In our study, sea surface characteristics imaged by multi-polarization space-borne synthetic aperture radar (SAR) have been investigated. For the first time, a decomposition of different scattering mechanisms have been performed for ocean satellite SAR imagery to better understand the non-Bragg (Scalar) contribution to the total radar cross section (RCS) and Doppler measurements. Characteristics retrieval and target classification have been established, using polarimetry and Bayesian detection theories. There are generally three types of surface scattering mechanisms occurring when the sea surface is detected by microwave radar, i.e., Bragg, specular, and Rayleigh. Depolarized Bragg contribution corresponds to sea surface capillary wave, while the other two Scalar contributions correspond respectively to the crest of the longer wave before it breaks and foams formed by wave breaking. Different scattering mechanisms induce different polarimetric scattering coefficients and Doppler spectrum. It had been impossible to separate those scattering mechanisms with single polarization radar imageries. On pixel scale, we decomposed radar scattering matrices physically into Bragg and Scalar contributions. The decomposition is an iteration initiated with the radar incidence angle, and controlled by a local incidence angle which is function of co-polarization and cross-polarization. Based on these developments and testing, a strategy has been refined to analyze the signature of different features, to retrieve wind seas and sea swell parameters, as well as slick areas, ships, oil rigs, such polarized targets that may be buried in the Scalar contribution. With polarimetric scattering matrices estimated both for Bragg and Scalar contributions, a sea clutter model describing almost the real sea surface has been improved statistically. From this point, this improved model could be combined with Bayesian detectors to classify man-made metallic targets, such as ships, oil rigs, etc.

Depuis plusieurs dizaines d'années, la reconnaissance automatique du locuteur (RAL) fait l'objet de travaux de recherche entrepris par de nombreuses équipes dans le monde. La majorité des systèmes actuels sont basés sur l'utilisation des Modèles de Mélange de lois Gaussiennes (GMM) et/ou des modèles discriminants SVM, i.e., les machines à vecteurs de support. Nos travaux ont pour objectif général la proposition d'utiliser de nouveaux modèles GMM à grande marge pour la RAL qui soient une alternative aux modèles GMM génératifs classiques et à l'approche discriminante état de l'art GMM-SVM. Nous appelons ces modèles LM-dGMM pour Large Margin diagonal GMM. Nos modèles reposent sur une récente technique discriminante pour la séparation multi-classes, qui a été appliquée en reconnaissance de la parole. Exploitant les propriétés des systèmes GMM utilisés en RAL, nous présentons dans cette thèse des variantes d'algorithmes d'apprentissage discriminant des GMM minimisant une fonction de perte à grande marge. Des tests effectués sur les tâches de reconnaissance du locuteur de la campagne d'évaluation NIST-SRE 2006 démontrent l'intérêt de ces modèles en reconnaissance.

Les mines sous marines sont très utilisées dans les conflits. Pour contrer cette menace, les marines s'équipent de moyens de lutte anti-mine autonomes afin d'éviter l'intervention humaine. Une mission de guerre des mines se découpe en quatre étapes distinctes : la détection des objets, la classification et l'identification puis la neutralisation. Cette thèse propose des solutions algorithmiques pour l'étape d'identification par caméra vidéo. Le drone d'identification connaît la position approximative de l'objet à identifier. La première mission de ce drone est de re-détecter l'objet avant de le classifier et de l'identifier. Le milieu sous-marin perturbe les images acquises par la caméra (absorption, diffusion). Pour faciliter la détection et la reconnaissance (classification et identification), nous avons prétraité les images. Nous avons proposé deux méthodes de détection des objets. Tout d'abord nous modifions le spectre de l'image afin d'obtenir une image dans laquelle il est possible de détecter les contours des objets. Une seconde méthode a été développée à partir de la soustraction du fond, appris en début de séquence vidéo. Les résultats obtenus avec cette seconde méthode ont été comparés à une méthode existante. Lorsqu'il y a une détection, nous cherchons à reconnaître l'objet. Pour cela, nous utilisons la corrélation. Les images de référence ont été obtenues à partir d'images de synthèse 3D des mines. Pour les différentes méthodes utilisées, nous avons optimisés les résultats en utilisant les informations de navigation. En effet, selon les déplacements du drone, nous pouvons fixer des contraintes qui vont améliorer la détection et réduire le temps de calcul nécessaire à l'identification.

