Cette thèse étudie la stabilité linéaire et le contrôle linéaire optimal d’écoulements périodiques en temps. Le cadre d'étude développé a été appliqué au jet rond pulsé.Lorsqu'un jet rond laminaire est forcé au niveau de sa buse périodiquement et de façon axisymétrique, une allée régulière d'anneaux de vorticité se forment. Dans cette configuration, nous étudions deux types d’instabilités. D'une part, de façon intrinsèque, un appariement tourbillonnaire peut parfois survenir. D'autre part, l'ajout d'un terme hélicoïdal sous-harmonique au forçage axisymétrique peut générer un jet bifurqué. Ces deux phénomènes conduisent à une importante augmentation de l'évasement du jet et à une amélioration de ses propriétés de mélange.Tout d'abord, nous présentons une méthode de stabilisation d’orbites périodiques instables, basée sur un contrôle avec un retard temporel. Cette technique, appliquée au cas du jet pulsé, fournit un écoulement périodique non-apparié, dans des gammes de paramètres où l'appariement surgit naturellement. Cet écoulement non-apparié forme la base des études de stabilité et d’optimisation suivantes.Ensuite, nous étudions la dynamique intrinsèque des perturbations de cet état. D'une part, grâce à la théorie de Floquet, nous calculons sa stabilité modale, ce qui prédit le comportement à long-terme de ces perturbations. Pour ce faire, une base de Krylov est construite à l'aide d'une méthode d'Arnoldi par blocs à partir de simulations temporelles. D'autre part, nous caractérisons sa croissance transitoire, qui contrôle le comportement à court-terme des perturbations. Tandis que l'analyse de Floquet prédit avec précision les nombres de Reynolds et de Strouhal critiques pour observer une croissance modale sur le long terme des perturbations puis un appariement, la croissance non-modale contrôle entièrement la bifurcation entre l’état non-apparié et l’état apparié.Enfin, nous optimisons le déclenchement de la bifurcation du jet. Ainsi, le forçage hélicoïdal maximisant l'évasement et le mélange du jet dans un plan préférentiel est calculé. Nous comparons ensuite par simulation numérique directe l'efficacité de ce forçage avec des forçages ad hoc utilisés dans des études précédentes. Le forçage optimal déclenche la bifurcation beaucoup plus tôt, avec un évasement bien plus marqué, et pour une gamme de nombres de Strouhal bien plus large que les forçages précédents. / This thesis describes the linear instability analysis and the design of linear optimal control of time-periodic flows. The numerical framework developed is applied to the study of pulsed jets.When a laminar round jet is forced axisymmetrically and time-periodically at the inlet, a regular street of vortex rings is formed. Two instability phenomena of such arrays are investigated. Firstly, intrinsic mechanisms may trigger vortex pairing. Secondly, if an additional subharmonic helical component is superposed onto the fundamental axisymmetric forcing, jet bifurcation is induced. Both phenomena result in strongly increased spreading and mixing in the mean flow.In a first step, a numerical stabilisation technique is devised, allowing the computation of exact periodic flow solutions, even when they are subject to instrinsic instabilities. This method, based on a time-delayed feedback, is then applied in order to recover unpaired periodic flow states of pulsed jets, in parameter regimes where vortex pairing naturally occurs. These unpaired flow states form the basis for the following instability and optimal control calculations.In a second step, the instrinsic perturbation dynamics in pulsed jets is investigated. Modal instability properties, governing the long-time flow behaviour, are examined in the framework of Floquet theory. Numerically, a Krylov basis is constructed from linear time-stepping using a block-Arnoldi algorithm to maximise efficiency. Transient dynamics, governing the short-time growth of initial perturbations, are characterised by an optimal perturbation analysis. While the modal Floquet analysis accurately predicts the critical Reynolds and Strouhal numbers of the long-time occurrence of vortex pairing, transient growth dynamics dominates the bifurcation.Finally, the optimal way to trigger jet bifurcation through subharmonic inlet forcing is computed. Inlet helical forcing is identified that maximises the jet spreading and mixing in one privileged meridional plane. This optimal forcing is implemented in direct numerical simulations, and its efficiency in the nonlinear regime is compared to that of ad hoc forcing used in previous studies. The optimal forcing results in bifurcation further upstream, at higher spreading angles, and over a much wider range of Strouhal numbers than found previously.

