Le domaine de l’imagerie médicale a pris depuis de nombreuses années un essor sans pareil permettant le développement de nouvelles méthodes de diagnostic et de traitement. Celles-ci se sont évidemment accompagnées de nombreux outils facilitant le travail des médecins. La présente thèse propose deux approches pour l’aide à la segmentation de structures anatomiques sur des images médicales. Une première technique se penche sur la détermination semi-automatique de l’aire de l’ouverture de la valve aortique. La combinaison des contours actifs et d’information a priori provenant de l’électrocardiogramme constitue une contribution majeure de cette méthode. Des essais ont été réalisés sur six patients. Ils ont produit une courbe de l’évolution temporelle de l’aire de la valve comparable à celle obtenue avec une segmentation manuelle. La seconde méthode permet de tracer les contours de la prostate sur des images de CT en exploitant l’information sur la prostate obtenue d’images d’échographie. L’objectif de cette méthode est de proposer des contours initiaux aux radio-oncologues afin de réduire la variabilité dans la détermination du volume de la prostate. La contribution majeure de cette technique est la projection des contours extraits de l’échographie sur les images de CT. Ces contours sont ensuite déformés pour les adapter à la forme réelle de la prostate sur l’image CT. Une étude clinique a été menée afin de vérifier l’impact de l’utilisation de cet outil d’aide au traçage des contours sur la variabilité intra et inter-observateurs. Les résultats de cette étude ont été très concluants puisqu’ils ont permis de montrer qu’il est possible de diminuer la variabilité inter-observateur de 6% sur le volume complet. L’étude n’a par contre pas permis de tirer une conclusion définitive concernant la diminution de la variabilité intra observateur. Le temps nécessaire pour le traçage des contours constituait aussi un aspect qui a été mesuré par cette étude. Les résultats obtenus montrent une diminution de 46% du temps nécessaire pour la réalisation des contours lorsque l’on propose des contours initiaux adaptés à l’image. / Since many years the use of medical imaging techniques has increased significantly. Medical imaging has driven the development of treatments and diagnosis to increase the efficiency and the precision of the physicians. This thesis proposes two methods to help the segmentation of anatomical structures in medical images. The first technique creates semi-automatic segmentation for the opening of the aortic valve. This method combines active contours (snakes) and a priori information from the electrocardiogram for guiding the segmentation. This association is the major contribution of this approach. This method has been tested on six patients. The curve of the area of the opening of the valve produced by the algorithm is very similar to the same curve obtained with manual segmentation. The second technique extracts a segmentation of the prostate on CT images using ultrasound data. The aim of this tool is to suggest initial contours to the physician in order to reduce the variability in his delineation of the prostate volume. The major contribution of this technique is to project planning ultrasound contours on the CT images. After the projection, the contours are directly adapted to the CT image with a deformation process. A clinical survey has been led to assess that this tool can help to reduce the intra and inter-observer variability in his delineation of the prostate volume. The result of this study shows that it is possible to reduce the inter-observer variability by 6% on the complete volume. It is also possible to reduce the intra observer variability by 12%. The time for delineation of the prostate was also a factor that was measured in the clinical study. It was found that it is possible to reduce the time to draw contours as much as 46% when initial contours are suggested to the physician.

