Des optiques à longue focale ont été souvent utilisées dans le cinéma 2D et la télévision, soit dans le but de se rapprocher de la scène, soit dans le but de produire un effet esthétique grâce à la déformation de la perspective. Toutefois, dans le cinéma ou la télévision 3D, l'utilisation de longues focales crée le plus souvent un "effet carton” ou de la divergence oculaire.Pour résoudre ce problème, les méthodes de l'état de l'art utilisent des techniques de transformation de la disparité, qui sont une généralisation de l'interpolation de points de vue.Elles génèrent de nouvelles paires stéréoscopiques à partir des deux séquences d'images originales. Nous proposons d'utiliser plus de deux caméras pour résoudre les problèmes non résolus par les méthodes de transformation de la disparité.Dans la première partie de la thèse, nous passons en revue les causes de la fatigue visuelle et de l'inconfort visuel lors de la visualisation d'un film stéréoscopique. Nous modélisons alors la perception de la profondeur de la vision stéréoscopique d'une scène filmée en 3D avec deux caméras, et projetée dans une salle de cinéma ou sur un téléviseur 3D. Nous caractérisons mathématiquement cette distorsion 3D, et formulons les contraintes mathématiques associées aux causes de la fatigue visuelle et de l'inconfort. Nous illustrons ces distorsions 3D avec un nouveau logiciel interactif, la “salle de projection virtuelle".Afin de générer les images stéréoscopiques souhaitées, nous proposons d'utiliser le rendu basé image. Ces techniques comportent généralement deux étapes. Tout d'abord, les images d'entrée sont transformées vers la vue cible, puis les images transformées sont mélangées. Les transformations sont généralement calculés à l'aide d'une géométrie intermédiaire (implicite ou explicite). Le mélange d'images a été largement étudié dans la littérature et quelques heuristiques permettent d'obtenir de très bonnes performances.Cependant, la combinaison des heuristiques proposées n'est pas simple et nécessite du réglage manuel de nombreux paramètres.Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche bayésienne au problème de synthèse de nouveaux points de vue, basé sur un modèle génératif.Le modèle génératif proposé tient compte de l'incertitude sur la transformation d'image. Le formalisme bayésien nous permet de déduire l'énergie du modèle génératif et de calculer les images désirées correspondant au maximum a posteriori. La méthode dépasse en termes de qualité les techniques de l'état de l'art du rendu basé image sur des jeux de données complexes. D'autre part, les équations de l'énergie fournissent une formalisation des heuristiques largement utilisés dans les techniques de rendu basé image.Le modèle génératif proposé aborde également le problème de la super-résolution, permettant de rendre des images à une résolution plus élevée que les images de départ.Dans la dernière partie de cette thèse, nous appliquons la nouvelle technique de rendu au cas du zoom stéréoscopique et nous montrons ses performances. / Optics with long focal length have been extensively used for shooting 2D cinema and television, either to virtually get closer to the scene or to produce an aesthetical effect through the deformation of the perspective. However, in 3D cinema or television, the use of long focal length either creates a “cardboard effect” or causes visual divergence. To overcome this problem, state-of-the-art methods use disparity mapping techniques, which is a generalization of view interpolation, and generate new stereoscopic pairs from the two image sequences. We propose to use more than two cameras to solve for the remaining issues in disparity mapping methods.In the first part of the thesis, we review the causes of visual fatigue and visual discomfort when viewing a stereoscopic film. We then model the depth perception from stereopsis of a 3D scene shot with two cameras, and projected in a movie theater or on a 3DTV. We mathematically characterize this 3D distortion, and derive the mathematical constraints associated with the causes of visual fatigue and discomfort. We illustrate these 3D distortions with a new interactive software, “The Virtual Projection Room”.In order to generate the desired stereoscopic images, we propose to use image-based rendering. Those techniques usually proceed in two stages. First, the input images are warped into the target view, and then the warped images are blended together. The warps are usually computed with the help of a geometric proxy (either implicit or explicit). Image blending has been extensively addressed in the literature and a few heuristics have proven to achieve very good performance. Yet the combination of the heuristics is not straightforward, and requires manual adjustment of many parameters.In this thesis, we propose a new Bayesian approach to the problem of novel view synthesis, based on a generative model taking into account the uncertainty of the image warps in the image formation model. The Bayesian formalism allows us to deduce the energy of the generative model and to compute the desired images as the Maximum a Posteriori estimate. The method outperforms state-of-the-art image-based rendering techniques on challenging datasets. Moreover, the energy equations provide a formalization of the heuristics widely used in image-based rendering techniques. Besides, the proposed generative model also addresses the problem of super-resolution, allowing to render images at a higher resolution than the initial ones.In the last part of this thesis, we apply the new rendering technique to the case of the stereoscopic zoom and show its performance.

