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La tâche la plus délicate d'un système de reconnaissance faciale est la phase d'extraction de caractéristiques significatives et discriminantes. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur cette tâche avec comme objectif l'élaboration d'une représentation de visage robuste aux variations majeures suivantes: variations d'éclairage, de pose, de temps, images de qualité différentes (vidéosurveillance). Par ailleurs, nous avons travaillé également dans une optique de traitement temps réel. Tout d'abord, en tenant compte des caractéristiques d'orientation des traits principaux du visages (yeux, bouche), une nouvelle variante nommée ELBP de célèbre descripteur LBP a été proposée. Elle s'appuie sur les informations de micro-texture contenues dans une ellipse horizontale. Ensuite, le descripteur EPOEM est construit afin de tenir compte des informations d'orientation des contours. Puis un descripteur nommée PLPQMC qui intégre des informations obtenues par filtrage monogénique dans le descripteur LPQ est proposé. Enfin le descripteur LPOG intégrant des informations de gradient est présenté. Chacun des descripteurs proposés est testé sur les 3 bases d'images AR, FERET et SCface. Il en résulte que les descripteurs PLPQMC et LPOG sont les plus performants et conduisent à des taux de reconnaissance comparables voire supérieur à ceux des meilleurs méthodes de l'état de l'art. / Centered around feature extraction, the core task of any Face recognition system, our objective is devising a robust facial representation against major challenges, such as variations of illumination, pose and time-lapse and low resolution probe images, to name a few. Besides, fast processing speed is another crucial criterion. Towards these ends, several methods have been proposed through out this thesis. Firstly, based on the orientation characteristics of the facial information and important features, like the eyes and mouth, a novel variant of LBP, referred as ELBP, is designed for encoding micro patterns with the usage of an horizontal ellipse sample. Secondly, ELBP is exploited to extract local features from oriented edge magnitudes images. By this, the Elliptical Patterns of Oriented Edge Magnitudes (EPOEM) description is built. Thirdly, we propose a novel feature extraction method so called Patch based Local Phase Quantization of Monogenic components (PLPQMC). Lastly, a robust facial representation namely Local Patterns of Gradients (LPOG) is developed to capture meaningful features directly from gradient images. Chiefs among these methods are PLPQMC and LPOG as they are per se illumination invariant and blur tolerant. Impressively, our methods, while offering comparable or almost higher results than that of existing systems, have low computational cost and are thus feasible to deploy in real life applications.

La question de recherche des objets vidéo basés sur le contenu lui-même, est de plus en plus difficile et devient un élément obligatoire pour les moteurs de recherche vidéo. Cette thèse présente un cadre pour la recherche des objets vidéo définis par l'utilisateur et apporte deux grandes contributions. La première contribution, intitulée DOOR (Dynamic Object Oriented Retrieval), est un cadre méthodologique pour la recherche et récupération des instances d'objets vidéo sélectionnés par un utilisateur, tandis que la seconde contribution concerne le support offert pour la recherche des vidéos, à savoir la navigation dans les vidéo, le système de récupération de vidéos et l'interface avec son architecture sous-jacente.Dans le cadre DOOR, l’objet comporte une représentation hybride obtenues par une sur-segmentation des images, consolidé avec la construction des graphs d’adjacence et avec l’agrégation des points d'intérêt. L'identification des instances d'objets à travers plusieurs vidéos est formulée comme un problème d’optimisation de l'énergie qui peut approximer un tache NP-difficile. Les objets candidats sont des sous-graphes qui rendent une énergie optimale vers la requête définie par l'utilisateur. Quatre stratégies d'optimisation sont proposées: Greedy, Greedy relâché, recuit simulé et GraphCut. La représentation de l'objet est encore améliorée par l'agrégation des points d'intérêt dans la représentation hybride, où la mesure de similarité repose sur une technique spectrale intégrant plusieurs types des descripteurs. Le cadre DOOR est capable de s’adapter à des archives vidéo a grande échelle grâce à l'utilisation de représentation sac-de-mots, enrichi avec un algorithme de définition et d’expansion de la requête basée sur une approche multimodale, texte, image et vidéo. Les techniques proposées sont évaluées sur plusieurs corpora de test TRECVID et qui prouvent leur efficacité.La deuxième contribution, OVIDIUS (On-line VIDeo Indexing Universal System) est une plate-forme en ligne pour la navigation et récupération des vidéos, intégrant le cadre DOOR. Les