La mesure de la forme 3D du visage est une problématique qui attire de plus en plus de chercheurs et qui trouve son application dans des domaines divers tels que la biométrie, l'animation et la chirurgie faciale. Les solutions actuelles sont souvent basées sur des systèmes projecteur/caméra et utilisent de la lumière structurée pour compenser l'insuffisance de la texture faciale. L'information 3D est ensuite calculée en décodant la distorsion des patrons projetés sur le visage. Une des techniques les plus utilisées de la lumière structurée est la codification sinusoïdale par décalage de phase qui permet une numérisation 3D de résolution pixélique. Cette technique exige une étape de déroulement de phase, sensible à l'éclairage ambiant surtout quand le nombre de patrons projetés est limité. En plus, la projection de plusieurs patrons impacte le délai de numérisation et peut générer des artefacts surtout pour la capture d'un visage en mouvement. Une alternative aux approches projecteur-caméra consiste à estimer l'information 3D par appariement stéréo suivi par une triangulation optique. Cependant, le modèle calculé par cette technique est généralement non-dense et manque de précision. Des travaux récents proposent la super-résolution pour densifier et débruiter les images de profondeur. La super-résolution a été particulièrement proposée pour les caméras 3D TOF (Time-Of-Flight) qui fournissent des scans 3D très bruités. Ce travail de thèse propose une solution de numérisation 3D à faible coût avec un schéma de super-résolution spatio-temporelle. Elle utilise un système multi-caméra étalonné assisté par une source de projection non-étalonnée. Elle est particulièrement adaptée à la reconstruction 3D de visages, i.e. rapide et mobile. La solution proposée est une approche hybride qui associe la stéréovision et la codification sinusoïdale par décalage de phase, et qui non seulement profite de leurs avantages mais qui surmonte leurs faiblesses. Le schéma de la super-résolution proposé permet de corriger l'information 3D, de compléter la vue scannée du visage en traitant son aspect déformable.

La mesure de la forme 3D du visage est une problématique qui attire de plus en plus de chercheurs et qui trouve son application dans des domaines divers tels que la biométrie, l'animation et la chirurgie faciale. Les solutions actuelles sont souvent basées sur des systèmes projecteur/caméra et utilisent de la lumière structurée pour compenser l'insuffisance de la texture faciale. L'information 3D est ensuite calculée en décodant la distorsion des patrons projetés sur le visage. Une des techniques les plus utilisées de la lumière structurée est la codification sinusoïdale par décalage de phase qui permet une numérisation 3D de résolution pixélique. Cette technique exige une étape de déroulement de phase, sensible à l'éclairage ambiant surtout quand le nombre de patrons projetés est limité. En plus, la projection de plusieurs patrons impacte le délai de numérisation et peut générer des artefacts surtout pour la capture d'un visage en mouvement. Une alternative aux approches projecteur-caméra consiste à estimer l'information 3D par appariement stéréo suivi par une triangulation optique. Cependant, le modèle calculé par cette technique est généralement non-dense et manque de précision. Des travaux récents proposent la super-résolution pour densifier et débruiter les images de profondeur. La super-résolution a été particulièrement proposée pour les caméras 3D TOF (Time-Of-Flight) qui fournissent des scans 3D très bruités. Ce travail de thèse propose une solution de numérisation 3D à faible coût avec un schéma de super-résolution spatio-temporelle. Elle utilise un système multi-caméra étalonné assisté par une source de projection non-étalonnée. Elle est particulièrement adaptée à la reconstruction 3D de visages, i.e. rapide et mobile. La solution proposée est une approche hybride qui associe la stéréovision et la codification sinusoïdale par décalage de phase, et qui non seulement profite de leurs avantages mais qui surmonte leurs faiblesses. Le schéma de la super-résolution proposé permet de corriger l'information 3D, de compléter la vue scannée du visage en traitant son aspect déformable.