La spectroscopie par la mesure du spectre optique est un outil dont on ne peut aujourd’hui plus se passer dans la grande majorité des laboratoires de chimie analytique et pour les applications de télédétection. À cet effet, l’usage de spectromètres par transformation de Fourier, les FTS (Fourier Transform Spectrometer), est très répandu. Parmi ces spectromètres, on trouve de plus en plus des instruments imageurs: les iFTS. À la différence des FTS classiques qui ne mesurent qu’un seul point, les iFTS mesurent un grand nombre de points d’une scène simultanément, ce qui ouvre la porte à des analyses spectrales sur des images. Les mesures spectrales effectuées par des FTS présentent certaines erreurs systématiques qui sont en grande partie décrites par la fonction de réponse spectrale de l’instrument, ou la SRF (Spectral Response Function). Dans le cas des instruments imageurs, chaque pixel possède sa propre réponse spectrale individuelle. Cela ouvre une toute nouvelle dimension dans l’analyse et la prédiction des erreurs systématiques de l’instrument. Grâce à la combinaison de la capacité d’imagerie et de télédétection des FTS imageurs, ce type d’instrument est souvent choisi pour des applications aérospatiales de sciences atmosphériques, tant pour l’étude de l’atmosphère terrestre que d’autre corps célestes. Ces applications sont toutefois très exigeantes et présentent des requis très stricts en matière de précision spectrale des instruments de mesure. Répondre à ces exigences sans une connaissance excellente de la réponse spectrale est impensable. La modélisation de la réponse des spectromètres permet d’obtenir une bonne connaissance des performances de ces instruments. Cette thèse propose d’abord une revue des effets affectant la réponse spectrale des FTS imageurs, pour ensuite présenter une nouveau modèle numérique de cette famille d’instruments. Ce modèle global de performance spectrale inclut des effets optiques généralement ignorés, simplifiés ou modélisés individuellement. La nécessité de modéliser ces effets, tels que ceux qui sont causés par la fonction de transfert optique de l’objectif du détecteur ou par l’architecture de la matrice de détecteur en plan focal (FPA), est démontrée par des usages exemplaires du modèle. Enfin, l’application du modèle comme support à l’analyse de performance du spectromètre imageur GLORIA est présentée. / Spectroscopy and the measurement of light spectrum have become essential tools in a large number of fields, from analytic laboratories to remote sensing field measurements. In these applications, the use of Fourier transform spectrometers (FTS) is widespread and, more recently, imaging Fourier transform spectrometers (iFTS) are becoming ever more popular. The iFTS instruments enable spatially resolved highresolution spectral analysis within a single measurement, thus allowing the study of fine spectral variations in observed scenes. Such measurements inherently include systematic errors which can be in large part described by the instrument spectral response function, often referred to as SRF. In the case of iFTS, each pixel of the instrument will sport a different spectral response, which opens a whole new dimension not only in the measurement itself, but also for error analysis and instrument design. Because of their unique imaging capacity, iFTS instruments are a prime choice for remote sensing applications from airborne or spaceborne platforms for the measurement of the Earth atmosphere, as well as the atmosphere of other celestial bodies. The requirements on the spectral accuracy demanded by such missions are very high. To achieve these requirements, an excellent knowledge of the instrument spectral response is essential. Modelling of the spectral response of iFTS instruments is a possible approach to achieve the desired knowledge of instrument performances. This thesis offers a review of the factors affecting the spectral performances of FTS instruments from which a numerical model of the spectral response specifically designed with imaging instrument in mind is proposed. This model integrates optical effects which were up to now only studied separately – if at all – and not integrated in a global performance model of the instrument. The necessity to consider these effects, such as those caused by the optical transfer function of the detector imaging optic or the architecture of the imaging focal plane array (FPA), is demonstrated. Using dedicated measurement of the airborne iFTS GLORIA (Gimballed Limb Observer for Radiance of the Atmosphere), the application of the model for performance analysis and review is demonstrated.