contributions de cette plat-forme portent sur le support assuré aux utilisateurs pour la recherche vidéo - navigation et récupération des vidéos, interface graphique. La plate-forme OVIDIUS dispose des fonctionnalités de navigation hiérarchique qui exploite la norme MPEG-7 pour la description structurelle du contenu vidéo. L'avantage majeur de l'architecture propose c’est sa structure modulaire qui permet de déployer le système sur terminaux différents (fixes et mobiles), indépendamment des systèmes d'exploitation impliqués. Le choix des technologies employées pour chacun des modules composant de la plate-forme est argumentée par rapport aux d'autres options technologiques. / With the ever increasing amount of available video content on video repositories the issue of content-based video objects retrieval is growing in difficulty and becomes a mandatory feature for video search engines.The present thesis advances a user defined video object retrieval framework and brings two major contributions. The first contribution is a methodological framework for user selected video object instances retrieval, entitled DOOR (Dynamic Object Oriented Retrieval), while the second one concerns the support offered for video retrieval, namely the video navigation and retrieval system and interface and its underlying architecture.Under the DOOR framework, the user defined video object comports a hybrid representation obtained by over-segmenting the frames, constructing region adjacency graphs and aggregating interest points. The identification of object instances across multiple videos is formulated as an energy optimization problem approximating an NP-hard problem. Object candidates are sub-graphs that yield an optimum energy towards the user defined query. In order to obtain the optimum energy four optimization strategies are proposed: Greedy, Relaxed Greedy, Simulated Annealing and GraphCut. The region-based object representation is further improved by the aggregation of interest points into a hybrid object representation. The similarity between an object and a frame is achieved with the help of a spectral matching technique integrating both colorimetric and interest points descriptors.The DOOR framework is suitable to large scale video archives through the use of a Bag-of-Words representation enriched with a query definition and expansion mechanism based on a multi-modal, text-image-video principle.The performances of the proposed techniques are evaluated on multiple TRECVID video datasets prooving their effectiveness.The second contribution is related to the user support for video retrieval - video navigation, video retrieval, graphical interface - and consists in the OVIDIUS (On-line VIDeo Indexing Universal System) on-line video browsing and retrieval platform. The OVIDIUS platform features hierarchical video navigation functionalities that exploit the MPEG-7 approach for structural description of video content. The DOOR framework is integrated in the OVIDIUS platform, ensuring the search functionalities of the system. The major advantage of the proposed system concerns its modular architecture which makes it possible to deploy the system on various terminals (both fixed and mobile), independently of the exploitation systems involved. The choice of the technologies employed for each composing module of the platform is argumented in comparison with other technological options. Finally different scenarios and use cases for the OVIDIUS platform are presented.

Dans cette thèse, nous avons abordé deux problèmes de modélisation mathématique pour la propagation des signaux électriques cardiaques : la propagation à l’échelle tissulaire en présence d’hétérogénéités et la propagation à l’échelle cellulaire avec des jonctions communicantes non linéaires. Inclusions diffusives. Le modèle standard utilisé en électrocardiologie est le modèle bidomaine. Il est déduit par homogénéisation des propriétés microscopiques du tissu. Pour cela, on suppose que les myocytes électriquement actifs sont uniformément répartis dans le coeur. Bien que ce soit une hypothèse raisonnable pour des coeurs sains, ce n’est plus vrai dans certains cas pathologiques où des changements importants dans la structure tissulaire se produisent. C’est le cas, par exemple des maladies cardiaques ischémiques, rhumatismales et inflammatoires, de l’hypertrophie ou de l’infarctus. Ces hétérogénéités tissulaires sont souvent prises en compte à l’aide d’un ajustement ad hoc des paramètres du modèle. Le premier objectif de cette thèse consistait à généraliser les équations du modèle bidomaine au cas des pathologies cardiaques structurelles.Nous avons supposé une alternance périodique d’éléments de tissus sains (modèle bidomaine) et modifiées (inclusions diffusives). La simulation numérique directe d’un tel modèle nécessite une discrétisation très fine, et entraîne un coût de calcul élevé. Pour éviter cela, nous avons construit un modèle homogénéisé à