Cette thèse porte sur le développement du DosiMap, un nouvel instrument de dosimétrie pour le contrôle des faisceaux de radiothérapie. Ce dispositif est basé sur l'utilisation d'un scintillateur plastique plan placé au sein d'un fantôme de polystyrène. La distribution lumineuse produite par le DosiMap sous irradiation, composée de scintillation et de rayonnement Čerenkov, est mesurée par une caméra CCD, puis analysée afin d'en déduire la distribution de dose déposée dans le scintillateur.<br />Ce dispositif possède un certain nombre d'avantages. Il est équivalent tissus, présente une bonne résolution spatiale et une réponse linéaire en énergie. Il permet également d'effectuer des mesures de dose immédiates, ce qui rend son utilisation adaptée à une utilisation clinique.<br />Après une introduction des notions de base de la radiothérapie, les différentes étapes du développement de cet instrument sont exposées dans ce mémoire. Différents scintillateurs plastiques ont, dans un premier temps, été testés afin de déterminer le mieux adapté à cette application. Seule la scintillation étant proportionnelle à la dose, la déconvolution de la scintillation et du rayonnement Čerenkov a ensuite été réalisée. Enfin, la caméra se trouvant en salle d'irradiation, il a été nécessaire de mettre au point un blindage afin de la protéger. La calibration en dose du dispositif ainsi que sa réponse dosimétrique sont alors exposées.<br />Ce travail a permis de mesurer des distributions de dose avec une incertitude inférieure à 2 % pour des faisceaux de photons homogènes. D'excellents résultats ont également été obtenus dans le cas de faisceaux modulés en intensité.

Cette thèse s'intéresse à la phénoménologie relative à l'imagerie passive dans le domaine sub-térahertz allant de 0,1 à 1 THz. Dans cette fenêtre électromagnétique, les matériaux diélectriques comme les vêtements sont transparents ce qui ouvre la voie à la réalisation d'images des personnes débarrassées de leurs vêtements et la possibilité de détecter des objets extracorporels cachés sous ces derniers. Le processus de formation d'images repose sur la détection des puissances de rayonnement provenant de la scène et sur la discrimination des signatures spectrales des objets de la scène. Dans cette thèse, nous mesurons l'indice, la transmission et la diffusion de quelques vêtements et autres matériaux dissimulants dans le domaine térahertz. La technique de mesure utilisée est la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel, la génération et la détection des signaux sont réalisées par les photocommutateurs ultra-rapides à base de GaAs-BT. Les résultats obtenus s'étendent jusqu'à 2 ou 2,5 THz. La technique de mesure est ensuite adaptée pour la détermination in-vivo des propriétés térahertz de la peau humaine. La base de données constituée par la campagne de mesures est enfin intégrée dans un modèle radiométrique pour l'étude des scénarios d'imagerie passive de détection à distance. Les performances obtenables sont discutées et les spécifications favorables à l'imagerie sont déduites.

Des travaux de recherche sont actuellement menés pour miniaturiser les systèmes optiques : moins volumineux et moins chers, ils peuvent prétendre à être diffusés dans des applications diverses. L'objectif de cette thèse est de concevoir des systèmes d'imagerie extrêmement compacts, intégrés au plus près du détecteur infrarouge refroidi, et idéalement solidaires de celui-ci. J'ai tout d'abord mis en évidence des stratégies pour la simplification et la miniaturisation des systèmes optiques. Parmi elles, les approches menant à des systèmes multivoies semblent être les plus prometteuses pour concevoir des systèmes à la fois compacts et performants. J'ai alors proposé deux architectures multivoies simples, compactes et intégrées au plus près du détecteur infrarouge. La première, de champ d'observation égal à 120°, intègre une matrice de microlentilles à quelques centaines de micromètres seulement du détecteur infrarouge : elle est qualifiée de caméra sur puce. Des défis technologiques ont dû être relevés pour réaliser ce composant. J'ai développé un algorithme de reconstruction d'images et évalué expérimentalement les performances de la caméra. Ce système produit, après traitements, une image échantillonnée au pas de 7,5 µm. Cette valeur est deux fois meilleure que celle qui pourrait être obtenue avec une caméra monovoie classique, associée à un détecteur infrarouge à l'état de l'art actuel, avec un pas pixel de 15 µm. J'ai contribué à la réalisation du second système en développant une méthode originale et simple pour en fabriquer les matrices de microlentilles. Cette technique consiste à mouler par compression de la poudre de bromure de potassium à température ambiante. Ces travaux ouvrent la voie à une nouvelle génération de détecteurs infrarouges, qui intègrent une fonction d'imagerie.

