Une nouvelle approche pour la mise en correspondance des objets 3D en présence des transformations non-rigides et des modèles partiellement similaires est proposée dans le cadre de cette thèse. L'approche est composée de deux phases. Une première phase pour la description d'objets et une deuxième phase de mesure de similarité. Pour décrire un objet 3D, nous avons choisi une méthode basée sur des descripteurs locaux. La méthode consiste à extraire d'un objet 3D un ensemble de points caractéristiques pour lesquels deux descripteurs locaux sont calculés. Le premier descripteur Geodesic cord descriptor représente la distribution des distances géodésiques entre un point caractéristique et l'ensemble des points de la surface de l'objet 3D. Le deuxième descripteur Curve based descriptor permet de représenter la surface 3D de l'objet par un ensemble de courbes. La forme de ces courbes est analysée à l'aide d'outils issus de la géométrie Riemannienne. Pour mesurer la similarité entre les objets 3D, nous avons utilisé deux techniques différentes dont l'une est basée sur les fonctions de croyance et l'autre est basée sur les sac-de-mots. Afin de valider notre approche nous l'avons adaptée à deux applications différentes à savoir la recherche et la classification d'objets 3D. Les résultats obtenus sur différent benchmarks montrent une efficacité et une pertinence comparés avec les autres méthodes de l'état-de-l'art.

Nous présentons dans ce mémoire de thèse des travaux qui portent sur l'étude de micro résonateurs à modes de galerie et en anneau couplés dans le but d'applications aux fonctions optiques de traitement du signal. <br />Dans une première partie nous présentons un modèle matriciel pour décrire la propagation de la lumière dans des structures à anneaux couplés. L'utilisation de ce modèle se résume pour des structures dont on connaît les coefficients de couplage entre les guides.<br />Dans le cas de résonateurs constitués d'un milieu qui ne présente pas d'effets non-linéaires nous avons montré que les structures à anneaux couples permettent de réaliser la synthèse de filtres optiques.<br />Si les résonateurs sont le siège d'une non linéarité dispersive d'ordre 3 nous avons deux cas possibles en fonction du type d'excitation. Hors résonance nous avons montré que nous pouvons obtenir potentiellement des dispositifs /N+1/ stables en utilisant un système formé de /N/ anneaux couplés, ainsi que la tristabilité dans un seul anneau en utilisant un signal de commande. A résonance nous avons montré que l'on peut obtenir la fonction de remise en forme du signal pour des débits de 40 Gb/s.<br />La deuxième partie porte sur les travaux réalisés sur l'oscillateur optoélectronique. Dans le schéma classique d'un tel oscillateur la fonction de retard optique est obtenue en utilisant une ligne à fibre optique de longueur proportionnelle au retard nécessaire. Nous voulons remplacer cette ligne avec une ligne à retard à base de microrésonateurs. Nous présentons des procédés de fabrication de résonateurs sphériques et diverses méthodes de mesure de leurs facteurs de qualité, proportionnel au retard induit.

À l'horizon 2050, environ un tiers de notre population sera âgée de soixante-cinq ans et plus. Les travaux de l'équipe AFIRM du TIMC-IMAG visent à surveiller les personnes âgées à domicile pour détecter une perte d'autonomie le plus précocement possible. Pour ce faire, les travaux de cette thèse tentent d'objectiver les critères ADL ou les grilles de type AGGIR, en classifiant de manière automatique les différentes activités de la vie quotidienne d'une personne par l'intégration de capteurs, créant un Habitat Intelligent pour la Santé (HIS).<br />L'appartement HIS possède des détecteurs de présence infrarouges (localisation), des contacteurs de porte (utilisation de certaines commodités), un capteur de température et d'hygrométrie dans la salle de bains et des microphones (classification des sons/ reconnaissance de la parole avec l'équipe GETALP du LIG). Un capteur cinématique embarqué détecte les transferts posturaux (reconnaissance de formes avec la transformée en ondelettes) et les périodes de marche (analyse fréquentielle).<br />La première partie de ce manuscrit présente la réalisation du capteur cinématique et les algorithmes associés puis une première validation sur des sujets jeunes suivi de la mise en place et de la validation des autres capteurs de l'appartement HIS et enfin l'algorithme de classification des sept activités de la vie quotidienne reconnues (hygiène, élimination, préparation et prise de repas, repos, habillage/déshabillage, détente et communication), par l'intermédiaire des séparateurs à vaste marge. La seconde partie décrit le protocole expérimental pour valider cette classification et discute de la généralisation des premiers résultats présentés.