l’échelle macroscopique en utilisant une analyse à deux échelles. Nous avons retrouvé un modèle de type bidomaine avec des coefficients de conductivité modifiés, dits effectifs. En complément, nous avons effectué une vérification numérique de la convergence du modèle microscopique vers celui homogénéisé, dans une situation bidimensionnelle.Dans la deuxième partie, nous avons quantifié les effets de différentes formes d’inclusions diffusives sur les coefficients de conductivité effectifs et leur anisotropie en 2D et 3D. De plus, nous avons effectué des simulations sur des domaines représentant des morceaux de tissu 2D avec ces coefficients de conductivité modifiés. Nous avons observé des changements de la vitesse de propagation et de la forme du front de l’onde de dépolarisation. Dans la troisième partie, nous avons simulé le modèle homogénéisé en 3D, à partir d’images par résonance magnétique (IRM) à haute résolution d’un coeur de rat. Nous avons évalué les propriétés structurelles du tissu en utilisant des outils d’analyse d’image.Nous avons ensuite utilisés ces évaluations pour construire les paramètres dans le modèle homogénéisé. Jonctions communicantes non linéaires. Dans la dernière partie de cette thèse, nous avons étudié les effets du comportement non linéaires des jonctions communicantes sur la propagation du signal à l’échelle cellulaire. Dans les modèles existants, les jonctions communicantes sont supposées avoir un comportement linéaire, lorsqu’elles sont modélisées.Cependant les données provenant des expériences montrent que ceux-ci ont un comportement non linéaire dépendant du temps et de la différence de potentiel entre cellules voisines. D’abord, nous avons présenté un modèle non linéaire 0D du courant dans les jonctions communicantes. Ensuite, nous avons recalé le modèle sur les données expérimentales.Enfin, nous avons proposé un modèle mathématique 2D qui décrit l’interaction électrique des myocytes cardiaques à l’échelle cellulaire. Ce modèle utilise le courant dans les jonctions communicantes comme une liaison directe entre des cellules adjacentes. / In this thesis we addressed two problems in mathematical modelling of propagation of electrical signals in the heart: tissue scale propagation with presence of tissue heterogeneities and cell scale propagation with non-linear gap junctions. Diffusive inclusions. The standard model used in cardiac electrophysiology is the bidomain model. It is an averaged model derived from the microscopic properties of the tissue.The bidomain model assumes that the electrically active myocytes are present uniformly everywhere in the heart. While this is a reasonable assumption for healthy hearts, it fails insome pathological cases where significant changes in the tissue structure occur, for examplein ischaemic and rheumatic heart disease, inflammation, hypertrophy, or infarction. These tissue heterogeneities are often taken into account through an ad-hoc tuning of model parameters. The first aim of this thesis consisted in generalizing the bidomain equations to the case of structural heart diseases.We assumed a periodic alternation of healthy (bidomain model) and altered (diffusive inclusion) tissue patches. Such a model may be simulated directly, at the high computational cost of a very fine discretisation. Instead we derived a homogenized model at the macroscopic scale, using a rigorous two-scale analysis. We recovered a bidomain-type model with modified conductivity coefficients, and performed a 2D numerical verificationof the convergence of the microscopic model towards the homogenized one.In the second part we quantified the effects of different shapes and sizes of diffusive inclusions on the effective conductivity coefficients and their anisotropy ratios in 2D and3D. Additionally, we ran simulations on 2D patches of tissue with modified conductivity coefficients. We observed changes in the propagation velocity as well as in the shape of the depolarization wave-front.In the third part, based on high-resolution MR images of a rat heart we simulated 3D propagations with the homogenized model. Using image analysis software tools we assessed the structural properties of the tissue, that we used afterwards as parameters inthe homogenized model. Non-linear gap junctions. In the last part of this thesis, we studied the effects of nonlineargap junction channels on the signal propagation at the cell scale. In existing models, the gap junction channels, if modelled, are assumed to have a linear behaviour, while from experimental data we know that they have a time- and voltage-dependent non-linear behaviour. Firstly, we stated a non-linear 0D model for the gap junctional current, and secondly fitted the model to available experimental data. Finally, we proposed a 2D mathematical model that describes the electrical interaction of cardiac myocytes on the cell scale. It accounts for the gap junctional current as "the direct link" between the adjacent cells.

