L'étude de la maturation cérébrale a pour objectif une meilleure compréhension du développement du cerveau durant la grossesse et la mise en évidence des liens entre la modification des structures cérébrales et le développement cognitif. Cette étude est rendue particulièrement difficile par l'évolution constante que connaissent ces structures au cours de cette période, évolution due notamment à la croissance et à l'organisation des tissus cérébraux. La technique de visualisation privilégiée pour observer le cerveau est l'imagerie par résonance magnétique (IRM), méthode non invasive permettant l'acquisition d'images des structures cérébrales in vivo et en trois dimensions à une résolution relativement élevée. Cependant, les différences anatomiques et l'évolution rapide des structures cérébrales chez le fœtus nécessitent une nouvelle modélisation du cerveau. Le travail de cette thèse est composé de deux parties. Tout d'abord, nous avons modifié l'algorithme FCM (Fuzzy C-Means) de manière à permettre une meilleure prise en compte du bruit et du biais de l'image grâce à la méthode des moyennes non-locales issue du débruitage d'image. Ces travaux ont fait l'objet d'une validation à partir de bases d'images synthétiques et réelles. Enfin, nous nous sommes penchés sur la problématique de la segmentation des tissus cérébraux en IRM fœtale, et nous avons introduit un modèle comportant des contraintes topologiques de manière à permettre une segmentation séquentielle des tissus, en se fondant sur la position relative des différentes structures. Ces travaux ont fait l'objet d'une validation à partir de cas réels. / The study of cerebral maturation aims at a better understanding of the brain's development during the pregnancy and the high lightment of the links between the change in cerebral structures and the cognitive development. This study is particularly difficult because of the constant evolution of these structures during the pregnancy. This evolution is due to the growing and the organisation of the different cerebral tissues. The preferred visualisation technique used to observe the brain is the magnetic resonance imaging (MRI), which is a non invasive acquisition technique of in vivo 3D cerebral images with a relative high resolution. Nevertheless, significant anatomical differences and the fast evolution of the fetal cerebral structures require a new modelisation of the brain. This thesis is divided in two parts. First, we modified the Fuzzy C-Means (FCM) algorithm in order to allow a better consideration of images noise and intensity bias thanks to the non-local means method, originaly elaborated for denoising purposes. These work were validated with databases of simulated and real images. Finally, we focused on the segmentation of cerebral tissues in fetal MRI by introducing topological constraints in order to obtain a sequential segmentation, based on relative positions of the tissus. These work were validated with real cases.

Ces travaux portent sur l'optimisation de la planification en radiothérapie prostatique et ORL. De façon à améliorer le calcul dosimétrique, la méthode de calcul de dose dite « Pencil beam » a d'abord été modifiée en considérant un système de coordonnées sphériques, en améliorant le mode de correction des hétérogénéités et en accélérant le calcul en effectuant les opérations de convolution grâce à la transformée de Fourier rapide. L'approche proposée a été comparée aux méthodes classiques en utilisant différents fantômes numériques. Cette évaluation a démontré la précision de la méthode proposée ainsi que l'accélération des calculs d'un facteur 40 par la méthode utilisant la transformée de Fourier, au prix toutefois d'une dégradation de la précision des résultats. Dans un second temps, l'incorporation de critères biologiques lors de l'optimisation du plan de traitement a été mise en œuvre à travers l'équivalent convexe du modèle NTCP (probabilité de toxicité des tissus sains) et son optimisation. L'évaluation de cette approche a été réalisée sur les données de dix patients traités pour un cancer de la prostate et a montré que la méthode proposée produit des planifications cliniquement satisfaisantes avec de meilleurs résultats en termes de toxicité prédite. Une méthode de compensation des incertitudes géométriques survenant lors du traitement a aussi été proposée, reposant sur une décomposition en séries de Taylor et un filtre de Butterworth. Son évaluation a