La technologie de l'infrarouge est devenue une alternative intéressante pour les systèmes visuels de sécurité. En effet, les progrès dans le domaine du "numérique" ont conduit à l'intégration de nouvelles fonctionnalités offrant plus d'applicabilités à cette technologie. Ces travaux de recherche visent alors l'évaluation de l'infrarouge pour une automatisation des scénarios de vidéosurveillance d'un stationnement. Le système est conçu pour faire preuve d'efficacité et de robustesse dans des environnements complexes et sous diverses conditions climatiques et d'éclairage. Afin d'opérer dans des scénarios réalistes, le système est doté d'un module de détection de mouvement basé sur une nouvelle technique de soustraction "dynamique" d'arrière-plan. Cette dernière procure une robuste adaptation aux changements incontrôlés des conditions d'acquisition grâce à un seuillage automatique combiné avec la détection de contours. Par ailleurs, ce module alimente une chaîne complète de traitements effectuant le suivi et la classification des diverses entités mobiles observées par une caméra infrarouge stationnaire. Les techniques adoptées pour le suivi et la classification d'objets, en piétons et en véhicules, procurent au système une capacité supplémentaire à identifier quelques événements d'intérêt dont ils sont les auteurs. Le temps de l'exécution est optimisé grâce à la faible complexité algorithmique et au choix judicieux des paramètres. Finalement, la validation des techniques employées est réalisée à l'aide de longues séquences contenant des milliers d'images infrarouges acquises sous différentes conditions climatiques et d'éclairage.

Optel Vision est une compagnie produisant des systèmes d'inspection par vision artificielle pour l'industrie pharmaceutique, nutraceutique et cosmétique. Ces systèmes possèdent une architecture matérielle et logicielle interagissant ensemble. Les algorithmes de vision sont une librairie faisant partie de l'ensemble logiciel. Cette dernière contient l'ensemble des structures et des algorithmes de vision construits à l'interne se nommant VisionLib. Cette librarie possède déjà quelques années et son architecture limite maintenant le développement de certaines spécifications importantes ainsi que de nouvelles applications que l'entreprise aimerait ajouter à son porte-folio. Ce mémoire présentera l'approche utilisée afin de créer la nouvelle architecture de la librairie de vision en optimisant la parallélisation des algorithmes de manière automatique, en développement en système plus ouvert et facilement configurable, en facilitant le débogage interne, et finalement en minimisant le temps de développement d'une nouvelle analyse vision

Que ce soit à des fins d'amélioration de la performance ou de réhabilitation physique, l'analyse de la condition physique et de la locomotion occupe de nos jours une importante place dans le domaine des soins santé. La récente démocratisation des microcontrôleurs et de leur suite de capteurs a permis la venue de nouvelles modalités d'évaluation de la locomotion (p. ex. l'analyse cinématique avec systèmes inertiels). Ce mémoire présente le développement d'un véhicule autonome de petite taille permettant la capture vidéo d'un participant selon un suivi adaptatif utile à des fins d'analyse du mouvement et la réalisation d'évaluation de la condition physique en dehors des milieux de laboratoires et cliniques (p. ex. Salle instrumentée, tapis roulant). Le robot, fabriqué à faibles coûts, est basé sur la plateforme Raspberry Pi. De façon à conduire une collecte en milieu écologique, celui-ci est placé sur une piste d'athlétisme intérieure sur laquelle il peut se déplacer de manière autonome dans les corridors en suivant les lignes selon un algorithme de reconnaissance visuelle et d'automatisation. L'instrumentation embarquée du véhicule permet l'évaluation du participant en mode « suivi », c'est-à-dire en suivant la cadence en conservant une distance constante et sécuritaire. Le mode meneur de train » impose quant à lui une cadence au participant. Ce mode peut aussi être utilisé à des fins d'analyse de la performance ou d'entrainement. Au cours de ce document, les modalités de conception et de fabrication seront présentées. Les méthodes de vision par ordinateur pour la conduite autonome développée pour un ordinateur à faible coût et de faible puissance seront détaillées. Les résultats d'essais effectués sur une piste d'athlétisme intérieure permettant de démontrer les performances et limitations du véhicule sont présentés. Les résultats obtenus sont discutés. Finalement, de nouvelles approches pour l'évaluation de la condition physique seront proposées. / Whether for performance enhancement or physical rehabilitation, the analysis of fitness and locomotion occupies an important place in today's healthcare. The recent democratization of microcontrollers and their suite of sensors has allowed the emergence of new methods for evaluating locomotion (e.g., kinematic analysis with inertial systems). This dissertation presents the development of an autonomous vehicle of small size allowing the video capture of a participant according to an adaptive tracking that could be used for movement analysis and physical condition evaluations performed outside of laboratory environments and clinics (e.g., Instrumented room, treadmills). The robot, manufactured at low cost, is based on the Raspberry Pi platform. In order to conduct a video data acquisition in an ecological environment, it is placed on an indoor running track on which it can move independently in the corridors by following the lane lines according to a visual recognition and automation algorithm. The onboard instrumentation of the vehicle allows the participant to be evaluated in "follow-up" mode, that is to say by following the pace while maintaining a constant and safe distance with the assessed participant. The "pacesetter" mode, for its part, imposes a pace on the participant. This mode can also be used for performance analysis or training purposes. Throughout this document, the design and manufacturing methods will be presented. Computer vision methods for autonomous driving developed for a low cost, low-power computer will be detailed. The results of tests carried out on an indoor running track to demonstrate the performances and limitations of the vehicle are presented. Finally, new approaches for fitness assessment will be proposed.

