Nous proposons dans cette thèse une nouvelle approche cumulative de recalage d'images basée sur des primitives construites à partir des lignes de niveaux. Les lignes de niveaux sont invariantes par rapport aux diverses perturbations affectant l'image tels que les changements de contraste. Par ailleurs, leur abondance dans une image suggère naturellement un processus de décision cumulatif. Nous proposons alors un algorithme récursif d'extraction des lignes de niveaux simple et efficace qui extrait les lignes par groupes rectiligne appelés ``segments''. Les segments sont ensuite groupés -- sous contrainte de proximité -- en fonction du modèle de transformation recherchée et afin de faciliter le calcul des invariants. Les primitives construites ont alors la forme de Z, Y ou W et sont classées en fonction de leur fiabilité, ce qui participe au paramétrage du processus de décision cumulatif. Le vote est multi-tours et constitué d'une phase préliminaire de construction de listes de préférences inspiré de la technique des mariages stables. Les primitives votent à une itération donnée en fonction de leur fiabilité. Chaque itération fournit ainsi un estimé de la transformation recherchée que le tour suivant peut raffiner. Ce procédé multi-tours permet, de ce fait, d'éliminer les ambiguïtés d'appariement générées par les motifs répétitifs présents dans les images. Notre approche a été validée pour recaler des images sous différents modèles de transformations allant de la plus simple (similarité) à la plus complexe (projective). Nous montrons dans cette thèse comment le choix pertinent de primitives basées sur les lignes de niveaux en conjonction avec un processus de décision cumulatif permet d'obtenir une méthode de recalage d'images robuste, générique et complète, fournissant alors différents niveaux de précision et pouvant ainsi s'appliquer à différents contextes. / In this thesis, we propose a new image registration method that relies on level-line primitives. Level-lines are robust towards contrast changes and proposed primitives inherit their robustness. Moreover, their abundance in the image is well adapted to a cumulative matching process based on a multi-stage primitive election procedure. We propose a simple recursive tracking algorithm to extract level lines by straight sets called "segments". Segments are then grouped under proximity constraints to construct primitives (Z, Y and W shapes) that are classified into categories according to their reliability. Primitive shapes are defined according to the transformation model. The cumulative process is based on a preliminary step of preference lists construction that is inspired from the stable marriage matching algorithm. Primitives vote in a given voting stage according to their reliability. Each stage provides a coarse estimate of the transformation that the next stage gets to refine. This process, in turn, eliminate gradually the ambiguity happened by incorrect correspondences. Our additional contribution is to validate further geometric transformations, from simple to complex ones, completing the path "similarity, affine, projective". We show in this thesis how the choice of level lines in conjunction with a cumulative decision process allows defining a complete robust registration approach that is tested and evaluated on several real image sequences including different type of transformations.

Les performances d’un système de reconnaissance de formes dépendent en bonne partie de la qualité de l’image segmentée. Malgré les progrès effectués, une segmentation complète (c’est-à-dire avec des contours entiers) ne peut pas être toujours atteinte. Dans un premier temps, nous nous plaçons dans le cas où seulement certaines parties de la forme entière sont disponibles. D’abord, afin d’assurer l’invariance des parties de formes aux transformations géométriques, nous développons une méthode d’optimisation de l’analyse procustéenne qui consiste à retrouver les points extrémités optimaux qui minimisent la distance de Procutse. Ensuite, nous proposons une approche de reconnaissance de parties de formes et une approche de reconnaissance de formes partielles. Ces deux approches, basées-contour, sont fondées sur un recalage robuste entre les parties de formes. La méthode de recalage proposée consiste à optimiser une mesure de similarité basée sur les géodésiques dans l’espace de formes. Ainsi, nous exploitons le résidu du recalage pour définir une nouvelle métrique pour la reconnaissance de parties de formes. Puis, nous décrivons une stratégie de combinaison avec cette même métrique pour la reconnaissance de formes partielles. Par la suite, nous proposons d’utiliser la distance géodésique proposée pour la reconnaissance des parties de formes dans la définition d’une métrique globale pour la reconnaissance de formes entières. Les tests de reconnaissance (classification et recherche) sont effectués sur des parties requêtes et des formes entières de la base d’images MPEG-7, puis sur des images réelles segmentées. Les résultats expérimentaux montrent la supériorité de nos méthodes par rapport aux autres méthodes de l’état de l’art. / The quality of the segmentation process directly affects the performance of the shape recognition. Despite the progress that has been made, it is often unreachable to segment the entire object (i.e. closed contour). In fact, only some parts/fragments of objects can be detected. We first develop a new alignment method based on Procrustes analysis in order to ensure invariance of shape parts to geometric transformations (translation, rotation and scale factor). The proposed method consists in finding optimal extremities which minimize the Procrustes distance. Then, we propose a shape part recognition approach and a partial shape recognition approach. These two contour-based approaches are based on matching between shape parts to compare. This matching process consists in establishing a robust registration between shape parts based on geodesics in the shape space. Thus, we exploit the registration residual to define a novel distance for shape part recognition. Later, for partial shape recognition, we describe a geodesics-based combining strategy with the same distance. As well, we propose to use the geodesics distance proposed for shape part recognition to define a global distance for entire shape recognition. Experiments are carried out on parts of shapes and entire shapes of theMPEG-7 database, then on parts issued from segmented real images. The obtained results demonstrate the effectiveness of our proposed recognition schemes. The proposed approaches are shown to significantly outperform previous works for classification and retrieval applications.