Ce mémoire vise à étudier la conception, la fabrication et la caractérisation de filtres à base de coupleurs contra-directionels en silicium. Ceux-ci sont un type de filtre optique encore peu connu, semblable à des réseaux de Bragg, mais réfléchissant dans un autre guide d'onde. Afin de comprendre pourquoi les filtres optiques sont importants à améliorer, ce mémoire commence en expliquant la base des communications optiques. Sont ensuite expliqués les principes de la photonique sur silicium, et comment arriver à manipuler la lumière à l'aide des matériaux utilisés en électronique. Les différents dispositifs existants en silicium sont énumérés, avec une attention particuliére portée aux filtres optiques. Le principe de fonctionnement des coupleurs contra-directionels est expliqué en détail au chapitre 2. Celui-ci reformule les principes de base connus, en rajoutant des détails sur la simulation de l'apodization et du bruit de phase. La recherche originale en laboratoire à ce sujet est exposée dans les chapitres 3 et 4. Le premier article démontre qu'il est possible de fabriquer des coupleurs contra-directionels avec un processus de photolithographie malgré la précision requise. Le deuxième utilise des coupleurs contra-directionels pour créer un filtre accordable ayant la plus grande plage d'accordabilité mesurée sur silicium. Tester ces dispositifs fut une part importante du travail et de l'apprentissage. Ainsi, le dernier chapitre est consacré à la caractérisation des dispositifs sur silicium à l'aide d'un montage automatisé. Ce chapitre a pour but d'expliquer en détail toutes les étapes du design, de l'alignement et des tests afin de documenter la procédure pour les nouveaux étudiants. Au final, ce travail démontre que les coupleurs contra-directionels en silicium sont une solution envisageable pour plusieurs applications nécessitant des filtres optiques, tel que les réseaux reconfigurables et les canaux de communication large bande. / This memoir aims to study the design, fabrication and characterization of filters based on contra-directional couplers on silicon. These are a type of filter still little known, similar to Bragg gratings, but reflecting the light in an other waveguide. To understand why optical filters are important to improve, this memoir starts by introducing the basis of optical communications. The principles of silicon photonics are then explained, to understand how to manipulate light using micro-electronics materials. The devices available on silicon are enumerated, with a special attention given to optical filters. Contra-directional couplers are explained in detail in chapter 2. This chapter explains the known principles, adapting them to be able to simulate apodization and phase noise in these devices. The original laboratory research is shown in chapters 3 and 3. The first article demonstrates that it is possible to fabricate contra-directional couplers using photolithography despite the small features required. The second one uses contra-directional couplers to create a tunable filter displaying the greatest tunable bandwidth range measured in silicon filters. Testing these devices has been an important part of the work. The last chapter is about the characterization of silicon devices using an automated setup. This chapter aims to explain all the details of the design, alignment and test to document the procedure for future students. In sum, this work shows that silicon contra-directional couplers are an appealing solution for many applications which require optical filters such as reconfigurable networks and broadband channels.

Les arrêts de production dus à des défauts de l'équipement sont coûteux dans les centrales hydroélectriques. Ces arrêts peuvent être causés par un mauvais asservissement de la vitesse des générateurs. L'utilisation d'un système de monitoring des performances de régulation permet de connaître à intervalle rapproché l'état de l'asservissement de vitesse des générateurs. Les méthodes de détection de défauts développées et appliquées aux générateurs déterminent la probabilité d'occurrence d'un arrêt de production engendré par une instabilité. L'utilisation des méthodes classiques de supervision des procédés intégrées à l'aide de l'analyse par composantes principales permet d'obtenir une détection et une localisation des défauts présents dans les régulateurs et les générateurs hydroélectriques. Les résultats obtenus sont présentés sous forme de graphiques aisément interprétables.

Cette thèse propose des algorithmes d'acquisition et de traitement de données adaptés aux spectromètres imageurs par transformation de Fourier. L'objectif visé est d'alléger le fardeau de post-traitement, afin que l'usager ait rapidement accès à des spectres étalonnés. La configuration d'instrument étudiée consiste en un interféromètre à balayage continu couplé à une caméra intégratrice à synchronisation externe. Un banc d'essai d'imageur spectral proche/moyen infrarouge fabriqué par la compagnie Telops Inc. a été utilisé pour développer et valider les algorithmes d'acquisition et de traitement de données. Deux thèmes spécifiques ont été étudiés, s'avérant d'intérêt pour cette configuration particulière. Le premier thème concerne l'optimisation du processus de. collection de données. Une nouvelle technique d'échantillonnage d'interférogramme est démontrée pour les spectromètres imageurs par transformation de Fourier. Cette technique permet à la fois de minimiser la quantité de données et de corriger au besoin la gigue d'échantillonnage induite par le retard inhérent au processus de photointégration. Le deuxième thème concerne l'étalonnage spectral de mesures obtenues avec une matrice de détecteurs. Une technique d'intégration de fonction d'appareil est adaptée aux spectromètres imageurs par transformation de Fourier. Des résultats d'étalonnage sont présentés, ainsi que des résultats d'élargissement de champ de vue qui dévoilent un comportement inattendu de l'instrument. Une étude de l'amplitude et de la phase de deux interférogrammes laser est ensuite faite pour scruter certaines contributions instrumentales. L'approche utilisée démontre la présence d'une subtile altération due à l'instrument. Un algorithme de correction est finalement proposé pour compléter le processus d'étalonnage spectral.