montré son efficacité en termes de réduction des oscillations de haute fréquence ainsi que de présence de points chauds et froids. Enfin, dans un contexte de radiothérapie adaptative en ORL, une étude permettant d'identifier le scénario optimal de replanification, c'est-à-dire le nombre et les moments des replanifications, a été menée. Les critères de comparaison considérés reposaient sur le calcul de la dose cumulée reçue notamment par les parotides lors du traitement complet. L'efficacité des replanifications a ainsi été démontrée, avec par exemple une diminution du risque de toxicité de 9% pour le scénario optimal. Les perspectives de ce travail concernent la combinaison de ces méthodes dans un processus complet de planification pour évaluer leur impact dans un contexte clinique. / This work focuses on the optimization of planning in prostate and head-and-neck radiation therapy. In order to improve the dose calculation, the Pencil Beam method was firstly modified by considering a spherical coordinate system, by improving the heterogeneities correction method and by accelerating the calculation by performing the convolution operations using the Fast Fourier Transform. The proposed approach was compared to conventional methods using different numerical phantoms. This evaluation demonstrated the accuracy of the proposed method and the acceleration of the calculations by a factor 40 by the method using the Fast Fourier Transform, but at the cost of deterioration in the accuracy of the results. In a second step, the incorporation of biological criteria in the optimization of the treatment plan has been implemented through an equivalent convex NTCP constraints and its optimization. The evaluation of this approach has been performed on the data of ten patients treated for prostate cancer and has shown that the proposed method produces clinically satisfactory plans with better results in terms of predicted toxicity. A method to compensate geometric uncertainties occurring during treatment has also been proposed, based on the expansion in series of Taylor and a Butterworth filter. Its evaluation has shown its effectiveness in reducing high-frequency oscillations as well as the presence of hot and cold spots. Finally, in the context of adaptive radiotherapy in head and neck, a study was conducted to identify the optimal scenario of replannings, i.e. the number and timing of replannings. The comparison criteria were based on the calculation of the cumulative dose received by the parotid during the whole treatment. The effectiveness of the replanning has been demonstrated, for example with a decreased risk of toxicity 9% for the optimal scenario. The perspectives of this work relate to the combination of these methods in a comprehensive planning process to assess their clinical impact.

La création et la compréhension des déformations de surfaces sont des thèmes récurrent pour le traitement de géométrie 3D. Comme les surfaces lisses peuvent être représentées de multiples façon allant du nuage ​​de points aux maillages polygonales, un enjeu important est de pouvoir comparer ou déformer des formes discrètes indépendamment de leur représentation. Une réponse possible est de choisir une représentation flexible des surfaces déformables qui peut facilement être transportées d'une structure de données à une autre.Dans ce but, les "functional map" proposent de représenter des applications entre les surfaces et, par extension, des déformations comme des opérateurs agissant sur des fonctions. Cette approche a été introduite récemment pour le traitement de modèle 3D, mais a été largement utilisé dans d'autres domaines tels que la géométrie différentielle, la théorie des opérateurs et les systèmes dynamiques, pour n'en citer que quelques-uns. Le principal avantage de ce point de vue est de détourner les problèmes encore non-résolus, tels que la correspondance forme et le transfert de déformations, vers l'analyse fonctionnelle dont l'étude et la discrétisation sont souvent mieux connues. Cette thèse approfondit l'analyse et fournit de nouvelles applications à ce cadre d'étude. Deux questions principales sont discutées.Premièrement, étant donné deux surfaces, nous analysons les déformations sous-jacentes. Une façon de procéder est de trouver des correspondances qui minimisent la distorsion globale. Pour compléter l'analyse, nous identifions les parties les moins fiables du difféomorphisme grâce une méthode