Ce mémoire d'habilitation à diriger les recherches porte sur la perception et la compréhension conjointe de l'espace et du milieu par un robot cognitif autonome. Dans ce contexte, la démarche consiste ici à intégrer des percepts multiples et incertains à tous les niveaux de la perception à partir de capteurs visuels embarqués. Ces travaux se structurent en deux thèmes. Le premier thème se focalise sur la perception de l'espace pour la navigation autonome en milieu intérieur. Nos travaux antérieurs ont mis l'accent sur une méthodologie complète de détection, reconnaissance et localisation sur amers visuels validée par des expérimentations réelles sur le robot Diligent. Ces amers sont capturés automatiquement par le robot dans les différentes représentations métriques et topologiques de son environnement de travail. La navigation consiste alors à exploiter ces modèles pour se localiser métriquement ou qualitativement, sur la base de données visuelles, éventuellement télémétriques. À terme, ces représentations seront enrichies par des informations sémantiques capturées en interaction avec l'homme. Cet apprentissage supervisé, la perspective d'un robot sociable, nous ont amené à démarrer le second thème sur la perception par le robot de l'homme pour leur interaction. Nos travaux ont porté sur la détection, le suivi, la reconnaissance de l'homme par vision monoculaire couleur. Parmi ces fonctions, la problématique du suivi est centrale puisque la plupart des tâches robotiques coordonnées avec l'homme nécessite de caractériser la relation d'une plate-forme mobile aux agents humains a priori mobiles. Nous avons ainsi prototypé puis intégré plusieurs fonctions de suivi 2D ou 3D de tout ou partie des membres corporels de l'homme par le choix conjoint de stratégies de fusion de données visuelles et de filtrage particulaire répondant aux modalit és d'interaction envisagées pour le robot "guide" Rackham et le robot compagnon Jido. Les prospectives énoncées visent à l'interactio n de percepts relative à la perception simultanée par le robot de l'espace et/ou de l'homme. La problé- matique de l'intelligence ambiante, par l'ajout de robots anthropomorphes type humanoïde dans ces environnements humains, devrait infléchir ces travaux tout en recoupant certaines investigations passées ou actuelles.

Internet constitue un environnement évolutif déstructuré et quasi-infini proposant des documents hétérogènes notamment à travers le Web et les intranets d'entreprises. La recherche et l'accès à cette profusion de documents nécessite d'assister l'utilisateur. Cependant, les outils actuels d'accès à l'information atteignent leur limite et ne garantissent plus d'identifier les ressources les plus pertinentes (également appelées "items") dans un temps raisonnable. La problématique consiste à "apprendre l'utilisateur courant". La connaissance de ce dernier permet au système de fournir des items susceptibles de les intéresser ou de répondre à un critère d'utilité. Il s'agit alors de collecter des données brutes pour caractériser une information de haut niveau, à savoir la connaissance de l'utilisateur. L'emploi de l'Intelligence Artificielle permet d'identifier les données nécessaires et suffisantes à l'apprentissage supervisé en situation de l'utilisateur courant.<br /><br />Toutefois, les modèles utilisateurs souffrent d'un grand nombre de données manquantes. Notre approche consiste à exploiter collaborativement les données relatives à une population pour pallier le manque d'information inhérent à chaque utilisateur. L'emploi de techniques de filtrage collaboratif permet ainsi de bénéficier de l'expérience et des interactions au sein d'une population pour améliorer les services et prédire les futurs agissements d'un individu. Nous sommes partis du constat que, dans les approches centralisées, le nombre d'individus pris en compte dans la recherche des plus proches voisins ne peut excéder quelques milliers de candidats. Nos travaux nous ont donc conduit à distribuer le processus de filtrage sous plusieurs formes tant en terme de contenu que de calculs. L'objectif de cette thèse est de montrer comment il est possible d'assurer le passage à l'échelle, et faire face aux problèmes sous-jacents pouvant résulter de cette approche distribuée.

