Univ., Diss.--Kiel, 2002.

Les outils et méthodes d’analyse d’images de documents (DIA) donnent aujourd’hui la possibilité de faire des recherches par mots-clés dans des bases d’images de documents alors même qu’aucune transcription n’est disponible. Dans ce contexte, beaucoup de travaux ont déjà été réalisés sur les OCR ainsi que sur des systèmes de repérage de mots (spotting) dédiés à des documents textuels avec une mise en page simple. En revanche, très peu d’approches ont été étudiées pour faire de la recherche dans des documents contenant du texte multi-orienté et multi-échelle, comme dans les documents graphiques. Par exemple, les images de cartes géographiques peuvent contenir des symboles, des graphiques et du texte ayant des orientations et des tailles différentes. Dans ces documents, les caractères peuvent aussi être connectés entre eux ou bien à des éléments graphiques. Par conséquent, le repérage de mots dans ces documents se révèle être une tâche difficile. Dans cette thèse nous proposons un ensemble d’outils et méthodes dédiés au repérage de mots écrits en caractères bengali ou anglais (script Roman) dans des images de documents géographiques. L’approche proposée repose sur plusieurs originalités. / Word spotting in graphical documents is a very challenging task. To address such scenarios this thesis deals with developing a word spotting system dedicated to geographical documents with Bangla and English (Roman) scripts. In the proposed system, at first, text-graphics layers are separated using filtering, clustering and self-reinforcement through classifier. Additionally, instead of using binary decision we have used probabilistic measurement to represent the text components. Subsequently, in the text layer, character segmentation approach is applied using water-reservoir based method to extract individual character from the document. Then recognition of these isolated characters is done using rotation invariant feature, coupled with SVM classifier. Well recognized characters are then grouped based on their sizes. Initial spotting is started to find a query word among those groups of characters. In case if the system could spot a word partially due to any noise, SIFT is applied to identify missing portion of that partial spotting. Experimental results on Roman and Bangla scripts document images show that the method is feasible to spot a location in text labeled graphical documents. Experiments are done on an annotated dataset which was developed for this work. We have made this annotated dataset available publicly for other researchers.

Si on veut assurer de fawn efficace les tests de conception, de fabrication, de maintenance et le test accompli au cours de l'application pour les systemes electroniques, on est amend a integrer le test hors-ligne et le test en-ligne dans des circuits. Ensuite, pour que les systemes complexes tirent profit des deux types de tests, une telle unification doit etre &endue du niveau circuit aux niveaux carte et module. D'autre part, bien que rintegration des techniques de test hors-ligne et en-ligne fait qu'il est possible de concevoir des systemes pour toute application securitaire, le materiel ajoute pour assurer une haute siirete de fonctionnement fait que la fiabilite de ces systemes est reduite, car la probabilite d'occurrence de fautes augmente. Confront& a ces deux aspects antagoniques, cette these se fixe l'objectif de trouver un compromis entre la securite et la fiabilite de systemes electroniques complexes. Ainsi, dans un premier temps, on propose une solution aux problemes de test hors-ligne et de diagnostic qui se posent dans les &apes intermediaires de revolution vers les cartes 100% compatibles avec le standard IEEE 1149.1 pour le test "boundary scan". Une approche pour le BIST ("Built-In Self-Test") des circuits et connexions "boundary scan" illustre ensuite retape ultime du test hors-ligne de cartes. Puis, le schema UBIST ("Unified BIST") - integrant les techniques BIST et "self-checking" pour le test en-ligne de circuits, est combine au standard IEEE 1149.1, afin d'obtenir une strategie de conception en vue du test unifie de connexions et circuits montes sur des cartes et modules. Enfin, on propose un schema tolerant les fautes et base sur la duplication de ces modules securitaires qui assure la competitivite du systeme resultant du point de vue de la fiabilite, tout en gardant sa silrete inherente. / On one hand, if the goal is to ensure that the design validation, the manufacturing and the maintenance testing, along with the concurrent error detection are efficiently performed in electronic systems, one is led to integrate the off-line and the on-line testing into circuits. Then, for complex systems to make profit of these two types of tests, such unification must be extended from the circuit to the board and module levels. On the other hand, although the unification of off-line and on-line testing techniques makes possible the design of systems suiting any safety application, the hardware added for increasing the application safety also decreases the system reliability, since the probability of occurrence of faults increases. Faced to these two antagonist aspects, this thesis aims at finding a compromise between the safety and the reliability of complex electronic systems. Thus, firstly we propose a solution to the off-line test and diagnosis problems found in the intermediate steps in the evolution towards boards which are 100% compliant with the IEEE standard 1149.1 for boundary scan testing. An approach for the BIST (Built-In Self-Test) of boundary scan circuits and interconnects then illustrates the ultimate step in the board off-line testing. Next, the UBIST (Unified BIST) scheme - merging BIST and self-checking capabilities for circuit on-line testing, is combined with the IEEE standard 1149.1, in order to obtain a design strategy for unifying the tests of interconnects and circuits populating boards and modules. Finally, we propose a fault-tolerant scheme based on the duplication of these kind of modules which ensures the competitivity of the resulting system in terms of reliability at the same time as preserving the inherent module safety.

