La tomographie consiste à reconstruire un objet nD à partir de projections (n-1)D. Cette discipline soulève plusieurs questions auxquelles la recherche essaie d'apporter des réponses. On s'intéresse dans cette thèse à trois aspects de cette problématique : 1) la reconstruction de l'image 2D à partir de projections dans un cadre rarement étudié qui est celui des sources ponctuelles ; 2) l'unicité de cette reconstruction ; 3) l'estimation d'informations concernant un objet sans passer par l'étape de reconstitution de son image. Afin d'aborder le problème de reconstruction pour la classe des ensembles convexes, nous définissons une nouvelle classe d'ensembles ayant des propriétés de convexité qu'on appelle convexité par quadrants pour des sources ponctuelles. Après une étude de cette nouvelle classe d'ensembles, nous montrons qu'elle présente des liens forts avec la classe des ensembles convexes. Nous proposons alors un algorithme de reconstruction d'ensemblesconvexes par quadrants qui, si l'unicité de la reconstruction est garantie, permet de reconstruire des ensembles convexes en un temps polynomial. Nous montrons que si une conjecture, que nous avons proposée, est vraie, les conditions de l'unicité pour les ensembles convexes par quadrants sont les mêmes que celles pour les ensembles convexes. Concernant le troisième aspect étudié dans cette thèse, nous proposons une méthode qui permet d'estimer, à partir d'une seule projection, la surface d'un ensemble 2D. Concernant l'estimation du périmètre d'un ensemble 2D, en considérant les projections par une deuxième source d'un ensemble convexe, nous obtenons deux bornes inférieures et une borne supérieure pour le périmètre de l'objet projeté.

La thèse défendue dans de document commence par un examen des approches d'évaluation de performances dans le cadre de la perception artificielle, et comment elle se rapporte aux limites ( et l'inévitable subjectivité) de la spécification de la vérité terrain. Elle établit qu'il existe une ambiguïté intrinsèque dans son interprétation et son analyse, notamment dans le cadre de l'analyse du document de l'image. Après avoir établi le fait que l'interprétation est nécessairement ambigüe et que cette ambiguïté provient essentiellement de l'existence différents contextes plus ou moins compatibles, notre objectif global est d'étudier si on peut: * établir une forme de description du contexte qui est adaptée à la perception artificielle ( et de l'analyse de documents en particulier) et si elle peut être obtenue automatiquement par des techniques d'apprentissage statistique ou formelle ; * utiliser la description du contexte pour évaluer les performances d'algorithmes ; * utiliser la description de contexte pour décrire les données, de sorte à ce que cette description peut être utilisée pour des applications de recherche d'information ; * établir des limites ou des restrictions formelles pour les descriptions décrites précédemment et déterminer s'il existe des interprétations qui sont prouvablement impossibles à être obtenues par un algorithme. S'il existe effectivement une classe de problèmes d'interprétation qui ne peuvent pas être résolus par un algorithme, la seconde question serait de savoir si cette classe peut être caractérisée d'une façon ou d'une autre.

