Cette thèse contribue aux avancées dans la conception, la fabrication, l’expérimentation ainsi que l’optimisation de réseaux fluides multi-échelles. Ces réseaux permettent de gérer des débits importants tout en gagnant en compacité ainsi qu’en intensifiant les transferts de masse et d’énergie par l’augmentation de la surface active. La structure interne du réseau multiéchelles étudié est optimisée en diminuant les pertes de charges par la mise en parallèles des micro/minicanaux. Des prototypes en aluminium et en PMMA ont été fabriqués au sein du LTEN par gravure grâce à une commande numérique. Les prototypes ont été testés afin d’évaluer le comportement du fluide à l’intérieur ainsi que ses performances thermiques, par simulations numériques (CFD) et par des dispositifs expérimentaux (PIV, Caméra Rapide, Thermocouples). Nous avons testé l’influence de la géométrie du distributeur/collecteur sur la distribution du fluide, puis, du fait de la perte de compacité, nous avons opté pour l’insertion de plaques perforées optimisées dans les différents distributeurs du réseau. En effet, nous avons observé que l’uniformisation de la distribution permet d’augmenter les performances thermiques d’environ 10 %. Suite à ces résultats une conception d’échangeur de chaleur à plaques a été réalisée, par simulations numériques (CFD) et par la mise en place d’un banc d’essais. Les performances ont été testées sous différentes conditions. / This PhD dissertation concerns the development, the modeling, the experiment and the optimization of a multi-scale network able to deal with high flow-rates while increasing mass and energy transfer and increasing the compacity. The internal structure of the network is optimized by the parallelization of micro/minichannels in order to decrease pressure loss. Prototypes made in aluminum and PMMA have been made in the laboratory by a Computer Numerical Control Machine. Prototypes have been tested in order to evaluate the behavior of the fluid inside as well as thermal performances, by numerical simulations (CFD) and experimental set-up (PIV, Fast Camera, Thermocouples). We have tested the influence of the geometry of distributor/collector over the fluid distribution, then, due to loss of compacity, we chose to insert optimized perforated baffles in each distributor of the network. Indeed, we observed that the uniformization of the distribution enables to increase from 10 % thermal performances. Finally, a conception of a heat exchanger has been made, by numerical simulations (CFD) and an experimental set-up has been build. Performances have been tested under various conditions.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce mémoire présente une solution au problème de contrôle de caméra hors-ligne dans un environnement en trois dimensions où se déroule une bataille navale. D'abord, une introduction du domaine est présentée, le but étant d'établir les fondations sur lesquelles se basera l'ensemble des sections de ce document. Ensuite, une revue de la littérature est effectuée. Le contrôle de la caméra dans le domaine du cinéma est exploré. Diverses techniques de contrôle sont également présentées tout en discutant leur pertinence au problème. Une approche de planification par réseau de tâches hiérarchique est ultimement choisie comme solution. Pour décrire cette solution, la modélisation du planificateur et de ses composantes est d'abord exposée. Par la suite, l'algorithme de planification est présenté. Une architecture de planification et d'exécution, intégrant l'algorithme de planification avec le contrôle bas-niveau de la caméra est aussi proposée. L'implémentation de cette architecture est ensuite discutée et illustrée à l'aide des résultats expérimentaux. La conclusion est suivie par une annexe décrivant les détails de l'implémentation.

Les fauteuils roulants « intelligents » dotés de facultés de navigation autonomes visent à soulager les personnes handicapés moteurs ayant des difficultés à conduire un fauteuil électrique standard. Depuis les années 80, de nombreuses études ont été menées pour réaliser de tels prototypes mais très peu ont abouti à de réels progrès pour les utilisateurs et ce uniquement pour des fonctionnalités simples. Cela peut s'expliquer par plusieurs facteurs, notamment la sous-estimation des contraintes d'acceptabilité et d'adaptabilité. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir une assistance à la conduite sous respect de ces contraintes. Pour cela, nous réalisons un système léger, composé de trois capteurs laser, d'une caméra et d'un micro-ordinateur. Il est susceptible de s'adapter sur tout type de fauteuil électrique et nous a permis de développer les fonctionnalités de franchissement de passage étroit et de suivi de mur ainsi qu'une interface humain-machine ergonomique. Celle-ci est établie par une commande « déictique » qui consiste à fournir un aperçu de l'environnement sur lequel l'utilisateur désigne la tâche autonome choisie par son lieu d'application, le fauteuil réalisant automatiquement l'action correspondante. Tout contact sur le joystick rend immédiatement le contrôle du fauteuil à l'utilisateur afin qu'il ne se sente pas prisonnier de l'assistance, ainsi le pilotage se compose d'une alternance de commandes manuelles et d'indications sur l'interface. Ensuite, l'évaluation de notre assistance à la conduite s'est déroulée en trois étapes. La première, qualitative, a consisté à présenter et à faire essayer le système à des utilisateurs potentiels. Dans un second temps nous avons comparé quantitativement les performances de la conduite assistée avec celles d'une conduite manuelle sur un panel de sujets valides (temps de parcours, nombre