Si on veut assurer de fawn efficace les tests de conception, de fabrication, de maintenance et le test accompli au cours de l'application pour les systemes electroniques, on est amend a integrer le test hors-ligne et le test en-ligne dans des circuits. Ensuite, pour que les systemes complexes tirent profit des deux types de tests, une telle unification doit etre &endue du niveau circuit aux niveaux carte et module. D'autre part, bien que rintegration des techniques de test hors-ligne et en-ligne fait qu'il est possible de concevoir des systemes pour toute application securitaire, le materiel ajoute pour assurer une haute siirete de fonctionnement fait que la fiabilite de ces systemes est reduite, car la probabilite d'occurrence de fautes augmente. Confront& a ces deux aspects antagoniques, cette these se fixe l'objectif de trouver un compromis entre la securite et la fiabilite de systemes electroniques complexes. Ainsi, dans un premier temps, on propose une solution aux problemes de test hors-ligne et de diagnostic qui se posent dans les &apes intermediaires de revolution vers les cartes 100% compatibles avec le standard IEEE 1149.1 pour le test "boundary scan". Une approche pour le BIST ("Built-In Self-Test") des circuits et connexions "boundary scan" illustre ensuite retape ultime du test hors-ligne de cartes. Puis, le schema UBIST ("Unified BIST") - integrant les techniques BIST et "self-checking" pour le test en-ligne de circuits, est combine au standard IEEE 1149.1, afin d'obtenir une strategie de conception en vue du test unifie de connexions et circuits montes sur des cartes et modules. Enfin, on propose un schema tolerant les fautes et base sur la duplication de ces modules securitaires qui assure la competitivite du systeme resultant du point de vue de la fiabilite, tout en gardant sa silrete inherente. / On one hand, if the goal is to ensure that the design validation, the manufacturing and the maintenance testing, along with the concurrent error detection are efficiently performed in electronic systems, one is led to integrate the off-line and the on-line testing into circuits. Then, for complex systems to make profit of these two types of tests, such unification must be extended from the circuit to the board and module levels. On the other hand, although the unification of off-line and on-line testing techniques makes possible the design of systems suiting any safety application, the hardware added for increasing the application safety also decreases the system reliability, since the probability of occurrence of faults increases. Faced to these two antagonist aspects, this thesis aims at finding a compromise between the safety and the reliability of complex electronic systems. Thus, firstly we propose a solution to the off-line test and diagnosis problems found in the intermediate steps in the evolution towards boards which are 100% compliant with the IEEE standard 1149.1 for boundary scan testing. An approach for the BIST (Built-In Self-Test) of boundary scan circuits and interconnects then illustrates the ultimate step in the board off-line testing. Next, the UBIST (Unified BIST) scheme - merging BIST and self-checking capabilities for circuit on-line testing, is combined with the IEEE standard 1149.1, in order to obtain a design strategy for unifying the tests of interconnects and circuits populating boards and modules. Finally, we propose a fault-tolerant scheme based on the duplication of these kind of modules which ensures the competitivity of the resulting system in terms of reliability at the same time as preserving the inherent module safety.