Les champs de lumière ont attisé la curiosité durant ces dernières décennies. Capturés par une caméra plénoptique ou un ensemble de caméras, ils échantillonnent la fonction plénoptique qui informe sur la radiance de n'importe quel rayon lumineux traversant la scène observée. Les champs lumineux offrent de nombreuses applications en vision par ordinateur comme en infographie, de la reconstruction 3D à la segmentation, en passant par la synthèse de vue, l'inpainting ou encore le matting par exemple.Dans ce travail nous nous attelons au problème de reconstruction du champ de lumière dans le but de synthétiser une image, comme si elle avait été prise par une caméra plus proche du sujet de la scène que l'appareil de capture plénoptique. Notre approche consiste à formuler la reconstruction du champ lumineux comme un problème de rendu basé image (IBR). La plupart des algorithmes de rendu basé image s'appuient dans un premier temps sur une reconstruction 3D approximative de la scène, appelée proxy géométrique, afin d'établir des correspondances entre les points image des vues sources et ceux de la vue cible. Une nouvelle vue est générée par l'utilisation conjointe des images sources et du proxy géométrique, bien souvent par la projection des images sources sur le point de vue cible et leur fusion en intensité.Un simple mélange des couleurs des images sources ne garantit pas la cohérence de l'image synthétisée. Nous proposons donc une méthode de rendu direct multi-échelles basée sur les pyramides de laplaciens afin de fusionner les images sources à toutes les fréquences, prévenant ainsi l'apparition d'artefacts de rendu.Mais l'imperfection du proxy géométrique est aussi la cause d'artefacts de rendu, qui se traduisent par du bruit en haute fréquence dans l'image synthétisée. Nous introduisons une nouvelle méthode de rendu variationnelle avec des contraintes sur les gradients de l'image cible dans le but de mieux conditionner le système d'équation linéaire à résoudre et supprimer les artefacts de rendu dus au proxy.Certaines scènes posent de grandes difficultés de reconstruction du fait du caractère non-lambertien éventuel de certaines surfaces~; d'autre part même un bon proxy ne suffit pas, lorsque des réflexions, transparences et spécularités remettent en cause les règles de la parallaxe. Nous proposons méthode originale basée sur l'approximation locale de l'espace plénoptique à partir d'un échantillonnage épars afin de synthétiser n'importe quel point de vue sans avoir recours à la reconstruction explicite d'un proxy géométrique. Nous évaluons notre méthode à la fois qualitativement et quantitativement sur des scènes non-triviales contenant des matériaux non-lambertiens.Enfin nous ouvrons une discussion sur le problème du placement optimal de caméras contraintes pour le rendu basé image, et sur l'utilisation de nos algorithmes pour la vision d'objets dissimulés derrière des camouflages.Les différents algorithmes proposés sont illustrés par des résultats sur des jeux de données plénoptiques structurés (de type grilles de caméras) ou non-structurés. / Light fields have gathered much interest during the past few years. Captured from a plenoptic camera or a camera array, they sample the plenoptic function that provides rich information about the radiance of any ray passing through the observed scene. They offer a pletora of computer vision and graphics applications: 3D reconstruction, segmentation, novel view synthesis, inpainting or matting for instance.Reconstructing the light field consists in recovering the missing rays given the captured samples. In this work we cope with the problem of reconstructing the light field in order to synthesize an image, as if it was taken by a camera closer to the scene than the input plenoptic device or set of cameras. Our approach is to formulate the light field reconstruction challenge as an image-based rendering (IBR) problem. Most of IBR algorithms first estimate the geometry of the scene, known as a geometric proxy, to make correspondences between the input views and the target view. A new image is generated by the joint use of both the input images and the geometric proxy, often projecting the input images on the target point of view and blending them in intensity.A naive color blending of the input images do not guaranty the coherence of the synthesized image. Therefore we propose a direct multi-scale approach based on Laplacian rendering to blend the source images at all the frequencies, thus preventing rendering artifacts.However, the imperfection of the geometric proxy is also a main cause of rendering artifacts, that are displayed as a high-frequency noise in the synthesized image. We introduce a novel variational rendering method with gradient constraints on the target image for a better-conditioned linear system to solve, removing the high-frequency noise due to the geometric proxy.Some scene reconstructions are very challenging because of the presence of non-Lambertian materials; moreover, even a perfect geometric proxy is not sufficient when reflections, transparencies and specularities question the rules of parallax. We propose an original method based on the local approximation of the sparse light field in the plenoptic space to generate a new viewpoint without the need for any explicit geometric proxy reconstruction. We evaluate our method both quantitatively and qualitatively on non-trivial scenes that contain non-Lambertian surfaces.Lastly we discuss the question of the optimal placement of constrained cameras for IBR, and the use of our algorithms to recover objects that are hidden behind a camouflage.The proposed algorithms are illustrated by results on both structured (camera arrays) and unstructured plenoptic datasets.

