Les robots sont des agents artificiels qui peuvent agir dans le monde des humains grâce aux capacités de perception. Dans un contexte d'interaction homme-robot, les humains et les robots partagent le même espace de communication. En effet, les robots compagnons sont censés communiquer avec les humains d'une manière naturelle et intuitive: l'une des façons les plus naturelles est basée sur les gestes et les mouvements réactifs du corps. Pour rendre cette interaction la plus conviviale possible, un robot compagnon doit, donc, être doté d'une ou plusieurs capacités lui permettant de percevoir, de reconnaître et de réagir aux gestes humains. Cette thèse a été focalisée sur la conception et le développement d'un système de reconnaissance gestuelle dans un contexte d'interaction homme-robot. Ce système comprend un algorithme de suivi permettant de connaître la position du corps lors des mouvements et un module de niveau supérieur qui reconnaît les gestes effectués par des utilisateurs humains. De nouvelles contributions ont été apportées dans les deux sujets. Tout d'abord, une nouvelle approche est proposée pour le suivi visuel des membres du haut du corps. L'analyse du mouvement du corps humain est difficile, en raison du nombre important de degrés de liberté de l'objet articulé qui modélise la partie supérieure du corps. Pour contourner la complexité de calcul, chaque membre est suivi avec un filtre particulaire à recuit simulé et les différents filtres interagissent grâce à la propagation de croyance. Le corps humain en 3D est ainsi qualifié comme un modèle graphique dans lequel les relations entre les parties du corps sont représentées par des distributions de probabilité conditionnelles. Le problème d'estimation de la pose est donc formulé comme une inférence probabiliste sur un modèle graphique, où les variables aléatoires correspondent aux paramètres des membres individuels (position et orientation) et les messages de propagation de croyance assurent la cohérence entre les membres. Deuxièmement, nous proposons un cadre permettant la détection et la reconnaissance des gestes emblématiques. La question la plus difficile dans la reconnaissance des gestes est de trouver de bonnes caractéristiques avec un pouvoir discriminant (faire la distinction entre différents gestes) et une bonne robustesse à la variabilité intrinsèque des gestes (le contexte dans lequel les gestes sont exprimés, la morphologie de la personne, le point de vue, etc). Dans ce travail, nous proposons un nouveau modèle de normalisation de la cinématique du bras reflétant à la fois l'activité musculaire et l'apparence du bras quand un geste est effectué. Les signaux obtenus sont d'abord segmentés et ensuite analysés par deux techniques d'apprentissage : les chaînes de Markov cachées et les Support Vector Machine. Les deux méthodes sont comparées dans une tâche de reconnaissance de 5 classes de gestes emblématiques. Les deux systèmes présentent de bonnes performances avec une base de données de formation minimaliste quels que soient l'anthropométrie, le sexe, l'âge ou la pose de l'acteur par rapport au système de détection. Le travail présenté ici a été réalisé dans le cadre d'une thèse de doctorat en co-tutelle entre l'Université "Pierre et Marie Curie" (ISIR laboratoire, Paris) et l'Université de Gênes (IIT - Tera département) et a été labelisée par l'Université Franco-Italienne.