Future space exploration missions aim at landing and returning samples from moon, planets and asteroids. Autonomous precision landing capabilities will have to reach pre-selected landing sites which may lie near hazardous terrain features such as craters, rocks. However, past and current robotic landers are still far from this ability. For example, the rover Mars Science Laboratory, to be launched in 2011, is programmed to land on a position with an error of several kilometers. The first goal of thesis is to propose a vision-based absolute navigation system, named "Landstel", for interplanetary landers, especially for missions on Mars or on Moon. Contrary to current absolute navigation systems proposed in the literature which rely either on the usage of image intensity or on specific surface landmarks like craters, Landstel employs the topological property of generic surface landmarks. As a result, Landstel is not restricted to any particular terrain. Landstel also exhibits a high robustness with respect to illumination variations and sensor noise. In addition, the use of surface landmarks allows Landstel to drastically reduce the required onboard memory. Besides Landstel, the second goal of the thesis is to propose a framework to integrate Landstel inside a complete navigation system called VIBAN, including absolute localization, inertial navigation and/or visual odometry. The absolute position estimate returned by Landstel is firstly verified using the visual odometry tracked points. Then, the verified position estimate is fused with the velocity estimate of the visual odometry in a Kalman filter to improve the estimated position. The updated position is later returned back to Landstel which increases the speed of Landstel by focusing the search for matches and reduces the probability of false estimations. Finally, the points tracked by visual odometry are fed to Landstel to augment the number of matches returned by Landstel. Besides these interests, the integrat ion scheme does not impose any constraints on the spacecraft velocity or angular rate. Extensive experiments with PANGU, a surface simulator, and with Earth images validate the proposed system.

Cette thèse porte sur la fonction de détection d'obstacles dans le domaine ferroviaire à partir de la vision par ordinateur. Il s'agit d'assurer une perception de l'environnement situé à l'avant du train afin de détecter et d'évaluer les distances des obstacles situés sur la voie.Nous avons donc proposé un module détection de rails à partir des images à niveaux de gris, pour déterminer une zone libre d'obstacles à l'avant du train. Cette détection est basée dans l'algorithme de RANSAC et une estimation de la voie par un polynôme de degré 2. Elle s'est montrée robuste à notre base de données et a permis de détecter les rails à des distances supérieures à la distance d'arrêt. Aussi, un algorithme d'étalonnage des caméras installées dans le train a été proposé à partir de la morphologie de la voie.Comme support de la reconnaissance de rails, nous présentons un module de détection et classification des appareils de voie basé dans le descripteur HOG extrait des images IPM (Inverse Perspective Mapping). Un classifieur SVM (Support Vector Machines) binaire a été utilisé pour la détection et un SVM multi-classe pour différencier les appareils de voie existants sur la ligne.Après avoir élaboré le module de détection des rails, nous avons implémenté un détecteur de trains. À partir d'un échantillon des images de trains de la ligne en question et des images négatives comme des voitures ou des bus, nous avons créé une base de données d'obstacles pour trouver un descripteur robuste qui arrive à décrire la forme des trains et permet à un classifieur SVM de discriminer les images et détecter les trains. Par la suite, ce classifieur est utilisé par le système global pour déterminer la présence d'un train au-delà de la détection de la voie. À la distance maximale de détection, un rectangle de la taille d'un train est extrait de l'image pour vérifier la présence d'un train. Ces rectangles font l'objet d'une classification au moyen de descripteurs globaux de type HOG et une structure SVM binaire.Cette étude permettra non seulement de déboucher sur des applications concrètes, mais surtout d'évaluer la maturité des technologies de traitements d'images pour réaliser des fonctions sûres appliquées aux systèmes ferroviaires.