Aujourd'hui, les utilisateurs souhaitent interagir plus naturellement avec les systèmes numériques. L'une des modalités de communication la plus naturelle pour l'homme est le geste de la main. Parmi les différentes approches que nous pouvons trouver dans la littérature, celle basée sur la vision est étudiée par de nombreux chercheurs car elle ne demande pas de porter de dispositif complémentaire. Pour que la machine puisse comprendre les gestes à partir des images RGB, la reconnaissance automatique de ces gestes est l'un des problèmes clés. Cependant, cette approche présente encore de multiples défis tels que le changement de point de vue, les différences d'éclairage, les problèmes de complexité ou de changement d'environnement. Cette thèse propose un système de reconnaissance de gestes statiques qui se compose de deux phases : la détection et la reconnaissance du geste lui-même. Dans l'étape de détection, nous utilisons un processus de détection d'objets de Viola Jones avec une caractérisation basée sur des caractéristiques internes d'Haar-like et un classifieur en cascade AdaBoost. Pour éviter l'influence du fond, nous avons introduit de nouvelles caractéristiques internes d'Haar-like. Ceci augmente de façon significative le taux de détection de la main par rapport à l'algorithme original. Pour la reconnaissance du geste, nous avons proposé une représentation de la main basée sur un noyau descripteur KDES (Kernel Descriptor) très efficace pour la classification d'objets. Cependant, ce descripteur n'est pas robuste au changement d'échelle et n'est pas invariant à l'orientation. Nous avons alors proposé trois améliorations pour surmonter ces problèmes : i) une normalisation de caractéristiques au niveau pixel pour qu'elles soient invariantes à la rotation ; ii) une génération adaptative de caractéristiques afin qu'elles soient robustes au changement d'échelle ; iii) une construction spatiale spécifique à la structure de la main au niveau image. Sur la base de ces améliorations, la méthode proposée obtient de meilleurs résultats par rapport au KDES initial et aux descripteurs existants. L'intégration de ces deux méthodes dans une application montre en situation réelle l'efficacité, l'utilité et la faisabilité de déployer un tel système pour l'interaction homme-robot utilisant les gestes de la main. / Nowadays, people want to interact with machines more naturally. One of the powerful communication channels is hand gesture. Vision-based approach has involved many researchers because this approach does not require any extra device. One of the key problems we need to resolve is hand posture recognition on RGB images because it can be used directly or integrated into a multi-cues hand gesture recognition. The main challenges of this problem are illumination differences, cluttered background, background changes, high intra-class variation, and high inter-class similarity. This thesis proposes a hand posture recognition system consists two phases that are hand detection and hand posture recognition. In hand detection step, we employed Viola-Jones detector with proposed concept Internal Haar-like feature. The proposed hand detection works in real-time within frames captured from real complex environments and avoids unexpected effects of background. The proposed detector outperforms original Viola-Jones detector using traditional Haar-like feature. In hand posture recognition step, we proposed a new hand representation based on a good generic descriptor that is kernel descriptor (KDES). When applying KDES into hand posture recognition, we proposed three improvements to make it more robust that are adaptive patch, normalization of gradient orientation in patches, and hand pyramid structure. The improvements make KDES invariant to scale change, patch-level feature invariant to rotation, and final hand representation suitable to hand structure. Based on these improvements, the proposed method obtains better results than original KDES and a state of the art method.

L’adaptation côtière est un impératif pour faire face à l’élévation du niveau marin,conséquence directe du réchauffement climatique. Cependant, la mise en place d’actions et de stratégies est souvent entravée par la présence de diverses et importantes incertitudes lors de l’estimation des aléas et risques futurs. Ces incertitudes peuvent être dues à une connaissance limitée (de l’élévation du niveau marin futur par exemple) ou à la variabilité naturelle de certaines variables (les conditions de mer extrêmes). La prise en compte des incertitudes dans la chaîne d’évaluation des risques est essentielle pour une adaptation efficace.L’objectif de ce travail est de proposer une méthodologie pour la quantification des incertitudes basée sur les fonctions de croyance – un formalisme de l’incertain plus flexible que les probabilités. Les fonctions de croyance nous permettent de décrire plus fidèlement l’information incomplète fournie par des experts (quantiles,intervalles, etc.), et de combiner différentes sources d’information. L’information statistique peut quand à elle être décrite par de fonctions des croyance définies à partir de la fonction de vraisemblance. Pour la propagation d’incertitudes, nous exploitons l’équivalence mathématique entre fonctions de croyance et intervalles aléatoires, et procédons par échantillonnage Monte Carlo. La méthodologie est appliquée dans l’estimation des projections de la remontée du niveau marin global à la fin du siècle issues de la modélisation physique, d’élicitation d’avis d’experts, et de modèle semi-empirique. Ensuite, dans une étude de cas, nous évaluons l’impact du changement climatique sur les conditions de mers extrêmes et évaluons le renforcement nécessaire d’une structure afin de maintenir son niveau de performance fonctionnelle. / Coastal adaptation is an imperative to deal with the elevation of the global sealevel caused by the ongoing global warming. However, when defining adaptationactions, coastal engineers encounter substantial uncertainties in the assessment of future hazards and risks. These uncertainties may stem from a limited knowledge (e.g., about the magnitude of the future sea-level rise) or from the natural variabilityof some quantities (e.g., extreme sea conditions). A proper consideration of these uncertainties is of principal concern for efficient design and adaptation.The objective of this work is to propose a methodology for uncertainty analysis based on the theory of belief functions – an uncertainty formalism that offers greater features to handle both aleatory and epistemic uncertainties than probabilities.In particular, it allows to represent more faithfully experts’ incomplete knowledge (quantiles, intervals, etc.) and to combine multi-sources evidence taking into account their dependences and reliabilities. Statistical evidence can be modeledby like lihood-based belief functions, which are simply the translation of some inference principles in evidential terms. By exploiting the mathematical equivalence between belief functions and random intervals, uncertainty can be propagated through models by Monte Carlo simulations. We use this method to quantify uncertainty in future projections of the elevation of the global sea level by 2100 and evaluate its impact on some coastal risk indicators used in coastal design. Sea-level rise projections are derived from physical modelling, expert elicitation, and historical sea-level measurements. Then, within a methodologically-oriented case study,we assess the impact of climate change on extreme sea conditions and evaluate there inforcement of a typical coastal defence asset so that its functional performance is maintained.

