People counting system involves the process of counting and estimating the number of people in a scene. The counting system has a number of useful applications, ranging from pedestrian traffic surveillance and monitoring the number of people that enters and leaves shopping malls to commercial buildings, vehicles and a number of other security-related applications. Over the years, significant progress has been made. However, people counting systems still have not overcome a number of challenges such as occlusions, human pose and direction, multiple people detection, varying lighting and weather conditions. The aim of this research is to present an optimal solution that is invariant to the challenges. That is, the outcome of the results will not be affected by the challenges. Also, the solution will handle the trade-off between the counting accuracy and the time it takes to implement the counting process. As a result, a new background subtraction method known as single pixel method is proposed. This is where useful features are collected from each scene using frame difference method. Then, these features are reduced into single pixels. The single pixels are then used to estimate the total number of people in the scene. Furthermore, a virtual-line direction-estimation method is presented where the directions in which the people are heading are estimated prior to counting. AFRIKAANS : Mense-telstelsels behels die proses van die tel en die beraming van die aantal mense op ’n toneel. Die telstelsel het ’n aantal nuttige toepassings wat wissel van voetgangerverkeer toesig en die monitering van die aantal mense wat binnekom en verlaat tot winkelsentrums, kommersiële geboue, voertuie, en ’n aantal ander sekuriteit-verwante programme. Oor die jare is beduidende vordering gemaak. Daar is egter ’n aantal uitdagings wat mense-telstelsels nog nie oorkom het nie, soos afsluiting, menslike inhou en rigting, die opsporing van veelvoudige mense, wisselende beligting en weerstoestande. Die doel van hierdie navorsing is om ’n optimale oplossing aan te bied, wat invariant is teen die uitdagings. Met ander woorde, die uitdagings sal nie die resultate affekteer nie. Die oplossing sal ook die uitruil tussen die tel akkuraatheid en die implementeringstyd van die telproses hanteer. As gevolg hiervan, is ’n nuwe agtergrondaftrekkingsmetode, wat bekend staan as ’n enkele beeldelement metode, voorgestel. Dit is waar die nuttige funksies van elke toneel, met behulp van die raamverskilmetode ingesamel word. Dan word hierdie eienskappe in enkele beeldelemente verminder. Die enkele beeldelemente word dan gebruik om die totale aantal mense in die toneel te skat. Verder is daar van ’n virtuele-lyn rigting-skatting metode gebruik gemaak wat die rigtings waarin die mense beweeg vooraf beraam. / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2013. / Electrical, Electronic and Computer Engineering / unrestricted

The most recent study on cetaceans in Algoa Bay, South Africa, was conducted over 14 years ago. Consequently, knowledge of the cetacean species visiting this bay is currently based on incidental observations and stranding data. A number of developments in recent years: a deepwater port, proposed oil refinery, increased boating and fishing (commercial and recreational), a proposed Marine Protected Area, and the release of a whale-watching permit, all of which may impact these animals in some way, highlight the need for a baseline study on cetaceans. Therefore, the aim of this study was to determine the spatial and temporal distribution, and habitat preference of cetaceans in Algoa Bay. Boat-based surveys were conducted monthly between March 2009 and July 2010. At each sighting the GPS location, species, group size and composition, and behaviour were recorded. Using GIS, the sighting data was related to data layers of geographical variables such as sea surface temperature, depth and sea-floor substrate. Approximately 365 hours of search effort were completed over 57 surveys, with a total of 346 sightings. Species observed were: southern right whales (Eubalaena australis), humpback whales (Megaptera novaeangliae), Bryde’s whales (Balaenoptera brydei), Indian Ocean bottlenose dolphins (Tursiops aduncus), Indo-Pacific humpback dolphins (Sousa chinensis), and longbeaked common dolphins (Delphinus capensis). Southern right whales were observed during austral winter, utilising the shallow, protected areas of the bay as a mating and nursery ground. Humpback whales were also recorded extensively during winter, in more offshore waters, with a significant number of mother-calf pairs sighted. Bryde’s whales were recorded in offshore waters during summer and autumn, where they were primarily observed travelling and foraging. Bottlenose dolphins were the most prolific species sighted. They were recorded year-round throughout the inshore waters of the bay, with large group sizes (up to 500 animals), and displayed a wide variety of behaviours. Humpback dolphins were observed in extremely shallow and inshore waters (mean bottom depth of 6.6 m) along the south-west corner of the bay, in small groups of approximately three individuals. Common dolphins were the least observed species, and were mainly observed foraging in large groups of up to 800 individuals. The results of this study indicate how cetaceans utilise the bay in significantly different ways. Geographical and anthropogenic factors have influenced the spatial and temporal distribution of these animals and have resulted in habitat preferences, as well as potential key habitats, in the bay. Thus, this study has provided baseline information for future research and for better informed conservation and management strategies in Algoa Bay.