d'actions réalisées, indice de confort...). La troisième étape a consisté à évaluer la charge cognitive des utilisateurs dans les deux modes de conduite en mesurant la charge attentionnelle et la capacité décisionnelle à partir d'une méthode de douche tâche / The Smart Wheelchairs, that are equipped for autonomous navigation functionalities, aim to relieve people with disabilities who have difficulty to drive a standard electric wheelchair. Since the 80s, many studies have been conducted to design such prototypes but very few have led to real progress for users and only for simple functionalities. This can be explained by several factors, including the underestimation of the constraints of acceptability and adaptability. In this context, our goal is to provide a driving assistance in respect of these constraints. For this, we design a lightweight system, consisting of three laser sensors, a camera and a computer. It is adaptable to any type of electric wheelchair and allowed us to develop the functionalities of passing through of the narrow passages and wall following, as well as an ergonomic human-machine interface. This latter is established by a deictic command which consists in to provide an overview of the environment where the user indicates the chosen autonomous task by his application location, and then the wheelchair performs the corresponding action automatically. Moreover, all contact with the joystick gives back the control to the user so that he does not feel a prisoner of assistance; well the driving is composed of alternating manual controls and indications on the interface. Finally, the evaluation of our assistance in the conduct took place in three stages. The first, qualitative, is to present and to do try the system to potential users. In a second step, we compare quantitatively the performance of the assistance driving with those of a manual driving on a panel of valid persons (travel time, number of actions, discomfort index?). The third step is to assess the cognitive load of users in both driving modes by measuring the attentional load and decision-making capacity from a dual task method

Dans la plupart des applications de robotique, un système de vision apporte une amélioration significative de la perception de l’environnement. La vision panoramique est particulièrement intéressante car elle rend possible une perception omnidirectionnelle. Elle est cependant rarement utilisée en pratique à cause des limitations technologiques découlant des méthodes la permettant. La grande majorité de ces méthodes associent des caméras, des miroirs, des grands angles et des systèmes rotatifs ensembles pour créer des champs de vision élargis. Les principaux défauts de ces méthodes sont les importantes distorsions des images et l’hétérogénéité de la résolution. Certaines autres méthodes permettant des résolutions homogènes, prodiguent un flot de données très important qui est difficile à traiter en temps réel et sont soit trop lents soit manquent de précision. Pour résoudre ces problèmes, nous proposons la réalisation d’une caméra panoramique intelligente qui présente plusieurs améliorations technologiques par rapport aux autres caméras linéaires rotatives. Cette caméra capture des panoramas cylindriques homogènes avec une résolution de 6600 × 2048 pixels. La synchronisation de la capture avec la position angulaire est possible grâce à une plateforme rotative de précision. Nous proposons aussi une solution au problème que pose le gros flot de données avec l’implémentation d’un extracteur de primitives qui sélectionne uniquement les primitives invariantes des images pour donner un système panoramique de vision qui ne transmet que les données pertinentes. Le système a été modélisé et une méthode de calibrage spécifiquement conçue pour les systèmes cylindriques rotatifs est présentée. Enfin, une application de localisation et de reconstruction 3D est décrite pour montrer une utilisation pratique dans une application de type Simultaneous Localization And Mapping ( SLAM ). / In most robotic applications, vision systems can significantly improve the perception of the environment. The panoramic view has particular attractions because it allows omnidirectional perception. However, it is rarely used because the methods that provide panoramic views also have significant drawbacks. Most of these omnidirectional vision systems involve the combination of a matrix camera and a mirror, rotating matrix cameras or a wide angle lens. The major drawbacks of this type of sensors are in the great distortions of the images and the heterogeneity of the resolution. Some other methods, while providing homogeneous resolutions, also provide a huge data flow that is difficult to process in real time and are either too slow or lacking in precision. To address these problems, we propose a smart panoramic vision system that presents technological improvements over rotating linear sensor methods. It allows homogeneous 360 degree cylindrical imaging with a resolution of 6600 × 2048 pixels and a precision turntable to synchronize position with acquisition. We also propose a solution to the bandwidth problem with the implementation of a feature etractor that selects only the invariant feaures of the image in such a way that the camera produces a panoramic view at high speed while delivering only relevant information. A general geometric model has been developped has been developped to describe the image formation process and a caligration method specially designed for this kind of sensor is presented. Finally, localisation and structure from motion experiments are described to show a practical use of the system in SLAM applications.