Les lasers à fibre de haute puissance sont maintenant la solution privilégiée pour les applications de découpe industrielle. Le développement de lasers pour ces applications n’est pas simple en raison des contraintes qu’imposent les normes industrielles. La fabrication de lasers fibrés de plus en plus puissants est limitée par l’utilisation d’une fibre de gain avec une petite surface de mode propice aux effets non linéaires, d’où l’intérêt de développer de nouvelles techniques permettant l’atténuation de ceux-ci. Les expériences et simulations effectuées dans ce mémoire montrent que les modèles décrivant le lien entre la puissance laser et les effets non linéaires dans le cadre de l’analyse de fibres passives ne peuvent pas être utilisés pour l’analyse des effets non linéaires dans les lasers de haute puissance, des modèles plus généraux doivent donc développés. Il est montré que le choix de l’architecture laser influence les effets non linéaires. En utilisant l’équation de Schrödinger non linéaire généralisée, il a aussi été possible de montrer que pour une architecture en co-propagation, la diffusion Raman influence l’élargissement spectral. Finalement, les expériences et les simulations effectuées montrent qu’augmenter la réflectivité nominale et largeur de bande du réseau légèrement réfléchissant de la cavité permet d’atténuer la diffusion Raman, notamment en réduisant le gain Raman effectif. / High power fiber lasers are now the preferred solution when it comes to industrial cutting applications. Development and power scaling of industrial grade high power fiber lasers is however limited by industrial reliability specifications. Power scaling of fiber lasers is limited by non-linear effects, which arise from fiber designs with a small mode area therefore requiring the development of new methods to suppress non-linear effects. In this memoir, experiments and simulations show that the models used to describe nonlinear effects in the case of passive fibers are no longer valid in the case of high power fiber lasers. New metrics must thus be defined. We also show that the laser configuration influences the non-linear effects. Using the general non linear Schrödinger equation we also show that in the case of a high power end-pumped laser configuration, Raman scattering affects spectral broadening. Experimental and theoretical work also show that changing the grating mirror properties such as increasing the reflectivity or the bandwidth of the low reflectivity grating reduces Raman scattering.

Ce mémoire présente une étude sur des montages redresseurs polyphasés ayant des performances convenables pour le réseau d’alimentation électrique des avions. Les redresseurs considérés comportent 6 phases, 9 phases et 12 phases. Les caractéristiques de ces montages redresseurs sont étudiées théoriquement et des modèles ont été développés utilisant le logiciel SimPowerSystems (SPS) afin de déterminer la performance de ces redresseurs sous différentes conditions de fonctionnement. Les résultats de simulation sont évalués et comparés avec les normes de l’avionique MIL-STD-704F et RTCA-DO-160G. Une étude expérimentale a été effectuée sur un redresseur commercial à 6 phases dans le but de valider le modèle SPS développé pour ce montage redresseur. Les mesures ont été effectuées sur le montage expérimental à différents niveaux de charge et les résultats sont comparés avec ceux donnés par le modèle SPS. La concordance entre les deux résultats est très bonne, ce qui assure l’exactitude du modèle développé. / This paper presents a study of polyphase rectifier circuits with suitable performance for power network of aircrafts. The study has been conducted on 6, 9 and 12-phases rectifiers. The characteristics of these rectifying circuits are studied theoretically and models have been developed using the software SimPowerSystems (SPS) to determine the performance of these rectifiers in different operating conditions. The simulation results are evaluated and compared with the avionics standards MIL-STD-704F and RTCA-DO-160G. An experimental study was conducted on a 6-phase commercial rectifier in order to validate the SPS model developed for this rectifier circuit. The measurements were performed on the experimental circuit with different charge levels and the results are compared with those given by the SPS model. The concordance between results is very good, which ensures the accuracy of the model developed.