Si on veut assurer de fawn efficace les tests de conception, de fabrication, de maintenance et le test accompli au cours de l'application pour les systemes electroniques, on est amend a integrer le test hors-ligne et le test en-ligne dans des circuits. Ensuite, pour que les systemes complexes tirent profit des deux types de tests, une telle unification doit etre &endue du niveau circuit aux niveaux carte et module. D'autre part, bien que rintegration des techniques de test hors-ligne et en-ligne fait qu'il est possible de concevoir des systemes pour toute application securitaire, le materiel ajoute pour assurer une haute siirete de fonctionnement fait que la fiabilite de ces systemes est reduite, car la probabilite d'occurrence de fautes augmente. Confront& a ces deux aspects antagoniques, cette these se fixe l'objectif de trouver un compromis entre la securite et la fiabilite de systemes electroniques complexes. Ainsi, dans un premier temps, on propose une solution aux problemes de test hors-ligne et de diagnostic qui se posent dans les &apes intermediaires de revolution vers les cartes 100% compatibles avec le standard IEEE 1149.1 pour le test "boundary scan". Une approche pour le BIST ("Built-In Self-Test") des circuits et connexions "boundary scan" illustre ensuite retape ultime du test hors-ligne de cartes. Puis, le schema UBIST ("Unified BIST") - integrant les techniques BIST et "self-checking" pour le test en-ligne de circuits, est combine au standard IEEE 1149.1, afin d'obtenir une strategie de conception en vue du test unifie de connexions et circuits montes sur des cartes et modules. Enfin, on propose un schema tolerant les fautes et base sur la duplication de ces modules securitaires qui assure la competitivite du systeme resultant du point de vue de la fiabilite, tout en gardant sa silrete inherente. / On one hand, if the goal is to ensure that the design validation, the manufacturing and the maintenance testing, along with the concurrent error detection are efficiently performed in electronic systems, one is led to integrate the off-line and the on-line testing into circuits. Then, for complex systems to make profit of these two types of tests, such unification must be extended from the circuit to the board and module levels. On the other hand, although the unification of off-line and on-line testing techniques makes possible the design of systems suiting any safety application, the hardware added for increasing the application safety also decreases the system reliability, since the probability of occurrence of faults increases. Faced to these two antagonist aspects, this thesis aims at finding a compromise between the safety and the reliability of complex electronic systems. Thus, firstly we propose a solution to the off-line test and diagnosis problems found in the intermediate steps in the evolution towards boards which are 100% compliant with the IEEE standard 1149.1 for boundary scan testing. An approach for the BIST (Built-In Self-Test) of boundary scan circuits and interconnects then illustrates the ultimate step in the board off-line testing. Next, the UBIST (Unified BIST) scheme - merging BIST and self-checking capabilities for circuit on-line testing, is combined with the IEEE standard 1149.1, in order to obtain a design strategy for unifying the tests of interconnects and circuits populating boards and modules. Finally, we propose a fault-tolerant scheme based on the duplication of these kind of modules which ensures the competitivity of the resulting system in terms of reliability at the same time as preserving the inherent module safety.

Cette étude est une contribution à la connaissance de la biodiversité, la distribution géographique et la conservation des Rubioideae (Rubiaceae) d’Afrique centrale (Burundi,R.D.Congo et Rwanda). Le travail est basé sur l’analyse critique des riches collections conservées dans les grands herbaria de Belgique et du Burundi (plus de 10.000 échantillons). Une check-list critique des Rubioideae d’Afrique centrale a été établie; 291 taxons ont été inventoriés et une carte de distribution géographique a été tracée pour chacun, après géoréférencement de toutes<p>les récoltes. Des taxons nouveaux pour le territoire étudié ont été découverts, révélant le caractère incomplet de la ‘World check-list of Rubiaceae’. Des taxons nouveaux pour la science ont été mis en évidence. Une espèce nouvelle (avec deux variétés) a été décrite. Les analyses de distribution ont utilisé deux niveaux de résolution: le système d’information géographique (SIG) pour la production des cartes de la distribution des espèces et le système de maillage pour calculer la densité et l’effort d’échantillonnage. La richesse floristique apparente est fortement biaisée par l’intensité d’échantillonnage. Après correction de ces biais, la diversité reste inégalement répartie.<p>Des régions de plus haute diversité peuvent être expliquées à la fois par des processus déterministes (régions à haute diversité ’habitats), et, probablement aussi par des contingences historiques (refuges). Elles correspondent à des zones de spéciation active ou de moindre extinction. De plus, cette diversité varie selon les phytochories considérées.