Dans cette thèse nous étudions les possibilités que les chiffrements basés sur l’identité offrent quand ils sont utilisés dans un but différent qu’un simple chiffrement. Nous avons pu généraliser différents types de chiffrement basés sur l’identité en une nouvelle primitive nommé Downgradable Identity-based Encryption (DIBE). Nous avons trouvé un moyen générique de transformer de simple IBE en des IBE en blanc, dans le cas où l’IBE est affine nous rendons le coût de communication très faible (de linéaire à logarithmique). Ces deux primitives ont donné lieux à différentes applications : les chiffrements basés sur les attributs pour la première et le transfère inconscient pour la deuxième. Une autre application est l’utilisation d’IBE hiérarchiques pour créer des signatures à vérifieur désigné basées sur l’identité. Ensuite nous avons regardé le transfère inconscient seul et avons réussi à le généraliser en un nouveau protocole nommé Oblivious Language-based Envelope. Finalement, nous avons construit une transformation d’un protocole à un autre, d’un échange authentifié de clés par mot de passe nous avons construit un transfère inconscient. En prenant une instanciation particulière nous obtenons un protocole plus efficace que tous les précédents pour le même niveau de sécurité. La primitive chiffrement basé sur l’identité est notre outil principal pour réaliser nos constructions. Nous avons donc besoin d’une instanciation efficace de cette primitive. Nous avons utilisé celle de Blazy Kiltz et Pan à CRYPTO’14 qui est très efficace mais possède aussi une structure particulière dite affine. / During this Thesis we investigated the possibilities that Identity-based Encryption offers when used out of their original purpose. We managed to generalize a whole class of different identity-based encryption schemes into Downgradable Identity-based Encryptions. We found a generic way to construct Blind Identity-based Encryptions. These two works leads both to applications that are not a priori linked with IBE: Attribute-based Encryption from Downgradable IBE and Oblivious Transfer for Blind IBE, in the case of Affine IBE we manage to reduce the communication cost from a linear to logarithmic. As application we also find a way to use Hierarchical IBE to construct a special type of signature called Identity-based Designated Verifier Signature. We continue the research out of the context of IBE's application with Oblivious Transfer. We manage to generalize the concept of Oblivious Transfer into a new protocol called Oblivious Language-based Envelope encompassing many kind of protocols. Finally, in the image of the whole Thesis we construct Oblivious Transfer with a very different primitive called Password Authenticated Key Exchange. Surprisingly, with some optimizations this last transformation leads to a very efficient Oblivious Transfer Protocol. The Identity-based Encryption is our main basis of work, thus efficient instantiations of this primitive were the key of our own efficiency, thus we used the instanciation from the paper of Blazy et als at crypto 2014 which is efficient, tight secure and affine.

Le travail présenté dans ce mémoire a pour cadre le dispositif de réalité mixte ray-on, conçu par la société on-situ. Ce dispositif, dédié à la mise en valeur du patrimoine architectural et en particulier d'édifices historiques, est installé sur le lieu de l'édifice et propose à l'utilisateur une vision uchronique de celui-ci. Le parti pris étant celui du photo-réalisme, deux pistes ont été suivies : l'amélioration du mélange réel virtuel par la reproduction de l'éclairage réel sur les objets virtuels, et la mise en place d'une méthode de segmentation d'image résiliente aux changements lumineux.Pour la reproduction de l'éclairage, une méthode de rendu basé-image est utilisée et associée à une capture haute dynamique de l'environnement lumineux. Une attention particulière est portée pour que ces deux phases soient justes photométriquement et colorimétriquement. Pour évaluer la qualité de la chaîne de reproduction de l'éclairage, une scène test constituée d'une mire de couleur calibrée est mise en place, et capturée sous de multiples éclairages par un couple de caméra, l'une capturant une image de la mire, l'autre une image de l'environnement lumineux. L'image réelle est alors comparée au rendu virtuel de la même scène, éclairée par cette seconde image.La segmentation résiliente aux changements lumineux a été développée à partir d'une classe d'algorithmes de segmentation globale de l'image, considérant celle-ci comme un graphe où trouver la coupe minimale séparant l'arrière plan et l'avant plan. L'intervention manuelle nécessaire