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Les travaux réalisés dans le cadre de ce projet de recherche consistent en la modélisation, l'optimisation et la réalisation expérimentale de filtres optiques périodiques. Les filtres étudiés sont des réseaux de Bragg photo induits par illumination ultraviolette, lesquels présentent un spectre périodique menant à la formation de filtres optiques multicanaux. La principale application des filtres périodiques proposés est la compensation de la dispersion chromatique encourue par des signaux optiques lors de leur propagation dans des liens de fibre optique. Les critères de conception ont été établis afin de démontrer une application concrète de ces filtres multicanaux. Afin de faciliter la conception de filtres optiques particuliers la modélisation et l'optimisation employées dans cette étude utilisent des éléments théoriques de traitement de signal dont, plus particulièrement, la transformée en Z. La faisabilité expérimentale des composants est aussi étudiée et quelques résultats expérimentaux sont exposés dans ce mémoire. Plusieurs techniques d'écriture ont été considérées, dont la superposition de réseaux par écriture successive et l'encodage, dans un masque de phase complexe, de la phase du réseau complexe avec apodisation de l'amplitude de la modulation d'indice. L'introduction du design du réseau de Bragg dans le masque de phase est aussi traitée afin d'améliorer les performances de ce nouveau type de compensateurs de dispersion chromatique. Finalement, la performance système des composants développés est évaluée par différentes mesures de taux d'erreur binaire à 10 Gbit/sec, afin de comparer les pénalités introduites par le compensateur avec celles d'une fibre compensatrice.

Le but du projet est de remplacer une caméra d'un nœud du système MONNET (Monitoring of Extended Premises : Tracking Pedestrains Using a Network of Loosely Coupled Caméras) par une paire de caméras stéréo agiles. Cette paire de caméras permettra une détection plus poussée des sujets, en effectuant un suivi 3D de ceux-ci sur une plus longue période et pour en tirer plus d'informations. Il sera aussi possible d'extraire de l'information géométrique sur les sujets détectés. Problématique Notre société (locale et internationale) fait face à des besoins croissants sur le plan de la sécurité. Nous sommes à la recherche de nouvelles approches de surveillance pour augmenter cette sécurité. Une voie de recherche en expansion est la surveillance automatisée par vision artificielle. Les systèmes actuels souffrent de l'incapacité des caméras présentement disponibles d'extraire de l'information géométrique sur les sujets ainsi que de faire un suivi 3D sur un sujet intéressant et nécessitant une plus grande attention / analyse. Motivation & Approche Ce travail se greffe au projet MONNET. Le projet a pour objectif la réalisation d'un système de surveillance utilisant un groupe de nœuds faiblement couplés. L'idée principale est de pouvoir placer des nœuds sans se soucier de leur emplacement par rapport au reste du système et sans reposer sur un serveur central. Ce travail explore la possibilité d'ajouter un nœud formé d'une paire de caméras stéréo agiles. Le projet est déjà capable d'extraire de l'information de la scène observée, mais le système reste statique au niveau des capteurs vision. Avec l'ajout d'une paire stéréo, le système de vision sera dynamique et réagira à son environnement. L'approche employée sera de détecter un sujet dans le champ de vue des caméras de la paire stéréo et d'y extraire le maximum d'informations durant son parcours dans le champ de vue commun. Lorsque le sujet quittera le champ de vue commun, le système estimera sa trajectoire à partir de sa position actuelle et antérieure, afin de se rediriger vers le sujet pour le suivre à nouveau. Cela se fera jusqu'à la limite du déplacement des caméras. Défis L'un des défis majeurs du projet impliquant la paire stéréo agile est la soustraction de Parrière-plan. Comme les caméras vont changer d'orientation tout au long du suivi, le fond de scène va aussi changer (sera statique suivi d'un changement brusque). Différentes techniques devront être utilisées afin de surmonter le problème. Un autre point important qu'il ne faut pas négliger est que lors du déplacement de la caméra, si l'estimation de la position du sujet est erronée et que nous le perdons, l'on doit récupérer rapidement de cette erreur, afin de toujours suivre le sujet. Applications L'application principale serait dans un système de surveillance qui, lorsqu'un événement douteux se produit, pourrait continuer à suivre plus longtemps et avec plus de précision ou de détails la personne qui a engendré l'événement douteux.