La tomographie optique diffuse (TOD) est une technique d’imagerie médicale relativement récente qui utilise la lumière dans le proche infrarouge pour acquérir des images in vivo de façon non invasive. Cette technique est en utilisation croissante par de nombreux chercheurs et biologistes et plusieurs équipes dans le monde travaillent sur le développement de scanners par TOD y compris notre groupe de recherche (groupe TomOptUS). Le Centre d’imagerie moléculaire de Sherbrooke dispose d’un appareil pour imagerie optique sur petit animal développé par la compagnie Quidd, soit le QOS (Quidd Optical imaging System). Cet appareil est utilisé par des biologistes et chercheurs pour diverses études précliniques sur modèles animaux (souris) de maladies humaines comme le cancer. Le QOS est entièrement contrôlé par ordinateur à l’aide d’un logiciel sophistiqué (le QOSoft) qui permet d’obtenir des images en fluorescence et en bioluminescence. Il est toutefois limité en ne permettant d’acquérir que des images planaires de la lumière sortant d’un animal ; il ne permet pas la tomographie, à savoir obtenir des images tridimensionnelles (3D) des sources fluorescentes ou bioluminescentes situées en profondeur à l’intérieur de l’animal. Bien que le QOS offre une grande flexibilité en terme d’angle d’acquisition d’images autour de l’animal avec sa caméra montée sur un bras rotatif, il a une sensibilité limitée pour de l’imagerie en profondeur, notamment parce qu’il fonctionne en mode épiillumination (détection de la lumière du même côté que l’injection de la lumière excitatrice dans l’animal) et aussi à cause de la sensibilité limitée de sa caméra. Afin d’augmenter les capacités tomographiques et la sensibilité du QOS, ainsi que le contraste des images qu’il fournit, le présent projet propose des développements logiciels intégrés au QOSoft. Ces ajouts logiciels au niveau du contrôle d’instrumentation et de l’interface graphique permettent d’intégrer une caméra EMCCD à ultra-haute sensibilité et ultra-faible bruit pour remplacer la caméra CCD refroidie existante ainsi qu’un module d’illumination laser rotatif. Ce module d’illumination, développé par le groupe TomOptUS, permet l’imagerie en mode transillumination ainsi que toutes les configurations intermédiaires jusqu’à l’épi-illumination. Ce module permet en outre d’injecter une densité de puissance lumineuse supérieure à celle possible avec la configuration actuelle du QOS. Le QOS et son logiciel mis à jour avec les ajouts faisant l’objet du présent projet sont validés par des expériences de fluorescence et de bioluminescence sur fantômes et animaux vivants.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le contrôle de caméra virtuelle est aujourd'hui un composant essentiel dans beaucoup d'applications d'infographie. Malgré cette importance, les approches actuelles restent limitées en terme d'expressivité, d'interactivité et de performances. Typiquement, les éléments de style ou de genre cinématographique sont difficiles à modéliser et à simuler dû à l'incapacité des systèmes actuels de calculer simultanément des points de vues, des trajectoires et d'effectuer le montage. Deuxièmement, elles n'explorent pas assez le potentiel créatif offert par le couplage potentiel d'un humain et d'un système intelligent pour assister les utilisateurs dans une tâche complexe de construction de séquences cinématographiques. Enfin, la plupart des approches existantes se basent sur des techniques d'optimisation dans un espace de recherche 6D, qui s'avèrent coûteuses et donc inadaptées à un contexte interactif. Dans cette thèse, nous proposons tout d'abord un cadre unique intégrant les quatre aspects clés de la cinématographie (le calcul de point de vue, la planification de trajectoires, le montage et la visibilité). Ce cadre expressif permet de simuler certaines dimensions de style cinématographique. Nous proposons ensuite une méthodologie permettant de combiner les capacités d'un système automatique avec une interaction utilisateur. Enfin, nous présentons un modèle de contrôle de caméra efficace qui réduit l'espace de recherche de 6D à 3D. Ce modèle a le potentiel pour remplacer un certain nombre de formulations existantes. / Virtual camera control is nowadays an essential component in many computer graphics applications. Despite its importance, current approaches remain limited in their expressiveness, interactive nature and performances. Typically, elements of directorial style and genre cannot be easily modeled nor simulated due to the lack of simultaneous control in viewpoint computation, camera path planning and editing. Second, there is a lack in exploring the creative potential behind the coupling of a human with an intelligent system to assist users in the complex task of designing cinematographic sequences. Finally, most techniques are based on computationally expensive optimization techniques performed in a 6D search space, which prevents their application to real-time contexts. In this thesis, we first propose a unifying approach which handles four key aspects of cinematography (viewpoint computation, camera path planning, editing and visibility computation) in an expressive model which accounts for some elements of directorial style. We then propose a workflow allowing to combine automated intelligence with user interaction. We finally present a novel and efficient approach to virtual camera control which reduces the search space from 6D to 3D and has the potential to replace a number of existing formulations.