à ces algorithmes a été remplacée par une pré-segmentation de moindre qualité à partir d'une carte de profondeur, cette pré-segmentation étant alors utilisée comme une graîne pour la segmentation finale. / The work described in this report has as a target the mixed reality device ray-on, developed by the on-situ company. This device, dedicated to cultural heritage and specifically architectural heritage, is meant to be installed on-site and shows the user an uchronic view of its surroundings. As the chosen stance is to display photo-realistic images, two trails were followed: the improvement of the real-virtual merging by reproducing accurately the real lighting on the virtual objects, and the development of a real-time segmentation method which is resilient to lighting changes.Regarding lighting reproduction, an image-based rendering method is used in addition to a high dynamic range capture of the lighting environment. The emphasis is put on the photometric and colorimetric correctness of these two steps. To measure the quality of the lighting reproduction chain, a test scene is set up with a calibrated color checker, captured by a camera while another camera is grabbing the lighting environment. The image of the real scene is then compared to the simulation of the same scene, enlightened by the light probe.Segmentation resilient to lighting changes is developed from a set of global image segmentation methods, which consider an image as a graph where a cut of minimal energy has to be found between the foreground and the background. These methods being semi-automatic, the manual part is replaced by a low resolution pre-segmentation based on the depthmap of the scene which is used as a seed for the final segmentation.

Le rendu photo-réaliste traditionnel exige un effort manuel et des calculs intensifs pour créer des scènes et rendre des images réalistes. C'est principalement pour cette raison que la création de contenus pour l’imagerie numérique de haute qualité a été limitée aux experts et le rendu hautement réaliste nécessite encore des temps de calcul significatifs. Le rendu basé image (IBR) est une alternative qui a le potentiel de rendre les applications de création et de rendu de contenus de haute qualité accessibles aux utilisateurs occasionnels, puisqu'ils peuvent générer des images photo-réalistes de haute qualité sans subir les limitations mentionnées ci-dessus. Nous avons identifié trois limitations importantes des méthodes actuelles de rendu basé image : premièrement, chaque algorithme possède des forces et faiblesses différentes, en fonction de la qualité de la reconstruction 3D et du contenu de la scène, et un seul algorithme ne permet souvent pas d’obtenir la meilleure qualité de rendu partout dans l’image. Deuxièmement, ces algorithmes présentent de forts artefacts lors du rendu d’objets manquants ou partiellement reconstruits. Troisièmement, la plupart des méthodes souffrent encore d'artefacts visuels significatifs dans les régions de l’image où la reconstruction est de faible qualité. Dans l'ensemble, cette thèse propose plusieurs améliorations significatives du rendu basé image aussi bien en termes de vitesse de rendu que de qualité d’image. Ces nouvelles solutions sont basées sur le rendu sélectif, la substitution de modèle basé sur l'apprentissage, et la prédiction et la correction des erreurs de profondeur. / Traditional photo-realistic rendering requires intensive manual and computational effort to create scenes and render realistic images. Thus, creation of content for high quality digital imagery has been limited to experts and highly realistic rendering still requires significant computational time. Image-Based Rendering (IBR) is an alternative which has the potential of making high-quality content creation and rendering applications accessible to casual users, since they can generate high quality photo-realistic imagery without the limitations mentioned above. We identified three important shortcomings of current IBR methods: First, each algorithm has different strengths and weaknesses, depending on 3D reconstruction quality and scene content and often no single algorithm offers the best image quality everywhere in the image. Second, such algorithms present strong artifacts when rendering partially reconstructed objects or missing objects. Third, most methods still result in significant visual artifacts in image regions where reconstruction is poor. Overall, this thesis addresses significant shortcomings of IBR for both speed and image quality, offering novel and effective solutions based on selective rendering, learning-based model substitution and depth error prediction and correction.