L'objet de ce document est de rapporter une partie des travaux de recherche auxquels j'ai contribué durant les cinq dernières années. Le but visé n'est pas de faire une synthèse exhaustive des travaux réalisés sur cette période mais d'en sélectionner certains d'entre eux pour leur pertinence et leur cohérence. Les travaux rapportés dans ce manuscrit concernent l'exploitation des représentations parcimonieuses dans les applications en télécommunication. Depuis mes travaux de thèse, où j'ai abordé le problème de la séparation aveugle de sources en exploitant le caractère parcimonieux des signaux audio, mes travaux gravitent autour des représentations parcimonieuses et leurs applications en communication numérique. En effet, après avoir exploité la propriété de parcimonie des signaux audio dans le domaine temps-fréquence d'un point de vue structurel, je me suis intéressé aux mesures de parcimonie et aux problèmes inverses régularisés. Cette réflexion m'a poussé à entreprendre l'étude sur l'exploitation de la parcimonie pour l'estimation aveugle de canaux de communication. En particulier, l'identification aveugle de canaux parcimonieux dans les systèmes Single-Input Multiple-Output (SIMO). Une extension de ces techniques a été développée pour les systèmes Multiple-Input Multiple-Output MIMO OFDM où le cas semi-aveugle a été traité. L'identification de canaux pour les communications étant étroitement liée aux signaux à alphabet fini. Je me suis par conséquent intéressé à l'exploitation de cette caractéristique des signaux de communication (signaux à alphabet fini) par le biais des représentations parcimonieuses afin de résoudre certains problèmes inverses difficiles. Enfin, j'ai abordé le problème de détection de signaux en utilisant des méthodes de tests statistiques basées sur l'hypothèse de parcimonie des signaux observés. Ces méthodes ont trouvés un cadre applicatif dans les communications sans fil, la guerre électronique et la séparation aveugle de sources.

L'ultra large bande (UWB) est une nouvelle technologie à fort potentiel pour les futurs réseaux personnels WPAN (wireless personal area networks) à très haut débit et faible portée. L'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau système UWB, de type LP-OFDM (linear precoded orthogonal frequency division multiplexing) pour les applications WPAN, visant à améliorer la solution MB-OFDM (multiband OFDM), supportée par l'Alliance WiMedia.<br />Dans un premier temps, une étude analytique est menée sur l'apport de la composante de précodage au système UWB, cette composante se réduisant en pratique à une simple addition d'une matrice d'étalement fréquentiel. La fonction de précodage est ensuite optimisée et différentes stratégies d'allocation dynamique des ressources sont étudiées. En considérant une approche classique tenant compte du taux d'erreur symbole (TES) ainsi qu'une nouvelle approche tenant compte du taux d'erreur binaire (TEB) moyen, différents algorithmes d'allocation dynamique visant à maximiser la portée ou le débit du système, ou à minimiser le TEB moyen du système, sont proposés. Les résultats analytiques montrent l'avantage d'utiliser une composante de précodage pour les applications UWB dont le canal est très sélectif en fréquence.<br />Dans un second temps, une étude système complémentaire à l'étude analytique est réalisée pour le système LP-OFDM UWB. Une composante MIMO est ajoutée au système, d'une part pour augmenter la portée du système à bas et moyen débit, et d'autre part pour augmenter le débit du système qui peut atteindre dans ce cas 1 gigabit/s. Les résultats de simulation sur le système proposé montrent que ce système est plus performant que le système MB-OFDM pour les débits déjà proposés dans la norme, et qu'il offre un débit deux fois plus important que ceux de la norme avec même une meilleure performance en terme de TEB.

En acoustique sous marine, les 'etudes sur les zones en eau peu profondes sontredevenues strat'egiques. Cette th'ese porte sur l' 'etude de la s'eparation et la d'etectionde trajet dans le cadre des eaux peu profondes tomographie acoustique oc'eanique. Dansune premi'ere 'etape de notre travail, nous avons donn'e un bref aperc¸u sur les techniquesexistantes de traitement acoustique sous-marine afin de trouver la difficult'e toujoursconfront'es 'a ce type de m'ethodes. Par cons'equent, nous avons fait une conclusion qu'ilest encore n'e cessaire d'am'eliorer la r'esolution de s'eparation afin de fournir des informationsplus utiles pour l' 'etape inverse de la tomographie acoustique oc'eanique.Ainsi, une enquˆete sur les mthodes haute r'esolution est effecut'ee. Enfin, nous avonspropos'e une m'ethode 'a haute r'esolution appel'ee lissage MUSICAL (MUSIC Active largeband), qui combine le lissage de fr'equence spatiale avec l'algorithme MUSICAL, pourune s'eparation efficace de trajet coh'erentes ou totalement corr'el'es. Cependant, cettem'ethode est bas'ee sur la connaissance a priori du nombre de trajet. Ainsi, nous introduisonsun test (exponential fitting test) (EFT) 'a l'aide de courte longueur des 'echantillonspour d'eterminer le nombre de trajets. Ces deux m'ethodes sont appliqu'ees 'a la fois desdonn'ees synth'etiques et les donn'ees r'eelles acquises dans un r'eservoir 'a petite 'echelle.Leurs performances sont compar'ees avec les m'ethodes conventionnelles pertinentes.