La Réaction Sulfatique Interne (RSI) est une pathologie du béton pouvant affecter les matériaux soumis à un échauffement au-delà de 65°C. Elle consiste en une formation d'ettringite dans le matériau durci et conduit à son gonflement. Il s'en suit une fissuration et une dégradation des performances mécaniques pouvant poser des problèmes d'intégrité structurelle à l'instar de la Réaction Alcali-Granulat (RAG) à laquelle elle est fréquemment couplée in situ. Lorsqu'un ouvrage est atteint, il convient de poser un diagnostic, évaluer son aptitude au service, prédire son évolution et mettre en uvre des méthodes de réparation. Ceci nécessite une compréhension fine des effets de la RSI à l'échelle microscopique et à l'échelle de l'ouvrage. De nombreuses études expérimentales et théoriques ont été menées pour déterminer les mécanismes mis en uvre et les paramètres influençant la RSI. Toutefois, la complexité des phénomènes rend délicate la transposition de ces connaissances à l'échelle de la structure. Les approches macroscopiques semblent donc plus adaptées à ce type de problème. Pour mettre au point ces approches, il est nécessaire de comprendre en détail les effets de la pathologie à l'échelle du matériau et de la structure. Cette thèse décrit les résultats d'une étude de laboratoire basée sur des essais sur éprouvettes pour caractériser les couplages entre les gonflements et l'humidité, la température et l'état de contraintes. Ces travaux ont également été l'occasion d'étudier les couplages entre RAG et RSI. En parallèle, des suivis dimensionnels et hydriques de poutres soumises à des conditions d'exposition à l'humidité contrôlées ont permis de constituer une base de données des effets structurels de la RSI. La confrontation de ces essais menés conjointement à l'échelle du matériau et de la structure fournit des données permettant de mettre au point des méthodes de re-calcul des ouvrages et de les valider en confrontant leurs prédictions aux résultats expérimentaux

Dans cette thèse nous proposons des algorithmes pour le suivi 3D du mouvement des objects déformables à partir de plusieurs caméras vidéo. Bien qu’une suite de reconstructions tridimensionnelles peut être obtenue par des méthodes de reconstruction statique, celle-ci ne représente pas le mouvement. Nous voulons produire une représentation temporellement cohérente de la suite de formes prises par l’object. Précisément, nous souhaitons représenter l’objet par une surface maillée 3D dont les sommets se déplacent au cours du temps mais dont la topologie reste identique.Contrairement à beaucoup d’approches existantes, nous proposons de représenter le mouvement du volume intérieur des formes, dans le but de mieux représenter la nature volumétrique des objets. Nous traitons de manière volumétrique les problèmes fondamentaux du suivi déformable que sont l’association d’éléments semblables entre deux formes et la modélisation de la déformation. En particulier, nous adaptons au formes volumétriques les modèles d’association EM-ICP non-rigide ansi que l’association par détection par apprentissage automatique.D’autre part, nous abordons la question de la modélisation de l’évolution temporelle de la déformation au cours d’une séquence dans le but de mieux contraindre le problème du suivi temporel. Pour cela, nous modélisons un espace de forme construit autour de propriétés de déformations locales que nous apprenons automatiqument lors du suivi.Nous validons nos algorithmes de suivi sur des séquences vidéo multi-caméras avec vérité terrain (silhouettes et suivi par marqueurs). Nos résultats se révèlent meilleurs ou équivalents à ceux obtenus avec les méthodes de l’état de l’art.Enfin, nous démontrons que le suivi volumétrique et la représentation que nous avons choisie permettent de produire des animations 3D qui combinent l’acquisition et la simulation de mouvement. / In this thesis we propose algorithms for tracking 3D deformable shapes in motion from multiview video. Although series of reconstructed 3D shapes can be obtained by applying a static reconstruction algorithm to each temporal frame independently, such series do not represent motion. Instead, we want to provide a temporally coherent representation of the sequence of shapes resulting from temporal evolutions of a shape. Precisely, we want to represent the observed shape sequence as a 3D surface mesh whose vertices move in time but whose topology is constant.In contrast with most existing approaches, we propose to represent the motion of inner shape volumes, with the aim of better accounting for the volumetric nature of the observed object. We provide a fully volumetric approach to the fundamental problems of deformable shape tracking, which are the association between corresponding shape elements and the deformation model. In particular, we extend to a volumetric shape representation the EM-ICP tracking framework and the association-by-detection strategy.Furthermore, in order to better constrain the shape tracking problem, we propose a model for the temporal evolution of deformation. Our deformation model defines a shape space parametrized by variables that capture local deformation properties of the shape and whose values are automatically learned during the tracking process.We validate our tracking algorithms on several multiview video sequences with ground truth (silhouette and marker-based tracking). Our results are better or comparable to state of the art approaches.Finally, we show that volumetric tracking and the shape representation we choose can be leveraged for producing shape animations which combine captured and simulatated motion.