La caméra à pixels hybrides XPAD3 intégrée dans le micro-CT PIXSCAN II est un nouveau dispositif dans lequel le comptage de photons remplace l’intégration de charges utilisée dans les systèmes de radiographie standard. XPAD3 apporte des avantages, en particulier l’absence de bruit de courant noir et la possibilité d’imposer un seuil de discrimination sur chaque pixel. Ces particularités ont pu être exploitées au cours de ce travail de thèse en imagerie préclinique classique sur petit animal et ont permis de faire la preuve de faisabilité d’un marquage ex vivo puis intra-vital des macrophages. D’autre part les capacités de cette caméra sont intéressantes pour le développement d’une nouvelle méthode d’imagerie spectrale dite au K-edge. L’imagerie au K-edge permet de différencier des compartiments contenant un agent de contraste par rapport à l’os dans des radiographies classiques. Elle est obtenue via l’étalonnage de 3 différents seuils autour de l’énergie de liaison de la couche K de l’agent de contraste considéré. Le développement d’un nouvel d’étalonnage avec l’utilisation de pixels composites a permis d’établir la preuve de concept d’un brevet et d’obtenir les premiers résultats sur souris vivantes en divisant le temps d’acquisition par 3 avec un compromis sur la résolution spatiale. Cette nouvelle approche peut être implémentée en "2 couleurs" pour séparer deux différents types d’agents de contraste. Ceci offre une nouvelle manière de visualiser des informations biologiques pertinentes dans un contexte applicatif visant à étudier de manière dynamique (longitudinale) l’interdépendance de la vascularisation et de la réponse immunitaire au cours du développement tumoral. / The hybrid pixel camera XPAD3 integrated in the micro-CT PIXSCAN II is a new device for which photon counting replaces charge integration used in standard X-ray CT. This novel approach involves advantages, in particular the absence of dark noise and the ability to set an energy threshold on each pixel of the detected photons. This features has been exploited during this thesis work for standard small animal preclinical imaging and permitted to establish the faisability of ex vivo, and then in vivo labelling of marcrophages. On another hand, the ability of this camera is of uppermost importance for the development of K-edge imaging approaches, which exploit spectral information on the counted photons. K-edge imaging permits to identify contrast agent compartiments with regards to bones in classical radiography. K-edge imaging is obtained by selecting, for each pixel calibration, those pixel that are set at one of the three different thresholds around the K-shell’s binding energy of the selected contrast agents and then to proceed with a subtraction analysis to the images obtained above and below the K-edge energy. We develop a new way of calibrating the XPAD3 detector that permits to provide the proof of concept of a patent, and to obtain the first results on living mice by dividing the acquisition time by three with a compromise on the resolution. This novel approach can be implemented in “2 colours” in order to separate clearly two different contrast agents. This brings a new way to visualize biological information and to provide possible future approaches for the study of the inter-dependance of vascularisation and inflammation during the tumor development.