Les développements récents de la robotique et des technologies d'imagerie médicale pré- et per-opératoires ont permis de réaliser des progrès considérables dans l'assistance aux gestes médicaux et chirurgicaux. Ces progrès, qui associent également de nouvelles techniques, permettent d'envisager de nouvelles formes d'interventions chirurgicales, de moins en moins invasives et de plus en plus sûres, mais aussi de prévoir une meilleure planification de ces interventions. Je présente dans ce mémoire les activités de recherches scientifiques dont le thème principal est le guidage d'instruments de chirurgie par vision, activités menées à la fois dans l'équipe Automatique, Vision et Robotique (AVR) du LSIIT (UMR CNRS-ULP 7005) et également en collaboration avec d'autres acteurs de la recherche au sein du consortium Imagerie et Robotique Médicale et Chirurgicale (IRMC), à Strasbourg, en particulier avec ceux de l'Institut de Recherche contre les Cancers de l'Appareil Digestif (IRCAD). Plus généralement, les activités présentées ainsi que leur synthèse, seront concentrées autour de la perception visuelle de scènes dynamiques, et inclueront : - le recalage et le positionnement 3-D à partir de plusieurs types de dispositifs d'imagerie, - la vision active, l'endoscopie active, - les asservissements visuels en robotique, - la segmentation d'indices visuels géométriques dans des environnements non maîtrisés, en temps réel, pour des objets d'intérêt marqués et non marqués. Pour résumer la part essentielle de ces travaux, le problème de l'estimation de pose et plus généralement du recalage 2-D/3-D rigide sera donc abordé en empruntant plusieurs approches et différentes représentations, en fonction du contexte. Que ce soit à partir du filtre estimateur de Kalman avec des primitives géométriques non-linéaires, ou à partir des invariants projectifs avec des spots lasers et des marqueurs optiques, ou encore par une approche d'optimisation numérique basée sur les asservissements visuels virtuels et combinant des primitives géométriques différentes, de la modélisation des quadriques dégénérées pour la pose des instruments cylindriques, ou finalement qu'il s'agisse du recalage stéréotaxique par une estimation robuste avec des primitives linéaires, le recalage 2-D/3-D rigide sera exposé, pour plusieurs types de dispositifs d'imagerie (caméra classique, caméra endoscopique, scanner à rayons X). Des applications telles que la commande de robot par vision laparoscopique, l'assistance informatique et robotique de la suture ou encore le positionnement automatique d'aiguille de radio-fréquence en radiologie interventionnelle viendront illustrer et animer cet exposé. Le guidage 3-D sera également décrit par l'approche du suivi visuel pouvant être mis en oeuvre dans un environnement complexe (sous quelques hypothèses) sans passer par une étape de recalage, en tenant compte des contraintes de mouvements inhérentes à la chirurgie laparoscopique. Il permet d'effectuer, dans ce cas, un positionnement relatif d'un instrument ou d'un endoscope et offre une assistance au chirurgien, par exemple, par le suivi automatique d'une surface des organes de l'abdomen à l'aide d'un endoscope articulé ou la récupération d'instruments. La présentation se poursuivra par un bilan et finira par l'exposé de perspectives suggérant des orientations de recherches dans ce domaine fortement multidisciplinaire, en particulier, dans la gestion des tâches visuelles en vision robotique, dans une meilleure compréhension des déformations des tissus vivants ainsi que de leurs interactions avec les instruments de chirurgie, ou encore dans l'apport de la vision active codée à l'endoscopie rigide et flexible.