En écologie des populations, les distributions spatiales d'espèces sont étudiées afin d'inférer l'existence de processus sous-jacents, tels que les interactions intra- et interspécifiques et les réponses des espèces à l'hétérogénéité de l'environnement. Nous proposons d'analyser les données spatiales multi-spécifiques sous l'angle des assemblages d'espèces, que nous considérons en termes d'abondances absolues et non de diversité des espèces. Les assemblages d'espèces sont une des signatures des interactions spatiales locales des espèces entre elles et avec leur environnement. L'étude des assemblages d'espèces peut permettre de détecter plusieurs types d'équilibres spatialisés et de les associer à l'effet de variables environnementales. Les assemblages d'espèces sont définis ici par classification non spatiale des observations multivariées d'abondances d'espèces. Les méthodes de classification basées sur les modèles de mélange ont été choisies afin d'avoir une mesure de l'incertitude de la classification et de modéliser un assemblage par une loi de probabilité multivariée. Dans ce cadre, nous proposons : 1. une méthode d'analyse exploratoire de données spatiales multivariées d'abondances d'espèces, qui permet de détecter des assemblages d'espèces par classification, de les cartographier et d'analyser leur structure spatiale. Des lois usuelles, telle que la Gaussienne multivariée, sont utilisées pour modéliser les assemblages, 2. un modèle hiérarchique pour les assemblages d'abondances lorsque les lois usuelles ne suffisent pas. Ce modèle peut facilement s'adapter à des données contenant des variables de types différents, qui sont fréquemment rencontrées en écologie, 3. une méthode de classification de données contenant des variables de types différents basée sur des mélanges de lois à structure hiérarchique (définies en 2.). Deux applications en écologie ont guidé et illustré ce travail : l'étude à petite échelle des assemblages de deux espèces de pucerons sur des feuilles de clémentinier et l'étude à large échelle des assemblages d'une plante hôte, le plantain lancéolé, et de son pathogène, l'oïdium, sur les îles Aland en Finlande / In population ecology, species spatial patterns are studied in order to infer the existence of underlying processes, such as interactions within and between species, and species response to environmental heterogeneity. We propose to analyze spatial multi-species data by defining species abundance assemblages. Species assemblages are one of the signatures of the local spatial interactions between species and with their environment. Species assemblages are defined here by a non spatial classification of the multivariate observations of species abundances. Model-based clustering procedures using mixture models were chosen in order to have an estimation of the classification uncertainty and to model an assemblage by a multivariate probability distribution. We propose : 1. An exploratory tool for the study of spatial multivariate observations of species abundances, which defines species assemblages by a model-based clustering procedure, and then maps and analyzes the spatial structure of the assemblages. Common distributions, such as the multivariate Gaussian, are used to model the assemblages. 2. A hierarchical model for abundance assemblages which cannot be modeled with common distributions. This model can be easily adapted to mixed mode data, which are frequent in ecology. 3. A clustering procedure for mixed-mode data based on mixtures of hierarchical models. Two ecological case-studies guided and illustrated this work: the small-scale study of the assemblages of two aphid species on leaves of Citrus trees, and the large-scale study of the assemblages of a host plant, Plantago lanceolata, and its pathogen, the powdery mildew, on the Aland islands in south-west Finland