L'objectif principal de ce projet doctoral a été le développement de méthodologies qui permettent à des systèmes mobiles robotisés de naviguer de manière autonome dans un environnement inconnu ou partiellement connu, basées sur la perception visuelle fournie par un système de vision monoculaire embarqué. Un véhicule robotisé qui doit effectuer des tâches précises dans un environnement inconnu, doit avoir la faculté de percevoir son environnement proche et avoir un degré minimum d'interaction avec celui-ci. Nous avons proposé un système de vision embarquée préliminaire, où le temps de traitement de l'information (point critique dans des systèmes de vision utilisés en temps-réel) est optimisé par une méthode d'identification et de rejet d'informations redondantes. Suite à ces résultats, on a proposé une étude innovante par rapport à l'état de l'art en ce qui concerne la gestion énergétique du système de vision embarqué, également pour le calcul du temps de collision à partir d'images monoculaires. Ainsi, nous proposons le développement des travaux en étudiant une méthodologie robuste et efficace (utile en temps-réel) pour la détection de la route et l'extraction de primitives d'intérêts appliquée à la navigation autonome des véhicules terrestres. Nous présentons des résultats dans un environnement réel, dynamique et inconnu. Afin d'évaluer la performance de l'algorithme proposé, nous avons utilisé un banc d'essai urbain et réel. Pour la détection de la route et afin d'éviter les obstacles, les résultats sont présents en utilisant un véhicule réel afin d'évaluer la performance de l'algorithme dans un déplacement autonome. Cette Thèse de Doctorat a été réalisée à partir d'un accord de cotutelle entre l' Université de Campinas (UNICAMP) et l'Université de Technologie de Compiègne (UTC), sous la direction du Professeur Docteur Douglas Eduardo ZAMPIERI, Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP, Campinas, Brésil, et Docteur Isabelle FANTONI-COICHOT du Laboratoire HEUDIASYC UTC, Compiègne, France. Cette thèse a été soutenue le 26 août 2011 à la Faculté de Génie Mécanique, UNICAMP.

Le contexte de ma thèse rentre dans le cadre du projet IMD3D, supporté par le FUI. L'objectif de ce projet consiste à proposer une méthode automatisée permettant la décoration d'objets 3D quelconques. La solution choisie consiste à positionner un film imprimé dans le moule, ce film sera déformé par la fermeture du moule puis par injection. Ma thèse porte sur la génération de décoration. Les données dont nous disposons en entrée sont un maillage et une ou plusieurs images. Nous souhaitons d'abord obtenir le plaquage de cette image sur le maillage, de telle sorte que le rendu visuel soit équivalent à l'image initiale. Pour cela, nous avons décidé de choisir un point de vue par image et de le favoriser. Nous paramétrions alors le maillage par le biais d'une projection orthogonale ou perspective définie par ce point de vue. Nous réalisons alors la transformée inverse de déformation du maillage. L'utilisation d'une application conforme pour la déformation inverse permet de coller au mieux à la physique du problème. Nous visualisons donc le résultat à imprimer sur le film. Il reste alors à générer la texture permettant de décorer l'objet injecté par le procédé. Il suffit de parcourir bilinéairement l'intérieur des mailles et simultanément la partie de l'image correspondante, de manière à remplir les pixels de l'image. Ceci permet d'obtenir finalement la texture finale qui sera imprimée sur le film. Mais, lors des premiers essais effectués par les industriels avec une mire colorée, un effet de décoloration a été relevé. Nous avons donc pris en compte ce changement de couleur pour modifier l'image et obtenir le résultat visuel escompte, même au niveau du rendu des couleurs

Le contourage des ventricules cardiaques sur IRM est nécessaire à la détermination de la fonction contractile du cœur. Cette tâche est difficile, en particulier pour le ventricule droit (VD), due au flou aux frontières des cavités, aux irrégularités des intensités et à sa forme complexe et variable. Peu de travaux ont cependant été réalisés afin de résoudre cette problématique de segmentation. Dans ce but, nous avons proposé et développé deux méthodes de segmentation basées sur la méthode des coupes de graphe (GC), à laquelle nous avons incorporé des a priori de forme. La première méthode, semi-automatique, repose sur une carte d'a priori statistique créée à base d'Analyses en Composantes Principales et intégrée à la méthode des GC binaires. La seconde, automatique, permet la segmentation d'un ensemble d'objets par GC multi-labels à partir d'un modèle de forme probabiliste basé sur le recalage et la fusion d'atlas. Ces méthodes ont été évaluées sur une base importante d'IRM cardiaques, composée de 48 patients. Une comparaison aux méthodes de l'état de l'art pour cette application à travers le challenge de segmentation du VD MICCAI'12, que nous avons organisé, montre l'efficacité de nos méthodes.

