Cette thèse s’inscrit dans un projet à long terme de conception de nouvelle prothèse de l’Articulation Temporo-Mandibulaire (ATM). Afin de faciliter une caractérisation non invasive de l’ATM, elle a conduit à l’élaboration d’un modèle élément finis plan de l’ATM. Le modèle, construit à partir de relevés IRM, intègre le ménisque ainsi que les insertions musculaires et ligamentaires. Il est commandé en déplacements imposés tout d’abord et en efforts imposés ensuite. Les déplacements ont été mesurés par analyse vidéo 3D et les efforts musculaires ont été évalués par EMG au cours de travaux antérieurs réalisés au sein du laboratoire. Le modèle est ici exploité pour simuler un mouvement d’ouverture et un serrage inter-incisives dans trois configurations qui correspondent à des ouvertures de 5 mm, 25 mm et 30 mm. Les résultats de ces simulations, validés par IRM, ont permis de caractériser le rôle du disque articulaire de l’ATM dans la réalisation des déplacements et la transmission des efforts. L’étude souligne la nécessité de rechercher des solutions technologiques de remplacement du disque articulaire lors de la conception d’une nouvelle prothèse. / This study presents a part of a long-term project that aims to design a new prosthesis for the Temporomandibular Joint (TMJ). In order to facilitate a non-invasive characterization of the TMJ, a plane finite element model of the joint has been elaborated starting from MRI images. The model integrates the meniscus as well as the principal ligaments and the main muscular insertions. It has been driven firstly with displacements and then with forces. The displacements have been measured using a 3D motion analysis system and the muscles forces have been taken from anterior former EMG studies led in the laboratory. An opening movement and inter-incisors clenching in three configurations which correspond to openings of 5, 25 and 30 mm have been simulated. The results of these simulations, validated by MRI, made it possible to characterize the function of the articular disk during the movement and the transmission of actions. This study underlines the necessity of seeking technological solutions to replace the meniscus when designing a new prosthesis.

Après l'obtention de mon doctorat (2005), mes travaux ont porté initialement sur deux des axes de recherche de la thèse, notamment sur le codage vidéo scalable et sur le codage d'images par ondelettes adaptées à la forme (OAF). J'ai en particulier étudié la mise en place d'un codeur vidéo scalable basé sur la transformée en ondelettes par schémas lifting compensés en mouvement et allocation optimale des ressources de codage. En suite j'ai abordé le problème du critère optimal pour l'estimation de mouvement pour ce type de codeur : des meilleures performances débit-distorsion peuvent être atteintes au prix d'une augmentation de la complexité de l'estimation de mouvement. Par rapport au codage d'images par OAF, j'ai travaillé sur les conditions qui permettent à cette approche d'être compétitif avec les méthodes traditionnelles, et ensuite sur l'utilisation conjointe de la transformée en OAF avec la quantification vectorielle arborescente et avec la transformée de Karhunen-Loéve par classes pour la compression d'images multi-spectrales. J'ai aussi considéré la relation entre distorsion sur les coefficients et distorsion perceptuelle ou non-perceptuelle sur l'image résultante. Ensuite j'ai travaillé sur l'amélioration d'un codeur vidéo standard par une représentation efficace du mouvement : un premier travail, visant une très bonne précision, a abouti à une nouvelle méthode de codage sans pertes basée sur l'information mutuelle ; une deuxième approche utilise la quantification des vecteurs de mouvement, permettant de réduire le débit pour la même qualité. J'ai ensuite travaillé sur le codage vidéo distribué (CVD). Dans le contexte du CVD, la corrélation entre deux images consécutives (ou entre deux vues voisines dans le cas de vidéo multi-vues) est exploité uniquement au décodeur, tandis que les deux images sont codées séparément. Il est alors fondamental que le décodeur soit capable de construire une bonne estimation de l'image manquante : dans ce cas le codeur devra envoyer seulement quelques bits de parité d'un code à correction d'erreurs pour améliorer