<p>La distribution des taxons a été utilisée pour tenter de redéfinir sur une base objective des subdivisions phytogéographiques du territoire étudié. L’approche basée sur la similarité floristique et la distribution potentielle a démontré le rôle déterminant des taxons indicateurs et des variables environnementales<p>dans l’établissement d’un système cohérent de phytochories pour l’Afrique centrale. Un nouveau<p>système de trois territoires floristiques défini sur base des Rubioideae est comparativement proche de celui de White (1979, 1983) mais ne comprend pas des zones de transition.<p>Enfin, la caractérisation de l’état de conservation des Rubioideae de la zone d’étude, sur base de la méthodologie de l’UICN, a porté sur cinquante-six taxons (sub-)endémiques d’Afrique centrale. L’évaluation paramétrique a été largement utilisée. Elle est basée sur la détermination de la zone d’occupation (AOO) et de la zone d’occurrence (EOO). La proportion des Rubioideae menacés et coïncide avec celles des autres groupes déjà évalués. Cette analyse a démontré qu’il existe une corrélation entre les taxons menacés et les zones de forte concentration humaine.<p><p><p>This study is a contribution to the knowledge of biodiversity, geographic distribution and conservation of Rubioideae (Rubiaceae), a group of flowering plants in Central Africa (D.R.Congo, Rwanda, Burundi). The work is based on the critical evaluation of the rich herbarium collections conserved in Belgium and Burundi (> 10,000 specimens). A critical check-list of Rubioideae in Central Africa has been produced, comprising 291 taxa. A distribution map has been obtained for each of them. A number of taxa are new to the area, highlighting the gaps of knowledge in the ‘World check-list of Rubiaceae’. Species new to science have been detected, one of which has been formally described (with two varieties) in this study. The analysis of distribution patterns has been performed at two levels of resolution. Grid-maps have been used to analyse patterns of species diversity. Floristic richness appears strongly correlated with<p>sampling effort. After correction for sampling effort, species diversity remains heterogeneous.<p>Regions of higher diversity correspond either to areas of more active speciation, in relation to a high diversity of habitats, or to forest refuges where extinction rates have been lower. Additionally, this diversity varies between the different phytochoria recognized. The distribution of species has been used in an attempt to redefine phytochoria based only on floristic criteria. Floristic similarity, and potential distribution (based on climatic parameters), has shown that phytochoria can be effectively defined and characterized by the method of indicator taxa. Three major<p>phytochoria show a reasonably match with phytochoria previously proposed by White (1979, 1983), but White’s transition zones are not highlighted. Finally, distribution data have been used to critically evaluate the conservation status of 56 taxa, using the methodology and criteria of IUCN. The area of occupancy (AOO) and extent of occurrence (EOO) were calculated and used as main criteria to evaluate the species. A relatively high proportion of taxa appear to be threatened, especially in relation to urbanization and deforestation in the most<p>highly populated parts of the study area. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux de recherche effectués dans le cadre de cette thèse ont été guidés par le manque d’information et une compréhension limitée des mécanismes épidémiologiques à l’origine de l’émergence et de la diffusion de la grippe aviaire hautement pathogène, souche H5N1 en Chine du Sud, aussi reconnue comme l’épicentre potentiel de l’émergence des virus influenza aviaires à caractères pandémiques. <p>Dans ce cadre, des données spatio-temporelles relatives aux foyers de la maladie ainsi que des données de surveillance virologiques (isolement du virus effectué dans le cadre du système de surveillance nationale) ont été collectées sur une période de quatre ans et analysées afin d’éxplorer les facteurs de risque relatifs à l’émergence et persistence de la maladie dans certaine zones de production du sud de la Chine. Les analyses ainsi effectuées ont permis d’identifier, à travers l’utilisation de méthodes statistiques robustes ayant fait leur preuve dans le domaine de la santé ou de l’écologie (la régression logistique classique et les arbres de regression logistique), des facteurs de risque liés à certains types de production de volailles (canards élevés en plein air, zones riches en eau et par extension associées à la riziculture) ou des facteurs associés à l’activité humaine. A travers une représentation cartographique des facteurs ainsi identifiés, des cartes de risque ont été produites permettant ainsi de visualiser d’une part les zones à haut risque de persistence de l’infection virale et d’autre part les zones vulnérables à l’apparition de foyers de la maladie, donnant aux autorités nationales la possibilité de mieux cibler