Nous nous intéressons dans cette thèse au problème du suivi d'objets, que nous abordons par des méthodes statistiques. La première contribution de cette thèse est la conception d'un algorithme de suivi de bactéries dans une séquence d'image et de reconstruction de leur lignage, travail ayant donné lieu à la réalisation d'une suite logicielle aujourd'hui utilisée dans un laboratoire de recherche en biologie. La deuxième contribution est une étude théorique du problème de la détection de trajectoires dans un nuage de points. Nous définissons un détecteur de trajectoires utilisant le cadre statistique des méthodes a contrario, qui ne requiert essentiellement aucun paramètre pour fonctionner. Ce détecteur fournit des résultats remarquables, et permet notamment de retrouver des trajectoires dans des séquences contenant un grand nombre de points de bruit, tout en conservant un taux de fausses détections de trajectoires très faible. Nous étudions ensuite plus spécifiquement le problème de l'affectation de nuages de points entre deux images, problème rencontré notamment pour la détection de trajectoires ou l'appariement d'images stéréographiques. Nous proposons d'abord un modèle théoriquement optimal pour l'affectation de points qui nous permet d'étudier les performances de plusieurs algorithmes classiques dans différentes conditions. Nous formulons ensuite un algorithme sans paramètre en utilisant le cadre a contrario, ce qui nous permet ensuite d'obtenir un nouvel algorithme de suivi de trajectoires.

L'expérience HESS consiste en un système de télescopes permettant d'observer les rayonnements cosmiques. Compte tenu des résultats majeurs obtenus depuis son installation, la seconde phase du projet a été engagée. Celle-ci est en cours de réalisation et passe par l'ajout d'un télescope plus sensible et plus grand que ses prédécesseurs. Toutes les données collectées par ce télescope ne peuvent pas être conservées à cause des limites de stockage. Par conséquent, un système de déclencheur, dit trigger, performant doit être mis en place. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution de reconnaissance de formes en temps réel dans un contexte fortement contraint et qui sera embarquée sur le télescope. La première partie de la thèse a consisté à élaborer une chaîne de reconnaissance des formes pour ce trigger. Une chaîne de traitement à base de réseau de neurones et des moments de Zernike a été validée. La seconde partie de la thèse a porté sur l'implantation des algorithmes retenus sur une cible FPGA en tenant compte des contraintes en termes de ressources et de temps d'exécution.

Dans ce mémoire, nous proposons une méthode permettant de modéliser, de façon globale, tout type de mouvement par des combinaisons linéaires de polynômes orthogonaux. Pour cela, nous projetons chaque champ de déplacement représentant le mouvement étudié sur une base orthogonale composée des polynômes de Legendre. Nous obtenons alors une expression polynomiale du mouvement considéré. Une modélisation d'ordre faible permet d'interpréter physiquement le mouvement dominant de séquences d'images. Cette caractéristique trouve un intérêt particulier dans des applications telles que la vidéo-surveillance, l'indexation ou l'étude du comportement. Nous montrons également que notre méthode permet de modéliser des mouvements complexes tels que des écoulements fluides. La représentation du mouvement sous forme polynomiale, les faibles temps de calcul ainsi que les taux de compression élevés sont alors des atouts importants pour traiter ce type de données.

Cette thèse traite la problématique liée à la modélisation du visage dans le but de l'analyse faciale. Dans la première partie de cette thèse, nous avons proposé le Modèle Actif d'Apparence Multi-Objet. La spécificité du modèle proposé est que les différentes parties du visage sont traités comme des objets distincts et les mouvements oculaires (du regard et clignotement) sont extrinsèquement paramétrées. La deuxième partie de la thèse porte sur l'utilisation de la modélisation de visage dans le contexte de la reconnaissance des émotions. Premièrement, nous avons proposé un système de reconnaissance des expressions faciales sous la forme d'Action Units. Notre contribution porte principalement sur l'extraction des descripteurs de visage. Pour cela nous avons utilisé les modèles AAM locaux. Le second système concerne la reconnaissance multimodale des quatre dimensions affectives :. Nous avons proposé un système qui fusionne des caractéristiques audio, contextuelles et visuelles pour donner en sortie les quatre dimensions émotionnelles. Nous contribuons à ce système en trouvant une localisation précise des traits du visage. En conséquence, nous proposons l'AAM Multi-Modèle. Ce modèle combine un modèle global extrinsèque du visage et un modèle local de la bouche.

