Le développement récent des techniques informatiques d'imagerie numérique permet désormais une utilisation de ces méthodes en géologie. Un ensemble d'outils de traitement d'image est proposé dans le cadre d'une ap~lication à la quantification des modifications structurelles intervenues au cours de la "déformation progressive de roches granitiques. Deux types d'approches sont développées: * Une approche structurelle : les objets significatifs de l'image (ex: clastes, traces de bandes de déformation) sont automatiquement segmentés puis caractérisés par des attributs (granulométrie, dispersion, rose de fréquence, etc ... ). * Une approche statistique: l'analyse utilise toute l'information de l'image sans chercher à segmenter une catégorie particulière d'objets. Les attributs permettent de caractériser les propriétés liées aux orientations préférentielles, densités locales, etc ... Les données issues des traitements sont ensuite analysées à l'aide des techniques d'analyse factorielle et de classification. Deux applications sont présentées: * Une segmentation automatique d'images par critère de texture. * Une caractérisation de l'évolution de la texture de roches granitiques en fonction de la déformation progressive. Les résultats montrent en particulier que certaines transitions physico-chimiques mesurées par des outils géologiques (ex : transformations minéralogiques, transitions fragile-ductile, changements de mécanismes de déformation) se marquent sur les textures des roches et peuvent être quantifiées par les outils développés.

Ce manuscrit de thèse est composé de trois parties dédiées aux développements technologiques nécessaires à l'étude de la polarité et des contraintes mécaniques dans les cellules épithéliales. La première partie décrit les développements technologiques et méthodologiques qui ont été réalisés en micro-fabrication et traitement de surface, acquisition et analyse d'image, et mesure des forces de traction. La deuxième partie décrit l'étude de l'organisation spatiale du système d'adhérence des cellules épithéliales. De la régulation de leur polarité à celle de leur fonction, l'architecture des cellules épithéliales est profondément liée à leur système d'adhérence. Nous avons utilisé les micropatrons adhésifs pour contrôler la géométrie de la matrice extra-cellulaire pour examiner l'effet de l'adhérence des cellules avec la matrice sur la position des zones d'adhérence intercellulaire. Nos résultats montrent que l'organisation spatiale de l'adhérence cellule-matrice joue un rôle déterminant sur celle de l'adhérence intercellulaire. Ils montrent également que cette organisation dirige ensuite la position du centrosome et l'orientation de l'ensemble de la polarité interne. Lors d'une réorganisation spatiale de l'épithélium, comme c'est le cas au cours de la transition épithélium-mésenchyme, les systèmes d'adhérence et la polarité interne subissent tous les deux de profondes modifications. Néanmoins, les cellules semblent capables de les réguler de façon indépendante selon le type de stimulus qui induit la réorganisation. La dernière partie est une analyse des paramètres physiques impliqués dans l'architecture épithéliale. En parallèle des régulations biochimiques, les contraintes mécaniques jouent également un rôle fondamental dans la régulation des processus morphogenétiques. L'association de l'ensemble de nos développements technologiques (patterning de substrat déformable, logiciel de détection et de mesure de force, contrôle du positionnement des cellules) nous a permis d'analyser précisément les propriétés mécaniques des architectures multicellulaires. Nous avons découvert que l'organisation spatiale du système adhérence était un régulateur majeur de l'intensité et de la répartition des forces intra-cellulaires. Cette observation nous a permis de proposer une modification du modèle actuel de distribution des contraintes dans un épithélium qui prend en compte l'anisotropie des forces inter-cellulaires en réponse à l'hétérogénéité de la matrice extra-cellulaire. Ce nouveau modèle physique permet de rendre compte des positions adoptées par les cellules en réponse aux différentes géométries de la matrice extra-cellulaire.

Le traitement d'image se divise usuellement en opérations de bas, moyen et haut niveau. Les opérateurs régionaux de moyen niveau sont un maillon essentiel de la chaîne de traitement de l'image. Dans une étude préliminaire, nous montrons leur importance dans le cadre d'une approche énergétique du traitement d'image et nous déterminons une forme générale sous laquelle ces opérateurs peuvent être implantés afin de pouvoir être utilisés de manière efficace. Après avoir montré la nécessité de l'asynchronisme pour implanter ces opérateurs régionaux, nous étudions les structures existant dans la littérature. Le coût matériel élevé de l'asynchronisme et de ces structures étant trop important pour une implantation dense dans des rétines artificielles, nous tenons à limiter au minimum possible les ressources utiles aux calculs régionaux asynchrones. Cela nous conduit à une nouvelle structure de calcul régional, les micropipelines associatifs, implantant partiellement le modèle des réseaux associatifs, en particulier la somme régionale. Cette structure est basée sur un élément de circuit asynchrone, le micropipeline convergent ayant un coût d'implantation matériel faible. Il utilise un mode alternatif de transmission asynchrone que nous appelons la transmission par jetons. Afin de réduire encore le coût des opérateurs régionaux définis précédemment, nous optimisons ensuite le réseau de connexion asynchrone. Dans la partie algorithmique, nous montrons que la possibilité d'utiliser des opérateurs régionaux de manière efficace conduit à élargir le cadre du traitement d'image. Nous illustrons cette extension dans le cadre de la segmentation d'images. Après une étude des méthodes de segmentation existantes, une méthode basée sur des mesures statistiques régionales permettant d'améliorer la segmentation à base de ligne de partage des eaux sera proposée. Enfin, nous introduisons une nouvelle méthode de segmentation, la segmentation sociétale basée sur une analogie avec la segmentation d'un territoire en villes et villages, utilisant de manière intensive les mesures régionales.