L'ultra large bande (UWB) est une nouvelle technologie à fort potentiel pour les futurs réseaux personnels WPAN (wireless personal area networks) à très haut débit et faible portée. L'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau système UWB, de type LP-OFDM (linear precoded orthogonal frequency division multiplexing) pour les applications WPAN, visant à améliorer la solution MB-OFDM (multiband OFDM), supportée par l'Alliance WiMedia.<br />Dans un premier temps, une étude analytique est menée sur l'apport de la composante de précodage au système UWB, cette composante se réduisant en pratique à une simple addition d'une matrice d'étalement fréquentiel. La fonction de précodage est ensuite optimisée et différentes stratégies d'allocation dynamique des ressources sont étudiées. En considérant une approche classique tenant compte du taux d'erreur symbole (TES) ainsi qu'une nouvelle approche tenant compte du taux d'erreur binaire (TEB) moyen, différents algorithmes d'allocation dynamique visant à maximiser la portée ou le débit du système, ou à minimiser le TEB moyen du système, sont proposés. Les résultats analytiques montrent l'avantage d'utiliser une composante de précodage pour les applications UWB dont le canal est très sélectif en fréquence.<br />Dans un second temps, une étude système complémentaire à l'étude analytique est réalisée pour le système LP-OFDM UWB. Une composante MIMO est ajoutée au système, d'une part pour augmenter la portée du système à bas et moyen débit, et d'autre part pour augmenter le débit du système qui peut atteindre dans ce cas 1 gigabit/s. Les résultats de simulation sur le système proposé montrent que ce système est plus performant que le système MB-OFDM pour les débits déjà proposés dans la norme, et qu'il offre un débit deux fois plus important que ceux de la norme avec même une meilleure performance en terme de TEB.

Les travaux de cette thèse ont pour but de développer des stratégies de régulation de débit pour le codage vidéo scalable MPEG-4 SVC. Plusieurs approches sont proposées, en fonction des besoins en termes de précision et de la complexité désirée. La qualité du flux vidéo décodé est également prise en compte afin d'améliorer l'impression visuelle. La multiplication des moyens de transmission et la diversification des appareils capables de lire du contenu vidéo contraignent les diffuseurs à dépenser beaucoup de temps et de moyens pour être en mesure de fournir une qualité de vidéo optimale quel que soit le contexte. La vidéo scalable a été développée en réponse à ce besoin d'adaptation des contenus vidéo aux différents contextes de diffusion. Le standard H.264/MPEG-4 SVC (Scalable Video Coding) propose trois types de scalabilité (spatiale, temporelle et en qualité), qui permettent d'adapter la résolution, le nombre d'images par seconde et la qualité du flux en fonction des besoins. Un flux vidéo unique est encodé, contentant plusieurs couches de résolution différentes codées les unes par rapport aux autres, de façon à rendre le codage de l'ensemble plus efficace. La régulation de débit permet d'adapter le débit en sortie de l'encodeur pour respecter des contraintes liées à la transmission ou au décodage du flux vidéo. À partir d'une consigne donnée, le budget à respecter est réparti entre les différents éléments du flux. Un modèle de débit est ensuite utilisé pour anticiper le comportement du débit en fonction des paramètres d'encodage afin de respecter les contraintes imposées au flux. À partir de cette problématique, deux approches sont proposées. La première se base sur un pré-encodage de chaque image pour fournir une base de calcul au modèle de débit. Elle permet d'obtenir une régulation très précise, avec une erreur entre le budget alloué et le débit effectif inférieure à 7\% sur les trois types de scalabilité. La seconde approche utilise les informations rassemblées dans les images précédentes comme base pour le modèle de débit de l'image à encoder. Elle ne requiert pas de pré-encodage, et ne pénalise pas la complexité du processus d'encodage. En outre, la perte de performances par rapport à l'approche en deux passes est minime et la consigne de débit par seconde est respectée de manière précise. Enfin, une méthode permettant de réduire les variations de la qualité est proposée pour améliorer l'impression visuelle ressentie par l'utilisateur. Les résultats montrent que la méthode présentée est capable de réguler le débit avec une grande précision sur les trois types de scalabilité, tout en réduisant les variations de la qualité et en conservant une complexité de calculs très faible. Ces atouts la rendent non seulement intéressante du point de vue des performances, mais également applicable dans des contextes pratiques où les ressources en temps sont limitées.

