Les méthodes pour évaluer les systèmes de vision nocturne présentent un certain manque de techniques permettant d’évaluer ces dispositifs avec l’humain dans la boucle. Pour mettre en place ce type de méthodologies, les performances des sujets ont été évaluées dans différentes méthodologies, afin de comparer différents types de systèmes de vision nocturne. L’objectif final est d’améliorer la prédictabilité des évaluations de laboratoire réalisées pour mieux préparer les essais en vol. Une première série d’expérimentation traite de la mise en place de méthodologies sensorielles par l’amélioration de deux méthodes classiques : la mesure de l’acuité visuelle et l’évaluation de la sensibilité au contraste. Les résultats ont permis de discuter du rôle du conflit accommodation/convergence dans les systèmes de type 2, avec les tubes IL déplacés sur le coté. Une différence de sensibilité au contraste entre les systèmes de type 1 et 2 semble se confirmer. Une seconde série d’expérimentation propose une nouvelle approche méthodologique cognitive avec le développement de deux nouvelles méthodes appelées « simulation » et « stimulation ». Dans la première étude, la détection est influencée par l’expérience des sujets, le niveau de nuit et la fonction de sensibilité au contraste tandis que la prise de décision ne semble être dépendante que de l’expérience et du contraste. Avec des systèmes de vision nocturne fonctionnels, la détection et la prise de décision sont dépendantes du niveau de nuit. La dernière partie discute des modifications apportées aux méthodes sensorielles existantes ainsi que des nouvelles méthodes cognitives développées. Les apports méthodologiques sont également présentés, ainsi que d’autres approches expérimentales à mettre en place. En conclusion, les expérimentations menées « avec l’homme dans la boucle » ont permis d’apporter de nouvelles méthodes pour évaluer les dispositifs de vision nocturne. Il apparait aussi que, selon le type d’expérimentation à mener, il est essentiel de bien choisir la population sélectionnée, en termes de critère de performances visuelles, mais aussi d’expérience opérationnelle. / Methods to evaluate night-vision devices present an evident lack of technique preventing the testing of these devices with the operators themselves. To set up these methodology types and establish a link between evaluations in laboratory and flight tests, subjects’ performances were measured thanks to various methodologies in order to compare different night-vision systems. The final aim is to improve the predictability of laboratory evaluation to better prepare flight tests. A first series of experiment deals with the implementation of sensory methodologies thanks to the improvement of two classic methods: visual acuity measure and contrast sensitivity evaluation. The results enabled us to discuss the role of accommodation/convergence conflict in the type 2 systems, with tubes IT moved at each side of the head. A difference in contrast sensitivity between type 1 and type 2 systems seems to be confirmed. A second series of experiment proposes a new cognitive methodological approach with the development of two new methods called "simulation" and "stimulation". In the first study, the detection is influenced by the subject’s experience, night level and contrast sensitivity function, whereas decision-making seems only to be dependent on experience and contrast. With functional night-vision systems, detection and decision-making are dependent on night level. The last part discusses the modifications made to existing sensory methods and to the new developed cognitive methods. The methodological contributions are also presented, as well as other experimental approaches to set up. In conclusion, the experiments led including humans “in the buckle” brought new methods to evaluate night-vision devices. It appears as well that according to the type of experiment led, it is essential/very important to properly select the chosen population, as regards to the visual performance criteria, but also as regards to the subject’s operational experiment.

