Les images satellites haute résolution contiennent des informations très détaillées comme la forme des bâtiments, les zones industrielles, etc. Leur contenu d'information est hyper riche et très compliqué a extraire. Parmi les paysages différents, les zones urbaines et des structures géométriques sont les paysages plus compliques pour les différant domaines de recherches. Nous allons extraire les indices intrinsèques des images satellite et proposer les descripteurs robustes. En utilisant ces descripteurs, nous serions capables de reconnaitre une variété des paysages, en particulier, les structures géométriques au sein des images satellite. L'analyse en composantes indépendantes (l'ACI) est la base théorique de cette thèse. La première contribution de thèse est une investigation sur l'effet de la taille de l'échelle et la dimension d'un système de l'ACI qui est utilisé pour caractérisation des images satellite. Cela nous aide à choisir le framework de notre modèle de l'ACI pour extraire des caractéristiques. On propose deux groupes des descripteurs pour les images satellites haute résolution. Le premier groupe contient deux types des descripteurs qui sont basés sur les coefficients (les sources) de l'ACI ordinaire ou l'ACI topographique et le deuxième contient deux types des descripteurs qui sont basés sur les propriétés des vecteurs de base de l'ACI. En se basant sur notre expérience en l'ACI nous proposons un autre descripteur qui extrait les caractéristiques des lignes dans les images satellites. Finalement, les capacités des descripteurs proposés sont comparés grâce a une classification supervisée basée sur la machine à vecteurs de support.

La reconnaissance de mouvements naturels est de toute première importance dans la mise en oeuvre d'Interfaces Homme-Machine intelligentes et efficaces, utilisables de manière intuitive en environnement virtuel. En effet, elle permet à l'utilisateur d'agir de manière naturelle et au système de reconnaitre les mouvements corporel effectués tels qu'ils seraient perçu par un humain. Cette tâche est complexe, car elle demande de relever plusieurs défis : prendre en compte les spécificités du dispositif d'acquisition des données de mouvement, gérer la variabilité cinématique dans l'exécution du mouvement, et enfin gérer les différences morphologiques inter-individuelles, de sorte que les mouvements de tout nouvel utilisateur puissent être reconnus. De plus, de part la nature interactive des environnements virtuels, cette reconnaissancedoit pouvoir se faire en temps-réel, sans devoir attendre la fin du mouvement. La littérature scientifique propose de nombreuses méthodes pour répondre aux deux premiers défis mais la gestion de la variabilité morphologique est peu abordée. Dans cette thèse, nous proposons une description du mouvement permettant de répondre à cette problématique et évaluons sa capacité à reconnaitre les mouvements naturels d'un utilisateur inconnu. Enfin, nous proposons unenouvelle méthode permettant de tirer partie de cette représentation dans une reconnaissance précoce du mouvement

De nos jours, le maintien de l'asepsie dans la salle d'opération est vital pour la limitation de la transmission d'infections nosocomiales au patient lors de l'opération. Des mesures d'asepsie drastiques ont pour but de préserver la zone stérile de tout agent infectieux.Elles interdisent actuellement au chirurgien d'interagir avec les équipements non-stériles du bloc.Le chirurgien opérant souhaiterait cependant disposer d'un contrôle direct sur certains équipements spécifiques du bloc dans des situations données sans enfreindre ces mesures.Les travaux présentés dans cette thèse concernent le développement d'une Interface Homme-Machine permettant la commande gestuelle sans contact, et donc sans transmission d'agents infectieux, de tels équipements.Dans la continuité des travaux existants dans la littérature, une chaîne de traitement basée sur des techniques de vision informatique et un prototype de caméra portée par l'utilisateur ont ainsi été développés pour atteindre ces objectifs. Ce document présente les études comparatives menées sur des algorithmes issus de la littérature afin de sélectionner les plus aptes à être employés dans la chaîne logicielle. Un descripteur géométrique dédié aux mains est introduit, et des approches coopératives sont investiguées sur les étapes de localisation de la main et de classification de la posture prise.Les performances de la chaîne de traitement ainsi créée sont évaluées dans différentes situations à l'aide de bases d'images et de vidéos extensives acquises dans des conditions proches de celles du bloc opératoire, ainsi que sur des images synthétiques réalisées sur un modèle virtuel de main créé ad hoc.Un démonstrateur composé de la chaîne de traitement développée et d'un prototype de caméra frontale permet, associé à une simulation de bras-support d'éclairage opératoire, d'illustrer les possibilités ouvertes par le système développé au cours de cette thèse. / Asepsis preservation in operating rooms is nowadays compulsory for avoiding the spread of hospital-acquired diseases to patients during surgeries. Drastic asepsis measures aim at preserving the sterile area of the operating room from infective agents.These measures forbid surgeons from interacting with non-sterile devices. Surgeons wish nonetheless having direct control over some of these devices.The works presented in this thesis relate to the development of a Human-Computer Interface enabling remote, hence without transmission of infective agents, non-contact control over such devices.Following on from previous authors' works in the literature, an image processing chain based on computer vision techniques and a wearable camera prototype have been developed in order to achieve these goals.This document presents the comparative studies led with algorithms issued from the literature with the aim of selecting the most suitable for using in the processing chain. A dedicated geometry-based hand descriptor is introduced, and cooperative approaches are investigated in relation with the hand localization and posture classification steps.The performance achieved by the processing chain in various situations are quantified using extensive picture and video databases acquired in conditions close to those of the operating room. Synthetic pictures created using an ad hoc virtual model of the hand are used as well for this evaluation.A demonstrator composed of the developed processing chain, a wearable camera prototype and a surgical lighting arm simulator enables the illustration of the possiblities offered by the system developed during this thesis.