Les systèmes multi-agents (SMA) peuvent être utilisé pour modéliser les phénomènes qui peuvent être décomposés en agents qui interagissent et qui existent au sein d'un environnement. Ils peuvent être utilisés pour modéliser les sociétés humaines et animales, aux fins de l'analyse de leurs propriétés par des moyens de calcul. Cette thèse est consacrée à l'analyse automatisée d'un type particulier de ces modèles sociaux, celles qui sont fondées sur les principes comportementalistes, qui contrastent avec les approches cognitives plus dominantes dans la littérature des SMAs. La caractéristique des théories comportementalistes est l'accent mis sur la définition des comportements basée sur l'interaction entre les agents et leur environnement. Non seulement des actions réflexives, mais aussi d'apprentissage, les motivations, et les émotions peuvent être définies. Nous introduisons une architecture formelle d'agent basée sur la théorie d'analyse comportementale de B. F. Skinner, ainsi que une notion appropriée et formelle de l'environnement pour mettre ces agents ensemble dans un SMA. La simulation est souvent utilisée pour analyser les SMAs. Les techniques consistent généralement à simuler le SMA plusieurs fois, soit pour recueillir des statistiques, soit pour voir ce qui se passe à travers l'animation. Toutefois, les simulations peuvent être utilisées d'une manière plus orientée vers la vérification si on considère qu'elles sont en réalité des explorations de grandes espaces d'états. Nous proposons une technique de vérification nouvelle basé sur cette idée, qui consiste à simuler un SMA de manière guidée, afin de vérifier si quelques hypothèses sur lui sont confirmées ou non. À cette fin, nous tirons profit de la position privilégiée que les environnements sont dans les SMAs de cette thèse: la spécification formelle de l'environnement d'un SMA sert à calculer les évolutions possibles du SMA comme un système de transition, établissant ainsi l'espace d'états à vérifier. Dans ce calcul, les agents sont pris en compte en les simulant afin de déterminer, à chaque état de l'environnement, quelles sont leurs actions. Chaque exécution de la simulation est une séquence d'états dans cet espace d'états, qui est calculée à la volée, au fur et à mesure que la simulation progresse. L'hypothèse à étudier, à son tour, est donnée comme un autre système de transition, appelé objectif de simulation, qui définit les simulations désirables et indésirables. Il est alors possible de vérifier si le SMA est conforme à l'objectif de simulation selon un certain nombre de notions de satisfiabilité très précises. Algorithmiquement, cela correspond à la construction d'un produit synchrone de ces deux systèmes de transitions (i.e., celui du SMA et l'objectif de simulation) à la volée et à l'utiliser pour faire fonctionner un simulateur. C'est-à-dire, l'objectif de simulation est utilisé pour guider le simulateur, de sorte que seuls les états concernés sont en réalité simulés. À la fin d'un tel algorithme, il délivre un verdict concluant ou non concluant. Si c'est concluant, il est connu que le SMA est conforme à l'objectif de simulation par rapport aux observations qui ont été faites lors des simulations. Si c'est non-concluant, il est possible d'effectuer quelques ajustements et essayer à nouveau. En résumé, dans cette thèse nous fournissons quatre nouveaux éléments: (i) une architecture d'agent; (ii) une spécification formelle de l'environnement de ces agents, afin qu'ils puissent être composés comme un SMA; (iii) une structure pour décrire les propriétés d'intérêt, que nous avons nommée objectif de simulation, et (iv) une technique pour l'analyse formelle du SMA résultant par rapport à un objectif de simulation. Ces éléments sont mis en œuvre dans un outil, appelé Simulateur Formellement Guidé (FGS, de l'anglais Formally Guided Simulator).Des études de cas exécutables dans FGS sont fournies pour illustrer l'approche. / Multi-agent systems (MASs) can be used to model phenomena that can be decomposed into several interacting agents which exist within an environment. In particular, they can be used to model human and animal societies, for the purpose of analysing their properties by computational means. This thesis is concerned with the automated analysis of a particular kind of such social models, namely, those based on behaviourist principles, which contrasts with the more dominant cognitive approaches found in the MAS literature. The hallmark of behaviourist theories is the emphasis on the definition of behaviour in terms of the interaction between agents and their environment. In this manner, not merely reflexive actions, but also learning, drives, and emotions can be defined. More specifically, in this thesis we introduce a formal agent architecture (specified with the Z Notation) based on the Behaviour Analysis theory of B. F. Skinner, and provide a suitable formal notion of environment (based on the pi-calculus process algebra) to bring such agents together as a MAS. Simulation is often used to analyse MASs. The techniques involved typically consist in implementing and then simulating a MAS several times to either collect statistics or see what happens through animation. However, simulations can be used in a more verification-oriented manner if one considers that they are actually explorations of large state-spaces. In this thesis we propose a novel verification technique based on this insight, which consists in simulating a MAS in a guided way in order to check whether some hypothesis about it holds or not. To this end, we leverage the prominent position that environments have in the MASs of this thesis: the formal specification of the environment of a MAS serves to compute the possible evolutions of the MAS as a transition system, thereby establishing the state-space to be investigated. In this computation, agents are taken into account by being simulated in order to determine, at each environmental state, what their actions are. Each simulation execution is a sequence of states in this state-space, which is computed on-the-fly, as the simulation progresses. The hypothesis to be investigated, in turn, is given as another transition system, called a simulation purpose, which defines the desirable and undesirable simulations (e.g., "every time the agent does X, it will do Y later"). It is then possible to check whether the MAS satisfies the simulation purpose according to a number of precisely defined notions of satisfiability. Algorithmically, this corresponds to building a synchronous product of these two transitions systems (i.e., the MAS's and the simulation purpose) on-the-fly and using it to operate a simulator. That is to say, the simulation purpose is used to guide the simulator, so that only the relevant states are actually simulated. By the end of such an algorithm, it delivers either a conclusive or inconclusive verdict. If conclusive, it becomes known whether the MAS satisfies the simulation purpose w.r.t. the observations made during simulations. If inconclusive, it is possible to perform some adjustments and try again.In summary, then, in this thesis we provide four novel elements: (i) an agent architecture; (ii) a formal specification of the environment of these agents, so that they can be composed into a MAS; (iii) a structure to describe the property of interest, which we named simulation purpose; and (iv) a technique to formally analyse the resulting MAS with respect to a simulation purpose. These elements are implemented in a tool, called Formally Guided Simulator (FGS). Case studies executable in FGS are provided to illustrate the approach.