Dans la troposphère, le rayonnement électromagnétique hyperfréquence interagit avec la matière suivant trois processus : l'absorption par les molécules de gaz et d'eau, la diffusion due à la redirection de l'onde par les hydrométéores, et l'émission par les particules absorbantes d'un rayonnement naturel incohérent. Mes travaux ont pour base commune ces processus d'interaction des ondes électromagnétiques avec l'atmosphère, et concernent deux domaines distincts : la télédétection spatiale de l'atmosphère et les télécommunications Terre-satellite. J'ai développé une méthodologie originale de mise au point d'algorithmes neuronaux pour l'observation de l'atmosphère à partir de capteurs hyperfréquences passifs. Mes travaux ont mis en évidence la capacité des réseaux de neurones à restituer les paramètres physiques des phénomènes sous-jacents aux observations. Une amélioration des performances globales de la restitution des grandeurs atmosphériques est obtenue grâce à la modélisation de relations non linéaires que permet cette approche. Les perspectives multiples qu'offrent, en géophysique, l'emploi d'une architecture neuronale modulaire, ou l'utilisation des cartes de Kohonen, sont soulignées. L'évolution des systèmes de télécommunication hyperfréquence par satellites, pousse à utiliser des fréquences de plus en plus élevées. Aux fréquences supérieures à 20 GHz l'atmosphère est à l'origine de la dégradation de la qualité des liaisons. Je présenterai les campagnes de mesures, et les travaux de modélisation réalisés, dans le cadre de la mise au point de nouvelles techniques de lutte contre les affaiblissements (Fade Mitigation Technique). L'originalité de mes recherches relatives à la modélisation du canal de propagation réside dans l'usage de modélisations statistiques du type TARIMA GARCH, qui s'attachent, plutôt que de prévoir le comportement moyen du processus, à prévoir la variabilité et donc le risque d'un comportement extrême.

Ce travail est focalisé sur le problème de la construction autonome du modèle 3D d'un objet inconnu en utilisant un robot humanoïde. Plus particulièrement, nous considérons un HRP-2 guidé par la vision au sein d'un environnement connu qui peut contenir des obstacles. Notre méthode considère les informations visuelles disponibles, les contraintes sur le corps du robot ainsi que le modèle de l'environnement dans le but de générer des postures adéquates et les mouvements nécessaires autour de l'objet. Le problème de sélection de vue ("Next-Best-View") est abordé en se basant sur un générateur de postures qui calcule une configuration par la résolution d'un problème d'optimisation. Une première solution est une approche locale où un algorithme de rendu original à été conçu afin d'être inclut directement dans le générateur de postures. Une deuxième solution augmente la robustesse aux minimums locaux en décomposant le problème en 2 étapes: (i) trouver la pose du capteur tout en satisfaisant un ensemble de contraintes réduit, et (ii) calculer la configuration complète du robot avec le générateur de posture. La première étape repose sur des méthodes d'optimisation globale et locale (BOBYQA) afin de converger vers des points de vue pertinents dans des espaces de configuration admissibles non convexes. Notre approche est testée en conditions réelles par le biais d'une architecture cohérente qui inclus différents composants logiciels spécifique à l'usage d'un humanoïde. Ces expériences intègrent des travaux de recherche en cours en planification de mouvements, contrôle de mouvements et traitement d'image, qui pourront permettre de construire de façon autonome le modèle 3D d'un objet.

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation d'images texturées à l'aide des représentations multi-échelles et multi-orientations. Partant des résultats d'études en neurosciences assimilant le mécanisme de la perception humaine à un schéma sélectif spatio-fréquentiel, nous proposons de caractériser les images texturées par des modèles probabilistes associés aux coefficients des sous-bandes. Nos contributions dans ce contexte concernent dans un premier temps la proposition de différents modèles probabilistes permettant de prendre en compte le caractère leptokurtique ainsi que l'éventuelle asymétrie des distributions marginales associées à un contenu texturée. Premièrement, afin de modéliser analytiquement les statistiques marginales des sous-bandes, nous introduisons le modèle Gaussien généralisé asymétrique. Deuxièmement, nous proposons deux familles de modèles multivariés afin de prendre en compte les dépendances entre coefficients des sous-bandes. La première famille regroupe les processus à invariance sphérique pour laquelle nous montrons qu'il est pertinent d'associer une distribution caractéristique de type Weibull. Concernant la seconde famille, il s'agit des lois multivariées à copules. Après détermination de la copule caractérisant la structure de la dépendance adaptée à la texture, nous proposons une extension multivariée de la distribution Gaussienne généralisée asymétrique à l'aide de la copule Gaussienne. L'ensemble des modèles proposés est comparé quantitativement en terme de qualité d'ajustement à l'aide de tests statistiques d'adéquation dans un cadre univarié et multivarié. Enfin, une dernière partie de notre étude concerne la validation expérimentale des performances de nos modèles à travers une application de recherche d'images par le contenu textural. Pour ce faire, nous dérivons des expressions analytiques de métriques probabilistes mesurant la similarité entre les modèles introduits, ce qui constitue selon nous une troisième contribution de ce travail. Finalement, une étude comparative est menée visant à confronter les modèles probabilistes proposés à ceux de l'état de l'art.