Dans cette thèse, nous étudions dans une première partie l'impact de la contrainte de sécurité en tatouage. Dans le contexte WOA (Watermarked contents Only Attack), un adversaire possède plusieurs contenus tatoués et cherche à estimer la clé secrète d'insertion afin d'accéder aux messages cachés. Une nouvelle manière de tatouer en étalement de spectre est présentée ici. Celle-ci est basée sur la construction de distributions circulaires dans le sous-espace secret de tatouage. Cette technique permet de minimiser la distorsion en moyenne provoquée par l'ajout de la marque dans le contexte WOA en utilisant l'algorithme d'optimisation des Hongrois et la théorie du transport. Nous vérifions ensuite qu'un tatouage sûr est utilisable en pratique en prenant comme exemple le tatouage d'images naturelles. Dans une seconde partie, nous nous intéressons au cadre de l'estampillage d'oe uvres numériques permettant de tracer les redistributeurs de copies illégales. Les codes traçants utilisés sont ceux proposés par Gabor Tardos et sont résistants aux attaques de coalition, c'est-à-dire au groupement d'adversaires mettant en commun leurs contenus numériques afin de forger une version pirate. Puisque les techniques de tatouage permettent l'insertion de codes traçants dans un contenu numérique, nous avons conçu une attaque "au pire cas" qui dépend du niveau de sécurité et qui permet, pour les adversaires, de baisser leur accusation. Nous montrons que pour le cas particulier de l'estampillage un tatouage sûr sera plus efficace qu'un tatouage non-sûr (à robustesse équivalente). Finalement, une implantation des codes traçants dans un contenu vidéo utilisant des méthodes sûres par étalement de spectre est proposée. Nous montrons alors l'efficacité de l'accusation des adversaires dans ce cadre pratique.

Cette thèse s'intéresse aux traitements d'images et de données non uniformes en utilisant le formalisme des équations aux différences partielles définies sur des graphes pondérés. Nous exploitons ce formalisme afin de transcrire et d'adapter des modèles définis dans le domaine continu vers des formulations discrètes. Les modèles continus considérés dans ce manuscrit proviennent du domaine du traitement des images et sont définis comme des modèles variationnels ou des approches basées sur des équations aux dérivées partielles. Nous nous sommes intéressés à des modèles de régularisation, à la morphologie mathématique et à l'équation eikonale. Afin de transcrire ces modèles définis dans le domaine continu vers des formulations discrètes, nous avons introduit une large famille de nouveaux opérateurs différentiels discrets définis sur des graphes pondérés: différences pondérées, gradients discrets, p-Laplacien. Ces opérateurs permettent de redéfinir les modèles continus considérés dans un cadre discret mais également de proposer un formalisme général permettant de considérer de nombreux problèmes liées aux traitements des images et, plus généralement, de données arbitraires. A partir des modèles discrets de régularisation, de morphologie mathématique et de l'équation eikonale, nous montrons dans ce manuscrit les potentialités de notre formalisme pour des applications telles que le filtrage, la simplification, la segmentation, le regroupement et la classification d'images et de données. Notre formalisme unifie également les traitements locaux et non locaux basés sur des patchs. Nous avons généralisé l'utilisation de ce type de configuration dans les problématiques considérées et montré la supériorité de ces schémas dans le contexte du traitement des images. Notre formalisme est basé sur des graphes pondérés. Cela nous permet d'étendre les modèles définis dans le domaine continu aux traitements de n'importe quel type de donnée pouvant être représenté par cette structure (par exemple des images, des collections d'images, des nuages de points, des variétés, des bases de données, etc.). Finalement, ces travaux de thèse permettent d'envisager de nombreuses pistes de recherche tant dans le domaine du traitement des images que dans des domaines tels que celui de l'apprentissage ou de la fouille de données.