d'apprentissage. Une fois repérés, les défauts peuvent être éliminés de façon différentiable à l'aide d'une représentation adéquate des champs de vecteurs tangents.Le deuxième développement concerne le problème inverse : étant donné une déformation représentée comme un opérateur, comment déformer une surface en conséquence ? Dans une première approche, nous analysons un encodage de la structure intrinsèque et extrinsèque d'une forme en tant qu'opérateur fonctionnel. Dans ce cadre, l'objet déformé peut être obtenu, à rotations et translations près, en résolvant une série de problèmes d'optimisation convexe. Deuxièmement, nous considérons une version linéarisée de la méthode précédente qui nous permet d'appréhender les champs de déformation comme agissant sur la métrique induite. En conséquence la résolution de problèmes difficiles, tel que le transfert de déformation, sont effectués à l'aide de simple systèmes linéaires d'équations. / Creating and understanding deformations of surfaces is a recurring theme in geometry processing. As smooth surfaces can be represented in many ways from point clouds to triangle meshes, one of the challenges is being able to compare or deform consistently discrete shapes independently of their representation. A possible answer is choosing a flexible representation of deformable surfaces that can easily be transported from one structure to another.Toward this goal, the functional map framework proposes to represent maps between surfaces and, to further extents, deformation of surfaces as operators acting on functions. This approach has been recently introduced in geometry processing but has been extensively used in other fields such as differential geometry, operator theory and dynamical systems, to name just a few. The major advantage of such point of view is to deflect challenging problems, such as shape matching and deformation transfer, toward functional analysis whose discretization has been well studied in various cases. This thesis investigates further analysis and novel applications in this framework. Two aspects of the functional representation framework are discussed.First, given two surfaces, we analyze the underlying deformation. One way to do so is by finding correspondences that minimize the global distortion. To complete the analysis we identify the least and most reliable parts of the mapping by a learning procedure. Once spotted, the flaws in the map can be repaired in a smooth way using a consistent representation of tangent vector fields.The second development concerns the reverse problem: given a deformation represented as an operator how to deform a surface accordingly? In a first approach, we analyse a coordinate-free encoding of the intrinsic and extrinsic structure of a surface as functional operator. In this framework a deformed shape can be recovered up to rigid motion by solving a set of convex optimization problems. Second, we consider a linearized version of the previous method enabling us to understand deformation fields as acting on the underlying metric. This allows us to solve challenging problems such as deformation transfer are solved using simple linear systems of equations.

Ce travail de thèse a eu pour objectif de définir et mettre en oeuvre l'architecture décisionnelle d'un robot réalisant une tâche en collaboration avec un homme pour atteindre un but commun. Un certain nombre de fonctionnalités existaient déjà ou ont été développées conjointement avec ce travail au sein de l'équipe. Ce travail a d'abord consisté en l'étude puis à la formalisation des différentes capacités nécessaires. Il s'est traduit concrètement par l'approfondissement de certains des modules fonctionnels existants par l'auteur ou par d'autres membres de l'équipe en lien étroit avec l'auteur. La première contribution principale de l'auteur a consisté à développer une couche de contrôle de haut niveau qui a permis l'intégration et la mise en oeuvre des différentes capacités du robot découpée en 3 activités : la construction et la mise à jour de l'état du monde ; la gestion des buts et des plans de haut niveau ; l'exécution et le suivi des mouvements de manipulation. La deuxième contribution principale a consisté à améliorer les raisonnements géométriques et temporels pour d'abord permettre au robot de mieux suivre l'évolution de l'état du monde puis lui donner la capacité à inférer quand l'homme a des croyances distinctes de celles du robot. / Goal of