Les mutations technologiques à l’œuvre dans les systèmes aéronautiques ont profondément modifié les interactions entre l’homme et la machine. Au fil de cette évolution, les opérateurs se sont retrouvés face à des systèmes de plus en plus complexes, de plus en plus automatisés et de plus en plus opaques. De nombreuses tragédies montrent à quel point la supervision des systèmes par des opérateurs humains reste un problème sensible. En particulier, de nombreuses évidences montrent que l’automatisation a eu tendance à éloigner l’opérateur de la boucle de contrôle des systèmes, créant un phénomène dit de sortie de boucle (OOL). Ce phénomène se caractérise notamment par une diminution de la conscience de la situation et de la vigilance de l’opérateur, ainsi qu’une complaisance et une sur-confiance dans les automatismes. Ces difficultés déclenchent notamment une baisse des performances de l’opérateur qui n’est plus capable de détecter les erreurs du système et de reprendre la main si nécessaire. La caractérisation de l’OOL est donc un enjeux majeur des interactions homme-système et de notre société en constante évolution. Malgré plusieurs décennies de recherche, l’OOL reste difficile à caractériser, et plus encore à anticiper. Nous avons dans cette thèse utilisé les théories issues des neurosciences, notamment sur le processus de détection d’erreurs, afin de progresser sur notre compréhension de ce phénomène dans le but de développer des outils de mesure physiologique permettant de caractériser l’état de sortie de boucle lors d’interactions avec des systèmes écologiques. En particulier, l’objectif de cette thèse était de caractériser l’OOL à travers l’activité électroencéphalographique (EEG) dans le but d’identifier des marqueurs et/ou précurseurs de la dégradation du processus de supervision du système. Nous avons dans un premier temps évalué ce processus de détection d’erreurs dans des conditions standards de laboratoire plus ou moins complexes. Deux études en EEG nous ont d’abord permis : (i) de montrer qu’une activité cérébrale associée à ce processus cognitif se met en place dans les régions fronto-centrales à la fois lors de la détection de nos propres erreurs (ERN-Pe et FRN-P300) et lors de la détection des erreurs d’un agent que l’on supervise, (complexe N2-P3) et (ii) que la complexité de la tâche évaluée peut dégrader cette activité cérébrale. Puis nous avons mené une autre étude portant sur une tâche plus écologique et se rapprochant des conditions de supervision courantes d’opérateurs dans l’aéronautique. Au travers de techniques de traitement du signal EEG particulières (e.g., analyse temps-fréquence essai par essai), cette étude a mis en évidence : (i) l’existence d’une activité spectrale θ dans les régions fronto-centrales qui peut être assimilée aux activités mesurées en condition de laboratoire, (ii) une diminution de l’activité cérébrale associée à la détection des décisions du système au cours de la tâche, et (iii) une diminution spécifique de cette activité pour les erreurs. Dans cette thèse, plusieurs mesures et analyses statistiques de l’activité EEG ont été adaptées afin de considérer les contraintes des tâches écologiques. Les perspectives de cette thèse ouvrent sur une étude en cours dont le but est de mettre en évidence la dégradation de l’activité de supervision des systèmes lors de la sortie de boucle, ce qui permettrait d’identifier des marqueurs précis de ce phénomène permettant ainsi de le détecter, voire même, de l’anticiper. / The ongoing technological mutations occuring in aeronautics have profoundly changed the interactions between men and machines. Systems are more and more complex, automated and opaque. Several tragedies have reminded us that the supervision of those systems by human operators is still a challenge. Particularly, evidences have been made that automation has driven the operators away from the control loop of the system thus creating an out-of-the-loop phenomenon (OOL). This phenomenon is characterized by a decrease in situation awareness and vigilance, but also complacency and over-reliance towards automated systems. These difficulties have been shown to result in a degradation of the operator’s performances. Thus, the OOL phenomenon is a major issue of today’s society to improve human-machine interactions. Even though it has been studied for several decades, the OOL is still difficult to characterize, and even more to predict. The aim of this thesis is to define how cognitive neurosciences theories, such as the performance monitoring activity, can be used in order to better characterize the OOL phenomenon and the operator’s state, particularly through physiological measures. Consequently, we have used electroencephalographic activity (EEG) to try and identify markers and/or