Les travaux développés dans cette thèse portent sur les décompositions multirésolution dans un cadre de lifting scheme, appliquées à la compression d'images. Pour commencer, une structure de décomposition consistant en un “lifting scheme généralisé” est proposée. Ce schéma permet d'exploiter toute l'information disponible au décodage dans l'étape de prédiction. Cela est rendu possible par l'ajout d'un filtre de prédiction supplémentaire par rapport à la structure classique de lifting scheme. Le schéma proposé est ensuite associé à deux méthodes d'adaptation. La première, appelée GAE, suppose une stationnarité globale de l'image, tandis que la seconde, LAE ne suppose qu'une stationnarité locale de l'image. Dans ce dernier cas, les filtres prédicteurs sont adaptatifs. Trois applications de ces méthodes en compression d'images sont ensuite proposées. Dans un premier temps, une comparaison des performances en compression sans perte sur des images de textures, synthétiques, gaussiennes, à stationnarités locale et globale (vérifiant les hypothèses plus haut), est réalisée. Sur ces signaux, les mesures d'entropie d'ordre 1 ont montré que les méthodes proposées offrent en moyenne un gain en codage de 0,5 bpp (GAE) et 0,8 bpp (LAE) par rapport à la décomposition en ondelette (9,7), de 0,8 bpp (GAE) et 1,11 bpp (LAE) par rapport à la (5,3) et de 0,41 bpp (GAE) et 0,65 bpp (LAE) par rapport à la méthode de Gerek et Çetin. La deuxième application concerne le codage sans perte d'images réelles de natures variées. Les gains par rapport à l'état de l'art se sont révélés plus faibles que ceux obtenus pour les images synthétiques. Enfin, la dernière application traite les cas du codage progressif et du codage avec perte. Pour la compression avec pertes, nous avons modifié la méthode LAE pour palier aux problèmes de divergence dus à l'impossibilité au niveau du décodeur de reconstruire les filtres prédicteurs à partir d'échantillons quantifiés. Elle se révèle plus efficace que lorsque l'on utilise les filtres usuels de longueur fixe (9,7) et (5,3).

Sont présentées la définition, l'implantation et l'expérimentation de méthodes d'accèes par le contenu à une base de documents textuels, dans le cadre d'un serveur d'information bureautique. L'intégration de ces opérations comprend d'une part l'intégration des documents au modèle de données du serveur, d'autre part l'intégration au niveau fonctionnel des opérations spécifiques aux documents par l'introduction des opérateurs correspondants dans le langage de manipulation de données. Est considérée la coexistence de deux modèles de contenu des documents: le contenu textuel, forme par les chaines de caractères qui forment les portions de contenu de leur structure logique, et le contenu sémantique, qui est le résultat d'une analyse du contenu. Ont ainsi ete définies deux opérations de recherche, la recherche textuelle et la recherche sémantique, effectuées sur ces deux modèles de contenu. Les méthodes d'accès et de stockage correspondantes utilisent des méthodes de signature pour l'établissement des index textuel et sémantique. Ces méthodes permettent de tres bonnes performances, facilite de mise a jour et évaluation de requête. Ont été expérimentées une approche logicielle et une approche matérielle (avec le filtre Schuss) pour la réalisation de ces opérations. Une grande partie de ce travail a été intégrée dans le serveur ois, développe dans le cadre du projet esprit 231, Doeois

Le filtrage non-linéaire des mesures ponctuelles d'un fluide turbulent était un sujet vierge, nous donnons ici des modélisations stochastiques et des filtres pertinents. Nous avons défini et étudié le processus d'acquisition d'un champ vectoriel le long d'un chemin aléatoire. Nous avons proposé des algorithmes de filtrage non-linéaire pour les processus à champ moyen et démontré la convergence des approximations particulaires. Nous avons remanié les modèles Lagrangiens du fluide proposés par les physiciens en fermant ces équations par un conditionnement en les couplant à l'observation et au processus d'acquisition. Nos algorithmes permettent alors de filtrer les mesures de vitesses d'un fluide turbulent simulées ou réelles en écoulement 1D à 3D.

Le premier objectif de cette thèse est de mettre en valeur la notion de filtrage des données par automate fini, décentralisé près de la mémoire de masse comme moyen efficace de traiter les opérations élémentaires de l'algèbre relationnelle. Le deuxième objectif de ce travail est d'aider le concepteur à choisir la meilleure architecture pour un tel filtre décentralisé près du disque. Pour ce faire, on tire les enseignements de la conception et la réalisation de deux versions d'un tel filtre pour le système relationnel VERSO développé par l'INRA. La première version utilise une architecture matérielle «ad hoc», tandis que le filtrage est implanté en logiciel sur un processeur standard dans la deuxième version

Les radars HF à ondes de surface (HFSWR) trouvent des applications dans la surveillance maritime, l'océanographie ou la détection de cibles. Ils utilisent des ondes HF qui se propagent sur la surface de la mer jusqu'à quelques centaines de km. Néanmoins, ils sont récents et encore peu opérationnels à cause de quelques inconvénients. L'objectif de cette thèse est de résoudre deux de ces inconvénients pour améliorer les performances des HFSWR. Tout d'abord, en réduisant la taille des antennes HF usuelles qui sont beaucoup trop grandes. Pour des raisons pratiques et pour envisager des configurations radars embarquées, il est nécessaire de créer une antenne HF compacte pouvant répondre aux cahier des charges du HFSWR. Deuxième préoccupation, les ondes HF et les vagues interagissent et créent des échos de mer élevés qui peuvent masquer des échos de cibles éventuelles. Le second objectif de cette thèse est donc de réduire ces échos marins gênants par une méthode de filtrage adaptatif.