Les réseaux de capteurs sans fils se définissent comme un ensemble de petits appareils autonomes et interconnectés. Ces capteurs sont déployés dans une zone d'intérêt dans le but de collecter des informations de l'environnement comme la température ou la qualité de l'air, suivant l'application envisagée. L'évolution de ces dispositifs de capture vers le multimédia ouvre l'accès à une plus large palette d'applications et de services pour une meilleure maitrise de notre environnement. Dans cette thèse nous nous intéressons au suivi de cible mobile dans les réseaux de capteurs sans fils, certains de ces capteurs pouvant collecter des images. Le suivi de cible (Tracking) consiste à détecter et à localiser sur l'ensemble de sa trajectoire une cible traversant une zone d'intérêt. Cette application peut s'avérer très utile, par exemple, pour détecter et enregistrer les déplacements d'un intrus dans une zone sensible ou encore pour suivre les déplacements d'une personne assistée et munie d'un appareil avec interface radio. Contrairement aux systèmes de surveillance classiques qui nécessitent une infrastructure fixe, les réseaux de capteurs sans fils sont aussi faciles à installer qu'à désinstaller. De plus, grâce à leur polyvalence, ils peuvent être utilisés dans de nombreux environnements hostiles et inaccessibles pour l'être humain. Toutefois, étant restreints en énergie, ils ne peuvent rester actifs en permanence au risque de limiter considérablement leur durée de vie. Afin de résoudre ce problème, l'idée est d'activer uniquement les capteurs qui sont sur la trajectoire de la cible au moment ou cette dernière est à leur portée radio ou visuelle. La question est donc : comment et sur quels critères activer ces capteurs afin d'obtenir à tout moment le meilleur compromis entre la précision du suivi et la préservation des ressources énergétiques ? C'est à cette question que nous essayerons de répondre tout au long de cette thèse. Dans un premier temps nous nous intéressons aux cibles communicantes qui ont la faculté d'émettre des signaux et donc de faciliter grandement le processus de suivi. Le défi ici est de relayer l'information entre les différents capteurs concernés. Nous utilisons pour cela un algorithme de déploiement basé sur le concept de forces virtuelles (VFA : Virtual Forces Algorithm) associé à un algorithme de suivi collaboratif et distribué implémenté sur un réseau organisé en clusters. Ensuite, nous traitons le cas, plus complexe et plus fréquent, des cibles non communicantes. L'objectif est de détecter la présence de la cible uniquement à l'aide de capteurs de présence. Pour cela nous proposons le déploiement d'un réseau de capteurs sans fil hétérogènes composé decapteurs de mouvement en charge de la partie détection de la cible et de capteurs vidéo en charge de la partie localisation. Lorsqu'une cible est détectée par un capteur de mouvement, l'information est communiquée aux capteurs vidéo voisins qui décident d'activer ou non leurs caméras en se basant sur des critères prédéfinis tenant compte de l'angle d'orientation des caméras. Enfin, dans une dernière contribution nous nous intéressons plus spécifique mentaux modèles de mobilité de la cible. Ces modèles nous permettent d'anticiper ses déplacements et d'affiner le processus d'activation des capteurs qui sont sur sa trajectoire. Nous utilisons pour cela le filtre de Kalman étendu combiné à un mécanisme de détection de changements de direction nommé CuSum (Cumulative Summuray). Ce mécanisme nous permet de calculer efficacement les futures coordonnées de la cible et de réveiller les capteurs en conséquence / Wireless Sensor Networks (WSN) are a set of tiny autonomous and interconnected devices. These Sensors are scattered in a region of interest to collect information about the surrounding environment depending on the intended application. Nowadays, sensors allow handling more complex data such as multimedia flow. Thus, we observe the emergence of Wireless Multimedia Sensor Networks opening a wider range of applications. In this work, we focus on tracking moving target in these kinds of networks. Target tracking is defined as a two-stage application: detection and localization of the target through its evolution inside an area of interest. This application can be very useful. For example, the presence of an intruder can be detected and its position inside a sensitive area reported, elderly or sick persons carrying sensors can be tracked anytime and so on. Unlike classical monitoring systems, WSN are more flexible and more easy to set up. Moreover, due to their versatility and autonomy they can be used in hostile regions, inaccessible for human. However, these kinds of networks have some limitations: wireless links are not reliable and data processing and transmission are greedy processes in term of energy. To overcome the energy constraint, only the sensors located in target pathway should be activated. Thus, the question is : how to select these sensors to obtain the best compromise between the tracking precision and the energy consumption? This is the question we are trying to answer in this dissertation. Firstly, we focus on communicating targets which have the ability to transmit signals and greatly