Cette dernière décennie, la modélisation des villes 3D est devenue l'un des enjeux de la recherche multimédia et un axe important en reconnaissance d'objets. Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à localiser différentes primitives, plus particulièrement les fenêtres, dans les façades de Paris. Dans un premier temps, nous présentons une analyse des façades et des différentes propriétés des fenêtres. Nous en déduisons et proposons ensuite un algorithme capable d'extraire automatiquement des hypothèses de fenêtres. Dans une deuxième partie, nous abordons l'extraction et la reconnaissance des primitives à l'aide d'appariement de graphes de contours. En effet une image de contours est lisible par l'oeil humain qui effectue un groupement perceptuel et distingue les entités présentes dans la scène. C'est ce mécanisme que nous avons cherché à reproduire. L'image est représentée sous la forme d'un graphe d'adjacence de segments de contours, valué par des informations d'orientation et de proximité des segments de contours. Pour la mise en correspondance inexacte des graphes, nous proposons plusieurs variantes d'une nouvelle similarité basée sur des ensembles de chemins tracés sur les graphes, capables d'effectuer les groupements des contours et robustes aux changements d'échelle. La similarité entre chemins prend en compte la similarité des ensembles de segments de contours et la similarité des régions définies par ces chemins. La sélection des images d'une base contenant un objet particulier s'effectue à l'aide d'un classifieur SVM ou kppv. La localisation des objets dans l'image utilise un système de vote à partir des chemins sélectionnés par l'algorithme d'appariement. / This last decade, modeling of 3D city became one of the challenges of multimedia search and an important focus in object recognition. In this thesis we are interested to locate various primitive, especially the windows, in the facades of Paris. At first, we present an analysis of the facades and windows properties. Then we propose an algorithm able to extract automatically window candidates. In a second part, we discuss about extraction and recognition primitives using graph matching of contours. Indeed an image of contours is readable by the human eye, which uses perceptual grouping and makes distinction between entities present in the scene. It is this mechanism that we have tried to replicate. The image is represented as a graph of adjacency of segments of contours, valued by information orientation and proximity to edge segments. For the inexact matching of graphs, we propose several variants of a new similarity based on sets of paths, able to group several contours and robust to scale changes. The similarity between paths takes into account the similarity of sets of segments of contours and the similarity of the regions defined by these paths. The selection of images from a database containing a particular object is done using a KNN or SVM classifier.

Ce mémoire tente de répondre à une problématique très importante dans le domaine de recrutement : l’appariement entre offre d’emploi et candidats. Dans notre cas nous disposons de milliers d’offres d’emploi et de millions de profils ramassés sur les sites dédiés et fournis par un industriel spécialisé dans le recrutement. Les offres d’emploi et les profils de candidats sur les réseaux sociaux professionnels sont généralement destinés à des lecteurs humains qui sont les recruteurs et les chercheurs d’emploi. Chercher à effectuer une sélection automatique de profils pour une offre d’emploi se heurte donc à certaines difficultés que nous avons cherché à résoudre dans le présent mémoire. Nous avons utilisé des techniques de traitement automatique de la langue naturelle pour extraire automatiquement les informations pertinentes dans une offre d’emploi afin de construite une requête qui nous permettrait d’interroger notre base de données de profils. Pour valider notre modèle d’extraction de métier, de compétences et de d’expérience, nous avons évalué ces trois différentes tâches séparément en nous basant sur une référence cent offres d’emploi canadiennes que nous avons manuellement annotée. Et pour valider notre outil d’appariement nous avons fait évaluer le résultat de l’appariement de dix offres d’emploi canadiennes par un expert en recrutement. / Our work seeks to address a very important issue in the recruitment field: matching jobs postings and candidates. We have thousands of jobs postings and millions of profiles collected from internet provided by a specialized firm in recruitment. Job postings and candidate profiles on professional social networks are generally intended for human readers who are recruiters and job seekers. We use natural language processing (NLP) techniques to automatically extract relevant information in a job offer. We use the extracted information to build automatically a query on our database. To validate our information retrieval model of occupation, skills and experience, we use hundred Canadian jobs postings manually annotated. And to validate our matching tool we evaluate the result of the matching of ten Canadian jobs by a recruitment expert.