Grâce aux progrès récents en photogrammétrie, il est désormais possible de reconstruire automatiquement un modèle d'une scène 3D à partir de photographies ou d'une vidéo. La reconstruction est réalisée en plusieurs étapes. Tout d'abord, on détecte des traits saillants (features) dans chaque image, souvent des points mais plus généralement des régions. Puis on cherche à les mettre en correspondance entre images. On utilise ensuite les traits communs à deux images pour déterminer la pose (positions et orientations) relative des images. Puis les poses sont mises dans un même repère global et la position des traits saillants dans l'espace est reconstruite (structure from motion). Enfin, un modèle 3D dense de la scène peut être estimé. La détection de traits saillants, leur appariement, ainsi que l'estimation de la position des caméras, jouent des rôles primordiaux dans la chaîne de reconstruction 3D. Des imprécisions ou des erreurs dans ces étapes ont un impact majeur sur la précision et la robustesse de la reconstruction de la scène entière. Dans cette thèse, nous nous intéressons à l'amélioration des méthodes pour établir la correspondance entre régions caractéristiques et pour les sélectionner lors de l'estimation des poses de caméras, afin de rendre les résultats de reconstruction plus robustes et plus précis. Nous introduisons tout d'abord une contrainte photométrique pour une paire de correspondances (VLD) au sein d'une même image, qui est plus fiable que les contraintes purement géométriques. Puis, nous proposons une méthode semi-locale (K-VLD) pour la mise en correspondance, basée sur cette contrainte photométrique. Nous démontrons que notre méthode est très robuste pour des scènes rigides, mais aussi non-rigides ou répétitives, et qu'elle permet d'améliorer la robustesse et la précision de méthodes d'estimation de poses, notamment basées sur RANSAC. Puis, pour améliorer l'estimation de la position des caméras, nous analysons la précision des reconstructions et des estimations de pose en fonction du nombre et de la qualité des correspondances. Nous en dérivons une formule expérimentale caractérisant la relation ``qualité contre quantité''. Sur cette base, nous proposons une méthode pour sélectionner un sous-ensemble des correspondances de meilleure qualité de façon à obtenir une très haute précision en estimation de poses. Nous cherchons aussi raffiner la précision de localisation des points en correspondance. Pour cela, nous développons une extension de la méthode de mise en correspondance aux moindres carrés (LSM) en introduisant un échantillonnage irrégulier et une exploration des échelles d'images. Nous montrons que le raffinement et la sélection de correspondances agissent indépendamment pour améliorer la reconstruction. Combinées, les deux méthodes produisent des résultats encore meilleurs / With the recent progress in photogrammetry, it is now possible to automatically reconstruct a model of a 3D scene from pictures or videos. The model is reconstructed in several stages. First, salient features (often points, but more generally regions) are detected in each image. Second, features that are common in images pairs are matched. Third, matched features are used to estimate the relative pose (position and orientation) of images. The global poses are then computed as well as the 3D location of these features (structure from motion). Finally, a dense 3D model can be estimated. The detection of salient features, their matching, as well as the estimation of camera poses play a crucial role in the reconstruction process. Inaccuracies or errors in these stages have a major impact on the accuracy and robustness of reconstruction for the entire scene. In this thesis, we propose better methods for feature matching and feature selection, which improve the robustness and accuracy of existing methods for camera position estimation. We first introduce a photometric pairwise