this thesis was to formalize and to implement a decisional layer for a robot achieving tasks collaboratively with a human to achieve a shared goal. Some functionalities were already there or were built during my own thesis by other inside the team. My first task was to study and formalize the skills needed by the robot. Consequently some of the existing functional modules were improved by some other members of the team or myself. My first main contribution was to develop a new high level control component to integrate and manage the different robot skills according to 3 main activities : state of the world build and update; goals and plans management; manipulation motions execution and monitoring. My second main contribution was to improve geometric and temporal reasoning skills so that first, the robot could better understand and track changes in the world and second, infer when the human had some beliefs about the world that were distinct from its own beliefs.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le peuplement de BDRM-3D (Bases de Données à Représentation Multiple 3D) est de plus en plus requis pour supporter des applications avancées de cartographie sur demande et d’analyse décisionnelle géospatiale. Cette thèse présente une nouvelle approche de saisie photogrammétrique en représentation multiple visant à peupler une BDRM-3D de bâtiments. L’approche proposée est nommée approche SAISIE car elle est Semi-Automatique, Initialisée et Supportée par l’Intervention humainE. Elle traite simultanément l’extraction des Géométries Détaillées (GD) et des Géométries Simplifiées (GS). Elle s’appuie notamment sur les nouveaux concepts de Patron d’Acquisition en Représentation Multiple et d’« Instance Driven SASS » (Sélection et Gestion des Algorithmes, des Sources et des Réglages gérée au niveau de l’instance) afin d’améliorer la performance des traitements automatiques mis en œuvre. Ces deux concepts ont été introduits lors de cette recherche. Le concept de PARM résulte du rapprochement des concepts de patron géométrique (introduit pour supporter la généralisation) et de modèle paramétrique (introduit pour supporter la saisie photogrammétrique). Deux nouveaux algorithmes de reconnaissance de forme, l’un traitant de la détermination automatique des paramètres d’implantation de patrons géométriques 3D et l’autre de l’extraction automatique des emprises au sol de bâtiments, ont par ailleurs été introduits lors de la réalisation de cette thèse. L’approche SAISIE ainsi que les concepts et algorithmes proposés pour la supporter ont été mis en œuvre et expérimentés sur quatre sites de tests couvrant plus de trois cent bâtiments. Les résultats obtenus et l’expérience acquise lors des développements des prototypes nous ont permis d’établir une analyse de l’approche SAISIE ainsi que des recommandations pour les recherches futures. / 3D MRDB (Multi Representation Data Base) population is more and more required to support advanced cartographical applications and advanced geospatial decisional analysis. This dissertation presents a new photogrammetric approach dedicated to multiple representation acquisition process to populate the buildings of a 3D MRDB. The proposed approach is named SAISIE (this French acronym matches with a semi-automatic acquisition process, initialized and supported by human intervention). The SAISIE approach tackles simultaneously the Detailed Geometries (DG) extraction and the Simplified Geometries (GS) extraction. This uses both the Multi-Representation Acquisition Pattern concept and the Instance Driven SASS concept (SASS : Selection of the Algorithms, Sources and Setting) to improve the process performance. These two new concepts have been introduced during this research. The MRAP concept stems from bridging together the geometric pattern concept (used to support generalisation process) and the parametric model (used to support the photogrammetric building extraction). Two new algorithms have also been introduced. The first one deals with the automatic implantation of 3D geometric pattern and the second one with the automatic extraction of building footprints. The SAISIE approach, the new concepts and the two new algorithms, have been implemented and tested with four test sites. These test sites cover more than three hundred buildings. Results analysis and several recommendations, based on our experimentation and experience, are proposed to conclude this dissertation.