Problème : Dans un contexte de guerre urbaine qui relève du domaine militaire ou plutôt dans un contexte de surveillance et/ou de sécurité, il importe d'avoir les meilleures informations possibles avant de prendre et d'appliquer une décision sur la procédure d'intervention. En ayant des capteurs hétérogènes à faibles coûts, on est en mesure d'apporter davantage de renseignements sur un changement de l'environnement étudié. Par contre, le fait d'avoir des capteurs différents accentue la complexité du traitement des signaux provenant de chaque capteur. Cette complexité vient de la nature intrinsèque du capteur car on doit acquérir l'information qui nous permet, dans toutes les conditions et en tout temps, de discriminer l'objet A de l'objet B. Il faudra donc porter une attention particulière aux algorithmes choisis. En greffant au système MONNET de nouveaux capteurs, on diminuera le nombre de fausses alarmes ce qui améliorera le modèle des objets détectés. Motivation : Ce travail s'ajoute au projet MONNET en y ajoutant des capteurs sonores, de pression, binaires, etc.. pour augmenter l'efficacité de celui-ci. L'approche employée sera d'intégrer un système gérant les différents capteurs avec MONNET et d'extraire le maximum d'informations utiles pour un traitement afin de vérifier la viabilité et le rendement que peut engendrer l'ajout de ces capteurs. Ensuite, on affichera les résultants de façon graphique. Défis : L'un des défis majeur du projet est l'extraction de données pertinentes provenant des capteurs et leur traitement par des algorithmes pertinents pour perfectionner les modèles des objets dans MONNET. Prenons par exemple le cas d'un capteur sonore. Il faudra juger quel contenu fréquentiel doit être retenu pour apparier l'objet X aux fréquences Y. Applications : On peut facilement penser aux applications possibles suite à l'implantation des capteurs à chaque nœud MONNET. Premièrement, d'un point de vue militaire, on améliore l'assistance au soldat du futur en lui donnant des informations sur l'environnement où il évolue. Sur le plan civil, la surveillance/sécurité est la principale avenue d'application. Approche : La méthodologie de recherche consistera à effectuer une revue de littérature sur les systèmes comparables. La construction d'un prototype (application indépendante) sera faite pour démontrer les capacités de ces capteurs. Ensuite, le développement et l'implantation d'une architecture faite pour le système MONNET en langage C++ sera produite. Finalement, le système MONNET « rehaussé » avec les modules gérant les capteurs sera testé dans un environnement réel. / Problem : In the context of an urban military war or more commonly in the context of surveillance and/or security, it is imperative to have the best possible information before making decisions concerning intervention procedures and their application in a given situation. Affordable heterogeneous sensors will result in an increase in the information obtained concerning a change in the environment studied. However, having different sensors will accentuate the complexity of the treatment of signals originating from each sensor. This complexity arises from the intrinsic nature of the sensor since one must acquire information which will enable, in ail conditions and at ail times, a discrimination between objects A and B. Careful attention must be devoted to the choice of algorithms. The addition of new sensors to the MONNET System will reduce the number of false alarms and improve the model of the detected objects. Motivation : This research strives to further improve the MONNET project through the addition of heterogeneous sensors of the following nature: sound, pressure, binary, etc.. to increase the efficiency of MONNET. The approach will involve the integration of a System in Monnet which manages various sensors and objects and to extract the maximum amount of useful information for a treatment so as to verify the viability and results which the addition of these captors could provide. Challenges : One of the main challenges of this project is the extraction of relevant data provided by the sensors and the treatment of this data by relevant algorithms to perfect the models of the objects in MONNET. For example, in the case of a sound sensor, one must determine which frequency content must be retained to match object X with Y frequencies. Applications : There are several possible applications for the MONNET System once sensors have been implemented in each node. First, from a military point of view, the System will then improve the assistance provided to the soldier of the future by providing him with information on the environment surrounding him. From a civil point of view, surveillance/security is the main avenue of application. Approach : The research methodology consists in carrying out a literature survey on comparable Systems. The construction of a prototype (stand-alone application) will be made to demonstrate the sensors capability. Then, the development and implementation of an architecture made for the MONNET System using the C++ language will be created. Finally, the «improved » MONNET System with modules managing the sensors will be tested in a real environment.