Ces travaux de thèse constituent la première étape d'une réflexion sur la conception d'un système participatif visant la reconstruction et la visualisation de l'espace urbain de la ville de Reims au cours du temps. Dans ces travaux, nous abordons les problèmes de reconnaissance, de reconstruction et géoréférencement spatio-temporel. Ce projet s'appuie sur l'exploitation des sources historiques iconographiques et contextuelles hétérogènes et éparses, dont une collection de cartes postales anciennes et le cadastre actuel géoréférencé.Dans l'objectif d'un travail participatif, il s'avère nécessaire de procurer une aide efficace à l'utilisateur lorsqu'il apporte de nouvelles connaissances dans le système. Une solution robuste doit être apportée en raison de multiples évolutions ou déformations du modèle urbain à travers le temps. Nous avons développé une solution répondant à ce besoin. Elle s'appuie sur des briques de traitement complémentaires, en interaction avec l'utilisateur et s'insère naturellement dans une approche incrémentale de reconstruction. Nous proposons une solution permettant d'extraire, de reconstruire en 3D et de visualiser des bâtiments multi-façades présents dans les cartes postales sans disposer des dimensions réelles des bâtiments. La construction du modèle repose sur l'identification de façades 2D. Elle est obtenue au travers de l'analyse du contenu de l'image. Cette phase d'identification permet de procéder à la reconstruction de modèles 3D, d'extraire des textures 2D associées à ces modèles ainsi que d'enrichir dynamiquement notre système. Les caractéristiques retrouvées dans les images infèrent une estimation sur leur datation, et l'alignement des modèles reconstruits avec le cadastre sur le géoréférencement des bâtiments. Le système ainsi construit constitue une amorce pour la conception d'un système d'information géographique participatif 3D+T permettant aux citoyens de Reims de s'approprier l'histoire de leur ville. / This thesis is the first step toward the design of a Volunteered system for the reconstruction and visualization of urban space in the city of Reims through time. In this work, we address the problems of spatio-temporal recognition, reconstruction and georeferencing. This project relies on the use of heterogeneous and sparse iconographic and contextual historical data, particularly a collection of old postcards and the current cadastral map.With the aim of a Volunteered work, it is necessary to provide useful help to the user when bringing new knowledge into the system. A robust solution is required due to multiple changes of the urban model through time. We have developed a solution to meet those needs. This process fits in an incremental approach of reconstruction and will be completed by a user. We propose to extract, reconstruct and visualize 3D multi-façade buildings from old postcards with no knowledge on their real dimensions. The construction of the models is based on 2D façades identification. It can be obtained through image analysis. This identification allows the reconstruction of 3D models, the extraction of their associated 2D façades textures and the enhancement of the system. The features found in the images infer an estimate of their dating, and the alignment of the models with the cadastral map allows there georeferencing. The system thus constructed is a primer for the design of a Volunteered 3D+T GIS for Reims citizens to capture the history of their city.