Les mines à ciel ouvert et souterraines sont des environnements dynamiques de production. Les propriétés géomécaniques des massifs rocheux contrôlent le comportement des excavations. La planification des travaux d'excavation est une phase importante de l'exploitation d'une mine afin de travailler de façon sécuritaire et rentable. Une modélisation précise de la géométrie des excavations minières permettrait notamment de quantifier le matériel excavé et de cartographier le régime structural des parois rocheuses. Généralement, les calculs de volumes sont réalisés à l'aide de récepteurs GNSS récepteurs GNSS (dans le cas de mines à ciel ouvert) et de systèmes lidar et les structures géologiques sont caractérisées manuellement à l'aide d'une boussole. Bien que cette méthode manuelle ait fait ses preuves, elle ne permet pas toujours de caractériser l'ensemble de la paroi rocheuse et nécessite beaucoup de temps sur le terrain. Le développement des technologies lidar est en constante croissance et il y a plusieurs instruments disponibles sur le marché, proposant une prise de mesure rapide et à distance. Toutefois, il y a peu d'information qui évalue la qualité de la donnée géospatiale et qui permet de valider les applications potentielles de ces technologies lidar en milieu minier. Comme mentionné par Devillers (2004), les utilisateurs de données géospatiales doivent être conscients de la qualité des données qu'ils manipulent afin de réduire les risques de mauvaises utilisations. Hudson et Harrison (1997) mentionnent que les discontinuités peuvent jouer un rôle critique dans la stabilité des ouvrages souterrains. Une mauvaise utilisation de la donnée géospatiale afin d'interpréter le comportement d'un massif rocheux pourrait avoir des conséquences importantes. L'objectif principal de ce mémoire est d'évaluer la qualité de la donnée géospatiale de systèmes lidar mobiles (SLM) dans le contexte d'une mine souterraine. L'acquisition des données s'est effectuée à la mine souterraine Eldorado à Val-d'Or. L'instrument de référence utilisé est le scanneur statique Faro Focus S70 et les lidars mobiles évalués sont les Zeb-Revo et le uGPS Rapid Mapper. L'objectif secondaire est d'évaluer le potentiel d'utilisation de ces scanneurs mobiles pour le calcul de volume et la cartographie du régime structural de parois rocheuses d'une mine à ciel ouvert et d'une mine souterraine. Une acquisition de données a aussi été réalisée sur une paroi rocheuse à ciel ouvert. Les mêmes instruments ont été utilisés à l'exception du uGPS Rapid Mapper, non disponible au moment de ces levés, qui a été remplacé par un iPad Pro 12. Ce projet de recherche a permis d'évaluer la qualité de la donnée géospatiale de SLM en milieu souterrain. L'erreur estimée du Zeb-Revo est de ± 0,03 m et de ± 0,15 m pour le uGPS. Les résultats montrent que le Zeb-Revo peut servir à calculer les volumes d'une excavation souterraine. Les écarts de volumes entre le Zeb-Revo et la valeur de référence produite par le scanneur Faro Focus S70 est d'au plus 2% et ces écarts sont de plus de 40% entre le uGPS et la même valeur de référence. Quoi qu'il en soit, il faut porter une attention particulière à la dérive du système de navigation des scanneurs mobiles. Ces analyses n'ont pas été réalisées avec l'iPad à la mine souterraine, mais l'erreur observée dans les levés à ciel ouvert est de l'ordre de de 0,04 m. Les recherches ont aussi démontré la possibilité de mesurer les orientations des structures géologiques d'un massif rocheux à l'aide de lidars mobiles. En milieu à ciel ouvert, la mesure de l'orientation des structures géologiques sur la base d'un relevé SLM a permis de quantifier de manière satisfaisante l'orientation des structures géologiques. Selon la méthode et le lidar utilisés, les écarts angulaires des orientations des familles varient de 5° à 27° pour Discontinuity Set Extractor (DSE) (Abellán, 2018), de 5° à 12° pour PointStudio (Maptek, 2021) et de 10° à 30° pour le plugin kd-tree (Dewez et al., 2016) par rapport au levé manuel de référence par boussole. En milieu souterrain, les méthodes automatiques de détection des structures géologiques ne permettent pas efficacement de distinguer celles-ci de la surface des parois de l'excavation. La méthode automatique DSE donne des résultats semblables pour les trois systèmes lidar, mais partiellement différents du stéréonet de référence. Les écarts angulaires des orientations des familles varient entre 8° à 73°. De plus, deux familles semblent correspondre à l'orientation de l'excavation de la galerie plutôt qu'à la structure géologique naturelle. Une méthode manuelle permet d'identifier visuellement les discontinuités une par une sur les nuages de points, à condition que la qualité de la donnée lidar soit adéquate. La méthode manuelle PointStudio et le lidar Faro ont permis d'identifier la plupart des familles avec un écart angulaire se situant entre 10° et 30° par rapport au levé de référence. La qualité des lidars mobiles testés en milieu souterrain n'est pas suffisante