facilitate the tracking process. The challenge here is to relay the information between the concerned sensors. In order to deal with this challenge, we use a deployment strategy based on virtual forces (VFA: Virtual Forces Algorithm) associated to a distributed tracking algorithm implemented in a cluster-based network. Secondly, we handle a more complex and more frequent case of non-communicating targets. The objective is to detect the presence of such target using movement sensors. We propose the deployment of an heterogeneous wireless sensor networks composed of movement sensors used to detect the target and camera sensors used to locate it. When the target is detected the information is sent to the camera sensors which decide whether to activate or not their cameras based on probabilistic criteria which include the camera orientation angle. Finally, as our last contribution, we specifically focus on target mobility models. These models help us to predict target behaviour and refine the sensor activation process. We use the Extended Kalamn filter as prediction model combined with a change detection mechanism named CuSum (Cumulative Summuray). This mechanism allows to efficiently compute the future target coordinates, and to select which sensors to activate

Les hallucinations auditives verbales (HAVs) sont des perceptions langagières en l'absence de stimuli externes appropriés. Elles sont un des symptômes les plus invalidants dans la schizophrénie. Parmi les grands types de modèles explicatifs, deux sont particulièrement intéressants : les modèles à origine perceptive, selon lesquels les voix entendues seraient dues à une imagerie mentale et des représentations auditives trop vives et les modèles à origine productive, selon lesquels la parole intérieure est perturbée de telle sorte que les propres pensées verbales du patient sont attribuées à un agent externe. Pour tester le versant moteur des modèles productifs, une expérience de recueil de traces oro-faciales lors des HAVs à l'aide de l'électromyographie de surface a été conduite auprès de 11 patients schizophrènes. Les résultats montrent une tendance à l'augmentation de l'activité musculaire de l'orbiculaire inférieur lors des HAVs par rapport à une condition de repos. Pour tester le versant cérébral des modèles, une expérience en IRMf de génération de pensée verbale et de perception auditive a été menée auprès de 19 sujets schizophrènes et 24 sujets contrôles et a montré une hyper-activation d'un réseau impliquant le cortex temporal et le cortex cingulaire antérieur. La caractérisation phénoménologique des HAVs vécues par les patients a montré que les HAVs diffèrent de la pensée intérieure typique en ce que les voix entendues peuvent être nombreuses et ne sont pas celle du patient lui-même. Ainsi aucun des deux types de modèles considérés isolément n'est satisfaisant pour expliquer les HAVs. Un modèle intégratif multidimensionnel permettrait de mieux rendre compte de la complexité des HAVs. Il existerait, chez les patients schizophrènes une prédisposition perceptive hyper-active couplée à un système de prédiction défaillant. Les deux dysfonctionnements seraient de plus modulés par des facteurs top-down, de stress et un biais cognitif d'externalisation. / Les hallucinations auditives verbales (HAVs) sont des perceptions langagières en l'absence de stimuli externes appropriés. Elles sont un des symptômes les plus invalidants dans la schizophrénie. Parmi les grands types de modèles explicatifs, deux sont particulièrement intéressants : les modèles à origine perceptive, selon lesquels les voix entendues seraient dues à une imagerie mentale et des représentations auditives trop vives et les modèles à origine productive, selon lesquels la parole intérieure est perturbée de telle sorte que les propres pensées verbales du patient sont attribuées à un agent externe. Pour tester le versant moteur des modèles productifs, une expérience de recueil de traces oro-faciales lors des HAVs à l'aide de l'électromyographie de surface a été conduite auprès de 11 patients schizophrènes. Les résultats montrent une tendance à l'augmentation de l'activité musculaire de l'orbiculaire inférieur lors des HAVs par rapport à une condition de repos. Pour tester le versant cérébral des modèles, une expérience en IRMf de génération de pensée verbale et de perception auditive a été menée auprès de 19 sujets schizophrènes et 24 sujets contrôles et a montré une hyper-activation d'un réseau impliquant le cortex temporal et le cortex cingulaire antérieur. La caractérisation phénoménologique des HAVs vécues par les patients a montré que les HAVs diffèrent de la pensée intérieure typique en ce que les voix entendues peuvent être nombreuses et ne sont pas celle du patient lui-même. Ainsi aucun des deux types de modèles considérés isolément n'est satisfaisant pour expliquer les HAVs. Un modèle intégratif multidimensionnel permettrait de mieux rendre compte de la complexité des HAVs. Il existerait, chez les patients schizophrènes une prédisposition perceptive hyper-active couplée à un système de prédiction défaillant. Les deux dysfonctionnements seraient de plus modulés par des facteurs top-down, de stress et un biais cognitif d'externalisation.