l'estimation jusqu'à avoir une qualité acceptable. Dans ce cadre, mes travaux ont visé surtout à améliorer l'estimation de l'image manquante, par une description précise du mouvement : un premier axe est basé sur la représentation dense des champs de vecteurs de mouvement ; un deuxième sur la modélisation des trajectoires des objets ; les méthodes basées sur les hash, de raffinement successif et de fusion du mouvement global avec le mouvement local ont également donné des bons résultats. Ces techniques d'estimation peuvent être utilisées dans le cadre du codage par descriptions multiples : les images paires et impaires d'une séquence vidéo sont codées dans deux flux séparés avec un codeur standard, et le décodeur peut reproduire le taux original d'images par seconde même s'il reçoit un seul flux : les techniques de CVD permettent de reconstruire l'image manquante. Le CVD permet également de gérer efficacement le compromis entre degré d'interactivité, occupation d'espace de stockage et besoins de bande passante lors du streaming interactif de vidéos multi-vues. Le CVD de la vidéo 3D comporte des problématiques liées au codage des cartes de profondeur à la détection et la gestion des occlusions, et à la fusion des estimations temporelles et inter-vues. Finalement je me suis aussi occupé de la relation entre qualité de l'estimation de l'image manquante et le débit de codage total associé. Même en dehors du cadre du CVD, la compression vidéo 3D, ou plus précisément, de la vidéo multi-vues (VMV) et de la vidéo multi-vues avec profondeur (MVP) est également un domaine majeur de mon activité de recherche. Je me suis intéressé aux méthodes d'estimation dense de disparité, au codage de cartes de profondeur et au codage par Don't Care Regions (DCR) c'est à dire, en considérant les erreurs sur l'image synthétisé avec la carte de profondeur plutôt que la carte de profondeur elle-même. Le dernier domaine de recherche concerne la distribution de la vidéo sur réseau. Dans le cas de réseau filaire, j'ai travaillé sur une approche network-aware pour la distribution coopérative de vidéo. Dans le cas de réseau sans fils, je me suis intéressé à un protocole cross-layer qui minimise le nombre de message échangé, tout en garantissant à tous les nœuds la réception de la vidéo. Ce protocole a ensuite été amélioré pour prendre en compte les compromis entre distorsion et congestion sur le réseau. Ce protocole peut être utilisé conjointement au codage réseau pour maximiser le throughput du réseau et pour améliorer la robustesse de la communication. Les techniques de codage réseau peuvent également être utilisées avec le codage à descriptions multiples pour ultérieurement améliorer la robustesse, et avec le codage de la vidéo multi-vues pour optimiser (en sens débit-distorsion) la planification d'envoi des paquets vidéo.

Cette thèse aborde la problématique de compression des vidéos multi-vues avec pour pilier un souci constant du respect de la perception humaine du media, dans le contexte de la vidéo 3D. Les études et les choix portés durant cette thèse se veulent orientés par la recherche de la meilleure qualité perçue possible des vues synthétisées. L'enjeu des travaux que de cette thèse réside dans l'investigation de nouvelles techniques de compression des données multi-view-plus-depth (MVD) limitant autant que possible les dégradations perceptibles sur les vues synthétisées à partir de ces données décodées. La difficulté vient du fait que les sources de dégradations des vues synthétisées sont d'une part multiples et d'autre part difficilement mesurables par les techniques actuelles d'évaluation de qualité d'images. Pour cette raison, les travaux de cette thèse s'articulent autour de deux axes principaux: l'évaluation de la qualité des vues synthétisées ainsi que les artefacts spécifiques et l'étude de schémas de compression des données MVD aidée de critères perceptuels. Durant cette thèse nous avons réalisé des études pour caractériser les artefacts liés aux algorithmes DIBR. Les analyses des tests de Student réalisés à partir des scores des tests de Comparaisons par paires et ACR-HR ont permis de déterminer l'adéquation des méthodes d'évaluation subjective de qualité pour le cas des vues synthétisées. L'évaluation des métriques objectives de qualité