This thesis is related to the Bit Error Rate (BER) estimation for any digital communication system. In many designs of communication systems, the BER is a Key Performance Indicator (KPI). The popular Monte-Carlo (MC) simulation technique is well suited to any system but at the expense of long time simulations when dealing with very low error rates. In this thesis, we propose to estimate the BER by using the Probability Density Function (PDF) estimation of the soft observations of the received bits. First, we have studied a non-parametric PDF estimation technique named the Kernel method. Simulation results in the context of several digital communication systems are proposed. Compared with the conventional MC method, the proposed Kernel-based estimator provides good precision even for high SNR with very limited number of data samples. Second, the Gaussian Mixture Model (GMM), which is a semi-parametric PDF estimation technique, is used to estimate the BER. Compared with the Kernel-based estimator, the GMM method provides better performance in the sense of minimum variance of the estimator. Finally, we have investigated the blind estimation of the BER, which is the estimation when the sent data are unknown. We denote this case as unsupervised BER estimation. The Stochastic Expectation-Maximization (SEM) algorithm combined with the Kernel or GMM PDF estimation methods has been used to solve this issue. By analyzing the simulation results, we show that the obtained BER estimate can be very close to the real values. This is quite promising since it could enable real-time BER estimation on the receiver side without decreasing the user bit rate with pilot symbols for example.

Le travail présenté dans le cadre de cette thèse vise à étudier de manière approfondie les caractéristiques des voyelles longues et brèves et des consonnes finales du vietnamien, non seulement en statique mais aussi en dynamique, en calculant en particulier les vitesses de transitions formantiques. Deux ensembles consonnes voyelles ont été analysés : (C1)V1C2, avec C2 l'une des trois consonnes finales /p, t, k/ et (C1)V1V2 avec les voyelles longues et brèves correspondantes. L'objectif de l'analyse est de permettre la mise en évidence de caractéristiques spécifiques qui sont alors testées en synthèse. Pour étudier les voyelles longues, les voyelles brèves et les trois consonnes finales /p, t, k/ dans les contextes (C1)V1C2 et (C1)V1V2, nous avons fait deux corpus : un premier corpus avec quatre locuteurs vietnamiens pour étudier la partie centrale de la voyelle (la durée, les formants F1, F2, F3), les transitions V1C2 et V1V2 (durées de transition, pentes des transitions formantiques, valeurs du début de la transition formantique), et la partie finale (durée de la semi-voyelle finale) ; un deuxième corpus avec huit locuteurs (quatre hommes et quatre femmes) nous a permis d'étudier l'équation du locus pour les consonnes finales /p, t, k/. A partir des résultats analysés, nous avons réalisé des tests statistiques et des tests de perception (avec dix auditeurs vietnamiens, cinq hommes et cinq femmes). Les résultats d'analyse, les résultats statistiques et les résultats perceptifs nous permettent de mieux comprendre la production des voyelles vietnamiennes et des trois consonnes finales vietnamiennes /p, t, k/ comme résumés ci-dessous : (1) Dans la langue vietnamienne, il y a trois séries de voyelles longues et brèves /a, ӑ/, /ɤ, ɤ̆/, /ɔ, ɔ̆/ qui sont acoustiquement proches dans le plan F1-F2, mais se distinguent par leur durée, les pentes des formants transitionnels et la durée de la semi-voyelle V2 (dans le contexte des syllabes V1V2). Les durées des transitions V1C2 et V1V2 ne varient pas en fonction de la nature de la voyelle longue ou brève. (2) Les trois consonnes finales /p, t, k/ se terminent par un silence sans burst. Pour les syllabes (C1)V1C2, en comparant les consonnes finales C2 dans un même contexte d'une voyelle précédente V1, bien qu'il n'y a aucune différence de leurs caractéristiques acoustiques statiques (la durée de la transition, et les valeurs au début de la transition formantique), leurs caractéristiques acoustiques dynamiques (la pente des formants transitionnels) sont significativement distinctes et permettent aux vietnamiens de reconnaitre ces trois consonnes finales. (3) Nous avons obtenu les équations du locus avec une linéarité excellente et un bon regroupement des points autour des droites de régression. Les lieux d'articulation des 3 consonnes finales occlusives /p, t, k/ sont bien distincts. On ne trouve aucun effet du ton sur les équations du locus des consonnes finales. Les résultats de ces travaux phonétiques sont ensuite validés à l'aide des systèmes de synthèse (SMART (Synthesis with a Model of Anthropomorphic Region and Tract) et DRM (Distinctive Region Model)).