L'évolution des algorithmes de traitement de la vidéo a impliqué l'apparition de plusieurs standards. Ces standards présentent plusieurs algorithmes communs. Cependant, il n'est pas facile de réutiliser ces algorithmes à cause du monolithisme des codes. Pour résoudre ces problèmes, la communauté ISO/IEC MPEG a créé le standard " Reconfigurable Video Coding " (RVC) basé sur le principe que les algorithmes peuvent être définis sous la forme d'une librairie de composants séparés suivant le modèle de calcul flot de données. Ainsi, les composants sont normalisés au lieu du décodeur entier. Un programme flot de données peut être décrit comme un graphe orienté dont les sommets représentent les process (acteurs) à exécuter et les arcs représentent les FIFOs de communication entre ces processes. Les informations échangées dans les FIFOs s'appellent des jetons. Ce concept fait en sorte que les process sont totalement indépendants les uns des autres et c'est seulement la présence de jetons dans les FIFOs qui est responsable du déclanchement d'un process. Pour traduire ce modèle de calcul en une description fonctionnelle, un langage spécifique appelé CAL Actor Language (CAL) est considéré dans ce travail. Ce langage est standardisé par la norme MPEG-RVC sous le nom RVC-CAL. Le standard RVC est supporté par une infrastructure complète pour concevoir et compiler le RVC-CAL en implémentations matérielles et logicielles mais les compilateurs hardware existants présentent plusieurs limitations essentiellement pour la validation et la compilation de certaines structures haut niveau du langage RVC-CAL. Pour la validation, nous proposons une méthodologie fonctionnelle qui permet la validation des algorithmes dans toutes les étapes du flow de conception. Nous montrons dans ce document l'impact important de cette méthodologie sur la réduction du temps de conception. Concernant les limitations de la compilation hardware, nous introduisons une transformation automatique que nous avons intégrée dans le cœur d'un compilateur du langage RVC-CAL appelé Orcc (Open RVC-CAL Compiler). Cette transformation détecte les structures non supportées par les compilateurs hardware et réalise les changements nécessaires dans la représentation intermédiaire de Orcc pour obtenir un code synthétisable tout en conservant le comportement global de l'acteur. Cette transformation a résolu le plus important goulot d'étranglement de la génération hardware à partir des programmes flow de données. Pour évaluer nos méthodologies, nous avons appliqué la vérification fonctionnelle sur plusieurs applications de traitement d'image et de vidéo et nous avons appliqué la génération matérielle automatique sur le décodeur MPEG-4 part 2 Simple Profile et le codec d'images fixes LAR et nous proposons des études comparatives pour ces deux contextes applicatifs.

Ce travail concerne différent thèmes qui ont pour objectif d'améliorer la compréhension de l'Interférométrie Polarimétrique Radar (Pol-InSAR) ainsi que de proposer de nouvelles techniques permettant la reconstruction de paramètres liés à la végétation, dans le cadre d'applications de Télédétection. Des études théoriques sont menées afin de définir rigoureusement et d'analyser lénsemble de cohérences Pol-InSAR ainsi que de développer et d'interpréter les techniques d'optimisation de cohérences à lignes de base multiples. Un modèle interférométrique polarimétrique phénoménologique est développé pour tenir<br />compte d'un milieu volumique situé au dessus d'un sol. Dans le cas de forêts observées en bande L, ce modèle tient compte de la topographie du sol, de la canopée, de la hauteur totale des arbres, de l'atténuation de l'onde, de la réflectivité au sein de la canopée, de<br />la morphologie des arbres prise en compte par la distribution statistique des orientations des branches et leur forme efficace, de la contribution du sol et enfin de l'interaction entre le sol et les troncs. Une méthodologie d'inversion des paramètres de végétation est développée dans le cas des acquisitions monopasse ou multipasses. Dans ce dernier cas, la méthode d'inversion tient compte de la décorrélation temporelle et permet ainsi une estimation pour chaque ligne de base. La performance de léstimation des paramètres de<br />végétation est évaluée à partir de données SAR simulées et réelles aéroportées en bande L, pour les deux cas de configurations en lignes de base simple ou multiple.