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Ce mémoire présente des estimateurs d'états dans le but de pister des cibles devant un lidar dont la résolution angulaire est faible. D'abord, la transformée de Hough est adaptée à la configuration polaire du lidar et au bruit de mesure qui est gaussien en distance radiale et uniforme en position angulaire. La transformée de Hough développée permet d'estimer la trajectoire de la cible en évaluant la meilleure droite passant par les détections les plus récentes et cette estimation s'approche du maximum de vraisemblance. Ensuite, le résultat de la transformée de Hough est intégré à un filtre de Kalman, classique, étendu ou non parfumé. Deux stratégies sont employées : transformer le bruit uniforme en bruit gaussien en projetant les mesures de position angulaire sur la droite ou ajouter la droite comme une contrainte relaxée dans les observations du filtre de Kalman. Des simulations montrent que le filtre de Kalman non parfumé avec contrainte relaxée est celui qui offre les meilleures performances d'estimation en moyenne. Particulièrement, le gain de l'utilisation de cette méthode par rapport au filtre non parfumé ordinaire augmente dans les situations suivantes : lorsque la cible s'éloigne, plus elle est loin du lidar, plus la cible est petite par rapport à la largeur d'un élément lidar. Les simulations sont analysées pour difiérentes trajectoires linéaires et courbes, pour des cibles de deux tailles (piéton ou voiture) et trois configurations lidars (16 éléments de 2:8° chaque, 8 éléments de 5° chaque et 9 éléments de 10° chaque). Des résultats expérimentaux pour des piétons et une configuration de 16 éléments sont aussi illustrés. / In this master's thesis, state estimators are designed to track targets seen by a lidar with very low angular resolution. The Hough transform is modified in order to consider the polar configuration of the lidar detections, the gaussian noise on their distance measurements and the uniform noise on their angular position measurements. The designed Hough transform estimates the trajectory of a target by evaluating the best line passing on the most recent detections. This estimation approaches the maximum likelihood. Some methods to reduce the computational complexity are also shown. The results of the Hough transform are then combined with Kalman filters (classic, extended and unscented). Two main strategies are developed : transforming the uniform noise into gaussian noise by projecting the angular position on the estimated line, or adding the line as soft constraints in the observation vector of the Kalman filter. Simulations show that the unscented Kalman filter with soft constraints has the lowest mean square error on the state estimation on average. Moreover, this method's improvement in accuracy, in comparaison to a regular unscented Kalman filter, is significant in the following cases : when the target moves away, when the target is far away or when the target is smaller than the width of a lidar element. Simulations are done for different linear and curved trajectories, for two sizes of targets (pedestrian and car) and for three lidar configurations (16 elements of 2:8° each, 8 elements of 5° each et 9 elements of 10° each). Experimental results for pedestrians and a 16 elements lidar are also discussed.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2006-2007 / Nous étudions à travers ce travail de recherche les méthodes d'égalisation entraînée et aveugle dans les canaux de communications sélectifs en fréquence invariants et variants dans le temps. Ces méthodes d'égalisation trouvent leur place dans un grand nombre d'applications telles que les télécommunications sans fil, le traitement de la parole, etc. L'objectif de l'égalisation entraînée est d'identifier les données émises à partir des observations issues de l'antenne et des séquences d'apprentissage préalablement connues par le récepteur. Alors que l'égalisation aveugle consiste à identifier les données émises uniquement à partir des observations issues de l'antenne. Les méthodes aveugles n'ont donc connaissance a priori ni des signaux émis ni du canal de transmission. Dans le cadre de notre recherche, nous proposons trois modèles d'égalisation : deux modèles autodidactes (sans séquence d'apprentissage) pour l'égalisation dans les canaux sélectifs en fréquence et invariants, et un modèle entraîné (avec séquence d'apprentissage) pour l'égalisation dans les canaux sélectifs en fréquence et variants dans le temps. / In this research work, we study the blind and trained equalization methods over stationary and time varying frequency selective channels. These equalization methods find their place in a large number of applications such as wireless Systems, speech processing, etc. The objective of trained equalization is to identify the transmitted data from the received signals and from training sequences known beforehand by the receiver, whereas blind equalization identifies the transmitted data only from the received signals. Blind methods do not have a prior information about transmitted signals, nor the channel. Within the framework of our research, we propose three equalization models : two blind models (without training sequence) for the equalization over stationary frequency selective channels, and a trained model (with a training sequence) for the equalization over time varying frequency selective channels.