Pour concevoir des systèmes de vision embarquée, deux axes peuvent être considérés. Le premier se focalise sur la conception de nouveaux dispositifs numériques plus puissants capables de mettre en œuvre de manière efficace des algorithmes complexes. Le second se concentre sur l'élaboration de nouveaux algorithmes de vision, moins gourmands en ressources et qui peuvent efficacement être mis en œuvre sur des systèmes numériques embarqués. Nous privilégions dans ces travaux le second axe avec comme approche l'utilisation de modèles connexionnistes. Parmi les différents modèles existants, nous nous intéressons à deux modèles de réseaux de neurones artificiels, les réseaux à clusters et les réseaux convolutifs. Le premier modèle que nous utilisons, appelé réseau à clusters, n'avait jamais été utilisé pour réaliser des tâches de vision par ordinateur. Cependant, il paraissait être un bon candidat pour être utilisé sur des systèmes embarqués, notamment par des mises en œuvre sur des architectures matérielles dédiées. L'objectif a été tout d'abord de trouver les types de tâches pouvant être réalisées à l'aide de ce modèle de réseau. Ce modèle a été conçu pour réaliser des mémoires associatives. En vision par ordinateur, cela peut se rapprocher de problèmes tels que la recherche d'images par le contenu. Ce type d'application utilise massivement des algorithmes de recherche de plus proches voisins approchée et c'est donc sur ce type de tâches que nous nous sommes concentrés. Le second type de réseau étudié appelé réseau convolutif, est lui très populaire pour concevoir des systèmes de vision par ordinateur. Notre objectif a été ici de trouver des manières de simplifier ces réseaux tout en conservant des performances élevées. Nous proposons notamment une technique qui consiste à ré-entrainer des réseaux quantifiés. / To design embedded computer vision systems, two axes can be considered. The first focuses on designing new, more powerful, digital devices that can efficiently implement complex algorithms. The second targets the development of new, lightweight computer vision algorithms that can be effectively implemented on digital embedded systems. In this work, we favor the second axis by using connectionist models. In this context, we focus on two models of artificial neural networks: cluster-based networks and convolutional networks. The first model we use, i.e. cluster-based network, was never been used to perform computer vision tasks before. However, it seemed to be a good candidate to design embedded systems, especially through dedicated hardware architectures implementation. The goal was first to find out the kinds of tasks that could be performed using this network model. This model has been designed to implement associative memories which can come close to problems such as content- based image retrieval in computer vision domain. This type of application massively uses approximated nearest neighbor search algorithms which makes it a good candidate to focus on. The second type of network studied in this work, called convolutional network, is very popular to design computer vision systems. Our goal here was to find different ways to simplify their complexity while maintaining high performance. In particular, we proposed a technique that involves re-training quantified networks.

Les recherches de cette thèse portent sur la mise en oeuvre des méthodes de la rechercheopérationnelle (RO) pour la conception de circuits numériques dans le domaine du traitementdu signal et de l’image, plus spécifiquement pour des applications multimédia et de visionembarquée.Face à la problématique de “Memory Wall”, les concepteurs de systèmes de vision embarquée,Mancini et al. (Proc.DATE, 2012), ont proposé un générateur de hiérarchies mémoiresad-hoc dénommé Memory Management Optimization (MMOpt). Cet atelier de conception estdestiné aux traitements non-linéaires afin d’optimiser la gestion des accès mémoires de cestraitements. Dans le cadre de l’outil MMOpt, nous abordons la problématique d’optimisationliée au fonctionnement efficace des circuits de traitement d’image générés par MMOpt visantl’amélioration des enjeux de performance (contrainte temps-réel), de consommation d’énergieet de coût de production (contrainte d’encombrement).Ce problème électronique a été modélisé comme un problème d’ordonnancement multiobjectif,appelé 3-objective Process Scheduling and Data Prefetching Problem (3-PSDPP), reflétantles 3 principaux enjeux électroniques considérés. À notre connaissance, ce problème n’apas été étudié avant dans la littérature de RO. Une revue de l’état de l’art sur les principaux travauxliés à cette thèse, y compris les travaux antérieurs proposés par Mancini et al. (Proc.DATE,2012) ainsi qu’un bref aperçu sur des problèmes voisins trouvés dans la littérature de RO,a ensuite été faite. En outre, la complexité de certaines variantes mono-objectif du problèmed’origine 3-PSDPP a été établie. Des approches de résolution, y compris les méthodes exactes(PLNE) et les heuristiques constructives, sont alors proposées. Enfin, la performance de cesméthodes a été comparée par rapport à l’algorithme actuellement utilisé dans l’outil MMOpt,sur des benchmarks disponibles dans la littérature ainsi que ceux fournis par Mancini et al.