L’objectif du projet, dont le travail présenté dans cette thèse est une partie, était de développer une caméra à rayons X ultra-rapide utilisant des pixels hybrides pour l’imagerie biomédicale et la science des matériaux. La technologie à pixels hybrides permet de répondre aux besoins des ces deux champs de recherche, en particulier en apportant la possibilité de sélectionner l’énergie des rayons X détectés et de les imager à faible dose. Dans cette thèse, nous présentons une caméra ultra-rapide basée sur l’utilisation de circuits intégrés XPAD3-S développés pour le comptage de rayons X. En collaboration avec l’ESRF et SOLEIL, le CPPM a construit trois caméras XPAD3. Deux d’entre elles sont utilisée sur les lignes de faisceau des synchrotrons SOLEIL et ESRF, et le troisième est installé dans le dispositif d’irradiation PIXSCAN II du CPPM. La caméra XPAD3 est un détecteur de rayons X de grande surface composé de huit modules de détection comprenant chacun sept circuits XPAD3-S équipés d’un système d’acquisition de données ultra-rapide. Le système de lecture de la caméra est basé sur l’interface PCI Express et sur l’utilisation de circuits programmables FPGA. La caméra permet d’obtenir jusqu’à 240 images/s, le nombre maximum d’images étant limité par la taille de la mémoire RAM du PC d’acquisition. Les performances de ce dispositif ont été caractérisées grâce à plusieurs expériences à haut débit de lecture réalisées dans le système d’irradiation PIXSCAN II. Celles-ci sont décrites dans le dernier chapitre de cette thèse. / The aim of the project, of which the work described in this thesis is part, was to design a high-speed X-ray camera using hybrid pixels applied to biomedical imaging and for material science. As a matter of fact the hybrid pixel technology meets the requirements of these two research fields, particularly by providing energy selection and low dose imaging capabilities. In this thesis, high frame rate X-ray imaging based on the XPAD3-S photons counting chip is presented. Within a collaboration between CPPM, ESRF and SOLEIL, three XPAD3 cameras were built. Two of them are being operated at the beamline of the ESRF and SOLEIL synchrotron facilities and the third one is embedded in the PIXSCAN II irradiation setup of CPPM. The XPAD3 camera is a large surface X-ray detector composed of eight detection modules of seven XPAD3-S chips each with a high-speed data acquisition system. The readout architecture of the camera is based on the PCI Express interface and on programmable FPGA chips. The camera achieves a readout speed of 240 images/s, with maximum number of images limited by the RAM memory of the acquisition PC. The performance of the device was characterize by carrying out several high speed imaging experiments using the PIXSCAN II irradiation setup described in the last chapter of this thesis.

Dans la première partie de cette thèse, nous cherchons à estimer l'intensité d'un processus de comptage par des techniques d'apprentissage statistique en grande dimension. Nous introduisons une procédure d'estimation basée sur la pénalisation par variation totale avec poids. Un premier ensemble de résultats vise à étudier l'intensité sous une hypothèse a priori de segmentation sparse. Dans une seconde partie, nous étudions la technique de binarisation de variables explicatives continues, pour laquelle nous construisons une régularisation spécifique à ce problème. Cette régularisation est intitulée ``binarsity'', elle pénalise les valeurs différentes d'un vecteur de paramètres. Dans la troisième partie, nous nous intéressons à la régression dynamique pour les modèles d'Aalen et de Cox avec coefficients et covariables en grande dimension, et pouvant dépendre du temps. Pour chacune des procédures d'estimation proposées, nous démontrons des inégalités oracles non-asymptotiques en prédiction. Nous utilisons enfin des algorithmes proximaux pour résoudre les problèmes convexes sous-jacents, et nous illustrons nos méthodes sur des données simulées et réelles. / In the first part of this thesis, we deal with the problem of learning the inhomogeneous intensity of a counting process, under a sparse segmentation assumption. We introduce a weighted total-variation penalization, using data-driven weights that correctly scale the penalization along the observation interval. In the second part, we study the binarization technique of continuous features, for which we construct a specific regularization. This regularization is called “binarsity”, it computes the different values of a parameter. In the third part, we are interested in the dynamic regression models of Aalen and Cox with time-varying covariates and coefficients in high-dimensional settings. For each proposed estimation procedure, we give theoretical guaranties by proving non-asymptotic oracle inequalities in prediction. We finally present proximal algorithms to solve the underlying studied convex problems, and we illustrate our methods with simulated and real datasets.