De nos jours, les vidéos et les images sont devenues un moyen de communication très important. L'acquisition, la transmission, l'archivage et la visualisation de ces données visuelles, que ce soit à titre professionnel ou privé, augmentent de manière exponentielle. En conséquence, la confidentialité de ces contenus est devenue un problème majeur. Pour répondre à ce problème, le chiffrement sélectif est une solution qui assure la confidentialité visuelle des données en ne chiffrant qu'une partie des données. Le chiffrement sélectif permet de conserver le débit initial et de rester conforme aux standards vidéo. Ces travaux de thèse proposent plusieurs méthodes de chiffrement sélectif pour le standard vidéo H.264/AVC. Des méthodes de réduction du chiffrement sélectif grâce à l'architecture du standard H.264/AVC sont étudiées afin de trouver le ratio de chiffrement minimum mais suffisant pour assurer la confidentialité visuelle des données. Les mesures de qualité objectives sont utilisées pour évaluer la confidentialité visuelle des vidéos chiffrées. De plus, une nouvelle mesure de qualité est proposée pour analyser le scintillement des vidéos au cours du temps. Enfin, une méthode de chiffrement sélectif réduit régulé par des mesures de qualité est étudiée afin d'adapter le chiffrement en fonction de la confidentialité visuelle fixée. / Nowadays, videos and images are major sources of communication for professional or personal purposes. Their number grow exponentially and the confidentiality of the content has become a major problem for their acquisition, transmission, storage, and display. In order to solve this problem, selective encryption is a solution which provides visual privacy by encrypting only a part of the data. Selective encryption preserves the initial bit-rate and maintains compliance with the syntax of the standard video. This Ph.D thesis offers several methods of selective encryption for H.264/AVC video standard. Reduced selective encryption methods, based on the H.264/AVC architecture, are studied in order to find the minimum ratio of encryption but sufficient to ensure visual privacy. Objective quality measures are used to assess the visual privacy of encrypted videos. In addition, a new quality measure is proposed to analyze the video flicker over time. Finally, a method for a reduced selective encryption regulated by quality measures is studied to adapt the encryption depending on the visual privacy fixed.

Ce mémoire d'habilitation à diriger les recherches porte sur la perception et la compréhension conjointe de l'espace et du milieu par un robot cognitif autonome. Dans ce contexte, la démarche consiste ici à intégrer des percepts multiples et incertains à tous les niveaux de la perception à partir de capteurs visuels embarqués. Ces travaux se structurent en deux thèmes. Le premier thème se focalise sur la perception de l'espace pour la navigation autonome en milieu intérieur. Nos travaux antérieurs ont mis l'accent sur une méthodologie complète de détection, reconnaissance et localisation sur amers visuels validée par des expérimentations réelles sur le robot Diligent. Ces amers sont capturés automatiquement par le robot dans les différentes représentations métriques et topologiques de son environnement de travail. La navigation consiste alors à exploiter ces modèles pour se localiser métriquement ou qualitativement, sur la base de données visuelles, éventuellement télémétriques. À terme, ces représentations seront enrichies par des informations sémantiques capturées en interaction avec l'homme. Cet apprentissage supervisé, la perspective d'un robot sociable, nous ont amené à démarrer le second thème sur la perception par le robot de l'homme pour leur interaction. Nos travaux ont porté sur la détection, le suivi, la reconnaissance de l'homme par vision monoculaire couleur. Parmi ces fonctions, la problématique du suivi est centrale puisque la plupart des tâches robotiques coordonnées avec l'homme nécessite de caractériser la relation d'une plate-forme mobile aux agents humains a priori mobiles. Nous avons ainsi prototypé puis intégré plusieurs fonctions de suivi 2D ou 3D de tout ou partie des membres corporels de l'homme par le choix conjoint de stratégies de fusion de données visuelles et de filtrage particulaire répondant aux modalit és d'interaction envisagées pour le robot "guide" Rackham et le robot compagnon Jido. Les prospectives énoncées visent à l'interactio n de percepts relative à la perception simultanée par le robot de l'espace et/ou de l'homme. La problé- matique de l'intelligence ambiante, par l'ajout de robots anthropomorphes type humanoïde dans ces environnements humains, devrait infléchir ces travaux tout en recoupant certaines investigations passées ou actuelles.