pour l'extraction manuelle des discontinuités. En résumé, les logiciels DSE et PointStudio font bien ce pour quoi ils ont été conçus, c'est-à-dire extraire des plans à partir d'un nuage de points. Toutefois, l'utilisateur doit être prudent avec la donnée qu'il manipule et avoir une bonne connaissance du terrain. / Open-pit and underground mines are dynamic production environments. The geomechanical properties of the rock mass control the behavior of excavations. Excavation planning is an important phase of mine operation in order to work safely and profitably. An adequate 3D modeling of the mine site geometry allows an estimation of the excavated material and a mapping of the structural regime of the rock walls. Typically, volume calculations are performed using GNSS receivers (in case of open-pit) and lidar systems and geological structures are characterized manually using a compass. Although so far successful, using a manual method does not always allow the characterization of the entire rock face and it also requires a lot of time on site. However, the development of lidar technologies is constantly growing and there are several instruments available on the market offering fast and remote measurements. On the other hand, there is little information that evaluates the quality of the geospatial data and validates the potential applications of these lidar technologies in mining environments. As outlined by Devillers (2004), users of geospatial data need to be aware of the quality of the data they are handling in order to reduce the risk of misuse. Hudson and Harrison (1997) mention that discontinuities can play a critical role in the stability of underground structures. Misuse of the point cloud data to interpret the behavior of a rock mass could have important consequences. The main objective of this master's thesis is to evaluate the quality of geospatial data acquires with mobile lidar systems (MLS) in an underground mine. The data acquisition was done at the Eldorado underground mine in Val d'Or. The reference instrument used is the Faro Focus S70 static scanner and the mobile lidar evaluated are the Zeb-Revo and the uGPS Rapid Mapper. The secondary objective is to evaluate the potential use of these mobile scanners for volume calculation and structural regime mapping of both open-pit and underground rock faces. Data acquisition was also done on an open-pit setting. The same instruments were used with the exception that the uGPS Rapid Mapper, unavailable at the time of the surveys, was replaced by an iPad Pro 12. This research project evaluated the quality of SLM geospatial data in the underground environment. The estimated error of the Zeb-Revo is ± 0,03 m and ± 0,15 m for the uGPS. The results show that the Zeb-Revocan be used to calculate the volumes of an underground excavation. The volume difference between the Zeb-Revo and the reference value produced by the Faro Focus S70 scanner is at most 2% and the volume difference between the uGPS and the Faro Focus S70 scanner is more than 40%. However, special attention should be given to the drift of the navigation system of the mobile scanners. These analyses were not done with the iPad in the underground mine, but the error estimated from the open-pit surveys is in the order of 0,04 m. The research also demonstrated the possibility of measuring the orientations of geological structures in a rock mass using mobile lidar. In the open-pit environment, measuring the orientation of geological structures based on an SLM survey has satisfactorily quantified the orientation of geological structures. Depending on the method and the lidar scanner, angular deviations of set orientations ranged from 5° to 27° for Discontinuity Set Extractor(DSE) (Abellán, 2018), 5° to 12° for PointStudio (Maptek, 2021), and 10° to 30° for the kd-tree plugin (Dewez et al., 2016) from the reference compass survey. In the underground environment, automatic methods clearly do not distinguish between a discontinuity and the orientation of the rock face excavation. The automatic DSE method gives similar results for the three lidar systems and are partially different from the reference stereonet. The angular deviations of the orientations of the sets range from 8° to 73°. In addition, two sets seem to correspond to the orientation of the drift excavation rather than the natural geologic structure. A manual method can visually identify the discontinuities one by one, provided the quality of the lidar data is adequate. The manual PointStudio method combined with the Faro lidar were able to identify most of the sets with an angular deviation between 10° and 30° from the reference survey. The quality of the mobile lidar tested in the underground environment is not sufficient for manual extraction of discontinuities. In summary, DSE and PointStudio software do well what they were designed for, i.e. extract planes from a point cloud. However, users must be careful with the data they are processing and must have a sufficient knowledge of the site.