Les réseaux de télécommunications optiques métropolitains pourraient bénéficier de l'utilisation de sources optiques incohérentes à large bande, car elles sont peu coûteuses. Par contre, leur bruit d'intensité limite les performances des systèmes. Il a été démontré que l'utilisation d'un amplificateur optique à semi-conducteur (SOA) pour effectuer un traitement du signal optique à la détection diminue le taux d'erreur. C'est dans ce contexte que la modélisation des sources optiques incohérentes est étudiée. La distribution de son bruit d'intensité est comparée aux données expérimentales. Par la suite, des modèles de simulation des SOAs de différents niveaux de complexité sont présentés. En prenant comme référence un modèle détaillé, vin nouveau modèle simplifié est développé. Des approximations permettent de réduire le système d'équations différentielles partielles du modèle détaillé à une seule équation différentielle ordinaire (ODE) basée sur une quantité globale, le réservoir. Cette quantité est proportionnelle au nombre total de porteurs de charge dans l'amplificateur. Les résultats de simulation des quatre modèles basés sur l'ODE du réservoir sont alors comparés à ceux provenant du modèle détaillé ainsi qu'à des mesures expérimentales. Le modèle du réservoir permet de diminuer le temps de calcul du modèle détaillé par un facteur 20, tout en conservant une très bonne correspondance avec les mesures expérimentales. / Optical access networks could benefit from the use of inexpensive broadband incoherent light sources. However, their high level of intensity noise reduces the achievable level of performance. It was demonstrated that the use of semiconductor optical amplifier (SOA) for signal processing on the receiver side can greatly reduce the bit error rate (BER). In this context, the modeling of incoherent light sources was studied and their intensity distribution was compared with experimental data. In addition, various SOA models of different complexity levels are presented. Taking a detailed space-resolved model as a reference, a new model was developed. Different approximations are used to reduce the System of coupled partial differential equations of the detailed model to a single ordinary differential equation (ODE) describing a global variable called the reservoir. This quantity is proportional to the total number of useful carriers in the amplifier. Simulation results from four versions of the reservoir model are compared to the results obtained with the detailed model and with experimental data. While providing a good match with experimental data, the vise of the reservoir model can reduce computation time by a factor of 20.

Les systèmes de communication sans-fil de prochaine génération nécessitent de nouvelles techniques avancées afin de supporter un nombre continuellement grandissant d'usagers et de services consommant beaucoup de largeur de bande. Une de ces techniques est l'utilisation de réseaux d'antennes aux deux extrémités du lien sans-fil, c'est-à-dire un système MIMO (Multi-Input, Multi-Output). De tels systèmes augmentent le taux binaire sans consommer de largeur de bande additionnelle. Particulièrement, le codage spatio-temporel permet d'obtenir une grande partie de cette augmentation. Les systèmes MIMO et le codage spatio-temporel ont été souvent étudiés d'un point de vue théorique, mais moins souvent d'un point de vue pratique. Ce mémoire décrit donc dans un premier temps la structure matérielle d'un récepteur MIMO basé sur une architecture efficace de traitement multi-couches spatio-temporel utilisant un calcul de poids optimaux. Un calcul optimal des poids exige l'opération d'inversion de matrice. Ainsi, afin d'obtenir un système complet sur puce, le mémoire décrit dans un deuxième temps une architecture d'inversion itérative de matrice très bien adaptée à l'implantation sur puce.