precursors of the supervision activity during system monitoring. In a first step we evaluated the error detection or performance monitoring activity through standard laboratory tasks, with varying levels of difficulty. We performed two EEG studies allowing us to show that : (i) the performance monitoring activity emerges both for our own errors detection but also during another agent supervision, may it be a human agent or an automated system, and (ii) the performance monitoring activity is significantly decreased by increasing task difficulty. These results led us to develop another experiment to assess the brain activity associated with system supervision in an ecological environment, resembling everydaylife aeronautical system monitoring. Thanks to adapted signal processing techniques (e.g. trial-by-trial time-frequency decomposition), we were able to show that there is : (i) a fronto-central θ activité time-locked to the system’s decision similar to the one obtained in laboratory condition, (ii) a decrease in overall supervision activity time-locked to the system’s decision, and (iii) a specific decrease of monitoring activity for errors. In this thesis, several EEG measures have been used in order to adapt to the context at hand. As a perspective, we have developped a final study aiming at defining the evolution of the monitoring activity during the OOL. Finding markers of this degradation would allow to monitor its emersion, and even better, predict it.

La paralysie cérébrale (PC) est la première cause de l’handicap moteur de l’enfant en France (2 naissances pour 1000). Il s’agit d’une pathologie causée par des atteintes non progressives survenues lors du développement du cerveau chez le foetus ou le nourrisson. L’équin de la cheville est la déformation musculo-squelettique la plus fréquente chez les enfants atteints par la PC. Malgré des thérapies médico-chirurgicales multiples, le taux de récidive post-opératoire demeure très élevé(48%). Une des principales raisons des échecs des thérapies est le manque de connaissance de la biomécanique articulaire et musculaire. Les techniques d’imagerie en IRM dynamique permettent aujourd’hui d’explorer l’appareil musculo-squelettique au cours du mouvement dans les 3 dimensions de l’espace avec une grande précision (<1mm). Cependant, ces techniques viennent avec leur propre liste de problèmes tels que la résolution réduite, l’anisotropie et les artefacts de mouvement. Dans cette thèse, nous abordons ces problèmes en combinant l’information spatiale de l’IRM conventionnel avec l’information temporelle fournie par les séquences IRM dynamique. Nous avons réussi à atteindre l’objectif principal de ces travaux de recherche en développant des algorithmes robustes combinant des aspects informatiques et mathématiques (dont le recalage d’images basé sur l’intensité était le facteur clé) qui nous ont permis de reconstruire les mouvements articulaires et donc d’établir une analyse biomécanique de la cheville en plus de la reconstruction spatio-temporelle de la séquence dynamique en utilisant une approche logeuclidienne. Les algorithmes proposés ont été appliqués sur la base de données actuellement disponible (contenant 6 sujets normaux) et devraient être également appliqués sur une base plus large contenant des sujets pathologiques de la même tranche d’âges afin de comparer les deux populations et de caractériser la pathologie. / Cerebral Palsy (CP) is a common birth pathology in children leading to ankle joint deformity, also known as the Spastic Equinus (SE) deformity, which causes abnormal function of the joint. While the management of ankle disorders focuses on restoring the joint functions, the underlying pathomechanics is not clearly understood yet. To better understand the biomechanics of the pediatric ankle joint, it is crucial to establish in vivo normative joint biomechanics before focusing on pathomechanics studies. Dynamic MRI has made it possible to non-invasively capture the ankle joint during a complete motion cycle. However, dynamic MRI comes with its own set of unique challenges such as low resolution, anisotropy, and motion artifacts. This motivates our choice for combining spatial information of conventional static MRI with temporal information of dynamic MRI sequences. The global aim of this research work is to build computational frameworks and to develop robust intensity-based approaches for estimating the joint motion and deformations from 3D+t MRI data, and thus for deriving the joint kinematics and the joint contact mechanics during a single cycle of dorsiplantarflexion. Due to a lack of sufficient Imaging data in the pediatric cohort, the proposed algorithms are applied on dynamic MRI data (portraying both passive and active ankle motions) from 6 healthy children.