Cette thèse présente une méthodologie appliquée à la caractérisation de la dynamique de structures déformables sur des séquences temporelles (2D+t). Des indicateurs sont proposés pour estimer la mobilité de formes non-rigides, à partir de leurs contours. Deux approches complémentaires sont développées: En premier lieu, les descripteurs de forme sont utilisés pour quantifier les déformations globales des formes, et pour estimer des repères géométriques spécifiques. La deuxième approche repose sur l'appariement difféomorphique pour déterminer une paramétrisation unifiée des formes, afin de décrire les déformations. Une évaluation permet d'apprécier la qualité des indicateurs en termes de coût algorithmique, de robustesse face aux données altérées, et de capacité à différencier deux séquences.Cette approche de caractérisation est appliquée à des séquences IRM dynamiques de la cavité pelvienne, où les principaux organes pelviens (vessie, utérus-vagin, rectum) ont une grande variabilité morphologique, ils se déplacent et se déforment. Cette caractérisation est validée dans le cadre de deux applications. L'analyse statistique effectuée sur un ensemble de séquences permet de mettre en évidence des comportements caractéristiques des organes, d'identifier des références anatomiquement significatives, et d'aider à l'interprétation des diagnostics des organes. Aussi, dans le contexte de la réalisation d'une modélisation de la dynamique pelvienne patiente-spécifique, la caractérisation vise à évaluer quantitativement la précision de la modélisation, en utilisant l'IRM dynamique comme vérité-terrain. Ainsi, elle apporte des indications sur la correction des paramètres du modèle. / This thesis presents a methodology for the characterization of the dynamics of deformable structures on time-series data (2D+t). Some indicators are proposed in order to estimate non-rigid shape variations from their contours. Two complementary approaches are developed : First, shape descriptors are used to quantify the global deformations of the shapes, and to estimate specific geometric references. The second approach relies on the diffeomorphic mapping to determinate a unified parametrization of the shapes. Then, features are used to describe the deformations locally. Furthermore, the methodology has an evaluation step which consists in the assessment of the quality of the indicators in the algorithmic complexity, in the stability against data with a small variability, and in the ability to differentiate two sequences.The characterization is applied to dynamic MRI sequences of the pelvic cavity, where the main pelvic organs (bladder, uterus-vagina, rectum) have a high morphological variability, they undergo displacements and deformations. The characterization is validated within the context of two applications. Firslty, a statistical analysis is carried out on a set of sequences. It allows to highlight some properties of the organ behaviors, and to identify meaningful anatomical landmarks. The analysis helps also for the automatic interpretation of the organ diagnoses. Secondly, within the context of the development of a patient-specific pelvic dynamics modeling system, the characterization aims at assessing quantitatively the modeling precision. It uses the dynamic MRI as a ground truth. Thereby, it brings some clues about the correction of the model parameters.

La variabilité des mouvements humains est caractérisée par la présence de corrélations à long-terme, ou fluctuations fractales. Cette propriété est associée à des états sains et optimaux, tandis que les états non-optimaux sont associés avec une perte des corrélations à long-terme, devenant plus périodique ou plus aléatoire. Les métronomes isochrones sont largement utilisés pour guider le pas dans des protocoles de réhabilitation de la marche, mais leur utilisation modifie la dynamique des séries de pas qui ne présentent plus de corrélations à long-terme (persistantes) mais deviennent anti-persistante (i.e., corrélations négative). Des hypothèses récentes suggèrent que la synchronisation avec un environnement fractal pourrait induire un appariement de la structure temporelle de l'organisme avec la structure temporelle de l'environnement. L'objectif de cette thèse était de tester des stratégies de synchronisation alternatives préservant la nature fractale des séries temporelles. Différentes expérimentations ont été mises en places, impliquant des coordinations interpersonnelles, de la synchronisation avec des métronomes fractals et du « guidage humain ». De manière générale, nos résultats montrent que les séries comportementales des participants étaient corrélée à celle de l'environnement seulement si celui-ci présente des fluctuations fractales. Les résultats de nos modélisations suggèrent également que les métronomes isochrones et non-isochrones impliquent des réactions comportementales fondamentalement différentes. Nos résultats présentent des perspectives cliniques puisque l'élaboration de protocoles de réhabilitation de la marche utilisant des environnements fractals pourrait permettre de préserver les corrélations à long-terme, marqueurs d'adaptabilité du comportement. / Human movements variability is characterized by the presence of long-range (fractal) correlations. This feature is associated with optimal, healthy states while non-optimal states are associated with a loss of long-range correlations, toward more periodicity or more randomness. Isochronous pacing is widely used for gait rehabilitation, but changes the stride time dynamics from persistent long-range correlations to anti-persistent (negative) correlations. It has been recently argued that synchronization with fractal environment could induce a matching between the organism structure and the environmental structure. The aim of this thesis was to test alternatives pacing strategies preserving the fractal nature of stride time series. Different sets of experiments were run, involving interpersonal coordination, synchronization with non-isochronous metronomes and “human pacing”. Overall our results show that the time series produced by participants were correlated to those of the environment only if the environment presented fractal fluctuations. Our models suggest that isochronous and non-isochronous metronomes imply fundamental different behaviours. Our results have clinical perspectives because the use of fractal environment in rehabilitation protocols could help to preserve long-range correlations, a hallmark of behavioural adaptability.