constraint for feature matches (VLD), which is more reliable than geometric constraints. Then we propose a semi-local matching approach (K-VLD) using this photometric match constraint. We show that our method is very robust, not only for rigid scenes but also for non-rigid and repetitive scenes, which can improve the robustness and accuracy of pose estimation methods, such as based on RANSAC. To improve the accuracy in camera position estimation, we study the accuracy of reconstruction and pose estimation in function of the number and quality of matches. We experimentally derive a “quantity vs. quality” relation. Using this relation, we propose a method to select a subset of good matches to produce highly accurate pose estimations. We also aim at refining match position. For this, we propose an improvement of least square matching (LSM) using an irregular sampling grid and image scale exploration. We show that match refinement and match selection independently improve the reconstruction results, and when combined together, the results are further improved

A partir des années 1960, le lien entre pratiques filmiques et artistiques s’accentue. Les artistes plasticiens et performeurs utilisent désormais la caméra non seulement pour enregistrer leur discipline mais pour la transformer et la révéler. Le film d’artiste devient un moyen de dialoguer avec les autres pratiques artistiques et de créer des formes d’hybridité et de transversalité au sein de la création. Cette thèse a pour but de démontrer que l’artiste à la caméra est une catégorie à part entière qui dépasse l’aspect documentaire de l’enregistrement filmique de l’oeuvre. Il renouvelle l’image du corps à travers l’objectif de la caméra, oscillant entre présentation et représentation chez Carolee Schneemann, Yvonne Rainer et Bruce Nauman. Le film d’artiste parvient également à dépasser la spécificité des médiums en exaltant sculpture et installation, en créant des formes et des espaces de l’entre-deux, en déplaçant le visiteur comme le font Robert Smihtson ou Anthony McCall, en révélant des aspects invisibles. Enfin, il s’agit de comprendre comment le film peut devenir un modèle de pensée et de réflexion pour les autres arts mais aussi pour le médium de l’exposition qui se voit récitée selon de nouveaux principes temporels et spatiaux. L’artiste à la caméra franchit ainsi les frontières de la danse et de l’opéra, met en jeu le corps et la perception du visiteur face à la redéfinition des écrans et des conditions d’exposition telles les oeuvres de Matthew Barney, Bill Viola ou Pierre Huyghe. / Since the 1960’s the link between filmic and artistic practices has intensified. From now on artists and performers use the movie camera not only to record their practice but to transform and reveal it. Artist’s film becomes a way to discuss with the other arts and to create hybrid and transversal shapes. This dissertation aims to demonstrate that the artist with a movie camera, is a category in its own way, which goes beyond the documentary of recording the piece. It renews the body’s image through the camera’s eye, between presentation and representation with the pieces of Carolee Schneemann, Yvonne Rainer and Bruce Nauman. The artist’s film achieves to go beyond the medium’s specificity by glorifying sculpture and installation, by creating shapes and spaces of in-between, moving the visitor as did Robert Smithson or Anthony McCall, by revealing invisible aspects. We would like to understand how film can become a model of thinking for the other arts as well as for the medium of exhibition which reactivated according to new temporal and spatial principles. The artist with a movie camera goes beyond the thresholds of dance and opera, challenges the body and the perception of the visitor facing the definition of the screens et de exhibition’s condition like the ones of the pieces made by Matthew Barney, Bill Viola or Pierre Huyghe.