Dans le domaine de la vision par ordinateur, la reconstruction de scènes et l'estimation des positions des caméras sont essentielles pour des applications telles que la réalité virtuelle, la numérisation d'objets et la réalité augmentée. Cette thèse aborde deux défis principaux : le positionnement précis des caméras et la reconstruction dynamique des scènes. Un placement précis des caméras est crucial pour garantir la fidélité des modèles 3D, notamment dans des applications comme la surveillance sous-marine, où les conditions environnementales peuvent affecter la qualité des images. La première partie de cette thèse se concentre sur l'évaluation des techniques de photogrammétrie utilisant des modèles d'intelligence artificielle dans des environnements difficiles. Ces techniques sont indispensables pour estimer les positions des caméras dans des conditions telles que la faible luminosité, les intempéries et les textures complexes. En intégrant des modèles avancés d'IA, nous visons à améliorer la précision et la fiabilité de la photogrammétrie. La deuxième partie propose une méthodologie pour évaluer différentes techniques de reconstruction de scènes dynamiques avec des configurations synthétiques. Les avancées récentes, comme les champs de radiances neuronaux et le Gaussien Splatting en 3D, montrent des améliorations pour gérer les variations spatiales et temporelles. Cependant, ces méthodes font face à des défis majeurs dans des contextes dynamiques, nécessitant des algorithmes robustes capables de s'adapter en temps réel. Nos contributions incluent un cadre d'évaluation complet pour comparer différentes méthodes de photogrammétrie et de reconstruction de scènes dynamiques. Ce cadre permet une évaluation systématique des forces et des faiblesses de chaque méthode, fournissant des informations précieuses pour des avancées futures. Cette thèse est structurée en trois chapitres : le premier introduit les concepts fondamentaux de la vision par ordinateur liés à la reconstruction de scènes, le deuxième évalue les techniques de photogrammétrie dans des environnements difficiles, et le troisième présente un pipeline pour évaluer les techniques de reconstruction de scènes dynamiques. Ces contributions visent à offrir un cadre d'évaluation pour mieux comprendre les limitations actuelles et les améliorations potentielles dans ces domaines critiques.

Ce mémoire présente une étape intermédiaire de traitement dans le but d'isoler les objets principaux d'une scène. Les calculs sont effectués à partir de la sortie du logiciel Magno, qui a pour but de segmenter une image numérique en segments de droites et en arcs de cercles. L'objectif du projet est de nettoyer la carte de primitives ; garder celles qui sont disposées à former un objet multi-parties et rejeter celles qui vraisemblablement représentent l'arrière-scène. L'approche retenue implique un appariement de toutes les paires de primitives possibles et y ajoute une phase de relaxation pour stabiliser les résultats.