L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps reel des defauts introduits par la turbulence atmospherique sur les images produites par un telescope. Les instruments ont maintenant atteint une maturite suffisante pour que des systemes de seconde generation apparaissent. Le Telescope Canada France Hawaii s'est equipe d'une optique adaptative a mesure et controle de courbure. Son integration et csa caracterisation en laboratoire et sur le ciel constituent la permiere partie de cette these. La philosophie et la methodologie d'integration sont exposes, ainsi que les resultats des tests. Ces derniers permettent d'estimer les performances de l'instrument dans de nombreuses conditions d'observations; elles sont excellentes et s'accordent avec les previsions. Une etude des galaxies a flambee d'etoiles constitue la seconde partie de la these. En effet, l'optique adaptative est un outil de choix pour l'observation de ces objets pour deux raisons; tout d'abord les sursauts de formation d'etoiles ont lieu dans des regions tres riches en poussieres, dont la profondeur optique est moindre dans le domaine infrarouge que dans celui du visible; ce domaine est aussi celui ou la correction apportee par l'optique adaptative est la plus efficace. De plus ces objets sont lointains, et il est necessaire de les observer a haute resolution angulaire pour pouvoir saisir les details de leur morphologie, et c'est precisment le but de l'optique adaptative: augmenter la resolution en s'affranchissant du flou residuel introduit par la turbulence atmospherique. Des resultats obtenus par les deux instruments d'optique adaptative ouverts a la communaute astrophysique sont presentes: onze galaxies (NGC 863, NGC 1068, NGC 1365, NGC 5033, NGC 7469, NGC 7714m Markarian 231, Markarian 565 et Arp 299) ont ete observes, et chaque cas est replace dans le contexte du modele unifie des noyaux actifs de galaxie. Par ailleurs, certains phenomenes sont mis en evidence ou trouvent confirmation (barres internes, super-amas d'etoiles, entoulement de bras spiraux).

Ce mémoire résume une quinzaine d'années de recherche dans le monde industriel et universitaire. Il est divisé en trois parties, traitant respectivement de la théorie de la morphologie mathématique, des systèmes dynamiques et enfin des applications au traitement des images. En morphologie mathématique, nos travaux ont porté principalement sur le filtrage et la segmentation d'images. En ce qui concerne le filtrage, nous avons proposé un algorithme quasi-linéaire pour calculer l'arbre des composantes, une des structures d'organisation naturelles des ensembles de niveaux d'une image. En segmentation, nous nous sommes principalement intéressé à la ligne de partage des eaux. Nous en avons proposé une définition continue. En nous servant du formalisme récemment introduit par Gilles Bertrand, nous avons comparé les propriétés de plusieurs définitions discrètes et nous avons proposé un algorithme quasi-linéaire permettant de calculer la ligne de partage des eaux topologique. Notre algorithme repose en partie sur celui de l'arbre des composantes. Enfin, nous avons proposé des schémas hiérarchiques pour utiliser la ligne de partage des eaux, et en particulier, nous avons proposé de valuer les contours produits par un critère de saillance donnant l'importance du contour dans la hiérarchie. Ces études nous ont conduit à proposer des classes de graphes adaptés pour la fusion de région, mettant en particulier en évidence l'équivalence existant entre une de ces classes de graphes et la classe des graphes pour lesquels toute ligne de partage des eaux binaire est mince. En ce qui concerne les systèmes dynamiques, nous avons utilisé les outils issus du cadre de l'analyse multivoque et de la théorie de la viabilité pour proposer un algorithme (dit des "Montagnes Russes") qui permet de converger vers le minimum global d'une fonction dont on connaît l'infimum. L'association du cadre algébrique des treillis complets, de l'algèbre et de la théorie des inclusions différentielles nous a