The bird should be distinguished from other moving objects like wind turbine blades, trees, or clouds. The proposed solution should identify up to 5 birds simultaneously. Conclusion : After completing each step and arriving at the classification, the methods we have tried, such as Haar Cascades and mobile-net SSD, were not providing us with the desired results. So we opted to use YOLO v3, which had the best accuracy in classifying different objects. By using the YOLO v3 classifier, we have detected the bird with 95% accuracy, blades with 90% accuracy, clouds with 80% accuracy, trees with 70% accuracy. Moreover, we conclude that there is a need for further empirical validation of the models in full-scale industry trials.

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The use of external dimensions in products has great importance in numerous areas and a digital measurement can lead to a more streamlined workflow. In this project are the suitability of sensors for measuring irregularly shaped objects investigated and a prototype for digital measurement built. The prototype consists of a measuring cart, Raspberry Pi, two cameras and MQTT with React web front-end. Measurement is started by a client and reported back to the client with the measurement station’s established measurement values. The result is presented as 79% of measured dimensions ending up within ±10 mm margin of the manually measured value. The result is based on tests of 10 objects with deviating characteristics to challenge the measurement capacity. The biggest challenge that has arisen has been the handling of objects’ perspectives in relation to the cameras. It is one of the areas that could be further developed to improve the reliability of the measuring station. / Användningen av yttermått hos produkter har en stor betydelse inom en stor mängd områden och en digital mätning av detta kan medföra en mer strömlinjeformad arbetsgång. I detta projektet undersöks sensorers lämplighet för mätning av oregelbundet formade objekt och det byggs en prototyp för digital mätning. Prototypen består av en mätvagn, Raspberry Pi, två kameror och MQTT med React-baserat webbgränssnitt. Mätning startas av en klient och rapporteras tillbaka till klienten med mätstationens fastslagna mätvärdena. Resultatet slutar i att 79% av uppmätta dimensioner hamnar inom ±10 mm marginal av manuellt uppmätt värde. Ett resultat som baseras på tester av 10 objekt med avvikande egenskaper för att utmana mätkapaciteten. Det största utmaningen som uppkommit har varit hanteringen av objekts perspektiv i förhållande till kamerorna. Det är ett av områdena som fortsatt har möjlighet att vidarutvecklas för att ytterliggare förbättra mätstationens pålitlighet.

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The sequence-dependent curvature and flexibility of DNA is critical for many biochemically important processes. However, few experimental methods are available for directly probing these properties at the base-pair level. One promising way to predict these properties as a function of sequence is to model DNA with a set of base-pair parameters that describe the local stacking of the different possible base-pair step combinations. In this dissertation research, we develop and study a computational model for predicting the diffusion coefficients of short, relatively rigid DNA fragments from the sequence and the base-pair parameters. We focus on diffusion coefficients because various experimental methods have been developed to measure them. Moreover, these coefficients can also be computed numerically from the Stokes equations based on the three-dimensional shape of the macromolecule. By comparing the predicted diffusion coefficients with experimental measurements, we can potentially obtain refined estimates of various base-pair parameters for DNA. Our proposed model consists of three sub-models. First, we consider the geometric model of DNA, which is sequence-dependent and controlled by a set of base-pair parameters. We introduce a set of new base-pair parameters, which are convenient for computation and lead to a precise geometric interpretation. Initial estimates for these parameters are adapted from crystallographic data. With these parameters, we can translate a DNA sequence into a curved tube of uniform radius with hemispherical end caps, which approximates the effective hydrated surface of the molecule. Second, we consider the solvent model, which captures the hydrodynamic properties of DNA based on its geometric shape. We show that the Stokes equations are the leading-order, time-averaged equations in the particle body frame assuming that the Reynolds number is small. We propose an efficient boundary element method with a priori error estimates for the solution of the exterior Stokes equations. Lastly, we consider the diffusion model, which relates our computed results from the solvent model to relevant measurements from various experimental methods. We study the diffusive dynamics of rigid particles of arbitrary shape which often involves arbitrary cross- and self-coupling between translational and rotational degrees of freedom. We use scaling and perturbation analysis to characterize the dynamics at time scales relevant to different classic experimental methods and identify the corresponding diffusion coefficients. In the end, we give rigorous proofs for the convergence of our numerical scheme and show numerical evidence to support the validity of our proposed models by making comparisons with experimental data. / text