Les travaux présentés dans cette thèse sont une contribution à l'étude des systèmes d'imagerie passive à courte portée pour la détection d'objets faiblement dissimulés en vue d'applications pour la sécurité des personnes. Ces travaux ont été menés au cours d'une collaboration de deux équipes de l'IETR : le département "Antennes & dispositifs Hyperfréquences" ainsi que le département "Progagation - localisation & Télédétection". Le cadre de cette collaboration a concerné donc l'étude d'un dispositif ayant un coût faible et une complexité réduite permettant l'imagerie 2D pour une portée relativement faible, et étudier les éléments nécessaires à la mise en place d'un démonstrateur complet. En s'abstenant d'éléments émetteurs, nous assurons l'inoffensivité du dispositif. L'imagerie s'effectue donc par la synthèse d'ouverture interférométrique. Un des points durs du travail concerne donc la définition de l'architecture du système et son optimisation. Nous apportons donc à travers ces travaux de recherche une réponse pour minimiser le nombre de récepteurs présents dans le système. Un nouveau concept basé sur l'utilisation de la commutation par l'approche de sous-matrices de switchs est présenté. Pour améliorer le rapport coût-performances des systèmes d'imagerie, le nombre de récepteurs est réduit au minimum (deux récepteurs), tout en conservant des performances suffisantes. La synthèse du réseau d'antennes afin d'optimiser et de simplifier le processus de commutation démontre la possibilité de mettre en oeuvre un système bas coût et facilement intégrable. Cette approche a été adaptée donc dans un système antennaire actif complet, en bande X et en bande millimétrique. L'objectif de ces prototypes est de valider dans un premier temps cette approche de manière expérimentale, puis de valider le principe de calibration du système afin de traiter les données réelles pour la reconstruction d'images.

L'engouement du grand public pour les objets communicants et l'évolution des technologies a entraîné le besoin de transférer des quantités grandissantes d'informations en un minimum de temps. L'arrivée de l'UWB à la fin des années 90 a apporté aux communications sans fil une solution à cette problématique. L'UWB permet en effet d'atteindre de très hauts débits de transmission sur de courtes distances dans des environnements intra-bâtiment. Parmi les solutions envisagées pour cette nouvelle couche physique très haut débit, le système MB-OFDM répond bien aux contraintes environnementales. L'objectif des travaux réalisés dans le cadre de cette thèse est d'étudier et de proposer une amélioration du système MB-OFDM.<br /><br />Après la présentation du système MB-OFDM et de ses performances, nous proposons une nouvelle forme d'onde pour l'UWB nommée LP-OFDM. Elle est obtenue en ajoutant au système MB-OFDM une fonction de précodage linéaire combinant avantageusement l'OFDM et la technique d'étalement de spectre. L'utilisation du précodage linéaire permet une meilleure exploitation de la diversité fréquentielle du canal. Il offre également une plus grande granularité dans le choix des débits, augmentant ainsi la flexibilité du système. Il est important de souligner que l'ajout de la fonction de précodage linéaire s'accompagne d'une augmentation minime de la complexité du système.<br /><br />Des techniques d'optimisation du système sont proposées. Afin de minimiser l'interférence entre les codes d'étalement, une technique reposant sur l'allocation des séquences d'étalement est décrite et un critère de sélection proposé. Nous avons également mis en évidence la nécessité de trouver un compromis entre le rendement de codage et la longueur des séquences d'étalement afin de tirer au mieux partie de la diversité du canal tout en limitant l'interférence entre les codes. Une amélioration notable des performances du système LP-OFDM est ainsi obtenue par rapport au système MB-OFDM. Le système LP-OFDM étendu au cas du MIMO utilisant un codage temps-espace d'Alamouti est également étudié. Les résultats obtenus montrent là encore une amélioration significative des performances permettant d'envisager une augmentation de la portée ou des débits de transmission.<br /><br />Enfin, l'impact d'un interférent à bande étroite de type WiMAX sur les performances du système LP-OFDM est étudié comparativement au système MB-OFDM. Il en ressort que le système LP-OFDM est plus robuste que le système MB-OFDM face à un brouilleur. L'utilisation du précodage linéaire permet en effet d'étaler la puissance du signal interférent en réception lors du déprécodage linéaire.