La biométrie est une technologie émergente qui propose de nouvelles méthodes de contrôle, d’identification et de sécurité. Les systèmes biométriques sont souvent victimes de menaces. La reconnaissance faciale est populaire et plusieurs approches existantes utilisent des images dans le spectre visible. Ces systèmes traditionnels opérant dans le spectre visible souffrent de plusieurs limitations dues aux changements d’éclairage, de poses et d’expressions faciales. La méthodologie présentée dans cette thèse est basée sur de la reconnaissance faciale multispectrale utilisant l'imagerie infrarouge et visible, pour améliorer la performance de la reconnaissance faciale et pallier les insuffisances du spectre visible. Les images multispectrales utilisées cette étude sont obtenues par fusion d’images visibles et infrarouges. Les différentes techniques de reconnaissance sont basées sur l’extraction de caractéristiques telles que la texture et les points d’intérêt par les techniques suivantes : une extraction hybride de caractéristiques, une extraction binaire de caractéristiques, une mesure de similarité tenant compte des caractéristiques extraites. / Biometrics is an emerging technology that proposes new methods of control, identification and security. Biometric systems are often subject to risks. Face recognition is popular and several existing approaches use images in the visible spectrum. These traditional systems operating in the visible spectrum suffer from several limitations due to changes in lighting, poses and facial expressions. The methodology presented in this thesis is based on multispectral facial recognition using infrared and visible imaging, to improve the performance of facial recognition and to overcome the deficiencies of the visible spectrum. The multispectral images used in this study are obtained by fusion of visible and infrared images. The different recognition techniques are based on features extraction such as texture and points of interest by the following techniques: a hybrid feature extraction, a binary feature extraction, a similarity measure taking into account the extracted characteristics.

Cette thèse aborde la question du traitement correct et complet de la couleur selon les contraintes métrologiques. Le manque d’approches adaptées a justifié la reformulation principaux outils de traitement d’images que sont le gradient, la détection et la description de points d’intérêt. Les approches proposées sont génériques : indépendantes du nombre de canaux d’acquisition (de la couleur à l’hyper-spectral), de la plage spectrale considérée et prenant en compte les courbes de sensibilité spectrales du capteur ou de l’œil.Le full-vector gradient nait de cet objectif métrologique. La preuve de concept est effectuée sur des images couleurs, multi et hyper-spectrales. L’extension développée pour l’analyse de la déficience visuelle ouvre également de nombreuses s perspectives intéressantes pour l’analyse du système visuel humain. Ce gradient est au cœur de la proposition d’un détecteur de points d’intérêt, lui aussi générique. Nous montrons la nécessité d’un choix mathématiquement valide de la distance entre attributs et l’importance de la cohérence de la paire attribut/distance. Une paire attribut/distance complète l’ensemble.Pour chaque développement, nous proposons des protocoles objectifs de validation liés à des générateurs d’images de synthèse explorant toute la complexité spatio-chromatique possible. Notre hypothèse est que la difficulté d’extraction du gradient/des points d’intérêts… est liée à la complexité de discrimination des distributions couleur dans la zone de traitement. Une confrontation aux approches courantes du domaine a été également mise en œuvre. / The PhD thesis objective is to study a colour’s correct and complete processing, respecting metrological constraint. The lack of compatible approaches justified that we reformulate the main image processing tools that are gradient, key point detector and descriptor. The proposed approaches are generic: channel count independent and taking the sensor’s or eye’s sensitivity curves into account.The full-vector gradient is born from this metrological objective. Proof of concept was realised on colour, multi and hyper-spectral images. The extension developed for human vision deficiency opens interesting perspectives to study of the human vision system. This gradient is the centre of the key point detector proposition, also generic.We also showed how necessary was a mathematically valid choice of distance between features. We revealed the importance of the pair feature/distance and completed the work with a pair: RC2O/Kulback-Leibler divergence based on colour differences.For each development, we propose unbiased validation protocols linked to synthetic images generators exploring the most spatial-chromatic complexity possible. Our hypothesis being that the extraction difficulty comes from the discrimination complexity between colour distributions in the processing area. We also compared our proposition to state of the art approaches in recurring datasets/protocols.