L'épaule est un complexe articulaire formé par le thorax, la clavicule, la scapula et l'humérus. Alors que les orientation et position de ces derniers la rendent difficile à étudier, la compréhension approfondie de l'interrelation de ces segments demeure cliniquement importante. Ainsi, un nouveau modèle du membre supérieur est développé et présenté. La cinématique articulaire de 15 sujets sains est collectée et reconstruite à l'aide du modèle. Celle-ci s'avère être généralement moins variable et plus facilement interprétable que le modèle de référence. Parallèlement, l'utilisation de simplifications, issues de la 2D, sur le calcul d'amplitude de mouvement en 3D est critiquée. Cependant, des cas d'exception où ces simplifications s'appliquent sont dégagés et prouvés. Ainsi, ils sont une éventuelle avenue d'amélioration supplémentaire des modèles sans compromission de leur validé. / The shoulder is an articulated complex composed of the thorax, clavicle, scapula and humerus. While the relative orientation and position of the segments makes an in-depth study of the shoulder difficult, understanding the interaction between the segments remains clinically important. Thus, a new model of the upper limb is proposed. Joint kinematics of 15 subjects were collected and reconstructed using the model, and were found to be less variable and easier to interpret when compared to the reference model. Meanwhile, simplifications involving the use of 2D analysis to calculate range of motion in 3D are criticized. Exceptions where these simplifications apply, were however, shown. Thus, such simplifications can be applied to models in certain situations without compromising the models validity.

Dans les maladies neurodégénératives comme la sclérose en plaques, la neuro-inflammation modifie l'activité de la barrière hémato-encéphalique (BHE) par des altérations cellulaires et moléculaires complexes. La caractérisation de tels changements moléculaires par une approche d'étiquetage in vivo justifie la recherche d’outils de ciblage fiables et de biomarqueurs. Les stratégies pour définir in vivo ces marqueurs sont cependant compliquées par la pléthore de molécules cibles accessibles, par l’intrication des régions atteintes au sein du tissu sain et par les altérations structurales potentielles des molécules cibles étudiées par histopathologie. Le but de ce travail est de rationaliser la découverte de biomarqueurs des altérations moléculaires dans les tissus par une stratégie de sélection in vivo de répertoires de phages présentant des peptides à leur surface (phage display), les ligands présents dans les deux répertoires (sain et pathologique) étant ensuite soustraits physiquement. Cette stratégie de soustraction (« PhiSSH ») permettant d’enrichir un répertoire en ligands spécifiques est d’un intérêt majeur dans le cas de répertoires complexes tels ceux obtenus dans des sélections in vivo.Nous présentons l'application de cette stratégie dans le modèle de rat de la sclérose en plaques, l’Encéphalomyélite Autoimmune Expérimentale (EAE), où les lésions disséminées dans le système nerveux central engendrent la sélection d’une grande quantité de clones s’associant au tissu sain, par comparaison avec les rats témoins en bonne santé. L'efficacité de la technique de soustraction a été contrôlée par séquençage massif des trois repertoires, «EAE», «SAIN», et «SOUSTRACTION». Plus de 95 % des clones communs aux répertoires EAE et contrôle sont absents du répertoire de la soustraction. Un ensemble de clones de phages et des peptides synthétisés chimiquement dessinés après l’analyse bioinformatique du répertoire de soustraction a été testé a) sur des tissus de rats EAE et sains et b) sur des cellules humaines en culture (HCMEC/D3) constituant un modèle de BHE, dans des conditions inflammatoires, (activation IL- 1ß) ou non activées. Un des clones et quatre peptide testés ont montré une association spécifique sur les cellules endothéliales de BHE dans des conditions inflammatoires. Pour identifier la cible d’un phage spécifique des lésions neuro-inflammatoires, nous avons mis en œuvre un procédé de création de liaison covalente entre ce phage et les protéines exprimées par des cellules de BHE cultivées en présence d’IL-1ß, puis effectué une analyse par spectométrie de masse. La galectine-1 est apparue comme une cible potential de ce phage. La découverte de biomarqueurs spécifiques de modifications moléculaires et cellulaires de régions inflammatoires disséminées dans les tissus sains, comme c’est le