Dans cette thèse, nous présentons tout d'abord une contribution visant à pallier ce problème de robustesse pour la reconnaissance d'instances, puis une extension directe de cette contribution à la reconnaissance et la localisation de classes d'objets. Dans un premier temps, nous avons développé une méthode inspiré de l'appariement de graphe (i.e. graph matching) afin de traiter le problème de la reconnaissance rapide d'instances d'objets spécifiques dans des conditions bruitées. Cette méthode permet de rajouter facilement un nombre quelconque d’autres types de caractéristiques locales (e.g. contours, textures…) moins affectées par le bruit tout en contournant le problème de la normalisation et sans pénaliser la vitesse de détection. Nos expériences sur plusieurs bases de test ont montré la pertinence de notre approche. Notre approche est globalement légèrement moins robuste à l'occultation que les approches existantes, mais elle produit des performances supérieures aux approches standard en conditions bruitées. Dans un second temps, nous avons développé une approche pour la détection de classes d'objets dans le même esprit que celui du sac de mots visuels. Pour cela, nous utilisons nos cascades de micro-classifieurs pour reconnaître des mots visuels plus distinctifs que les mots basés simplement sur des points d'intérêts. L'apprentissage se divise en deux parties: dans un premier temps, nous générons des cascades de micro-classifieurs servant à reconnaître des parties locales des images modèles ; puis dans un second temps, nous utilisons un classifieur afin de modéliser la frontière de décision entre les images de classe et celles de non-classe. Nous montrons que l'association de mots classiques (à partir de points d'intérêts) et de nos mots plus distincts produit une amélioration significative des performances pour un temps de calcul assez faible. / In this thesis, we first present a contribution to overcome this problem of robustness for the recognition of object instances, then we straightly extend this contribution to the detection and localization of classes of objects. In a first step, we have developed a method inspired by graph matching to address the problem of fast recognition of instances of specific objects in noisy conditions. This method allows to easily combine any types of local features (eg contours, textures ...) less affected by noise than keypoints, while bypassing the normalization problem and without penalizing too much the detection speed. Unlike other methods based on a global rigid transformation, our approach is robust to complex deformations such as those due to perspective or those non-rigid inherent to the model itself (e.g. a face, a flexible magazine). Our experiments on several datasets have showed the relevance of our approach. It is overall slightly less robust to occlusion than existing approaches, but it produces better performances in noisy conditions. In a second step, we have developed an approach for detecting classes of objects in the same spirit as the bag-of-visual-words model. For this we use our cascaded micro-classifiers to recognize visual words more distinctive than the classical words simply based on visual dictionaries. Training is divided into two parts: First, we generate cascades of micro-classifiers for recognizing local parts of the model pictures and then in a second step, we use a classifier to model the decision boundary between images of class and those of non-class. We show that the association of classical visual words (from keypoints patches) and our disctinctive words results in a significant improvement. The computation time is generally quite low, given the structure of the cascades that minimizes the detection time and the form of the classifier is extremely fast to evaluate.