Cette étude s'inscrit dans le cadre d'un projet régional ayant pour objectif la conception et la commande d'une machine de rééducation des membres inférieurs. Le premier chapitre a permis de mettre en évidence les atouts d'une rééducation en chaîne musculaire fermée (CMF). En effet, cette technique de rééducation permet la récupération rapide des fonctions motrices et le renforcement musculaire des membres inférieurs tout en garantissant l'équilibre dynamique des articulations. Le second chapitre présente alors le concept cinématique d'une nouvelle machine de rééducation en CMF ainsi que sa structure de contrôle-commande générique. Le troisième chapitre traite la partie continue de cette structure de commande afin d'assurer la stabilité en suivi de trajectoire du système robotisé tout en atténuant les efforts de l'utilisateur sur le dispositif. Ainsi, une méthodologie de synthèse de loi de commande non linéaire garantissant la stabilité en suivi de trajectoire pour la classe des multimodèles de type Takagi-Sugeno sous forme descripteur a été proposée. Pour ce faire, des conditions LMIs ont été obtenues sur la base de la théorie de Lyapunov. Le quatrième chapitre traite le générateur de consigne qui permet, quant à lui, la conduite volontaire du dispositif par l'utilisateur via la mesure de ses interactions avec le dispositif de rééducation. La structure de commande est validée en simulation pour le nouveau dispositif Sys-Rééduc et, ce dernier n'étant pas pour l'heure disponible pour des tests en situation réelle, une validation expérimentale a été proposée sur la machine Multi-Iso de rééducation en chaîne musculaire ouverte disponible au CReSTIC.

Dans le contexte de la recherche d'information par le contenu visuel, lorsque l'utilisateur formule une requête visuelle, sa cible de recherche est rarement représentée par une image entière comme le suppose le paradigme classique de recherche par une image exemple. L'image ne doit pas être traitée comme une unité atomique, car elle est généralement constituée d'un ensemble composite de zones visuelles exprimant une certaine sémantique.<br /><br /> Un système de recherche d'information visuelle doit permettre à l'utilisateur de désigner d'une manière explicite la cible visuelle qu'il recherche se rapportant aux différentes composantes de l'image. Notre objectif au cours de ce travail a été de réfléchir à comment définir des clés de recherche visuelle permettant à l'utilisateur d'exprimer cette cible visuelle, de concevoir et d'implémenter efficacement les méthodes correspondantes.<br /><br /> Les contributions originales de cette thèse portent sur de nouvelles approches permettant de retrouver des images à partir de leurs différentes composantes visuelles selon deux paradigmes de recherche distincts.<br /><br /> Le premier paradigme est celui de la recherche par région exemple. Il consiste à retrouver les images comportant une partie d'image similaire à une partie visuelle requête. Pour ce paradigme, nous avons mis au point une approche de segmentation grossière en régions et de description fine de ces régions ensuite. Les régions grossières des images de la base, extraites par notre nouvel algorithme de segmentation non supervisée, représentent les composantes visuellement saillantes de chaque image. Cette décomposition permet à l'utilisateur de désigner séparément une région d'intérêt pour sa requête. La recherche de régions similaires dans les images de la base repose sur un nouveau descripteur de régions (ADCS). Il offre une caractérisation fine, compacte et adaptative de l'apparence photométrique des régions, afin de tenir compte de la spécificité d'une base de descripteurs de régions. Dans cette nouvelle approche, la segmentation est rapide et les régions extraites sont intuitives pour l'utilisateur. La finesse de description des régions améliore la similarité des régions retournées par rapport aux descripteurs existants, compte tenu de la fidélité accrue au contenu des régions.<br /><br /> Notre seconde contribution porte sur l'élaboration d'un nouveau paradigme de recherche d'images par composition logique de catégories de régions. Ce paradigme présente l'avantage d'apporter une solution au problème de la page zéro. Il permet d'atteindre les images, quand elles existent dans la base, qui se rapprochent de la représentation mentale de la cible visuelle de l'utilisateur. Ainsi aucune image ou région exemple n'est nécessaire au moment de la formulation de la requête. Ce paradigme repose sur la génération non-supervisée d'un thésaurus photométrique constitué par le résumé visuel des régions de la base. Pour formuler sa requête, l'utilisateur accède directement à ce résumé en disposant d'opérateurs de composition logique de ces différentes parties visuelles. Il est à noter qu'un item visuel dans ce résumé est un représentant d'une classe photométrique de régions. Les requêtes logiques sur le contenu des images s'apparentent à celles en recherche de texte. L'originalité de ce paradigme ouvre des perspectives riches pour de futurs travaux en recherche d'information visuelle.