Dans son contexte spécifique, le terme « biométrie » est souvent associé à l'étude des caractéristiques physiques et comportementales des individus afin de parvenir à leur identification ou à leur vérification. Ainsi, le travail développé dans cette thèse nous a conduit à proposer un algorithme d'identification robuste, en considérant les caractéristiques intrinsèques des phalanges de la main. Considérée comme une biométrie cachée, cette nouvelle approche peut s'avérer intéressante, notamment lorsqu'il est question d'assurer un niveau de sécurité élevé, robuste aux différentes attaques qu'un système biométrique doit contrer. La base des techniques proposées requière trois phases, à savoir: (1) la segmentation des phalanges, (2) l'extraction de leurs caractéristiques par la génération d'une empreinte, appelée « Phalange-Code » et (3) l'identification basée sur la méthode du 1-plus proche voisin ou la vérification basée sur une métrique de similarité. Ces algorithmes opèrent sur des niveaux hiérarchiques permettant l'extraction de certains paramètres, invariants à des transformations géométriques telles que l'orientation et la translation. De plus, nous avons considéré des techniques robustes au bruit, pouvant opérer à différentes résolutions d'images. Plus précisément, nous avons élaboré trois approches de reconnaissance biométrique : la première approche utilise l'information spectrale des contours des phalanges de la main comme signature individuelle, alors que la deuxième approche nécessite l'utilisation des caractéristiques géométriques et morphologiques des phalanges (i.e. surface, périmètre, longueur, largeur, capacité). Enfin, la troisième approche requière la génération d'un nouveau rapport de vraisemblance entre les phalanges, utilisant la théorie de probabilités géométriques. En second lieu, la construction d'une base de données avec la plus faible dose de rayonnement a été l'un des grands défis de notre étude. Nous avons donc procédé par la collecte de 403 images radiographiques de la main, acquises en utilisant la machine Apollo EZ X-Ray. Ces images sont issues de 115 adultes volontaires (hommes et femmes), non pathologiques. L'âge moyen étant de 27.2 ans et l'écart-type est de 8.5. La base de données ainsi construite intègre des images de la main droite et gauche, acquises à des positions différentes et en considérant des résolutions différentes et des doses de rayonnement différentes (i.e. réduction jusqu'à 98 % de la dose standard recommandée par les radiologues « 1 µSv »).Nos expériences montrent que les individus peuvent être distingués par les caractéristiques de leurs phalanges, que ce soit celles de la main droite ou celles de la main gauche. Cette distinction est également valable pour le genre des individus (homme/femme). L'étude menée a montré que l'approche utilisant l'information spectrale des contours des phalanges permet une identification par seulement trois phalanges, à un taux EER (Equal Error Rate) inférieur à 0.24 %. Par ailleurs, il a été constaté « de manière surprenante » que la technique fondée sur les rapports de vraisemblance entre les phalanges permet d'atteindre un taux d'identification de 100 % et un taux d'EER de 0.37 %, avec une seule phalange. Hormis l'aspect identification/authentification, notre étude s'est penchée sur l'optimisation de la dose de rayonnement permettant une identification saine des individus. Ainsi, il a été démontré qu'il était possible d'acquérir plus de 12500/an d'images radiographiques de la main, sans pour autant dépasser le seuil administratif de 0.25 mSv / In its specific context, the term "biometrics" is often associated with the study of the physical and behavioral of individual's characteristics to achieve their identification or verification. Thus, the work developed in this thesis has led us to suggest a robust identification algorithm, taking into account the intrinsic characteristics of the hand phalanges. Considered as hidden biometrics, this new approach can be of high interest, particularly when it comes to ensure a high level of security, robust to various attacks that a biometric system must address. The basis of the proposed techniques requires three phases, namely: (1) the segmentation of the phalanges (2) extracting their characteristics by generating an imprint, called "Phalange-Code" and (3) the identification based on the method of 1-nearest neighbor or the verification based on a similarity metric. This algorithm operates on hierarchical levels allowing the extraction of certain parameters invariant to geometric transformations such as image orientation and translation. Furthermore, the considered algorithm is particularly robust to noise, and can function at different resolutions of images. Thus, we developed three approaches to biometric recognition: the first approach produces individual signature from the spectral information of the contours issued from the hand phalanges, whereas the second approach requires the use of geometric and morphological characteristics of the phalanges (i.e. surface, perimeter, length, width, and capacity). Finally, the third approach requires the generation of a new likelihood ratio between the phalanges, using the geometric probability theory. Furthermore, the construction of a database with the lowest radiation dose was one of the great challenges of our study. We therefore proceeded with the collection of 403 x-ray images of the hand, acquired using the Apollo EZ X-Ray machine. These images are from 115 non-pathological volunteering adult (men and women). The average age is 27.2 years and the standard deviation is 8.5. Thus, the constructed database incorporates images of the right and left hands, acquired at different positions and by considering different resolutions and different radiation doses (i.e. reduced till 98% of the standard dose recommended by radiologists "1 µSv").Our experiments show that individuals can be distinguished by the characteristics of their phalanges, whether those of the right hand or the left hand. This distinction also applies to the kind of individuals (male/female). The study has demonstrated that the approach using the spectral information of the phalanges' contours allows identification by only three phalanges, with an EER (Equal Error Rate) lower than 0.24 %. Furthermore, it was found “Surprisingly” that the technique based on the likelihood ratio between phalanges reaches an identification rate of 100% and an EER of 0.37% with a single phalanx. Apart from the identification/authentication aspect, our study focused on the optimization of the radiation dose in order to offer safe identification of individuals. Thus, it has been shown that it was possible to acquire more than 12,500/year radiographic hand images, without exceeding the administrative control of 0.25 mSv

Quelques algorithmes entre le monde des graphes et les nuages de points.

Cette recherche, réalisée en milieu scolaire québécois, concerne l’enseignement et l’apprentissage de la géométrie à l’entrée au secondaire. Ce contexte est caractérisé par une géométrie non clairement définie d’un point de vue épistémologique, tant dans le programme d’études du premier cycle que dans les manuels scolaires. Ainsi, nous avons cherché à voir d’une part, l’activité géométrique souhaitée et actualisée par des enseignants incluant les problèmes proposés et, d’autre part, les conceptions d’élèves développées par ces problèmes. À partir de données recueillies auprès de quatre classes, nous avons déterminé cette activité géométrique et répertorié six types de problèmes dont quatre sont dominants ainsi que des conceptions d’élèves. L’activité géométrique en classe a donné lieu à des moments d’hésitation épistémologique, lesquels ne sont pas sans effet dans le développement des conceptions des élèves. / This research was conducted in a Quebec classroom environment. It pertains to the teaching and learning of geometry at the outset of secondary school. This context is characterized by a geometry that is not clearly defined from the epistemological point of view in either the secondary cycle one program or in textbooks. We attempted to find firstly, the desired geometric activity and updated by teachers with the proposed problems and, secondly, students conceptions developed by these problems. Using data collected from four classes, we then determined this geometric activity and identified six types of problems from which four were predominant. We also observed students conceptions. The classroom activity gave birth to moments of epistemological hesitance that may have had a certain effect on the development of the students’conceptions.