L’Arctique se réchauffe deux fois plus vite que le reste du monde, entrainant des changements majeurs des écosystèmes marins. Par exemple, l’étendue de la banquise diminue, et la distribution des masses d’air change, modifiant les régimes de vents et de précipitations. Parallèlement à ces changements climatiques, l’Arctique est soumise à une pollution anthropique croissante amenée par les circulations atmosphériques et océaniques, et accentuée par le développement des activités humaines locales. Dans ce contexte, il est urgent de comprendre les impacts écologiques de ces modifications environnementales sur les espèces de cette région. Les mergules nains (Alle alle) sont les oiseaux marins les plus abondants de l’Arctique, et des acteurs clés des réseaux trophiques côtiers. Bien que des travaux récents aient suggéré une forte résilience de ces organismes aux changements globaux, une étude approfondie permettant de comprendre de manière détaillée l’impact de ces changements était essentielle. Au cours de ce travail de thèse, nous avons donc utilisé une approche pluridisciplinaire (écologie alimentaire, écotoxicologie, bioénergétique, écologie du déplacement) menée à long terme afin de caractériser la sensibilité des mergules nains aux changements de leur environnement pendant la saison de reproduction (été) et en hiver. Nous avons pour cela étudié une population de mergules nains au Groenland Est. Nos résultats montrent que les mergules sont fortement impactés par les changements en cours. Pendant la période de reproduction, leurs proies changent et leur effort de plongée augmente en l’absence de banquise, même s’ils demeurent fidèles à leur zone de nourrissage sur le talus continental. Ceci tend à diminuer leur condition corporelle et celle de leur poussin, mais n’impacte pas leur survie. En hiver, les mergules nains optimisent leur migration et leur distribution en fonction de la distribution de leurs proies et de leur paysage énergétique. Ainsi, nos modèles prédictifs indiquent qu’un réchauffement de l’Atlantique nord pourrait être bénéfique pour les populations en diminuant leurs besoins énergétiques. Enfin, nous avons trouvé que les mergules nains consomment des microplastiques, et ce en les confondant avec leurs proies. Cette source de pollution supplémentaire pourrait augmenter avec la fonte de la banquise qui libère des microplastiques jusque-là stockés dans la glace. Ce travail souligne l’importance des programmes à long terme pour l’étude des impacts des changements globaux. / The Arctic is warming twice faster than the rest of the world, leading to major changes for marine ecosystems. For example, sea-ice extent is decreasing, and air mass distribution is changing, thus modifying wind and precipitation regimes. In parallel, the Arctic is subject to increasing anthropogenic pollution carried by atmospheric and oceanic circulation, and accentuated by the development of local human activities. In this context, there is an urgent need to understand the ecological impacts of these environmental modifications on the species of this region. Little auks (Alle alle) are the most abundant seabird in the Arctic, and key players of coastal food webs. Although recent works suggested a high resiliency of little auks to global changes, a comprehensive study was needed to understand in detail the impacts of these changes. Through this work, we used a multidisciplinary approach (diet ecology, ecotoxicology, bioenergetics, foraging ecology) on the long term to characterize little auk sensitivity to environmental changes during the breeding season (summer) and in winter. We therefore studied a little auk population in East Greenland. Our results show that little auks are indeed impacted by ongoing changes. During the breeding season, their prey change and their diving effort increase when there is no sea-ice, even if they remain faithful to their feeding grounds on the continental slope. This tends to decrease their body condition and that of their chick, but does not impact their survival. In winter, little auks optimize their migration and their distribution according to the distribution of their prey and their energetic landscape. Therefore, our predictive models indicate that a warming of the North Atlantic could be benefic for little auk populations, by reducing their energetic needs. Finally, we found that little auks ingest microplastics, by confusing them with their prey. This additional source of pollution could increase with sea-ice loss that release microplastics stocked in the ice. This work underlines the importance of long term monitoring programs for the study of global change impacts.