Le recherche en connexionnisme est en face des fortes contraintes d'autonomie en robotique notamment issues des tâches perceptives visuelles qui n'ont pas encore été satisfaites par les modèles neuronaux utilisés jusqu'à aujourd'hui, surtout celles liées à la perception du mouvement. Dans ce cadre, nous proposons un modèle connexionniste neuromimétique permettant de traiter un ensemble de tâches de perception visuelle dynamique (robot/objets environnants en mouvement). Cela implique le compromis de maintenir la satisfaction des contraintes (bio-inspiration, traitements locaux massivement distribués en vue d'une implantation ultérieure temps-réel embarquée sur circuit FPGA, Field Programmable Gate Array) au coeur de la définition du modèle proposé, malgré la complexité des tâches en jeu.<br />Le modèle connexionniste proposé pour la perception visuelle du mouvement est constitué de trois modules : le premier opère un filtrage spatio-temporel causal issu des filtres de Gabor et inspiré des réponses des cellules simples du cortex visuel primaire, V1. Le deuxième met en place un mécanisme distribué de fortes interactions localisées fondé sur un principe antagoniste inspiré de l'organisation en colonnes d'orientation dans V1. Finalement, en nous inspirant des propriétés des champs récepteurs des neurones de MT et MST (aire temporelle moyenne et supérieur moyenne, respectivement), nous intégrons les réponses du second module et les envoyons au troisième. Ce dernier fait émerger un seul objet en mouvement à travers l'évolution en différentes cartes des interactions latérales, en pro-action et en retro-action d'une population neuronale densément interconnectée selon le principe de la CNFT (Continuum Neural Field Theory). L'attention sur l'objet émergé nous permet donc de le suivre.

VIRGO est un détecteur d'ondes gravitationnelles basé sur un interférom etre de Michelson<br />ayant des bras de 3 km de long. Cette thèse porte sur l'étude du système qui, en<br />mesurant la puissance du faisceau transmis par l'interféromètre, détecte le passage d'une<br />onde gravitationnelle.<br /><br /><br />Grâce à une simulation du détecteur, on montre que le filtrage du faisceau avec une<br />cavité optique permet d'améliorer la sensibilité de l'interféromètre. Les performances du<br />filtrage optique de cette cavité sont ensuite mesurées grâce à un interféromètre de test.<br />Un système de contrôle automatique de la longueur de la cavité est enfin présenté. Il est<br />basé sur l'analyse, grâce à une caméra CCD, de la forme du faisceau.<br /><br /><br />Le système de lecture du faisceau est ensuite étudié pour gérer la dynamique du signal<br />sans dégrader la sensibilité du détecteur. On définit en particulier la mise en forme du<br />signal venant de chaque photodiode avant sa numérisation. Une procédure de calibration<br />permettant de mesurer et de corriger en ligne les dispersions entre les canaux de lectures<br />est présentée.<br /><br /><br />La mesure du bruit du système de lecture permet d'estimer sa contribution à la sensibilité<br />du détecteur. Un algorithme de recherche de signaux produit par une coalescence<br />d'étoiles binaires est mis en place. Il est ensuite utilisé pour étudier l'influence du bruit<br />du système de détection dans ce type de recherche.

L'usage des capteurs à fibres optiques devient pratique courante en Génie Civil, et ce typiquement pour les mesures de déformations à coeur ou en surface des matériaux de structures. Les performances métrologiques atteintes d'une telle instrumentation en conditions réelles d'emploi, et en particulier dans le béton, dépendent de l'effet de filtrage créé à la fois par la structure du capteur, les interfaces entre l'environnement et l'élément sensible, la présence d'hétérogénéités, et l'effet d'inclusion au sein du matériau d'emploi. Certaines informations sont accessibles (ex. : grandeurs géométriques). D'autres au contraire, sont déterminées à partir d'hypothèses et de validations expérimentales (ex. : comportements d'un assemblage de matériaux aux propriétés physico-mécaniques différentes). Pour mieux comprendre les phénomènes mis en jeu, et faciliter ainsi à l'utilisateur l'interprétation des informations délivrées par les fibres optiques, des simulations numériques par éléments finis ont été réalisées. Plusieurs modèles ont été testés, en examinant notamment l'influence de la rigidité, des conditions d'ancrage et de la géométrie des capteurs. Parallèlement, des comparaisons ont été effectuées avec des expérimentations réalisées en laboratoire. Des recommandations ont pu ainsi être tirées de ces études, pour l'amélioration de la conception, et de la mise en place sur ouvrages, de tels capteurs.