d'image/vidéo ont également permis d'établir leur corrélation avec les scores subjectifs. Nous nous sommes ensuite concentrés sur la compression des cartes de profondeur, en proposant deux méthodes dérivées pour le codage des cartes de profondeur et basées sur la méthode LAR. En nous appuyant sur nos observations, nous avons proposé une stratégie de représentation et de codage adaptée au besoin de préserver les discontinuités de la carte tout en réalisant des taux de compression importants. Les comparaisons avec les codecs de l'état de l'art (H.264/AVC, HEVC) montrent que notre méthode propose des images de meilleure qualité visuelle à bas débit. Nous avons également réalisé des études sur la répartition du débit entre la texture et la profondeur lors de la compression de séquences MVD. Les résultats de cette thèse peuvent être utilisés pour aider à la conception de nouveaux protocoles d'évaluation de qualité de données de synthèse; pour la conception de nouvelles métriques de qualité; pour améliorer les schémas de codage pour les données MVD, notamment grâce aux approches originales proposées; pour optimiser les schémas de codage de données MVD, à partir de nos études sur les relations entre la texture et la profondeur.

Le niveau d'exigence minimum pour tout système 3D (images stéréoscopiques) est de garantir le confort visuel des utilisateurs. Le confort visuel est un des trois axes perceptuels de la qualité d'expérience (QoE) 3D qui peut être directement lié aux paramètres techniques du système 3D. Par conséquent, le but de cette thèse est de caractériser objectivement l'impact de ces paramètres sur la perception humaine afin de contrôler la qualité stéréoscopique. La première partie de la thèse examine l'intérêt de prendre en compte l'attention visuelle des spectateurs dans la conception d'une mesure objective de qualité 3D. Premièrement, l'attention visuelle en 2D et 3D sont comparées en utilisant des stimuli simples. Les conclusions de cette première expérience sont validées en utilisant des scènes complexes avec des disparités croisées et décroisées. De plus, nous explorons l'impact de l'inconfort visuel causé par des disparités excessives sur l'attention visuelle. La seconde partie de la thèse est dédiée à la conception d'un modèle objectif de QoE pour des vidéos 3D, basé sur les seuils perceptuels humains et le niveau d'acceptabilité. De plus nous explorons la possibilité d'utiliser la modèle proposé comme une nouvelle échelle subjective. Pour la validation de ce modèle, des expériences subjectives sont conduites présentant aux sujets des images stéréoscopiques fixes et animées avec différents niveaux d'asymétrie. La performance est évaluée en comparant des prédictions objectives avec des notes subjectives pour différents niveaux d'asymétrie qui pourraient provoquer un inconfort visuel. / The minimum requirement for any 3D (stereoscopic images) system is to guarantee visual comfort of viewers. Visual comfort is one of the three primary perceptual attributes of 3D QoE, which can be linked directly with technical parameters of a 3D system. Therefore, the goal of this thesis is to characterize objectively the impact of these parameters on human perception for stereoscopic quality monitoring. The first part of the thesis investigates whether visual attention of the viewers should be considered when designing an objective 3D quality metrics. First, the visual attention in 2D and 3D is compared using simple test patterns. The conclusions of this first experiment are validated using complex stimuli with crossed and uncrossed disparities. In addition, we explore the impact of visual discomfort caused by excessive disparities on visual attention. The second part of the thesis is dedicated to the design of an objective model of 3D video QoE, which is based on human perceptual thresholds and acceptability level. Additionally we explore the possibility to use the proposed model as a new subjective scale. For the validation of proposed model, subjective experiments with fully controlled still and moving stereoscopic images with different types of view asymmetries are conducted. The performance is evaluated by comparing objective predictions with subjective scores for various levels of view discrepancies which might provoke visual discomfort.