(Proc.DATE, 2012).Les solutions obtenues sont de très bonne qualité et présentent une piste prometteuse pouroptimiser les performances des hiérarchies mémoires produites par MMOpt. En revanche, vuque les besoins de l’utilisateur de l’outil sont contradictoires, il est impossible de parler d’unesolution unique en optimisant simultanément les trois critères considérés. Un ensemble debonnes solutions de compromis entre ces trois critères a été fourni. L’utilisateur de l’outilMMOpt peut alors décider de la solution qui lui est la mieux adaptée. / The research of this thesis focuses on the application of the Operations Research (OR)methodology to design new optimization algorithms to enable low cost and efficient embeddedvision systems, or more generally devices for multimedia applications such as signal and imageprocessing.The design of embedded vision systems faces the “Memory Wall” challenge regarding thehigh latency of memories holding big image data. For the case of non-linear image accesses, onesolution has been proposed by Mancini et al. (Proc. DATE 2012) in the form of a software tool,called Memory Management Optimization (MMOpt), that creates an ad-hoc memory hierarchiesfor such a treatment. It creates a circuit called a Tile Processing Unit (TPU) that containsthe circuit for the treatment. In this context, we address the optimization challenge set by theefficient operation of the circuits produced by MMOpt to enhance the 3 main electronic designcharacteristics. They correspond to the energy consumption, performance and size/productioncost of the circuit.This electronic problem is formalized as a 3-objective scheduling problem, which is called3-objective Process Scheduling and Data Prefetching Problem (3-PSDPP), reflecting the 3 mainelectronic design characteristics under consideration. To the best of our knowledge, this problemhas not been studied before in the OR literature. A review of the state of the art, including theprevious work proposed by Mancini et al. (Proc.DATE, 2012) as well as a brief overview onrelated problems found in the OR literature, is then made. In addition, the complexity of someof the mono-objective sub-problems of 3-PSDPP problem is established. Several resolutionapproaches, including exact methods (ILP) and polynomial constructive heuristics, are thenproposed. Finally, the performance of these methods is compared, on benchmarks available inthe literature, as well as those provided by Mancini et al. (Proc.DATE, 2012), against the onecurrently in use in the MMOpt tool.The results show that our algorithms perform well in terms of computational efficiency andsolution quality. They present a promising track to optimize the performance of the TPUs producedby MMOpt. However, since the user’s needs of the MMOpt tool are contradictory, such aslow cost, low energy and high performance, it is difficult to find a unique and optimal solutionto optimize simultaneously the three criteria under consideration. A set of good compromisesolutions between these three criteria was provided. The MMOpt’s user can then choose thebest compromise solution he wants or needs.

Cette thèse étudie certains problèmes plus importants dans le sens de guidage, navigation et contrôle présentés dans une catégorie particulière de mini véhicules aériens (MVA) : le MVA convertible avec des ailes fixes et disques pendulaires. Cet aéronef est capable de changer sa configuration de vol, du vol stationnaire au vol palier et vice versa, au moyen d’une manœuvre de transition. Motivé par des applications civiles, on étudie théoriquement et expérimentalement les principes de contrôle en fonction de Lyapunov pour les dynamiques présentées dans le MVA convertible. Des résultats de convergence asymptotique sont obtenus sur l’enveloppe de vol complet du véhicule : d’un vol vertical à basse vitesse à un vol vers l’avant à grande vitesse. Cette thèse est divisée en quatre parties principales : l’étude de 1) les aéronefs à voilure fixe ; 2) le quadrirotor (avion équipe de quatre moteurs) ; 3) l’aéronef convertible ; 4) les applications de vision en utilisant l’aéronef convertible. Dans la première partie, un principe de contrôle en fonction de Lyapunov est développé pour diriger un mini véhicule aérien à voilure fixe tout au long d’un chemin d’accès souhaité. En outre, un générateur de chemin d’accès est proposé. Le résultant de la stratégie du contrôle donne une convergence globale du chemin actuel du MVA au chemin d’accès souhaité. Dans la deuxième partie, un contrôle en fonction de Lyapunov à l’aide de la théorie de la perturbation du singulier est proposé et appliqué sur la dynamique du MVA. En effet, dans cette partie on a abordé le problème diagnostic et la détection de pannes fault detection and diagnosis (FDD) pour un quadrirotor. Dans