Dans cette thèse, nous développons une approche supervisée de reconnaissance d’objets basée sur l’utilisation de nouveaux descripteurs d’images globaux inspirés du modèle du cortex visuel humain primaire V1 en tant que groupe de roto-translations semi-discrètes SE (2,N)=R² x ZN produit semi-direct entre R² et ZN. La méthode proposée est basée sur des descripteurs de Fourier généralisés et rotationnels définis sur le groupe SE (2,N), qui sont invariants aux transformations géométriques (translations, et rotations). De plus, nous montrons que ces descripteur de Fourier sont faiblement complets, dans le sens qu’ils permettent de discriminer sur un ensemble ouvert et dense L² (SE(2,N)) de fonctions à support compact, donc distinguer entre des images réelles. Ces descripteurs sont ensuite utilisés pour alimenter un classifieur de type SVM dans le cadre de la reconnaissance d’objets. Nous avons mené une séries d’expérimentations dans le but d’évaluer notre méthode sur les bases de visages RL, CVL et ORL et sur la base d’images d’objets variés COIL-100, et de comparer ses performances à celles des méthodes basées sur des descripteurs globaux et locaux. Les résultats obtenus ont montré que notre approche est en mesure de concurrencer de nombreuses techniques de reconnaissance d’objets existantes et de surpasser de nombreuse autres. Ces résultats ont également montré que notre méthode est robuste aux bruits. Enfin, nous avons employé la technique proposée pour reconnaître des navires dans un contexte de surveillance maritime. / In this thesis, we develop a supervised object recognition method using new global image descriptors inspired by the model of the human primary visual cortex V1. Mathematically speaking, the latter is modeled as the semi-discrete roto-translation group SE (2,N)=R² x ZN semi-direct product between R² and ZN. Therefore, our technique is based on generalized and rotational Fourier descriptors defined in SE (2,N) , and which are invariant to natural geometric transformations (translations, and rotations). Furthermore, we show that such Fourier descriptors are weakly complete, in the sense that they allow to distinguish over an open and dense set of compactly supported functions in L² (SE(2,N)) , hence between real-world images. These descriptors are later used in order to feed a Support Vector Machine (SVM) classifier for object recognition purposes. We have conducted a series of experiments aiming both at evaluating and comparing the performances of our method against existing both local - and global - descriptor based state of the art techniques, using the RL, the CVL, and the ORL face databases, and the COIL-100 image database (containing various types of objects). The obtained results have demonstrated that our approach was able to compete with many existing state of the art object recognition techniques, and to outperform many others. These results have also shown that our method is robust to noise. Finally, we have applied the proposed method on vessels recognition in the framework of maritime surveillance.