leurs politiques de surveillance et de contrôle. <p>Dans un second temps, notre étude s’est portée sur les marchés à volailles traditionnels du sud de la Chine qui représentent un risque permanent de persistence, d’évolution et de diffusion des virus influenza aviaires, ainsi qu’un risque important en matière de santé publique. La dynamique de ces marchés et les liens qui les unissent ont été étudiés à travers des outils d’analyse empruntés à la sociologie tels que l’Analyse des Réseaux Sociaux (Social Network Analysis). Grace à cette approche, l’importance de l’hygiène de ces marchés et notamment du nettoyage et de la désinfection des cages dans la persistence du virus a été mise en évidence. Enfin, des enquêtes effectuées auprès des vendeurs de volailles ont permis d’identifier l’origine et la destination des animaux vendus et de reconstruire des réseaux plus ou moins intriqués de liens commerciaux qui unissent ces marchés entre eux dans trois provinces du sud de la Chine. L’analyse de ces réseaux et de leurs configurations ont permis d’identifier des marchés à plus haut risque de persistence de l’infection du fait de leur position centrale au sein de ces réseaux. De même qu’il est indispensable de cibler la surveillance et le contrôle de la maladie dans des zones écologiquement favorables à la persistence des virus influenza aviaires, cette étude révèle l’importance de certaines pratiques hygiéniques et commerciales dans la persistence de la maladie et la nécessité de cibler la surveillance et le contrôle au niveau de certains de ces marchés situés au centre d’un réseau dense et connecté, pour pouvoir in fine mieux contrôler la maladie au niveau national.<p> / Doctorat en Sciences agronomiques et ingénierie biologique / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le thème principal de cette thèse est d’étudier la détection d’anomalies dans des flux de données de grande dimension avec une application spécifique au Health Monitoring des moteurs d’avion. Dans ce travail, on considère que le problème de la détection d’anomalies est un problème d’apprentissage non supervisée. Les données modernes, notamment celles issues de la surveillance des systèmes industriels sont souvent des flux d’observations de grande dimension, puisque plusieurs mesures sont prises à de hautes fréquences et à un horizon de temps qui peut être infini. De plus, les données peuvent contenir des anomalies (pannes) du système surveillé. La plupart des algorithmes existants ne peuvent pas traiter des données qui ont ces caractéristiques. Nous introduisons d’abord un algorithme de clustering probabiliste offline dans des sous-espaces pour des données de grande dimension qui repose sur l’algorithme d’espérance-maximisation (EM) et qui est, en plus, robuste aux anomalies grâce à la technique du trimming. Ensuite, nous nous intéressons à la question du clustering probabiliste online de flux de données de grande dimension en développant l’inférence online du modèle de mélange d’analyse en composantes principales probabiliste. Pour les deux méthodes proposées, nous montrons leur efficacité sur des données simulées et réelles, issues par exemple des moteurs d’avion. Enfin, nous développons une application intégrée pour le Health Monitoring des moteurs d’avion dans le but de détecter des anomalies de façon dynamique. Le système proposé introduit des techniques originales de détection et de visualisation d’anomalies reposant sur les cartes auto-organisatrices. Des résultats de détection sont présentés et la question de l’identification des anomalies est aussi discutée. / The subject of this Thesis is to study anomaly detection in high-dimensional data streams with a specific application to aircraft engine Health Monitoring. In this work, we consider the problem of anomaly detection as an unsupervised learning problem. Modern data, especially those is-sued from industrial systems, are often streams of high-dimensional data samples, since multiple measurements can be taken at a high frequency and at a possibly infinite time horizon. More-over, data can contain anomalies (malfunctions, failures) of the system being monitored. Most existing unsupervised learning methods cannot handle data which possess these features. We first introduce an offline subspace clustering algorithm for high-dimensional data based on the expectation-maximization (EM) algorithm, which is also robust to anomalies through the use of the trimming technique. We then address the problem of online clustering of high-dimensional data streams by developing an online inference algorithm for the popular mixture of probabilistic principal component analyzers (MPPCA) model. We show the efficiency of both methods on synthetic and real datasets, including aircraft engine data with anomalies. Finally, we develop a comprehensive application for the aircraft engine Health Monitoring domain, which aims at detecting anomalies in aircraft engine data in a dynamic manner and introduces novel anomaly detection visualization techniques based on Self-Organizing Maps. Detection results are presented and anomaly identification is also discussed.