la troisième partie une nouvelle stratégie de contrôle pour effectuer la transition d’un avion convertible entre le mode avion et le mode hélicoptère, et vice versa, est présenté. L’analyse est effectuée pour le modèle longitudinal du PVHAT (Planar Vertical Helicopter-Airplane Transition) aéronef, lequel est un avion ayant disques pendulaires afin de réaliser la manœuvre de transition. L’algorithme de contrôle de boucle fermée qui en résulte, est prouvé être globalement asymptotiquement stable. Finalement, dans la quatrième partie de cette thèse, le problème de l’estimation et suivi d’un chemin à l’aide de vision système embarqué dans l’avion PVHAT est résolu. La stabilité globale exponentielle de la position sous-système ainsi que le contrôleur de commutation est démontrée. Des simulations illustratives et résultats expérimentaux sont obtenus sur plusieurs plateformes expérimentales développées dans cette thèse, pour évaluer l’applicabilité des principes contrôle proposés et mettre en valeur les mérites de l’approche. / This thesis studies some of the most relevant problems in the sense of guidance,navigation and control presented in a particular class of mini aerial vehicles (MAV) : the convertible MAV with fixed wings and tilting rotors. This aircraft is able to change its flight configuration from hover to level flight and vice-versaby means of a transition maneuver. Motivated by civilian applications, we theoretically and experimentally study Lyapunov-based control laws for dynamics presented in the convertible MAV. Results of asymptotic convergence are obtained over the complete flight envelope of the vehicle : from low-speed vertical flight through high-speed forward flight. We have divided this thesis in four main parts : the study of 1) the fixed-wingaircraft; 2) the quadrotor; 3) the convertible aircraft and 4) vision applications by using the convertible aircraft. In a first part, a Lyapunov-based controllaw is developed to steer a fixed wing mini aerial vehicle along a desired path. Furthermore a path generator is proposed. The resulting control strategy yields global convergence of the current path of the MAV to the desired path. In a second part, a Lyapunov-based control using singular perturbation theory is proposed and applied on dynamics of the MAV. Furthermore, in this part we address the problem of fault detection and diagnosis (FDD) for a quad-rotor. In the third part a new control strategy for the transition between airplane and helicopter mode, and vice versa, in convertible planes is presented. The analysis is carried out for the longitudinal model of the PVHAT (Planar VerticalHelicopter-Airplane Transition) aircraft, which is an airplane having tilting rotors in order to achieve the transition maneuver. The resulting closed loop control algorithm is proved to be globally asymptotically stable. Finally in thefourth part of this thesis the problem of estimation and tracking of a road using avision embedded system in the PVHAT aircraft is solved. The global exponential stability of the position subsystem together with the switching controller is demonstrated. Illustrative simulations and experimental results obtained on several experimental platforms developed in this thesis, assess the implementability of the proposed control laws and highlight the merits of the approach.

Cette thèse traite des caméras light-field en tant que caméra ayant des capacités 3D. Les images brutes, acquises avec ces systèmes, sont généralement inexploitables directement. L’obstacle majeur concernant l'utilisation de ces caméras réside dans la complexité du traitement des images acquises. Cette thèse vise à dépasser ces limitations en s'intéressant aux dispositifs multi-vues et multi-caméras. De plus, comme l'un des domaines d'application envisagé est la vision industrielle, les images sont acquises en lumière naturelle afin de conserver la possibilité d'effectuer des traitements conventionnels par vision sur les images. Le travail de thèse repose sur trois axes : l'étude et la conception optique de systèmes light-field multi-caméras et multi-vues, le calibrage de ces dispositifs et le développement d’algorithmes et enfin leur mise en application pour montrer les intérêts de ces caméras dans divers domaines. / This thesis deals with light-field cameras as cameras having 3D capacities. The raw images. acquired with these systems, are generally unusable directly. The main obstacle about their use lies in the complex processing of the recorded images. This thesis aims to overcome these limitations by focusing on multi-views and multi-camera devices. Morcover, as one of the application domains is the industrial vision, the images are acquired in natural lightning in order to conserve the possibility to make conventional treatments by vision on the images. The work is based on three axis: the study and'the optical desien of light-field systems, the calibration of these devices and the development of algorithms to show the intercsts of these cameras in various fields.