L'augmentation des moyens informatiques associée à l'avènement de méthodes de classification performantes tels que l'AdaBoost ou les réseaux de neurones ont permis d'obtenir des systèmes de détection d'objets efficaces, mais nécessitant l'annotation manuelle de plusieurs milliers d'images exemples. Ce document présente une méthode permettant d'obtenir un système de détection d'objets capable de fonctionner avec une base d'images exemples de dimension réduite, tout en obtenant les taux de détection de l'état de l'art en détection de visages. Nous commençons par présenter les diverses méthodes utilisées en détection d'objets, et en particulier, les méthodes d'apprentissages associées. Puis, nous expliquons un système de détection basé sur la corrélation et fonctionnant avec une base d'exemples de moins d'une centaine d'images. Ce système nous a permis de mettre au point une méthode d'association de mesures de similarité utilisant des filtres de contours orientés orthogonaux. Les filtres sont obtenus par une méthode dérivée de la PCA qui permet de calculer des filtres orthogonaux adaptés à la classe d'objets à détecter. Nous montrons alors qu'il est possible de mettre au point un système de détection de visages fonctionnel avec très peu d'exemples. La corrélation s'avérant le facteur limitant le plus les résultats, nous avons ensuite remplacé cette dernière par un Perceptron Multicouche. Nous avons appliqué les méthodes d'associations d'images de contours orientés et montré une nette amélioration des taux de détection en utilisant des bases d'apprentissages de dimension réduite. Finalement, nous mettons en évidence les perspectives et solutions possibles qui nous permettraient de minimiser encore le nombre d'exemples d'apprentissage.

Une méthode probabiliste pour annoter des images satellites avec des concepts sémantiques est présentée. Cette méthode part de caractéristiques de bas-niveau quantifiées dans l'image et utilise une phase d'apprentissage à partir des concepts fournis par l'utilisateur avec un lot d'images exemples. La contribution principale est la définition d'un formalisme pour la mise en relation d'un réseau sémantique hiérarchique avec un modèle stochastique. Les liens sémantiques de synonymie, méronymie, hyponymie sont mis en correspondance avec différents types de modélisations inspirées des méthodes utilisées en fouille de données textuelles. Les niveaux de structuration et de généralité des différents concepts utilisés sont pris en compte pour l'annotation et la modélisation de la base de données. Une méthode de sélection de modèle permet de déduire le réseau sémantique correspondant à la modélisation optimale de la base de données. Cette approche exploite ainsi la puissance de description des réseaux sémantique tout en conservant la flexibilité des approches statistiques par apprentissage. La méthode a été évaluée sur des bases de données SPOT5 et Quickbird.

Dans ce document, nous présentons une nouvelle approche qui par l'intégration d'une méthode de radiosité hiérarchique avec regroupement, avec une méthode de lancer de particules, permet de simuler efficacement l'ensemble des chemins lumineux. Dans un premier temps, nous présentons une solution permettant cette intégration. Nous restreignons le lancer de particules pour les seuls échanges lumineux où cela se trouve être nécessaire. Pour cela, nous utilisons la structure de liens créee par la méthode de radiosité hiérarchique avec regroupement. Cette structure peut être considérée comme un partionnement de l'espace des échanges lumineux. Puis, nous présentons comment intégrer l'énergie due a ces particules a la solution globale. L'algorithme unifi´ ainsi obtenu permet une détection automatique des régions où un lancer de particules se révèle nécessaire et de plus, il permet une bonne variation entre une première solution rapide offrant une visualisation de ce que peut être un résultat final, et une solution de plus grande qualité, mais avec un temps de calcul plus élevé. Dans un deuxième temps, nous montrons comment cette approche unifiée peut s'adapter au cas dynamique. Nous introduisons pour cela une structure spatiale permettant de détecter efficacement, toujours a l'aide des liens, quelles sont les particules affect´ es par le déplacement d'un objet et qu'il faut donc renvoyer. Pour accélèrer et améliorer le résultat dans ce cadre, nous introduisons une nouvelle méthode de reconstruction des effets lumineux dus aux particules, par l'utilisation de textures. L'algorithme ainsi présenté permet une mise a jour incrémentale rapide pour les scènes dynamiques. Pour finir, nous présentons une méthode de reconstruction finale, qui, en extrayant les informations contenues dans une solution de notre méthode unifiée, permet d'obtenir des images de très hautes qualité, contenant l'ensemble des effets lumineux.