Analyse de la forme 3D est un sujet de recherche extrêmement actif dans les deux l'infographie et vision par ordinateur. Dans la vision par ordinateur, l'acquisition de formes et de modélisation 3D sont généralement le résultat du traitement des données complexes et des méthodes d'analyse de données. Il existe de nombreuses situations concrètes où une forme visuelle est modélisé par un nuage de points observés avec une variété de capteurs 2D et 3D. Contrairement aux données graphiques, les données sensorielles ne sont pas, dans le cas général, uniformément répartie sur toute la surface des objets observés et ils sont souvent corrompus par le bruit du capteur, les valeurs aberrantes, les propriétés de surface (diffusion, spécularités, couleur, etc), l'auto occlusions, les conditions d'éclairage variables. Par ailleurs, le même objet que l'on observe par différents capteurs, à partir de points de vue légèrement différents, ou à des moments différents cas peuvent donner la répartition des points tout à fait différentes, des niveaux de bruit et, plus particulièrement, les différences topologiques, par exemple, la fusion des mains. Dans cette thèse, nous présentons une représentation de multi-échelle des formes articulés et concevoir de nouvelles méthodes d'analyse de forme, en gardant à l'esprit les défis posés par les données de forme visuelle. En particulier, nous analysons en détail le cadre de diffusion de chaleur pour représentation multi-échelle de formes 3D et proposer des solutions pour la segmentation et d'enregistrement en utilisant les méthodes spectrales graphique et divers algorithmes d'apprentissage automatique, à savoir, le modèle de mélange gaussien (GMM) et le Espérance-Maximisation (EM). Nous présentons d'abord l'arrière-plan mathématique sur la géométrie différentielle et l'isomorphisme graphique suivie par l'introduction de la représentation spectrale de formes 3D articulés. Ensuite, nous présentons une nouvelle méthode non supervisée pour la segmentation de la forme 3D par l'analyse des vecteurs propres Laplacien de graphe. Nous décrivons ensuite une solution semi-supervisé pour la segmentation de forme basée sur un nouveau paradigme d'apprendre, d'aligner et de transférer. Ensuite, nous étendre la représentation de forme 3D à une configuration multi-échelle en décrivant le noyau de la chaleur cadre. Enfin, nous présentons une méthode d'appariement dense grâce à la représentation multi-échelle de la chaleur du noyau qui peut gérer les changements topologiques dans des formes visuelles et de conclure par une discussion détaillée et l'orientation future des travaux.

Dans une première partie, j'illustrerai quelques uns de mes travaux en visio n par ordinateur et traitement d'images. Ceux-ci portent notamment sur la géométrie multi-vues, l'utilisation du raisonnement géométrique pour intégrer des contraintes sur la scène, l'appariement et la segmentation d'images. Sans forcément rentrer dans les détails, j'exposerai les idées fondamentales qui sous-tendent ces travaux qui ont maintenant quelques années et proposerai quelques perspectives sur des extensions possibles. Une deuxième partie abordera certains problèmes liés à l'électro- et la magnéto-encéphalographie M/EEG, sujet auquel je me suis intéressé plus récemment. Je décrirai en particulier un algorithme de détection d'événements d'intérêts en essai par essai ainsi que certaines techniques que nous avons développé pour la modélisation du problème direct M/EEG. Comme pour la première partie, je tenterai de proposer quelques unes des évolutions possibles autour de cette thématique.

Les dernières décennies ont vu le développement important de la chirurgie mini-invasive. L'acte mini-invasif apporte de nombreux avantages pour les patients: séjour plus court à l'hôpital, réduction des coûts, un traumatisme réduit et la diminution des complications postopératoires. Dans ce contexte, l'assistance robotique est capable de rendre l'acte chirurgical plus intuitif et plus sûr pour les chirurgiens. Dans le domaine de la chirurgie cardiaque mini-invasive, les mouvements respiratoires et cardiaques sont deux sources de perturbations importantes pour les chirurgiens. Malgré l'existence de versions miniaturisées de stabilisateurs cardiaques mécaniques, le mouvement résiduel est encore considérable et doit être manuellement compensé par le chirurgien. Dans ces travaux de thèse, des techniques de suivi visuel pour l'estimation du mouvement 3D du coeur ont été développées. Pour la compensation active des mouvements physiologiques, seules les structures naturelles sur la surface du coeur sont utilisées. Deux contributions dans le domaine de la compensation des mouvements physiologiques pour la chirurgie cardiaque robotisée ont été proposées. La première est une méthode de suivi visuel 3D basée sur un modèle déformable de type ''plaque mince'' et une paramétrisation efficace pour le suivi 3D en images stéréo-endoscopiques. La seconde contribution est une méthode de suivi robuste qui prédit le mouvement futur du coeur pour contourner des problèmes comme les occlusions par les instruments chirurgicaux et les éventuelles réflexions spéculaires. La méthode de prédiction est basée sur une série de Fourier estimée à travers un filtre de Kalman étendu.