De nombreuses applications de communications numériques font face à des canaux de transmission sélectifs en temps et en fréquence que nous pouvons assimiler à des systèmes linéaires variants dans le temps. À travers ces travaux de thèse, nous montrons que les modulations multiporteuses suréchantillonnées constituent une technique de transmission adaptée à ce type d'environnement. Cependant, la complexité algorithmique des émetteurs-récepteurs présente un frein majeur à leur adoption. Fort de ce constat, nous nous intéressons à la sous-famille des modulations multiporteuses suréchantillonnées à filtres courts (WCP-OFDM), dont la complexité algorithmique est comparable à celle de l'OFDM avec préfixe cyclique. Après avoir exprimé les conditions de reconstruction parfaite, nous développons des égaliseurs de faible complexité et étudions la problématique du rapport de puissance crête sur puissance moyenne du signal en sortie d'émetteur. Enfin, nous analysons les performances de ces modulations à travers plusieurs scénarios de propagation radiomobile. Les résultats de simulation confirment l'intérêt du WCP-OFDM, associé à des filtres prototypes bien localisés en temps et en fréquence pour faire face aux canaux doublement sélectifs.

Le but de ce travail de thèse est d'évaluer le potentiel d'un système Radar à Synthèse d'Ouverture (RSO) ou Synthetic Aperture Radar (SAR) en anglais, opérant en mode de polarimétrie compacte à basse fréquence pour des applications polarimétriques et interféro-polarimétriques. Cette thèse s'inscrit dans le projet de mission BIOMASS de l'Agence Spatiale Européenne qui propose la mise en orbite d'un instrument SAR en bande P pour suivre la dynamique de la biomasse terrestre à l'échelle globale, et d'autres missions spatiales futures dont l'objectif est d'étudier les changements environnementaux globaux telles que DESDynI (Deformation, Ecosystem Structure and Dynamics of Ice) et SMAP (Soil Moisture Active and Passive) pour le Jet Propulsion Laboratory (JPL) et Saocom (SAtélite Argentino de Observación COn Microondas) pour l'Agence Spatiale Argentine. La polarimétrie compacte est un cas particulier de la polarimétrie duale consistant en une polarisation d'émission unique et deux polarisations orthogonales à la réception. Trois configurations ont été suggérées : le mode π/4, le mode π/2 et le mode hybride (cas particulier du mode π/2). Il est important de noter qu'il s'agit ici d'un mode dual-pol spécifique où la phase relative entre les deux canaux de réception est conservée. La première partie de cette thèse introduit les concepts de base du système SAR, les notions de polarimétrie, interférométrie, interférométrie SAR polarimétrique, polarimétrie compacte et les motivations justifiant la volonté de mettre en œuvre un système compact-pol. Les basses fréquences permettent de réaliser des applications telles que l'estimation de paramètres liés à la végétation et l'inversion de paramètres de surface. Cependant, dans un contexte spatial en basse fréquence, le plan de propagation subit une rotation lors de la traversée de la couche ionosphérique appelée rotation de Faraday (RF). L'objectif de la deuxième partie de cette thèse est donc d'étudier l'estimation et la correction de la RF reposant sur les propriétés de rétrodiffusion des surfaces nues, avec un système opérant en polarimétrie compacte. La sélection des surfaces nues est basée sur un nouveau paramètre, appelé coefficient de conformité et construit à partir des mesures compact-pol. Une fois les sols nus sélectionnés, trois méthodes d'estimation de la RF utilisant des données compact-pol sont proposées. La troisième partie de cette thèse porte sur la possible inversion de l'humidité du sol, et l'estimation de la biomasse et la hauteur de la végétation à partir de données compact-pol. Nous montrons que l'algorithme standard de Dubois et al. de 1995 peut être directement appliqué à l'aide des données en polarimétrie compacte sur des surfaces nues afin d'y estimer l'humidité. Ensuite, l'estimation de la biomasse aérienne des forêts à partir de données en polarimétrie compacte est testée. Finalement, le concept d'interférométrie est ajouté à la polarimétrie compacte afin d'évaluer le potentiel d'un système compact-PolInSAR à estimer la hauteur de la végétation. Après avoir démontré le potentiel de la polarimétrie compacte pour certaines applications, nous analysons les implications système. Pour cela, les possibilités d'étalonner un tel système sont étudiées en considérant le déséquilibre de canal et la mauvaise isolation entre les canaux associés à la rotation de Faraday, et une procédure utilisant trois cibles externes est proposée. Enfin, l'équivalence entre les données compact-pol simulées à partir des données complètes et les données compact-pol construites à partir de données brutes est démontrée, confirmant la propriété de linéarité du processeur SAR. Ce travail et les techniques présentées tout au long de cette étude ont été simulés et testés à l'aide de données RAMSES en bande P et L, SETHI en bande L, PALSAR en bande L et AIRSAR en bande L.

les travaux de recherche de Jean-François Nezan s'inscrivent dans le cadre général des méthodes et outils d'aide à la conception de systèmes embarqués. Plus particulièrement, les travaux présentés visent les systèmes électroniques constitués de plusieurs processeurs (MPSoC) et dédiés aux applications de compression/décompression vidéo. L'approche choisie se situe dans le cadre AAA (Adéquation Algorithme Architecture) qui utilise des modèles de descriptions haut-niveau des algorithmes et des architectures parallèles pour automatiser les processus de placement/ordonnancement et pour générer un code optimisé. La présentation montrera les apports à cette problématique issus des travaux encadrés par Jean-François Nezan, précisera également la manière dont ces travaux distincts s'intègrent dans un processus de développement cohérent et évolutif, et enfin donnera les perspectives attendues dans les années à venir.