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.

Le chiffrement d'une communication sur un canal quelconque pose un problème de taille. Un émetteur doit en effet transmettre au récepteur une information lui permettant de décoder une communication chiffrée. Le canal d'information n'étant souvent pas physiquement sécurisé, cette information préliminaire doit être transmise sans que les interlocuteurs n'aient à se soucier qu'un autre acteur puisse intercepter cette information. Différents algorithmes ont été développés afin de rendre possible cet échange préliminaire. Parmi les algorithmes communéments utilisés, la cryptographie à courbe elliptique permet de maximiser la sécurité d'une communication avec un minimum d'échange préliminaire d'information. La cryptographie à courbe elliptique repose sur la multiplication d'un point sur cette courbe par un scalaire. Cette opération est relativement lourde au niveau logiciel. Le développement d'un co-processeur spécialisé pour cette opération devient alors pertinent. Ce mémoire résume le développement de pareil co-processeur. Ce dernier a été développé sur FPGA en minimisant les ressources logiques utilisées tout en maximisant la fréquence d'horloge opérationnelle. De plus, le nombre d'opérations sur la courbe elliptique a été minimisé en représentant l'entier multipliant le point sur la courbe elliptique sous sa forme numérique ω-NAF. Ce mémoire propose également une façon inédite pour générer aléatoirement un entier sous sa forme ω-NAF en minimisant les ressources logiques nécessaires pour pareille opération. / The encryption of a communication on a given channel may appear hazardous. An interlocutor must transmit to another one enough information allowing both interlocutors to encrypt or decrypt the communication. Since the communication channel is visible to potentially malicious actors, this preliminary information must be exchanged without worrying about others intercepting it. Several algorithms were developed making that exchange possible. Among the most commonly used algorithms, elliptic curve cryptography provides the highest strength per bit. Elliptic curve cryptography is based on the multiplication of a point on this curve by a scalar. This operation is relatively complex when implemented in software. The use of a specialized co-processor becomes an interesting approach to perform this operation. This thesis describes the development of such a co-processor. It has been developed targeting a FPGA, minimizing the use of logical resources while maximizing the operating frequency. Moreover, the number of operations on the elliptic curve have been minimized by representing the scalar multiplying the point of the elliptic curve in its ω-NAF form. A method randomly generating an integer in its ω-NAF representation is also proposed. This method can be implemented in hardware using a minimum of logical resources.

Plusieurs problèmes dans le placement d'endoprothèses sont dus à une compréhension pré-opératoire limitée de l'état du patient. La plupart des patients souffrent de l'arthrite rhumatoïde, ce qui affect la qualité et la forme de l'os en question: souvent la cavité glénoïde de l'omoplate s'est rétractée. Le plan de l'opération doit être planifiée à l'aide d'images Roentgen 2-D. Pendant la chirurgie, l'espace de travail de l'opération est très limité, seule la surface articulaire du scapula est exposée. Le patient est placé sur le côté, avec l'épaule endommagé pointant vers le haut, ce qui entraine un glissement vers le bas de l'omoplate. Pendant la chirurgie, la technique la plus souvent utilisée implique l'enlèvement du cartilage restant, le moulage de la forme de l'endoprothèse dans l'os trabeculaire, l'application d'une certaine quantité de ciment d'os, le placement de l'endoprothèse et l'insertion de vis pour une fixation préliminaire. D'autres préfèrent approcher l'espace d'opération du côté arrière du patient en fendant le scapula en deux. La technique préférée est de supporter l'endoprothèse sur l'os corticale et d'essayer de rétablir une position et une orientation fonctionnelles. Une prothèse faite sur mesure est donc nécessaire en plus d'une bonne vue de l'omoplate. La segmentation automatique des structures osseuses dans les bases de données agiographiques IRM est une étape préliminaire essentielle pour la plupart des tâches de visualisation et d'analyse. Afin d'obtenir une meilleure compréhension de l'épaule en santé et de l'épaule