Nous présentons dans ce manuscrit les méthodes développées et les résultats obtenus dans notre travail de thèse sur l'analyse du contenu dynamique de scène visuelle. Nous avons considéré la configuration la plus fréquente de vision par ordinateur, à savoir caméra monoculaire et vidéos naturelles de scène extérieure. Nous nous concentrons sur des problèmes importants généraux pour la vision par ordinateur et d'un intérêt particulier pour l'industrie cinématographique, dans le cadre de la post-production vidéo. Les problèmes abordés peuvent être regroupés en deux catégories principales, en fonction d'une interaction ou non avec les utilisateurs : l'analyse interactive du contenu vidéo et l'analyse vidéo entièrement automatique. Cette division est un peu schématique, mais elle est en fait liée aux façons dont les méthodes proposées sont utilisées en post-production vidéo. Ces deux grandes approches correspondent aux deux parties principales qui forment ce manuscrit, qui sont ensuite subdivisées en chapitres présentant les différentes méthodes que nous avons proposées. Néanmoins, un fil conducteur fort relie toutes nos contributions. Il s'agit d'une analyse hiérarchique compositionnelle du mouvement dans les scènes dynamiques. Nous motivons et expliquons nos travaux selon l'organisation du manuscrit résumée ci-dessous. Nous partons de l'hypothèse fondamentale de la présence d'une structure hiérarchique de mouvement dans la scène observée, avec un objectif de compréhension de la scène dynamique. Cette hypothèse s'inspire d'un grand nombre de recherches scientifiques sur la vision biologique et cognitive. Plus précisément, nous nous référons à la recherche sur la vision biologique qui a établi la présence d'unités sensorielles liées au mouvement dans le cortex visuel. La découverte de ces unités cérébrales spécialisées a motivé les chercheurs en vision cognitive à étudier comment la locomotion des animaux (évitement des obstacles, planification des chemins, localisation automatique) et d'autres tâches de niveau supérieur sont directement influencées par les perceptions liées aux mouvements. Fait intéressant, les réponses perceptuelles qui se déroulent dans le cortex visuel sont activées non seulement par le mouvement lui-même, mais par des occlusions, des désocclusions, une composition des mouvements et des contours mobiles. En outre, la vision cognitive a relié la capacité du cerveau à appréhender la nature compositionnelle du mouvement dans l'information visuelle à une compréhension de la scène de haut niveau, comme la segmentation et la reconnaissance d'objets. / The manuscript that is presented here contains all the findings and conclusions of the carried research in dynamic visual scene analysis. To be precise, we consider the ubiquitous monocular camera computer vision set-up, and the natural unconstrained videos that can be produced by it. In particular, we focus on important problems that are of general interest for the computer vision literature, and of special interest for the film industry, in the context of the video post-production pipeline. The tackled problems can be grouped in two main categories, according to the whether they are driven user interaction or not : user-assisted video processing tools and unsupervised tools for video analysis. This division is rather synthetic but it is in fact related to the ways the proposed methods are used inside the video post-production pipeline. These groups correspond to the main parts that form this manuscript, which are subsequently formed by chapters that explain our proposed methods. However, a single thread ties together all of our findings. This is, a hierarchical analysis of motion composition in dynamic scenes. We explain our exact contributions, together with our main motivations, and results in the following sections. We depart from a hypothesis that links the ability to consider a hierarchical structure of scene motion, with a deeper level of dynamic scene understanding. This hypothesis is inspired by plethora of scientific research in biological and psychological vision. More specifically, we refer to the biological vision research that established the presence of motion-related sensory units in the visual cortex. The discovery of these specialized brain units motivated psychological vision researchers to investigate how animal locomotion (obstacle avoidance, path planning, self-localization) and other higher-level tasks are directly influenced by motion-related percepts. Interestingly, the perceptual responses that take place in the visual cortex are activated not only by motion itself, but by occlusions, dis-occlusions, motion composition, and moving edges. Furthermore, psychological vision have linked the brain's ability to understand motion composition from visual information to high level scene understanding like object segmentation and recognition.

This thesis takes its place in a context where information on the biophysical state of forest ecosystems at spatial scales only remote sensing can retrieve is in demand more than ever. In order to provide reliable information using validated approaches, the remote sensing research community recognises the need for new and innovative methods, especially in heterogeneous environments like savannas. The recent emergence of terrestrial LiDAR scanners (TLS) and the increase in the computational capability of computers which allow running ray tracing model simulations with a high level of realism hold great potential to improve our understanding of the processes influencing the radiance measured by satellite sensors. This thesis makes use of these two cutting edge technologies for estimating the spatial distribution of tree leaf area, a key element of modeling radiative transfer processes. The first part of the thesis concerns the development of methods for estimating tridimensional leaf area distribution in a savanna environment from TLS measurements. The methods presented address certain issues related to TLs measures affecting the application of classical theories (the probability of light transmission and the contact frequency) to the estimation of leaf area through indirect means. These issues pertain to the cross-section of laser pulses emitted by a TLS and the occlusion effects caused by the interception of laser pulses by material inside the crown. The developed methods also exploit additional information provided by the active nature of the TLS sensor that is not available to passive sensors like hemispherical photography, i.e. the intensity of a pulse return offers the possibility to distinguish between energy interception by wood and foliage. A simplified approach of this method is presented to promote its use by other research groups. This approach consists of a series of parameterisations and represents a significant gain in terms of the required resources to produce the leaf area, estimates. The second part of the thesis explores the combination of the tree representations generated in the first part with a ray tracing model to simulate the interactions of light with tree crowns. This approach is highly innovative and our study showed its potential to improve our understanding of the factors influencing the radiative environment in a savanna. The methods presented offer a solution to map leaf area at the individual tree scale over large areas from very high spatial resolution imagery.