Cette recherche se propose de tester en CM2 et en 6ème un nouveau cadre théorique construit à partir d'une part de la théorie des paradigmes géométriques et de la théorie des niveaux de van Hiele. La géométrie à l'école primaire est essentiellement une géométrie spatio-graphique (G1) où les objets sont les représentants d'objets physiques et les validations perceptives. Le niveau de van Hiele que l'élève doit maîtriser à la fin du CM2 est celui de l'identification-visualisation (N1). La géométrie au collège vise à être une géométrie proto-axiomatique (G2) où les objets sont théoriques et les validations de type hypothético-déductif. L'élève doit alors maîtriser le niveau de déduction informelle de van Hiele (N3). <br />Le cadre théorique mis à l'épreuve dans cette étude, propose que le niveau d'analyse (N2) de van Hiele soit une « zone de tuilage » entre les paradigmes géométriques G1 et G2.<br />Des élèves de CM2 et de 6ème ont répondu aux mêmes questions à propos des triangles particuliers, des quadrilatères particuliers, du cercle. <br />L'analyse des réponses a permis de montrer qu'un élève de CM2 ou de 6ème ne pouvait être caractérisé par un mode de fonctionnement dans un paradigme unique ou un seul niveau de van Hiele. Selon l'activité il peut fonctionner dans un paradigme ou dans un autre et témoigner de différents niveaux de van Hiele. Le niveau N2 d'analyse de la théorie de van Hiele se confirme comme la « zone de tuilage » entre les deux paradigmes géométriques. Des activités mettant en évidence ce niveau de van Hiele dans l'un ou l'autre des deux paradigmes permette d'instaurer une continuité dans l'enseignement de la géométrie au passage de l'école primaire vers le collège.

Ce travail de thèse se situe dans le domaine de la géométrie différentielle et a pour objectif l'étude du problème du plongement isométrique généralisé de fibrés vectoriels, dont la résolution permet, entre autres, de montrer l'existence d'analogues des lois de conservation en l'absence de symétries pour des équations aux dérivées partielles. Pour résoudre ce problème, nous le traduisons en termes d'un système différentiel extérieur, et l'existence ou non de variétés intégrales permet non seulement d'affirmer l'existence du plongement isométrique généralisé mais aussi de préciser la dimension de l'espace d'arrivé. En utilisant donc la théorie de Cartan-Kähler, nous résolvons le problème du plongement isométrique généralisé dans le cas des lois de conservations, i.e., lorsque la forme différentielle fermée covariante à valeurs dans le fibré est de degré un de moins que la dimension de la variété. Un corollaire de ce résultat est l'existence de lois de conservations pour le tenseur énergie-impulsion. Nous donnons aussi une réponse positive pour le plongement de 1-formes différentielles et pour le cas d'une 2-forme différentielle anti-auto-duale sur une variété de dimension 4 à valeurs dans un fibré de rang 3 muni d'une métrique et d'une connexion.

Notre étude porte sur les effets didactiques de la symétrie axiale dans l'enseignement et l'apprentissage des transformations du plan au collège. Nous référons à la théorie des champs conceptuels de Vergnaud mais aussi au cadre des paradigmes géométriques et des Espaces de Travail Géométriques (ETG) de Houdement & Kuzniak afin de décrire la nature du travail géométrique en jeu dans l'activité de l'élève. Nous souhaitons déterminer le rôle de la symétrie axiale dans le type de déconstruction des figures, au sens de Duval, au cœur de l'ETG personnel des élèves. A partir de l'analyse d'un questionnaire commun en 5e et en 3e, il apparaît que la stabilité des ETG personnels des élèves de 3e est due à la souplesse d'adaptation des schèmes de la symétrie axiale selon la tâche. Cependant, ces schèmes semblent s'opposer à ceux liés à la rotation, et révèlent ainsi une appréhension des figures différentes selon la transformation en jeu. L'instabilité des ETG personnels des élèves de 5e se manifeste elle par de nombreux amalgames dus à la symétrie axiale. De nombreuses observations de classes en 6e, 5e et 3e d'un même professeur ont permis d'expliciter en partie ces résultats. Certains schèmes construits en classe révèlent des glissements qui semblent négligeables en classe mais se cristallisent ensuite dans les pratiques des élèves. Cette thèse rend également compte de la nature du travail géométrique dans une problématique pratique à travers une enquête auprès de tailleurs de pierre et ébénistes. Cette étude décrit comment la symétrie se révèle un concept « naturalisé » et organisateur de la conduite de l'artisan, dans le cadre d'une géométrie en acte organisée mais figée.

La thèse s'inscrit dans le développement de systèmes d'instrumentation pour les structures intelligentes du génie civil. Elle dresse un panorama des capacités d'un nouveau capteur pour l'évaluation dynamique des ouvrages : l'Extensomètre à fibre optique de Longue Base de mesure Continûment Attaché (ELB-CA). Un modèle analytique complet de la mesure des capteurs est déterminé et appliqué au cas des poutres d'Euler-Bernoulli. Les divers traitements et études (par exemple par analyse en ondelettes) réalisés sur les réponses numériques et expérimentales de l'ELB-CA ont permis de dégager quelques caractéristiques des ELB-CA. Certaines sont spécifiques à la base de mesure du capteur : filtrage de modes pour le contrôle des structures et détection de défauts à partir de la courbure modale. D'autres, comme la détection de non-linéarités géométriques ou l'obtention de formes modales différentes, sont liées au type de mesure réalisée et peuvent s'appliquer à tous les extensomètres.