Les systèmes multi-caméras permettent de nos jours d'obtenir à la fois des flux d'images couleur mais aussi des flux de modèles 3D. Ils permettent ainsi l'étude de scènes complexes à la fois de par les éléments qui la composent mais aussi de par les mouvements et les déformations que subissent ces éléments au fil du temps. Une des principales limitations de ces données est le manque de cohérence temporelle entre les observations obtenues à deux instants de temps successifs. Les travaux présentés dans cette thèse proposent des pistes pour retrouver cette cohérence temporelle. Dans un premier temps nous nous sommes penchés sur le problème de l'estimation de champs de déplacement denses à la surface des objets de la scène. L'approche que nous proposons permet de combiner efficacement des informations photométriques provenant des caméras avec des informations géométriques. Cette méthode a été étendue, par la suite, au cas de systèmes multi-caméras hybrides composés de capteurs couleurs et de profondeur (tel que le capteur kinect). Dans un second temps nous proposons une méthode nouvelle permettant l'apprentissage de la vraie topologie d'une scène dynamique au fil d'une séquence de données 4D (3D + temps). Ces travaux permettent de construire au fur et à mesure des observations un modèle de référence de plus en plus complet de la scène observée.

Nous présentons une approche de rendu à base d'images qui permet, à partir de photos, de naviguer librement et générer des points de vue quelconques dans des scènes urbaines. Les approches précédentes se basent sur un modèle géométrique complet et précis de la scène. La qualité des résultats produits par ces méthodes se dégrade lorsque la géométrie est approximative. Dans cette thèse, nous proposons une approximation basée sur l'image pour compenser le manque de précision de la géométrie. Dans une première approche, nous utilisons une déformation discontinue des photos guidée par des cartes de profondeur quasi-denses, ce qui produit de meilleurs résultats que le plaquage de texture utilisé par les méthodes précédentes, en particulier lorsque la géométrie est imprécise. Cette approche nécessite quelques indications utilisateur pour identifier les bordures d'occlusion dans les photos. Nous proposons ensuite une méthode entièrement automatique basée sur la même idée de déformation d'image. Cette méthode permet de traiter des scènes plus complexes avec un plus grand nombre de photos. Nous évitons l'intervention utilisateur en sur-segmentant les images d'entrées pour former des superpixels. Nous déformons chaque superpixel indépendamment en utilisant l'information de profondeur clairsemée. Nous proposons également un algorithme de synthèse de profondeur approximative pour traiter les zones de l'image où la géométrie n'est pas disponible. Nous comparons nos résultats à de nombreuses approches récentes et montrons que notre méthode permet une navigation virtuelle libre. Nous avons aussi étudié les défauts du rendu à base d'images d'un point de vue perceptif. Dans une première études controlées, nous avons évalué la perception des distorsions de perspective produites lorsqu'une seule image est projetée sur une géométrie planaire. Les données obtenues lors de cette étude nous ont permis de développer un modèle quantitatif permettant de prédire les distorsions perçues en fonction des paramètres de capture et de visualisation. Dans une autre étude nous comparons les défauts visuels produits par des transitions d'images douces ou abruptes. Nous avons déduit de cette étude des conseils pour choisir le meilleur compromis entre les deux types de transition. Ces deux études ont motivé des choix de conception de nos algorithmes de rendu à base d'images. Enfin, nous démontrons l'utilisation de notre approche pour la thérapie cognitive, ce qui représente la première application de réalité virtuelle à base d'images. Notre méthode permet de réduire considérablement le coût de modélisation 3D d'une scène de réalité virtuelle tout en produisant des visites virtuelles très réalistes.