Les anévrysmes intracrâniens (AIC) sont des malformations artérielles développées au dépend des vaisseaux qui vascularisent le parenchyme cérébral. Leur rupture provoque une hémorragie intracrânienne, appelée hémorragie sous-arachnoïdienne, responsable d'une mortalité importante ou de séquelles fonctionnelles lourdes. Le traitement préventif de ces lésions est fréquemment réalisé lors d'une procédure endovasculaire (appelée coiling), par implantation, au sein de la poche artérielle pathologique, de spires métallique en platine à détachement contrôlé (les coils). La présence de ce matériel provoque une thrombose de la poche ce qui entraine secondairement une exclusion de l'anévrysme de la circulation artérielle. Une modalité de traitement endovasculaire plus récente fait appel à un dispositif implantable innovant appelé stent "flow diverter" (FD) que l'on déploie en regard de l'orifice qui fait communiquer l'artère et l’anévrysme : le collet anévrysmal. Ces stents FD, au design particulier, associant une faible porosité à une densité de pores élevée, agissent comme des "déflecteurs" et diminuent le flux sanguin entrant et sortant de l'anévrysme. L'objectif du traitement demeure toujours l'exclusion de l'anévrysme mais celle-ci est obtenue indirectement en agissant sur la "porte d'entrée" de l'anévrysme (le collet) et non plus directement sur la poche anévrysmale elle-même. Il ne s'agit plus alors de remplir le sac anévrysmal avec des coils mais de provoquer une thrombose stable et pérenne en altérant uniquement le flux sanguin qui le pénètre. Cette modalité thérapeutique novatrice a suscité un engouement important de la part des neuroradiologues interventionnels depuis 2007, date des premières implantations en Europe. Cependant, bien que reposant sur les capacités d'un tel dispositif à modifier le flux, on constate qu'il existe très peu d'outils d'imagerie disponibles actuellement et capables de quantifier ces modifications en un délai raisonnable pour pouvoir être exploité lors du traitement endovasculaire. De cette constatation clinique est né un projet collaboratif dont la finalité était le développement d'un outil logiciel basé sur les séquences d'angiographie numérisées soustraites et capable de mesurer au moins un des aspects du flux sanguin (et donc de ses modifications). La démarche de recherche mise en œuvre s'est effectuée en trois étapes. Premièrement, une étape expérimentale portant sur la réalisation d'un modèle "optimisé" d'AIC permettant le recueil de données hémodynamiques et d'imagerie. Puis, une étape de recherche plus fondamentale comprenant deux parties: d'une part des simulations numériques réalisées dans le cadre d'un modèle 3D réaliste d'AIC et d'autre part l'analyse d'images angiographiques. Au cours de cette étape, nous avons utilisé des outils de traitement d'images existants et développé certains algorithmes, puis les avons validés avant de les implémenter sous JAVA pour créer un outil logiciel d'analyse de flux. Enfin, la dernière étape du projet a consisté en l'exploitation du logiciel pour étudier une série clinique de patients traités d'un AIC par stent FD. Elle a permis de mettre en évidence certains facteurs prédictifs d'exclusion de l'anévrysme à long terme susceptible d'avoir un impact, en temps réel, sur le traitement des AIC par stent FD. / Intracranial aneurysms treatment based on intra aneurismal flow modification tend to replace traditionally coiling in many cases and not only complex aneurysms for which they were initially designed. Dedicated stents (low porosity, high pores density stents) called “flow diverter” stents are deployed across the neck of the aneurysm to achieve this purpose. The summation of three different mechanisms tend to lead to the healing of the aneurysm: immediate flow alteration due to the mechanical screen effect of the stent, physiological triggering of acute or progressive thrombus formation inside the aneurysm’s pouch and long term biological response leading in neointima formation and arterial wall remodeling. This underlying sequence of processes is also supposed to decrease the recanalization rate. Scientific data supporting the flow alteration theory are numerous and especially computational flow dynamics (CFD). These approaches are very helpful for improving biomechanical knowledge of the relations between blood flow and pathology, but they do not fit in real-time treatments. Neuroendovascular treatments are performed under dynamic x-ray modality (digital subtracted angiography a DSA-).However, in daily practice, FD stents are sized to the patient’s 3D vasculature anatomy and then deployed. The flow modification is then evaluated by the clinician in an intuitive manner: the decision to deploy or not another stent is based solely on a visual estimation. The lack of tools available in the angioroom for quantifying in real time the blood flow hemodynamics should be pointed out. It would make sense to take advantage of functional data contained in contrast bolus propagation and not only anatomical data. Thus, we proposed to create flow software based on angiographic analysis. This software was built using algorithms developed and validated on 2D-DSA sequences obtained in a swine intracranial aneurysm model. This intracranial animal model was also optimized to obtain 3D vascular imaging and experimental hemodynamic data that could be used to realize realistic computational flow dynamic. In a third step, the software tool was used to analyze flow modification from angiographic sequences acquired during unruptured IA from patients treated with a FD stent. Finally, correlation between flow change and aneurysm occlusion at long term follow-up with the objective of identifying predictive markers of long term occlusion was performed.