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La modélisation par éléments finis d'un objet technique conduit souvent à négliger certains détails de structure. C'est en particulier le cas des arêtes et des coins. En effet, la prise en compte précise des rayons de courbure de détails de pièces intégrées dans une grande structure conduit rapidement à des maillages énormes : on les remplace volontiers dans le modèle numérique par des arêtes vives, sans beaucoup perdre sur la précision générale des résultats. C'est par exemple l'expérience des personnes qui modélisent les dispositifs à haute tension, en résolvant l'équation de Laplace associée à des conditions aux limites de type Dirichlet homogène (potentiel électrique imposé sur les parties conductrices) : on constate généralement que les grandeurs globales (par exemple les coefficients de la matrice des capacités partielles) ne sont pas affectées par ce type de simplification de formes. Dans le même temps, certaines grandeurs locales essentielles perdent tout rapport avec leurs valeurs réelles. C'est particulièrement vrai pour le champ électrique donné par les éléments finis autour de ces arêtes vives : le résultat brut est bien difficile à interpréter. Ces points particuliers jouent cependant un rôle important en raison des effets de pointe, et des risques associés de développement d'un arc électrique. Dans la réalité, ce champ dépend du contexte général d'une part, du rayon de courbure réel de l'arête d'autre part, sans qu'on maîtrise bien l'effet de ces deux éléments. Il serait donc utile, après une résolution par éléments finis, de savoir estimer le champ au voisinage de ces singularités, en prenant en compte les rayons de courbure réels, ou même, pour des séries de pièces, la distribution statistique de ces courbures : la question importante est en effet souvent davantage la distribution statistique ou probable des valeurs maximales du champ sur telle ou telle sous-structure, plutôt que l'ensemble des variations de ce champ autour d'elle pour des valeurs précises des rayons de courbure. Nous nous intéressons ici aux liens qui existent entre la solution singulière théorique, la solution numérique obtenue par éléments finis avec un angle vif et une finesse donnée du maillage, et celle qui est obtenue avec un maillage décrivant un arrondi. Notre but, non encore atteint, serait de parvenir à estimer le champ en post-traitement en fonction du rayon de courbure, à partir de la seule résolution par éléments finis en potentiel sur l'angle vif. La méthode devrait aussi nous indiquer a priori comment mailler vers la singularité pour obtenir par ce post traitement une précision donnée sur le champ, pour une gamme prédéterminée de rayons de courbure.

Cette thèse est consacrée à l'étude des premières données prises par le détecteur DØ durant la deuxième phase de fonctionnement du Tevatron (Run II). On a recherché des particules supersymétriques produites dans les collisions proton-antiproton avec une énergie dans le centre de masse de 1,96 TeV. Plus précisément, dans le cadre d'une théorie supersymétrique avec violation de la R-parité, on a étudié la production de paires de jauginos, suivie de la désintégration de chacune des LSP (neutralino 1) produites après cascades, en eeνμ ou eμνe par l'intermédiaire du couplage λ121. Avec la présence dans l'état final d'au moins deux électrons, on s'est particulièrement intéressé dans cette étude aux méthodes d'identification, de reconstruction, de déclenchement, et de corrections (en énergie) appliquées aux particules électromagnétiques. Dans une sélection à trois leptons dont au moins deux électrons, et de l'énergie transverse manquante, aucun évènement n'a été observé dans les 350 pb-1 de données analysées (période 2002-2004), pour 0,4 +0,35-0,05 (stat) ± 0,16 (sys) attendu dans le Modèle Standard. Le signal est sélectionné avec une efficacité totale d'environ 12 %. Les résultats ont été interprétés dans deux modèles : mSUGRA et MSSM. En mSUGRA, des limites sur les valeurs de m1/2, et de la masse des jauginos les plus légers ont été établies pour tanβ = 5, A0 = 0, m0 = 100 et 1000 GeV.c-2 et les deux signes de μ. En MSSM, en considérant des grandes masses de sfermions, on obtient une limite mchargino1 > 200 GeV.c-2 à 95% CL, quelque soit la masse du neutralino1 LSP.