Le développement de techniques de suivi in situ de réactions de polymérisation en émulsion est un véritable enjeu, motivé par le désir d’établir des relations entre structure, propriétés physico-chimiques et propriétés d’usage du latex final. Par ailleurs, ces techniques fournissent des informations sur les phénomènes chimiques et physico-chimiques mis en jeu qui contribuent à une meilleure compréhension. Des études récentes montrent que la spectroscopie Raman peut être une technique adaptée à cette problématique, de par sa simplicité de mise en œuvre (transportabilité, adaptabilité de l’appareillage, etc.), la performance de la mesure (temps d’acquisition de l’ordre de la seconde) et la richesse des informations fournies (de l’échelle moléculaire à celle du matériau). L’objectif de notre travail a été de déterminer le potentiel de la spectroscopie Raman quant au contrôle de la polymérisation en macroémulsion du styrène tant au niveau du bon déroulement de la réaction (conversion…) qu’au niveau des propriétés du latex formé (stabilité…). Pour réaliser ce travail expérimental, un pilote de polymérisation a été installé pour la première fois au sein du laboratoire des Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes (LMOPS). La particularité de notre système est qu’il a été conçu pour conserver le maximum de liberté pour la réalisation de l’étude spectroscopique (montages optiques). La première partie de notre projet a donc été de déterminer un protocole adapté à ce pilote, tant au niveau de la réalisation de la synthèse de latex de polystyrène stabilisé qu’au niveau de l’acquisition de données spectroscopiques. Par la suite, nous avons démontré que la spectroscopie Raman était une technique adaptée au suivi in situ de la cinétique de polymérisation du styrène en macroémulsion. Le suivi du taux de conversion du styrène en polystyrène a été réalisé selon deux méthodes qui reposent sur des principes différents : la première basée sur la variation de l’aire de bandes spécifiques est une approche classique de la quantification de cette grandeur alors que la deuxième, basée sur la modification de la position d’une bande commune au monomère et à son polymère est une méthode innovante. A partir de ces données expérimentales et grâce à une méthode de filtrage adaptée, la quantification de la vitesse de polymérisation a été proposée pour la première fois. Ces données expérimentales ont été comparées à la théorie mécanistique et cinétique de référence de ce procédé, ainsi qu’à de précédents résultats expérimentaux, obtenus par d’autres techniques. Alors que les résultats expérimentaux s’accordent, ils montrent tous une déviation par rapport à la théorie. Enfin, par l’étude approfondie de la variation de l’aire d’une bande de référence, commune au monomère et au polymère, nous avons démontré que la spectroscopie Raman était sensible au phénomène de diffusion élastique, diffusion du faisceau laser par les éléments dispersés dans le milieu réactionnel. Cela se traduit par une modification de l’intensité du signal collecté et permet donc de détecter une transition caractéristique du procédé de polymérisation étudié : la disparition des gouttelettes réservoir de monomère, qui apparaît vers 40% de conversion dans le cas du styrène / The development of in situ monitoring techniques of emulsion polymerization reactions is a real current challenge. First, it may help establish relations between the structure, the physicochemical properties and the performance properties of final latexes. Moreover, it brings a better understanding of chemical and physicochemical phenomenon that happened. Easy installation, performance of measures and abundance of information gathered (from molecular to material scales) make the Raman spectroscopy an adequate technique for this kind of issue, as shown in recent studies. The main goal of that work was to demonstrate the capacity of the Raman spectroscopy to control the polymerization of styrene via macroemulsion process, in terms of smooth reaction process (conversion, …) and final properties of the latex (stability, …). This work was carried in the laboratoire des Matériaux Optiques, Photonique et Systèmes (LMOPS) where a polymerization pilot was implemented for the first time. The latest has been designed in order to ensure a maximum freedom for spectroscopic measurements (optical setup). Because of this special design, the first part of this work was to adapt experimental conditions, in terms of polymer latex synthesis and spectroscopic data acquisition. Thereafter, we proved that Raman spectroscopy could be a suitable