Cette thèse porte sur la fonction de détection d'obstacles dans le domaine ferroviaire à partir de la vision par ordinateur. Il s'agit d'assurer une perception de l'environnement situé à l'avant du train afin de détecter et d'évaluer les distances des obstacles situés sur la voie.Nous avons donc proposé un module détection de rails à partir des images à niveaux de gris, pour déterminer une zone libre d'obstacles à l'avant du train. Cette détection est basée dans l'algorithme de RANSAC et une estimation de la voie par un polynôme de degré 2. Elle s'est montrée robuste à notre base de données et a permis de détecter les rails à des distances supérieures à la distance d'arrêt. Aussi, un algorithme d'étalonnage des caméras installées dans le train a été proposé à partir de la morphologie de la voie.Comme support de la reconnaissance de rails, nous présentons un module de détection et classification des appareils de voie basé dans le descripteur HOG extrait des images IPM (Inverse Perspective Mapping). Un classifieur SVM (Support Vector Machines) binaire a été utilisé pour la détection et un SVM multi-classe pour différencier les appareils de voie existants sur la ligne.Après avoir élaboré le module de détection des rails, nous avons implémenté un détecteur de trains. À partir d'un échantillon des images de trains de la ligne en question et des images négatives comme des voitures ou des bus, nous avons créé une base de données d'obstacles pour trouver un descripteur robuste qui arrive à décrire la forme des trains et permet à un classifieur SVM de discriminer les images et détecter les trains. Par la suite, ce classifieur est utilisé par le système global pour déterminer la présence d'un train au-delà de la détection de la voie. À la distance maximale de détection, un rectangle de la taille d'un train est extrait de l'image pour vérifier la présence d'un train. Ces rectangles font l'objet d'une classification au moyen de descripteurs globaux de type HOG et une structure SVM binaire.Cette étude permettra non seulement de déboucher sur des applications concrètes, mais surtout d'évaluer la maturité des technologies de traitements d'images pour réaliser des fonctions sûres appliquées aux systèmes ferroviaires. / This thesis deals with obstacle detection in a railway setting using computer vision. The main task is to provide perception of the environment in front ofthe train using an optical sensor to detect and evaluate distances to obstacles along the track path.We present a module for detecting rails from grayscale images to determine an obstacle-free zone in front of the train. This detection is based on the RANSACalgorithm and fitting the track to a second degree polynomial. The method has shown itself robust to our dataset and allows detecting the rails at distancesgreater than the emergency stopping distance. In addition, a method for calibrating the cameras installed on the train is proposed based on the morphology ofthe track.To supplement rail detection, we present a new module for detecting and classifying junctions based on the HOG descriptor extracted from InversePerspective Mapping (IPM) images. A Support Vector Machines (SVM) binary classifier was used for detection and a multi-class SVM for distinguishing ofjunctions along the rails.In the sequel, a train detector was implemented. Using a set of images of trains found on the studied line and negative images such as cars or buses, we havecreated a database of obstacles to find a robust descriptor which is able to model the form of trains and allows a SVM classifier to distinguish images anddetect trains. Next this classifier is used by the overall system to determine the presence of a train in addition to detecting rails. At the maximum detectiondistance, a train-sized rectangle is extracted from the image in order to confirm the presence of a train. These rectangles are classified by means of HOG-typeglobal descriptors and a binary SVM structure.In addition to its applications to concrete problems, this study permits to evaluate the maturity of image processing technologies forfail-safe railway systems.

Cette thèse s'intéresse à la phénoménologie relative à l'imagerie passive dans le domaine sub-térahertz allant de 0,1 à 1 THz. Dans cette fenêtre électromagnétique, les matériaux diélectriques comme les vêtements sont transparents ce qui ouvre la voie à la réalisation d'images des personnes débarrassées de leurs vêtements et la possibilité de détecter des objets extracorporels cachés sous ces derniers. Le processus de formation d'images repose sur la détection des puissances de rayonnement provenant de la scène et sur la discrimination des signatures spectrales des objets de la scène. Dans cette thèse, nous mesurons l'indice, la transmission et la diffusion de quelques vêtements et autres matériaux dissimulants dans le domaine térahertz. La technique de mesure utilisée est la spectroscopie térahertz dans le domaine temporel, la génération et la détection des signaux sont réalisées par les photocommutateurs ultra-rapides à base de GaAs-BT. Les résultats obtenus s'étendent jusqu'à 2 ou 2,5 THz. La technique de mesure est ensuite adaptée pour la détermination in-vivo des propriétés térahertz de la peau humaine. La base de données constituée par la campagne de mesures est enfin intégrée dans un modèle radiométrique pour l'étude des scénarios d'imagerie passive de détection à distance. Les performances obtenables sont discutées et les spécifications favorables à l'imagerie sont déduites. / The thesis focuses on the phenomenology related to passive imaging in Millimeter/Terahertz domain, 0.1 to 1 THz. In this domain, dielectric materials such as clothing are transparent, this paves the way for the creation of images of people guillemotleft stripped of guillemotright their clothing and the ability to detect extracorporeal objects hidden behind the clothes. In this thesis, we measure the optical index, the transmission and the diffusion of some hidden materials in the terahertz domain. The measurement technique used is the terahertz time-domain spectroscopy. The generation and detection of signals are carried out by LT-GaAS photoswitches. The results extend to 2 or 2.5 THz. The optical properties of human skin is measured using our experimental setup mounted in reflection geometry. The database made from the measurement campaign is finally integrated into a radiometric model for the study of passive imaging scenarios for remote sensing. Obtainable performances are discussed and favorable specification to imaging are derived.