Le but de cette thèse est de proposer une modélisation mathématique des stimulations visuelles afin d'analyser finement des données expérimentales en psychophysique et en électrophysiologie. Plus précis\'ement, afin de pouvoir exploiter des techniques d'analyse de données issues des statistiques Bayésiennes et de l'apprentissage automatique, il est nécessaire de développer un ensemble de stimulations qui doivent être dynamiques, stochastiques et d'une complexité paramétrée. Il s'agit d'un problème important afin de comprendre la capacité du système visuel à intégrer et discriminer différents stimuli. En particulier, les mesures effectuées à de multiples échelles (neurone, population de neurones, cognition) nous permette d'étudier les sensibilités particulières des neurones, leur organisation fonctionnelle et leur impact sur la prise de décision. Dans ce but, nous proposons un ensemble de contributions théoriques, numériques et expérimentales, organisées autour de trois axes principaux : (1) un modèle de synthèse de textures dynamiques Gaussiennes spécialement paramétrée pour l'étude de la vision; (2) un modèle d'observateur Bayésien rendant compte du biais positif induit par fréquence spatiale sur la perception de la vitesse; (3) l'utilisation de méthodes d'apprentissage automatique pour l'analyse de données obtenues en imagerie optique par colorant potentiométrique et au cours d'enregistrements extra-cellulaires. Ce travail, au carrefour des neurosciences, de la psychophysique et des mathématiques, est le fruit de plusieurs collaborations interdisciplinaires. / The goal of this thesis is to propose a mathematical model of visual stimulations in order to finely analyze experimental data in psychophysics and electrophysiology. More precisely, it is necessary to develop a set of dynamic, stochastic and parametric stimulations in order to exploit data analysis techniques from Bayesian statistics and machine learning. This problem is important to understand the visual system capacity to integrate and discriminate between stimuli. In particular, the measures performed at different scales (neurons, neural population, cognition) allow to study the particular sensitivities of neurons, their functional organization and their impact on decision making. To this purpose, we propose a set of theoretical, numerical and experimental contributions organized around three principal axes: (1) a Gaussian dynamic texture synthesis model specially crafted to probe vision; (2) a Bayesian observer model that accounts for the positive effect of spatial frequency over speed perception; (3) the use of machine learning techniques to analyze voltage sensitive dye optical imaging and extracellular data. This work, at the crossroads of neurosciences, psychophysics and mathematics is the fruit of several interdisciplinary collaborations.

Les quantités physiques des tissus imagés par tomodensitométrie peuvent être calculées à l’aide d’algorithmes de caractérisation de tissus. Le développement de nouvelles technologies d’imagerie par tomodensitométrie spectrale a stimulé le domaine de la caractérisation de tissus à un point tel qu’il est maintenant difficile de comparer les performances des multiples algorithmes de caractérisation de tissus publiés dans les dernières années. De même, la difficulté à comparer les performances des algorithmes de caractérisation de tissus rend leur utilisation dans des projets de recherche clinique difficile. Ce projet a comme but de créer un environnement de simulation robuste et fidèle à la réalité dans lequel des techniques de caractérisation de tissus pourront être développées et comparées. De plus, la librairie de calcul servira comme tremplin pour facilement appliquer des méthodes de caractérisation de tissus dans des collaborations cliniques. En particulier, une des méthodes de caractérisation de tissus incluse dans la librairie de calcul sera appliquée sur des données cliniques pour produire des cartes de concentration d’iode dans le cadre d’un projet de recherche sur la récurrence de cancers otorhinolaryngologiques. De surcroît, deux autres techniques de caractérisation de tissus et un algorithme de correction d’artefacts de durcissement de faisceau seront implémentés dans la librairie de calcul scientifique. Conjointement, un module pour la simulation de patients virtuels sera dévelopé et intégré à la librairie de calcul. / The physical quantities of tissues imaged by computed tomography can be calculated using tissue characterization algorithms. The development of new spectral computed tomography scanners stimulated the field of tissue characterization to such an extent that it is now difficult to compare the performances of the multiple tissue characterization algorithms available in the literature. In addition, the difficulty in comparing the tissue characterization algorithms’ performances makes it difficult to include them in clinical research projects. The goal of this project is to create a robust and physically accurate simulation environment in which tissue characterization algorithms can be developed and compared. Furthermore, the scientific computing library will serve as a springboard to easily apply tissue characterization methods in clinical collaborations. In particular, one of the tissue characterization methods included in the scientific computing library will be applied on clinical data to produce iodine concentration maps for a clinical research project on head and neck cancer recurrence. Moreover, two additional tissue characterization algorithms and a technique for the correction of beam hardening artefacts will be implemented in the scientific computing library. Coincidentally, the virtual patient simulation environment will be developed.