arthrosique pathologique, ce projet développera une méthode pour la segmentation des structures de l'épaule à partir de bases de données de l'IRM. Le développement de techniques convenables pour la segmentation du scapula et de l'humérus dans une base de données bidimensionnelle de l'IRM constitue une partie majeure de ce projet. Actuellement nous nous penchons sur des techniques de segmentation basées sur les contours, c'est-à-dire un point de l'os est défini d'abord. Les contours de l'os sont extraits dans une deuxième étape. / Image segmentation is an important area in the general field of image processing and computer vision. It is a fundamental part of the 'low level' aspects of computer vision and has many practical applications such as in medical imaging, industrial automation and satellite imagery. Traditional methods for image segmentation have approached the problem either from localization in class space using region information, or from localization in position, using edge or boundary information. More recently, however, attempts have been made to combine both region and boundary information in order to overcome the inherent limitations of using either approach alone. The shoulder has the widest range of motion than any joint in the body. Normally, shoulder stability is maintained through complex interaction between static and dynamic stabilizing mechanisms, including the bony glenoid, the labrum, the glenohumeral ligaments and joint capsule, and the muscles and tendons of the rotator cuff. Due to the complicated mechanisms involved in glenohumeral stability, a clinical evaluation can be very challenging. The primary motivation behind this research is to improve the accurate clinical evaluation of shoulder pathology. In this thesis, a new approach to image segmentation is presented that integrates region and boundary information. Our ultimate goal is to develop a framework for integrating boundary finding and region-based segmentation. This would lead to a System where the two modules would operate respectively so that at each step the outputs of each module get updated using information from the outputs of both the modules from the previous iteration. The main objective we present in this thesis is aimed at using the results of boundary detection to assist region-based segmentation. Unlike most of other existing methods, it integrates boundary-based segmentation with region growing rather than edge detection, thereby making it resistant to the problems of false and broken edges while at the same time having well localized boundaries. This method is successful in segmenting the set of slices of MR images of the shoulder. The experiments show that the results given by the method archive 96.32% correspondence to results given by a specialist does segment manually.

La technologie de l'infrarouge est devenue une alternative intéressante pour les systèmes visuels de sécurité. En effet, les progrès dans le domaine du "numérique" ont conduit à l'intégration de nouvelles fonctionnalités offrant plus d'applicabilités à cette technologie. Ces travaux de recherche visent alors l'évaluation de l'infrarouge pour une automatisation des scénarios de vidéosurveillance d'un stationnement. Le système est conçu pour faire preuve d'efficacité et de robustesse dans des environnements complexes et sous diverses conditions climatiques et d'éclairage. Afin d'opérer dans des scénarios réalistes, le système est doté d'un module de détection de mouvement basé sur une nouvelle technique de soustraction "dynamique" d'arrière-plan. Cette dernière procure une robuste adaptation aux changements incontrôlés des conditions d'acquisition grâce à un seuillage automatique combiné avec la détection de contours. Par ailleurs, ce module alimente une chaîne complète de traitements effectuant le suivi et la classification des diverses entités mobiles observées par une caméra infrarouge stationnaire. Les techniques adoptées pour le suivi et la classification d'objets, en piétons et en véhicules, procurent au système une capacité supplémentaire à identifier quelques événements d'intérêt dont ils sont les auteurs. Le temps de l'exécution est optimisé grâce à la faible complexité algorithmique et au choix judicieux des paramètres. Finalement, la validation des techniques employées est réalisée à l'aide de longues séquences contenant des milliers d'images infrarouges acquises sous différentes conditions climatiques et d'éclairage.