cas dans la plupart des pathologies présentant une activité neuro–inflammatoire, sera facilitée par l’utilisation de la stratégie de soustraction PhiSSH décrite dans ce document. / In neurodegenerative disorders like multiple sclerosis, neuroinflammation modifies the blood brain barrier (BBB) status by causing complex cellular and molecular alterations. Characterization of such molecular changes by an in vivo labeling approach is most challenging to generate reliable in vivo targeting tools and biomarkers. In vivo strategies to define such markers are, however, hampered by the plethora of the accessible target molecules, the vicinity of diseased target expression among healthy tissue and the potentially structural alterations of target molecules when studied by histopathology. The aim of this work is to streamline the biomarker discovery of pathological molecular tissue alterations by in vivo selection of phage displayed peptide repertoires that are further submitted to physical DNA subtraction (“PhiSSH”) of sequences encoding common peptides in both repertoires (HEALTHY and PATHOLOGY). The strategy of Subtraction allows thus the enrichment of clones specific for one repertoire and is of particular interest for complex repertoires produced by in vivo selection. We present the application of this strategy in the multiple sclerosis rat model, Experimental Autoimmune Encephalomyelitis (EAE) pathology, where target lesions are disseminated in the central nervous system (CNS) generating a large amount of clones binding to healthy tissue among the recovered repertoire clones binding to the lesions by comparison with healthy control rats. The efficiency of the subtraction was monitored by massive sequencing of the three repertoires, «EAE», «HEALTHY», and «SUBTRACTION». More than 95% of the clones common to EAE and Healthy repertoires were shown to be absent from the Subtraction repertoire. A set of randomly chosen clones and synthesized peptides from the EAE and subtraction repertoires were tested for differential labeling of a) diseased and healthy animal tissues and b) an in vitro BBB model, in IL-1ß challenged and resting control state culture human cells (hCMEC/D3). One of the phage clones and 4 chemically synthesized peptides showed specific binding to brain ECs in neuro-inflammatory conditions. Using a strategy of crosslinking of an EAE specific phage clone on protein targets expressed by IL-1ß activated ECs followed by mass spectrometry, we propose hypothetically Galectin-1 as a possible target of this phage. PhiSSH will be useful for in vivo screening of small peptide combinatorial libraries for the discovery of biomarkers specific of molecular and cellular alterations untangled with healthy tissues, as in most pathologies presenting neuroinflammatory activity.

Dans cette thèse, nous étudions des problématiques de graphes et de jeux combinatoires. Il existe de nombreux liens entre ces deux domaines : ainsi, les jeux sont un bon moyen de modéliser une opposition dans un problème d'optimisation, et dans l'autre sens plusieurs jeux classiques sont définis sur les graphes. Nous allons étudier deux problèmes de graphes et adapter des jeux combinatoires classiques pour y jouer sur des graphes. Dans un premier temps, nous étudions un problème de criticalité. Un graphe qui vérifie une certaine propriété, mais tel qu'une simple modification (ajout ou suppression d'arête ou de sommet) la lui fait perdre est appelé critique pour cette propriété. Nous nous intéressons au problème des graphes critiques pour la propriété ≪ avoir un diamètre égal à 2 ≫, appelés graphes D2C. La conjecture de Murty-Simon donne une borne supérieure sur le nombre d'arêtes d'un graphe D2C en fonction de son nombre de sommets. Or, des recherches récentes laissent supposer que cette borne peut être améliorée pour les graphes D2C non-bipartis. Nous démontrons donc une borne amoindrie pour une sous-famille de graphes D2C. Dans un deuxième temps, nous considérons un problème d'identification, laquelle consiste à assigner une étiquette à toutes les arêtes ou à tous les sommets d'un graphe, cette assignation devant engendrer une étiquette différente pour chaque sommet. Nous définissons une coloration d'arêtes par des ensembles d'entiers induisant une identification des sommets, et démontrons que cette coloration nécessite au plus un nombre logarithmique d'entiers par rapport à l'ordre du graphe pour l'identifier. Ce résultat est mis en comparaison avec d'autres types de colorations identifiantes, qui nécessitent dans le pire des cas un nombre linéaire d'entiers pour identifier tous les sommets. Dans un troisième temps, nous étudions des jeux de suppression de sommets, qui sont des jeux dans lesquels deux joueurs suppriment d'un graphe des sommets en respectant certaines règles prédéfinies, le premier joueur incapable de jouer perdant la partie. Nous proposons un cadre global pour l'étude de nombreux jeux de suppression de sommets dans les graphes, qui inclut plusieurs jeux classiques comme Arc-Kayles et