Les travaux effectués durant cette thèse portent sur l’appariement de formes planes basé sur une squelettisation hiérarchique. Dans un premier temps, nous avons abordé la création d’un squelette de forme grâce à un algorithme associant des outils de la géométrie discrète et des filtres. Cette association permet d’acquérir un squelette regroupant les propriétés désirées dans le cadre de l’appariement. Néanmoins, le squelette obtenu reste une représentation de la forme ne différenciant pas les branches représentant l’allure générale de celles représentant un détail de la forme. Or, lors de l’appariement, il semble plus intéressant d’associer des branches ayant le même ordre d’importance, mais aussi de donner plus de poids aux associations décrivant un aspect global des formes. Notre deuxième contribution porte sur la résolution de ce problème. Elle concerne donc la hiérarchisation des branches du squelette, précédemment créé, en leur attribuant une pondération reflétant leur importance dans la forme. À cet effet, nous lissons progressivement une forme et étudions la persistance des branches pour leur attribuer un poids. L’ultime étape consiste donc à apparier les formes grâce à leur squelette hiérarchique modélisé par un hypergraphe. En d’autres termes, nous associons les branches deux à deux pour déterminer une mesure de dissimilarité entre deux formes. Pour ce faire, nous prenons en compte la géométrie des formes, la position relative des différentes parties des formes ainsi que de leur importance. / The works performed during this thesis focuses on the matching of planar shapes based on a hierarchical skeletonisation. First, we approached the creation of a shape skeleton using an algorithm combining the tools of discrete geometry and filters. This combination allows to acquire a skeleton gathering the desired properties in the context of matching. Nevertheless, the resulting skeleton remains a representation of the shape, which does not differentiate branches representing the general shape of those coming from a detail of the shape. But when matching, it seems more interesting to pair branches of the same order of importance, but also to give more weight to associations describing an overall appearance of shapes. Our second contribution focuses on solving this problem. It concerns the prioritization of skeletal branches, previously created by assigning a weight reflecting their importance in shape. To this end, we gradually smooth a shape and study the persistence of branches to assign a weight. The final step is to match the shapes with their hierarchical skeleton modeled as a hypergraph. In other words, we associate the branches two by two to determine a dissimilarity measure between two shapes. To do this, we take into account the geometry of the shapes, the relative position of different parts of the shapes and their importance.

L’appariement d’images est un sujet central de recherche en vision par ordinateur. La recherche sur cette problématique s’est longuement concentrée sur ses aspects optiques, mais ses aspects géométriques ont reçu beaucoup moins d’attention. Cette thèse promeut l’utilisation de la géométrie pour compléter les informations optique dans les tâches de mise en correspondance d’images. Tout d’abord, nous nous penchons sur les méthodes globales pour lesquelles les occlusions et arêtes vives posent des défis. Dans ces scenarios, le résultat est fortement dépendant de la contribution du terme de régularisation. À l'aide d’une caractérisation géométrique de ce comportement, nous formulons une méthode d’appariement qui dirige les lignes de la grille loin des régions problématiques. Bien que les méthodes variationnelles fournissent des résultats qui se comportent bien en général, les méthodes locales basées sur la propagation de correspondances fournissent des résultats qui s’adaptent mieux à divers structures 3D mais au détriment de la cohérence globale de la surface reconstruite. Par conséquent, nous présentons une nouvelle méthode de propagation guidée par des reconstructions locales de surface / AbstractImage matching is a central research topic in computer vision which has been mainly focused on optical aspects. The aim of the work presented herein consists in the direct use of geometry to complement optical information in the tasks of 2D matching. First, we focus on global methods based on the calculus of variations. In such methods occlusions and sharp features raise difficult challenges. In these scenarios only the contribution of the regularizer accounts for results. Based on a geometric characterization of this behaviour, we formulate a variational matching method that steers grid lines away from problematic regions. While variational methods provide well behaved results, local methods based on match propagation provide results that adapt closely to varying 3D structures although choppy in nature. Therefore, we present a novel method to propagate matches using local information about surface regularity correcting 3D positions along with corresponding 2D matchings