Dans cette thèse, nous considérons le problème de la classification supervisée sur un flux de données sujets à des changements de concepts. Afin de pouvoir apprendre dans cet environnement, nous pensons qu’un algorithme d’apprentissage doit combiner plusieurs caractéristiques. Il doit apprendre en ligne, ne pas faire d’hypothèses sur le concept ou sur la nature des changements de concepts et doit être autorisé à s’abstenir de prédire lorsque c’est nécessaire. Les algorithmes en ligne sont un choix évident pour traiter les flux de données. De par leur structure, ils sont capables de continuellement affiner le modèle appris à l’aide des dernières observations reçues. La structure instance based a des propriétés qui la rende particulièrement adaptée pour traiter le problème des flux de données sujet à des changements de concept. En effet, ces algorithmes font très peu d’hypothèses sur la nature du concept qu’ils essaient d’apprendre ce qui leur donne une flexibilité qui les rend capable d’apprendre un vaste éventail de concepts. Une autre force est que stocker certaines des observations passées dans la mémoire peux amener de précieuses meta-informations qui pourront être utilisées par la suite par l’algorithme. Enfin, nous mettons en valeur l’importance de permettre à un algorithme d’apprentissage de s’abstenir de prédire lorsque c’est nécessaire. En effet, les changements de concepts peuvent être la source de beaucoup d’incertitudes et, parfois, l’algorithme peux ne pas avoir suffisamment d’informations pour donner une prédiction fiable. / In this thesis, we investigate the problem of supervised classification on a data stream subject to concept drifts. In order to learn in this environment, we claim that a successful learning algorithm must combine several characteristics. It must be able to learn and adapt continuously, it shouldn’t make any assumption on the nature of the concept or the expected type of drifts and it should be allowed to abstain from prediction when necessary. On-line learning algorithms are the obvious choice to handle data streams. Indeed, their update mechanism allows them to continuously update their learned model by always making use of the latest data. The instance based (IB) structure also has some properties which make it extremely well suited to handle the issue of data streams with drifting concepts. Indeed, IB algorithms make very little assumptions about the nature of the concept they are trying to learn. This grants them a great flexibility which make them likely to be able to learn from a wide range of concepts. Another strength is that storing some of the past observations into memory can bring valuable meta-informations which can be used by an algorithm. Furthermore, the IB structure allows the adaptation process to rely on hard evidences of obsolescence and, by doing so, adaptation to concept changes can happen without the need to explicitly detect the drifts. Finally, in this thesis we stress the importance of allowing the learning algorithm to abstain from prediction in this framework. This is because the drifts can generate a lot of uncertainties and at times, an algorithm might lack the necessary information to accurately predict.

Les technologies de l'Internet des objets (IdO) et de l'externalisation des services informatiques ont conduit à l'émergence de nouvelles menace sur la vie privée des utilisateurs. Cependant, l'implémentation des moyens de sécurité traditionnels sur les équipements de l'IdO constitue un premier défi lié aux limites de capacités. D'un autre côté, la délégation du traitement et du stockage des données, nous pose le problème de confiance envers les fournisseurs de service.Dans ce contexte, nous avons proposé une solution de chiffrement qui assure une protection de données centrée sur leurs propriétaires et adaptée à l'environnement contraignant des objets connectés. Ce modèle se base sur le chiffrement par attributs avec externalisation sécurisée et la technologie de la Blockchain. Ensuite, en réponse à la problématique de la confiance et de la sélection du service, nous avons exploré les possibilités offertes par les outils de l'intelligence artificielle. Pour ce faire, nous avons proposé un modèle de filtrage collaboratif basé sur les cartes de Kohonen avec une solution pour détecter les utilisateurs non fiable. / Internet of Things (IoT) and IT service outsourcing technologies have led to the emergence of new threats to users' privacy. However, the implementation of traditional security measures on IoT equipment is a first challenge due to capacity limitations. On the other hand, the offloading of data processing and storage poses the problem of trust in service providers.In this context, we have proposed an encryption solution that provides owner-centric data protection adapted to the constraining environment of IoT. This model is based on attribute-based encryption with secure offloading capability and Blockchain technology. Then, in response to the issue of trust and service selection, we explored the possibilities offered by artificial intelligence tools. To do this, we proposed a collaborative filtering model based on Kohonen maps and efficient solution to detect the untrusted users.