Dans cette thèse, nous étudions les conjectures de Manin et Peyre pour plusieursclasses de variétés algébriques. Les conjectures de Manin et Peyre décrivent pour les variétés"presque de Fano" le comportement asymptotique des points rationnels de hauteur inférieure à B lorsque B tend vers l’infini en termes d’invariants géométriques de la variété.Nous démontrons dans un premier temps, les conjectures de Manin et Peyre pour la famille de surfaces de Châtelet définies comme modèle minimal propre et lisse de variétés affines de A3Q d’équation Y 2 + Z2 = F(X, 1) pour une forme binaire F de degré 4 sans racine multiple admettant une factorisation du type F = L1L2Q avec L1 et L2 deux formes linéaires et Q une forme quadratique irréductible sur Q[i], achevant ainsi le traitement des conjectures de Manin et Peyre dans le cas des surfaces de Châtelet avec a = −1 initié par La Bretèche, Browning et Peyre.Dans une deuxième partie de cette thèse, nous déterminons un anneau de Cox de type identité sur Q de certaines surfaces fibrées en coniques comprenant les surfaces de Châtelet. Nous en déduisons une description de certains torseurs pour ces variétés. Cela nous permet de préciser la géométrie derrière les preuves de la conjectures de Manin et notamment de préciser le traitement de la constante dans le cas où F = Q1Q2 pour Qiune forme quadratique irréductible sur Q[i]. Par ailleurs, cela permet également d’ouvrir l’espoir de nouvelles applications. Enfin, dans une troisième partie, nous établissons pour tout n > 2, les conjectures de Manin et Peyre pour la famille d’hypersurfaces singulières, de dimension 2n−2, normales et projectives Wn de P2n−1 définies par l’équation x1y2y3 · · · yn + x2y1y3 · · · yn + · · · + xny1y2 · · · yn−1 = 0 généralisant les travaux de Blomer, Brüdern et Salberger dans le cas n = 3. Les méthodes utilisées reposent sur des travaux récents de La Bretèche sur le nombre de matrices aléatoires pour la partie comptage et sur une annexe de Salberger afin de construire une résolution crépante de Wn et d’expliciter son torseur versel pour la partie conjecture de Peyre. / In this thesis, we study the Manin and Peyre’s conjectures for several families of algebraic varieties. The Manin and Peyre’s conjectures describe the distribution of rational points of height less than B when B goes to infinity for "almost Fano" varieties in termso f geometric invariants of the variety. We prove in a first part the Manin and Peyre’s conjectures for the family of Châteletsurfaces defined as minimal proper smooth model of affine varieties of A3Q of the shapeY 2 + Z2 = F(X, 1)for a binary form F of degree 4 without multiple roots and factorizing as F = L1L2Q withL1 and L2 two linear forms and Q a quadratic form irreducible over Q[i], settling the las tremaining case of the Manin and Peyre’s conjectures for Châtelet surfaces with a = −1after works of La Bretèche, Browning, Peyre and Tenenbaum .In a second part, we find a Cox ring of identity type over Q for a family of conic bundle surfaces which contains Châtelet surfaces. This yields a description of some torsors overthese surfaces over Q and it allows us to better describe the geometry behind the existing proofs of Manin’s conjecture for Châtelet surfaces, especially in the case F = Q1Q2 with Qj a quadratic form which is irreducible over Q[i]. Moreover, this result opens the way to new applications. Finally, in a third part, we establish the Manin and Peyre’s conjectures for all n > 2for the family of singular normal projective hypersurfaces Wn of dimension 2n−2 of P2n−1defined by the equation x1y2y3 · · · yn + x2y1y3 · · · yn + · · · + xny1y2 · · · yn−1 = 0 generalizing work of Blomer, Brüdern and Salberger in the case n = 3. The method used in this work relies on recent work of La Bretèche about the number of stochastic matrices for the counting part and on an Appendix by Salberger in order to construct a crepantre solution of Wn and to describe its versal torsor for Peyre’s conjecture.