technique for real time in situ conversion monitoring in the case of the polymerization of styrene via macroemulsion process. The monomer conversion monitoring has been realized in two different methods: the first one is well-known and is based on monitoring changes in the normalized Raman signal of specific band and the second one is an innovative method that is based on the Ramanshift of a common band of styrene and polystyrene. On the basis of these experimental data and using a suitable smoothing method, the polymerization rate was quantified for the first time. The results were compared to the theory of this polymerization process and previous experimental results from other experimental techniques. Whereas experimental results show similarities, they all show a deviation from the theory. Finally, an in-depth study of the impact of the heterogeneity of the reaction media on the Raman signal has been made. We have demonstrated that this latest was sensitive to elastic scattering of light by dispersed particles. The influence of elastic scattering on the intensity of the collected Raman signal makes the Raman spectroscopy a suitable method to detect a specific transition of the polymerization process: the disappearance of monomer droplets around 40 % of conversion in case of styrene

L'objectif principal de cette thèse est le développement d'algorithmes événementiels pour la détection et le suivi d'objets. Ces algorithmes sont spécifiquement conçus pour travailler avec une sortie produite par des caméras neuromorphiques. Ce type de caméras sont un nouveau type de capteurs bio inspirés, dont le principe de fonctionnement s'inspire de la rétine: chaque pixel est indépendant et génère des événements de manière asynchrone lorsqu'un changement de luminosité suffisamment important est détecté à la position correspondante du plan focal. Cette nouvelle façon d'encoder l'information visuelle requiert de nouvelles méthodes pour la traiter. D'abord, un suiveur (tracker) plan est décrit. Cet algorithme associe à un objet une série de formes simples reliées par des ressorts. Le système mécanique virtuel résultant est mis à jour pour chaque événement. Le chapitre suivant présente un algorithme de détection de lignes et de segments, pouvant constituer une caractéristique (feature) événementielle de bas niveau. Ensuite, deux méthodes événementielles pour l'estimation de la pose 3D sont présentées. Le premier de ces algorithmes 3D est basé sur l'hypothèse que l'estimation de la pose est toujours proche de la position réelle, et requiert donc une initialisation manuelle. Le deuxième de ces algorithmes 3D est conçu pour surmonter cette limitation. Toutes les méthodes présentées mettent à jour l'estimation de la position (2D ou 3D) pour chaque événement. Cette thèse montre que la vision événementielle permet de reformuler une vaste série de problèmes en vision par ordinateur, souvent donnant lieu à des algorithmes plus simples mais toujours précis. / The main goal of this thesis is the development of event-based algorithms for visual detection and tracking. This algorithms are specifically designed to work on the output of neuromorphic event-based cameras. This type of cameras are a new type of bioinspired sensors, whose principle of operation is based on the functioning of the retina: every pixel is independent and generates events asynchronously when a sufficient amount of change is detected in the luminance at the corresponding position on the focal plane. This new way of encoding visual information calls for new processing methods. First, a part-based shape tracking is presented, which represents an object as a set of simple shapes linked by springs. The resulting virtual mechanical system is simulated with every incoming event. Next, a line and segment detection algorithm is introduced, which can be employed as an event-based low level feature. Two event-based methods for 3D pose estimation are then presented. The first of these 3D algorithms is based on the assumption that the current estimation is close to the true pose of the object, and it consequently requires a manual initialization step. The second of the 3D methods is designed to overcome this limitation. All the presented methods update the estimated position (2D or 3D) of the tracked object with every incoming event. This results in a series of trackers capable of estimating the position of the tracked object with microsecond resolution. This thesis shows that event-based vision allows to reformulate a broad set of computer vision problems, often resulting in simpler but accurate algorithms.