permis de donner des propriétés algébriques et de continuité d'applications agissant sur des ensembles fermés, comme l'ensemble atteignable ou le noyau de viabilité. Nous avons utilisé le cadre des équations mutationnelles, permettant de dériver des tubes de déformations de formes dans des espaces métriques, pour prouver de manière rigoureuse et sans hypothèse de régularité sur la forme, l'intuition selon laquelle la dilatation transforme la forme dans la direction des normales à celle-ci en chacun de ses points. Nous avons adapté au cadre des équations mutationnelles le théorème d'Euler, qui permet d'approcher une solution à une équation mutationnelle par une s'equence de points dans un espace métrique. Enfin, nous avons proposé une approche générique de simulation, fondée sur les systèmes de particules, qui a prouvé son efficacité par sa mise en œuvre en milieu industriel, en particulier, pour la simulation de foules, pour la synthèse d'images, ou encore pour la simulation du déploiement d'airbags. Nous pensons que de bonnes études théoriques aident à réaliser des applications de qualité. Inversement, de bons problèmes théoriques peuvent trouver une source dans de bons problèmes applicatifs. On trouvera dans ce mémoire le résumé d'un certain nombre de travaux dont l'intérêt industriel a été prouvé par des brevets ou des logiciels. Citons par exemple un outil de segmentation 4D (3D+temps) en imagerie cardiaque utilisé par des médecins dans le cadre de leur pratique. Nous avons travaillé pendant plusieurs années dans le domaine du traitement d'images de documents. Nous avons proposé un outil basé sur la morphologie mathématique permettant d'estimer l'angle d'inclinaison d'un document scanné. Plus particulièrement, nous avons étudié des problèmes liés à l'indexation et à la reconnaissance de dessins techniques.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre du projet PANsafer (Vers un Passage A Niveau plus sûr), lauréat de l'appel ANR-VTT 2008. Ce projet est labellisé par les deux pôles de compétitivité i-Trans et Véhicule du Futur. Le travail de la thèse est mené conjointement par le laboratoire IRTES-SET de l'UTBM et le laboratoire LEOST de l'IFSTTAR. L'objectif de cette thèse est de développer un système de perception permettant l'interprétation de scénarios dans l'environnement d'un passage à niveau. Il s'agit d'évaluer des situations potentiellement dangereuses par l'analyse spatio-temporelle des objets présents autour du passage à niveau. Pour atteindre cet objectif, le travail est décomposé en trois étapes principales. La première étape est consacrée à la mise en place d'une architecture spatiale des capteurs vidéo permettant de couvrir de manière optimale l'environnement du passage à niveau. Cette étape est mise en œuvre dans le cadre du développement d'un simulateur d'aide à la sécurité aux passages à niveau en utilisant un système de perception multi-vues. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthode d'optimisation permettant de déterminer automatiquement la position et l'orientation des caméras par rapport à l'environnement à percevoir. La deuxième étape consiste à développer une méthode robuste de suivi d'objets en mouvement à partir d'une séquence d'images. Dans un premier temps, nous avons proposé une technique permettant la détection et la séparation des objets. Le processus de suivi est ensuite mis en œuvre par le calcul et la rectification du flot optique grâce respectivement à un modèle gaussien et un modèle de filtre de Kalman. La dernière étape est destinée à l'analyse des trajectoires 2D reconstruites par l'étape précédente pour l'interprétation de scénarios. Cette analyse commence par une modélisation markovienne des trajectoires 2D. Un système de décision à base de théorie de l'évidence est ensuite proposé pour l'évaluation de scénarios, après avoir modélisé les sources de danger. L'approche proposée a été testée et évaluée avec des données issues de campagnes expérimentales effectuées sur site réel d'un passage à niveau mis à disposition par RFF.