Modèles et analyses statistiques de l'image biomédicale

Les travaux effectués pendant cette thèse portent sur la caractérisation des cocoteraies de l'archipel des Tuamotu en Polynésie Française à partir d'images satellites Ikonos multispectrales à très haute résolution spatiale. La première partie de ce travail concerne la segmentation individuelle des cocotiers. Un procédé de classification bayésienne permet d'éliminer les zones non végétales. Puis, un algorithme de segmentation par ligne de partage des eaux est initié à partir de marqueurs judicieusement choisis. Enfin, un travail de validation sur le terrain a été réalisé. Cette validation a permis un passage à l'échelle avec l'application sur une grande quantité de données. Le second volet concerne la caractérisation des plantations. Tout d'abord, les performances des classifieurs sont comparées pour un problème d'occupation des sols. L'ajout des informations de texture permet caractériser les types de plantations avec des méthodes de classification et nous montrons que les SVM obtiennent une meilleure performance en terme de qualité de la classification. Nous proposons une approche duale, qui classifie les types de cocoteraies à partir de la répartition spatiale des coordonnées de chaque cocotier. Cette méthode repose sur une modélisation de type processus ponctuel de Poisson.

La modification d'éclairage et de matériaux dans une image est un objectif de longue date en traitement d'image, vision par ordinateur et infographie. <br /><br /> Cette thèse a pour objectif de calculer une décomposition en images intrinsèques, qui sépare une photographie en composantes indépendantes : la réflectance, qui correspond à la couleur des matériaux, et l'illumination, qui représente la contribution de l'éclairage à chaque pixel. Nous cherchons à résoudre ce problème difficile à l'aide de plusieurs photographies de la scène. L'intuition clé des approches que nous proposons est de contraindre la décomposition en combinant des algorithmes guidés par l'image, et une reconstruction 3D éparse et incomplète générée par les algorithmes de stéréo multi-vue. <br /><br /> Une première approche permet de décomposer des images de scènes extérieures, à partir de plusieurs photographies avec un éclairage fixe. Cette méthode permet non seulement de séparer la réflectance de l'illumination, mais décompose également cette dernière en composantes dues au soleil, au ciel, et à l'éclairage indirect. Une méthodologie permettant de simplifier le processus de capture et de calibration, est ensuite proposée. La troisième partie de cette thèse est consacrée aux collections d'images: nous exploitons les variations d'éclairage afin de traiter des scènes complexes sans intervention de l'utilisateur. <br /><br /> Les méthodes décrites dans cette thèse rendent possible plusieurs manipulations d'images, telles que l'édition de matériaux tout en préservant un éclairage cohérent, l'insertion d'objets virtuels, ou le transfert d'éclairage entre photographies d'une même scène.

Les THTZ (réfractaires électrofondus à Très Haute Teneur en Zircone) sont des matériaux utilisés pour la construction de fours verriers. Ils sont composés d'un squelette dendritique de zircone imprégné de phase vitreuse. Cette étude, qui fait partie du programme national de recherche NOREV (Nouveaux REfractaires Verriers), financé par l'ANR (Agence Nationale pour la Recherche), vise à étudier les influences de la morphologie tridimensionnelle de la microstructure et des propriétés des phases sur le comportement mécanique du THTZ, en particulier pendant la transformation quadratique-monoclinique qui intervient lors du refroidissement post-coulée. Les microstructures 3D de différents matériaux ont été investiguées par tomographie X à l'ESRF (synchrotron de Grenoble). Les images 3D segmentées ont donné lieu à des analyses d'images permettant de caractériser la topologie microstructurale des matériaux, à travers de mesures de covariance, de tortuosité et de percolation. Une relation entre la vitesse d'attaque par l'acide fluorhydrique (HF) et la densité de surface du squelette de zircone a été identifiée. En segmentant le squelette de zircone par la méthode des bassins versants (watershed), nous avons pu comparer le niveau de connectivité du réseau de zircone des différents matériaux. Les résultats sont corrélés avec les calculs numériques de la rigidité microstructurale du squelette des matériaux. Après attaque acide et à haute température, un phénomène de flexibilité a été observé sur des éprouvettes minces et a pu être mis en relation avec la connectivité des matériaux. Les mesures de dilatation lors de cycles thermiques ont mis en évidence les effets induits par l'ajout d'yttrine. La phase vitreuse joue un rôle important pendant la transformation de quadratique à monoclinique, en limitant l'endommagement microstructural des matériaux. Le THTZ dopé par l'ajout de 7% d'yttrine présente des propriétés très différentes des autres matériaux : il est plus rigide et ne subit plus la transformation martensitique. Des calculs par éléments finis tridimensionnels, réalisées à partir de volumes élémentaires de la microstructure réelle, ont permis d'estimer l'influence des propriétés des phases constituantes, de leur morphologie et des conditions aux limites sur la contrainte interne responsable de l'endommagement microstructural.