Dans un contexte de changement climatique et d’augmentation de la variabilité du climat, une raison majeure qui freine le développement et l’adoption d’une gestion efficace des ravageurs des cultures est celle des caractéristiques thermiques des paysages agricoles, qui sont reconnues pour leur effet sur la dynamique ces ravageurs. De plus, la différence entre la taille des organismes considérés et les échelles auxquelles les données climatiques sont collectées et modélisées est une problématique clé pour comprendre et prédire la distribution des ravageurs des cultures. Dans ce travail de thèse, nous explorons la prise en compte des microclimats ressentis par les ravageurs des cultures dans leur environnement afin de mieux déduire leur distribution spatiotemporelle. Par conséquent, cette thèse s’est intéressée à: 1) réduire les différences d’échelles entre les prédictions des modèles climatiques globaux et la fine échelle spatiotemporelle des microclimats vécus par les organismes, 2) développer des approches techniques innovantes, comme la combinaison de caméras thermiques avec des drones aéroportés, pour faciliter l’étude de l’écologie thermique des ravageurs des cultures dans leur milieu, 3) déterminer dans quelle mesure la caractérisation de l’hétérogénéité thermique spatiotemporelle des paysages agricoles est utile pour comprendre les dynamiques des ravageurs des cultures et 4) comment intégrer les microclimats dans les modèles de prédiction des ravageurs des cultures. Ce travail montre que les microclimats conditionnent partiellement la dynamique des ravageurs des cultures dans les agrosystèmes et peuvent leur fournir des opportunités pour améliorer leur performances (et atténuer les effets du changement climatique) dans quelques centimètres carrées seulement. Par conséquent, cette thèse a montré l’importance d’une meilleure prise en compte des microclimats dans les modèles de distribution d’espèces (et de vulnérabilité face au changement climatique). Finalement, ce travail a révélé que l’étude des microclimats pourrait ouvrir de nouvelles voies de lutte intégrée agro-écologiques contre les ravageurs des cultures. / In the context of global warming and increasing climatic variability, a major uncertainty that hampers effective pest management is that related to the thermal characteristics of agricultural landscapes, which are known to have profound effects on insect pest dynamics. Moreover the spatial mismatch between the size of organisms and the scale at which climate data are collected and modeled is also a major barrier to better understand and predict pest distribution and dynamics. In this thesis, we addressed the issue of considering microclimates experienced by crop pests in their environments with the main objective to infer their spatiotemporal distribution. Therefore, we focused on the following questions: 1) How to bridge the gap between the predictions of coarse-scale climatic models and the fine-scale climatic reality experienced by organisms (i.e. microclimates), 2) How to develop innovative technological approaches such as thermal infrared cameras and unmanned aerial vehicle as a tool for the study of crop pest thermal ecology, 3) to what extent the fine spatiotemporal variability in thermal heterogeneity of natural and agricultural landscapes is useful to understand pest dynamics, and 4) how to integrate microclimatic data in models predicting the interrelation between pest organisms and the microclimate of their environments.This work revealed that microclimate substantially affects pest dynamics in agrosystems and may offer them opportunities to enhance their performances, as well as to buffer global warming effects within only few centimetres. Consequently, this thesis stresses the need of a better incorporation of microclimatic data into models of species distribution (and vulnerability to climate change) and evidences that microclimates might provide new insights towards agro-ecological pest management.