Cette thèse propose des techniques numériques visant à optimiser les méthodes itératives d'évaluation de performances de modèles Markoviens. Ces techniques s'appliquent à des modèles où la matrice de transition de la chaîne de Markov associée est stockée sous un format tensoriel. Particulièrement, le formalisme des réseaux d'automates stochastiques est employé pour la description des modèles. L'évaluation de performances cherchée est la détermination de l'état stationnaire de la chaîne de Markov (\emph(résolution)). De ce fait, les propriétés de l'algèbre tensorielle généralisée sont proposées et démontrées de façon à établir la base nécessaire aux algorithmes de résolution introduits. Le principal apport de cette thèse réside dans l'efficacité des ces algorithmes, qui est obtenue avec l'accélération des méthodes itératives. Ceci est fait à deux niveaux: la réduction du coût de chaque itération; et la réduction du nombre d'itérations nécessaire à la convergence. La multiplication d'un vecteur par une matrice sous format tensoriel (produit vecteur-descripteur) est l'opération de base des itérations. L'efficacité de cette opération est le premier objectif à atteindre. Le deuxième objectif est l'implémentation des méthodes de la puissance, d'Arnoldi et GMRES dans ses versions standards et pré-conditionnées de façon a minimiser le nombre d'itérations sans trop augmenter le coût de chaque itération. La totalité des concepts introduits est alors utilisée dans le logiciel PEPS 2.0. Plusieurs exemples pratiques de modèles en réseaux d'automates stochastiques ont été mesurés sur PEPS 2.0 pour illustrer les résultats de cette thèse.

Cette thèse présente des méthodes et des algorithmes pour l'évaluation de performance de systèmes à grand espace d'états décrits par des formalismes de haut niveau. Parmi les différents formalismes de haut niveau normalement utilisés, nous nous sommes intéressés au formalisme des Réseaux d'Automates Stochastiques (SAN). Le formalisme SAN se caractérise par la modélisation de systèmes complexes, où un système est représenté par la composition de sous-systèmes (automates) qui interagissent entre eux. Cette interaction se réalise par l'occurrence des événements synchronisants ou des taux fonctionnels. Lorsqu'on calcule l'espace d'états atteignables de systèmes complexes, le principal problème qui surgit est l'explosion combinatoire de l'espace d'états du modèle. Dans la première partie de cette thèse, nous proposons des méthodes pour la génération de l'espace d'états atteignables de modèles compositionnels qui utilisent des taux fonctionnels. Nous utilisons les Diagrammes de Décision Multi-valués (MDD) pour représenter et manipuler les espaces d'états et le formalisme SAN pour la modélisation de systèmes. Un MDD est une structure de donnée arborescente qui permet de représenter et de manipuler de façon performante un très grand espace d'états. L'avancée par rapport à l'état de l'art a été de proposer de méthodes qui prennent en compte ces fonctions qui expriment des relations entre les composants des modèles. Des études d'exemples sont présentées afin d'illustrer les apports de ces méthodes. Dans la deuxième partie de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la résolution d'un modèle SAN à temps discret dont la matrice de transition est représentée par une formule tensorielle (appelée descripteur discret). A cet effet, nous présentons l'Algèbre Tensorielle compleXe (ATX) adaptée à la composition parallèle des SAN à temps discret pour la représentation du descripteur et nous démontrons des propriétés qui servent de base aux méthodes itératives pour la résolution de la chaîne de Markov associée au modèle SAN. Un des avantages de représenter un modèle SAN par un descripteur est la façon compacte par laquelle on peut représenter les transitions du modèle: on remplace une description dans un espace produit par un unique produit tensoriel portant sur des facteurs qui décrivent ce qui se passe sur une seule dimension (une composante du modèle SAN). Afin de profiter de cette représentation, nous présentons une méthode de multiplication d'un vecteur de probabilité par un descripteur discret adaptée à cette algèbre. Cette méthode vise à exploiter des propriétés du produit tensoriel complexe de façon à ce que la multiplication par un opérateur sur l'espace produit soit remplacée par une suite d'opérations qui manipulent des données de la taille d'une composante (et pour toutes les composantes).