Avec l’adoption croissante des véhicules électriques, il y a un intérêt pour utiliser des tarifs dynamiques dont le prix dépend de la demande actuelle, pour encourager les utilisateurs à recharger leurs véhicules en période de faible demande évitant les pics d’électricité pouvant dépasser la capacité installée. Le problème que devaient affronter les utilisateurs de véhicules électriques est qu’ils doivent s’assurer que l’énergie électrique présente dans les batteries est suffisante pour les déplacements et que les périodes de recharge correspondent à des périodes où le prix de l’électricité est bas. La plupart des approches actuelles de planification de recharge supposent une connaissance parfaite des futurs prix de l’électricité et de l’utilisation du véhicule, ce qui nuit à leur applicabilité dans la pratique. Cette thèse considère la modélisation de la recharge intelligente des véhicules électriques pour déterminer, lors des sessions de connexion, les moments où le véhicule doit se recharger afin de minimiser le coût payé pour l’énergie de ses déplacements. La thèse comporte quatre principales contributions: 1) Modèle de recharge optimale des véhicules électriques pour générer une série de décisions en utilisant la connaissance a priori du prix de l’électricité et de l’énergie utilisée, en utilisant la programmation dynamique comme méthode d’optimisation. 2) Création d’un modèle de système d’information incluant des variables connexes au modèle de recharge des véhicules électriques dans un cadre guidé par des données. 3) Méthode de sélection des données pertinentes utilisant la stratification de données pouvant réduire significativement le temps requis pour entraîner les modèles de prévision avec des résultats proches de ceux obtenus en utilisant l’ensemble de données complet. 4) Modèle de classification en ligne qui permet de déterminer s’il faut charger ou non le véhicule à l’aide de modèles d’apprentissage automatique qui peuvent générer, en temps réel, une décision de recharge quasi-optimale sans tenir compte d’une connaissance de l’information future. Nous démontrons comment la combinaison d’une méthode d’optimisation hors ligne, telle que la programmation dynamique, avec des modèles d’apprentissage automatique et un système d’information adéquat peut fournir une solution très proche de l’optimum global, sans perte d’applicabilité dans le monde réel. De plus, la polyvalence de l’approche proposée permet d’envisager l’intégration d’un plus grand nombre de variables à l’entrée du modèle, ainsi que d’autres actions comme par exemple fournir d’énergie au réseau électrique pour aider à réduire les pics de demande ce qui pourrait être utile dans un contexte de vehicle-to-grid (V2G). / With the increasing adoption of electric vehicles, there is an interest to use dynamic tariffs where the price depends on the current demand, encouraging users to charge their vehicles in periods of low demand, avoiding electricity peaks that may exceed the installed capacity. The issue an electric vehicle user must tackle is that it should ensure that its electric power is sufficient for its trips and that the recharge periods correspond to periods where the price of electricity is low. Most current charge scheduling approaches assume a perfect knowledge of the future prices and car usage, which hinders their applicability in practice. This thesis considers the modelling of the intelligent recharge of electric vehicles to determine, during the connection sessions, the times when the vehicle may be charged in order to minimize the overall energy cost. The thesis has four main contributions: 1) Optimum electric vehicle recharge model to generate a series of decisions using full knowledge of the price of electricity and energy used using dynamic programming as a method of optimization. 2) Creation of an information system model which includes variables relevant to the recharging model of electric vehicles in a framework data-driven. 3) Method of selecting relevant data using the stratification by clusters which can significantly decrease the time required to train forecasting models with results close to those obtained using the complete dataset. 4) Classification model which allows the determination of whether or not to charge the vehicle using machine learning models that can generate, in real time, a near-optimal recharge decision without considering perfect knowledge of the future information. We demonstrated how combining an offline optimization method, such as dynamic programming with machine learning models and a coherent information system can provide a solution very close to the global optimum without loss of applicability in real-world. Moreover, the versatility of the proposed approach allows the consideration of the integration of a larger set of variables at the input of the model, as well as other actions such as for example supplying energy to the network to further help reducing demand peaks which could be useful in a vehicle-to-grid context (V2G).