Pour répondre à l’augmentation du trafic aérien mondial et à l’amélioration de la sécurité sur les plateformes aéroportuaires, le secteur aéronautique développe de nouveaux systèmes permettant de tendre vers l’autonomie complète de l’avion pendant les phases de roulage au sol. Le thème de ce travail de thèse concerne l’automatisation du pilotage de l’avion au sol et le développement d’une architecture de commande multivariable permettant de superviser l’ensemble des systèmes impliqués dans ce mode de déplacement : les systèmes de motorisation et de freinage des roues principales et le système d’orientation du train avant. Après une modélisation détaillée de la dynamique du système et une analyse des problématiques induites par ses non-linéarités, une architecture de commande globale est proposée. L’asservissement de la dynamique angulaire des roues, pendant les phases d’accélération et de freinage, est assuré par une loi de commande linéaire robuste aux incertitudes, synthétisée à l’aide de la technique Q.F.T. Le pilotage de la dynamique latérale du véhicule est réalisé au moyen d’un correcteur hybride feedforward-feedback. Une commande modale au premier ordre est alors mise en oeuvre afin de synthétiser un régulateur non-linéaire par planification de gains (gain-scheduling). L’ensemble des boucles d’asservissement de l’architecture est finalement validé en réalisant un suivi automatique de trajectoire à l’aide d’une commande géométrique nommée follow the carrot. Les simulations représentatives de l’utilisation réelle de l’avion démontrent des performances satisfaisantes et permettent de valider l’ensemble des solutions proposées. / In the context of worldwide air traffic growth and airport security improvement, the main aeronautics actors are currently investigating new systems, strived for autonomously piloting the aircraft while taxiing ground-borne. The present thesis deals with aircraft taxiing control and the design of a multivariable control architecture aimed at supervising all the ground acting systems: driving and braking systems of main wheels and the nose landing gear steering system. A global control architecture is introduced after a detailed modelling of the system dynamics and an analysis of the issues induced by the nonlinearities. A linear Q.F.T controller is synthesised to ensure robust control against uncertainties of the wheel angular dynamics, in both driving and braking operations. The vehicle lateral dynamics is controlled by means of a feedforward-feedback hybrid controller. The latter includes a nonlinear gain-scheduled controller designed by a modal approach. All the architecture control loops are finally validated in a high level path following control, achieved with the “follow the carrot” geometric method. A set of representative simulations show the overall good performances and validate the whole proposed solution.

Ces dernières années se caractérisent par la prolifération des systèmes de vidéo-surveillance et par l’automatisation des traitements que ceux-ci intègrent. Parallèlement, le problème du suivi d’objets est devenu en quelques années un problème récurrent dans de nombreux domaines et notamment en vidéo-surveillance. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de suivi d’objet, basée sur la méthode Ensemble Tracking et intégrant deux améliorations majeures. La première repose sur une séparation de l’espace hétérogène des caractéristiques en un ensemble de sous-espaces homogènes appelés modules et sur l’application, sur chacun d’eux, d’un algorithme basé Ensemble Tracking. La seconde adresse, quant à elle, l’apport d’une solution à la nouvelle problématique de suivi induite par cette séparation des espaces, à savoir la construction d’un filtre particulaire spécifique exploitant une pondération des différents modules utilisés afin d’estimer à la fois, pour chaque image de la séquence, la position et les dimensions de l’objet suivi, ainsi que la combinaison linéaire des différentes décisions modulaires conduisant à l’observation la plus discriminante. Les différents résultats que nous présentons illustrent le bon fonctionnement global et individuel de l’ensemble des propriétés spécifiques de la méthode et permettent de comparer son efficacité à celle de plusieurs algorithmes de suivi de référence. De plus, l’ensemble des travaux a fait l’objet d’un développement industriel sur les consoles de traitement de la société partenaire. En conclusion de ces travaux, nous présentons les perspectives que laissent entrevoir ces développements originaux, notamment en exploitant les possibilités offertes par la modularité de l’algorithme ou encore en rendant dynamique le choix des modules utilisés en fonction de l’efficacité de chacun dans une situation donnée. / Recent years have been characterized by the overgrowth of video-surveillance systems and by automation of treatments they integrate. At the same time, object tracking has become, within years, a recurring problem in many domains and particularly in video-surveillance. In this dissertation, we propose a new object tracking method, based on the Ensemble Tracking method and integrating two main improvements. The first one lies on the separation of the heterogeneous feature space into a set of homogenous sub-spaces called modules and on the application, on each of them, of an Ensemble Tracking-based algorithm. The second one deals with the new tracking problem induced by this separation by building a specific particle filter. This filter weights each used module in order to estimate, for each frame in the sequence, both position and dimensions of the tracked object and the linear combination of modular decisions leading to the most discriminative observation. The results we present illustrate the global and individual efficiency of all the specific properties of our method and allow comparing this efficiency with the one of several reference tracking algorithms. Furthermore, all this work has led to an industrial development on the treatment systems of the partner company. In conclusion of this work, we present the prospects generated by these original developments, more particularly using the possibilities offered by the algorith mmodularity or making the modules choice dynamic according to their efficiency in a given situation.