permet une généralisation des jeux de soustraction et des jeux octaux sur les graphes. Dans leur définition classique, ces jeux ont généralement des comportements réguliers : tous les jeux de soustraction finis sont ultimement périodiques et il est conjecture que c'est également le cas des jeux octaux. Nous étudions plus spécifiquement les jeux de soustraction connexes CSG(S), dans lesquels les joueurs peuvent supprimer k sommets induisant un sous-graphe connexe sans déconnecter le graphe si k ∈ S (avec S fini). Nous démontrons que tous ces jeux sont ultimement périodiques, dans le sens ou pour un graphe et un sommet donnés, un chemin attaché à ce sommet peut être réduit à partir d'un certain rang sans modifier la valeur de Grundy du graphe pour le jeu. Nous trouvons également des résultats de périodicité pure, en particulier sur les étoiles subdivisées : pour certains ensembles S, les chemins des étoiles peuvent être réduits à leur longueur modulo une certaine période sans changer l'issue du jeu. Enfin, nous définissons une variante pondérée de Arc-Kayles, appelée Weighted Arc-Kayles (ou WAK), dans laquelle les joueurs doivent sélectionner une arête pour réduire le poids de ses extrémités, les sommets ayant un poids nul étant supprimés du graphe. Nous montrons une réduction entre WAK et Arc-Kayles, puis que les valeurs de Grundy de WAK sont non-bornées, ce qui répond à une question ouverte sur Arc-Kayles. Nous montrons également que les valeurs de Grundy de WAK sont ultimement périodiques lorsque tous les poids du graphe sauf un sont fixes / In this thesis, we study both graphs and combinatorial games. There are several links betweenthose two domains : games are useful for modeling an opponent in optimization problems on graphs,and in the other direction several classical games are played on graphs. We will study two graphproblems and adapt some classical combinatorial games to be played on graphs.In a first chapter, we study a criticality problem. A graph that verifies some property, and suchthat any modification (vertex or edge addition or deletion) breaks the property is called critical forthis property. We focus on the critical graphs for the property "having diameter 2", called D2Cgraphs. The Murty-Simon conjecture gives an upper bound on the number of edges in a D2C graphwith a given number of vertices. However, recent research suggests that this bound can be improvedfor non-bipartite D2C graphs. We show the validity of this approach by proving a smaller upperbound for a subfamily of non-bipartite D2C graphs.In a second chapter, we consider an identification problem. Identification consists in assigningsome data to every edge or vertex of a graph, such that this assignment induces a label to everyvertex with the added condition that two distinct vertices must have a different label. We definean edge-coloring using sets of integers inducing an identification of the vertices, and prove that thiscoloring requires at most a logarithmic number of integers (with respect to the order of the graph)in order to successfully identify the vertices. This result is compared with other identifying colorings,for which the number of colors required to successfully identify the vertices can be linear with respectto the order of the graph.In order to show the link between graphs and games, we adapt a well-known family of games tobe played on graphs. We propose a general framework for the study of many vertex deletion games(which are games in which the players delete vertices from a graph under predefined rules) such asArc-Kayles. This framework is a generalization of subtraction and octal games on graphs. In theirclassical definition, those games exhibit a high regularity : all finite subtraction games are ultimatelyperiodic, and Guy conjectured that this is also true for all finite octal games.We specifically study the connected subtraction games CSG(S) (with S being a finite set). Inthose games, the players can remove k vertices from a graph if and only if they induce a connectedsubgraph, the graph remains connected after their deletion, and k ∈ S. We prove that those gamesare all ultimately periodic, in the sense that for a given graph and vertex, a path attached to thisvertex can be reduced (after a certain preperiod) without changing the Grundy value of the graph forthe game. We also prove pure periodicity results, mostly on subdivided stars : for some sets S, thepaths of a subdivided star can be reduced to their length modulo a certain period without changingthe outcome of the game.Finally, we define a weighted version of Arc-Kayles, called Weighted Arc-Kayles (WAKfor short). In this game, the players select an edge and reduce the weight of its endpoints. Verticeswith weight 0 are removed from the graph. We show a reduction between WAK and Arc-Kayles,then we prove that the Grundy values of WAK are unbounded, which answers an open question onArc-Kayles. We also prove that the Grundy values of WAK are ultimately periodic if we fix allbut one of the weights in the graph