Au cours des dernières décennies, les avancées en termes de technologies robotiques sous-marines ont permis de réaliser des levés sur les fonds marins à l'aide de véhicules sous-marins autonomes (AUV). Ainsi, équiper un AUV avec un sonar latéral permet de scanner une vaste zone de manière rapide. Naturellement, les forces armées se sont intéressées à de tels dispositifs pour effectuer des missions de chasses aux mines rapides et sécurisées pour le facteur humain. Néanmoins, analyser des images sonar par un ordinateur plutôt que par un opérateur reste très complexe. En effet, les chaînes de reconnaissance automatique de cibles (ATR) doivent faire face à la variabilité de l'environnement marin et il a été démontré qu'une forte relation existe entre la texture d'une image et la difficulté d'y détecter des mines. Effectivement, sur des fonds fortement texturés, voire encombrés, les performances d'une chaîne ATR peuvent être très dégradées. Ainsi, intégrer des informations environnementales dans le processus apparaît comme une piste crédible pour améliorer ses performances. Ces travaux de thèse proposent d'étudier la manière de décrire cet environnement marin et comment l'intégrer dans un processus ATR. Pour répondre à ces défis, nous proposons tout d'abord une nouvelle représentation des images sonar basée sur l'utilisation du signal monogène. Ce dernier permet d'extraire des informations énergétiques, géométriques et structurelles sur la texture locale d'une image. La nature multi-échelle de cet outil permet de tenir compte de la variabilité en taille des structures sous-marines. Ensuite, le concept de dimension intrinsèque est introduit pour décrire une image sonar en termes d'homogénéité, d'anisotropie et de complexité. Ces trois descripteurs sont directement reliés à la difficulté de détection des mines sous-marines dans un fond texturé et permettent de réaliser une classification très précise des images sonar en fonds homogènes, anisotropes et complexes. De notre point de vue, la chasse aux mines sous-marines ne peut pas être réalisée de la même manière sur ces trois types de fond. En effet, leurs natures et caractéristiques propres mènent à des challenges variés pour le processus ATR. Pour le démontrer, nous proposons de réaliser un premier algorithme de détection spécifique, appliqué aux zones anisotropes, qui prend en considération les caractéristiques environnementales de ces régions. / In the last decades, advances in marine robot technology allowed to perform accurate seafloor surveys by means of autonomous underwater vehicles (AUVs). Thanks to a sidescan sonar carried by an AUV, a wide area can be scanned quickly. Navies are really interested in using such vehicles for underwater mine countermeasures (MCM) purposes, in order to perform mine hunting missions rapidly and safely for human operators. Nevertheless, on-board intelligence, which intends to replace human operator for sonar image analysis, remains challenging. Current automatic target recognition (ATR) processes have to cope with the variability of the seafloor. Indeed, there is a strong relationship between the seafloor appearance on sidescan sonar images and the underwater target detection rates. Thus, embed some environmental information in the ATR process seems to be a way for achieving more effective automatic target recognition. In this thesis, we address the problem of improving the ATR process by taking into account the local environment. To this end, a new representation of sonar images is considered by use of the theory of monogenic signal. It provides a pixelwise energetic, geometric and structural information into a multi-scale framework. Then a seafloor characterization is carried out by estimating the intrinsic dimensionality of the underwater structures so as to describe sonar images in terms of homogeneity, anisotropy and complexity. These three features are directly linked to the difficulty of detecting underwater mines and enable an accurate classification of sonar images into benign, rippled or complex areas. From our point of view, underwater mine hunting cannot be performed in the same way on these three seafloor types with various challenges from an ATR point of view. To proceed with this idea, we propose to design a first specific detection algorithm for sand rippled areas. This algorithm takes into consideration an environmental description of ripples which allow to outperform classic approaches in this type of seafloor.

Certaines maladies héréditaires monogéniques sont caractérisées par une grande hétérogénéité génétique. Chez des individus présentant un phénotype clinique similaire, les mutations causales peuvent être retrouvées dans un des gènes parmi un sous-ensemble décrits comme impliqués dans la maladie. Cette hétérogénéité génétique limite considérablement les offres diagnostiques pour les patients, et une majorité reste sans diagnostic moléculaire. Nous avons développé une approche diagnostique alternative par séquençage à haut débit ciblé (ciblant spécifiquement les régions codantes des gènes d’intérêt par capture d’exons), au travers de trois pathologies génétiquement hétérogènes : le syndrome de Bardet-Biedl (19 gènes décrits), les leucodystrophies (50 gènes), et la déficience intellectuelle (>400 gènes). Au vu de son efficacité dans le syndrome de Bardet-Biedl et la déficience intellectuelle (80% et 25% de mutations détectées respectivement, soit des taux nettement supérieurs à ceux des méthodes précédentes), elle est depuis appliquée en routine diagnostique. Au-delà du diagnostic, cette approche permet de manière non biaisée de revoir la contribution de chacun des gènes dans la pathologie et donc d’identifier les gènes récurrents, et d’établir de nouvelles corrélations génotype/phénotype. / Some monogenic disorders are characterized by a vast genetic heterogeneity. In individuals with similar clinical phenotype, causative mutations can be found in one gene from a subset described as implicated in the disease. Such genetic heterogeneity limits considerably the diagnostic offer for the patients, and a majority is left without molecular diagnosis. We developed an alternative diagnostic approach by targeted high throughput sequencing (specific to the coding regions of genes of interest by a technique of exon capture) through three genetically heterogeneous disorders: Bardet-Biedl syndrome (19 genes reported), leukodystrophies (50 genes), and intellectual disability (>400 genes). In light of its efficiency, this approach has since been implemented in diagnostic routine for Bardet-Biedl syndrome and intellectual disability (80% and 25% of diagnostic yields respectively, significantly higher than those of previous methods). Beyond diagnosis, this approach allows unbiased means to assess the contribution of each gene in the disease and highlight recurrent genes, and establish new correlations genotype to phenotype, overall providing much insight in the genetics of a particular disease.

Maternal diet can have a great impact on the health and development of the fetus. Poor fetal nutrition has been linked to the development of a set of conditions in later life, such as coronary heart disease, type 2 diabetes and hypertension, while restricted growth can result in hypogylcemia, hypocalcemia, hypothermia, polycythemia, hyperbilirubinemia and cerebral palsy. High alcohol consumption during pregnancy can result in Fetal Alcohol Syndrome, a condition that can cause growth retardation, lowered intelligence and craniofacial defects. Current biometric assessment of the fetus involves size-based measures which may not accurately portray the state of fetal development, since they cannot differentiate cases of small-but-healthy or large-but-unhealthy fetuses. This thesis aims to outline a set of more appropriate measures of accurately capturing the state of fetal development. Specifically, soft tissue area and liver volume measurement are examined, followed by facial shape characterisation. A number of tools are presented which aim to allow clinicians to achieve accurate segmentations of these landmark regions. These are modifications on the Live Wire algorithm, an interactive segmentation method in which the user places a number of anchor points and a minimum cost path is calculated between the previous anchor point and the cursor. This focuses on giving the clinician intuitive control over the exact position of the segmented contour. These modifications are FA-S Live Wire, which utilises Feature Asymmetry and a weak shape constraint, ASP Live Wire, which is a 3D expansion of Live Wire, and FA-O Live Wire, which uses Feature Asymmtery and Local Orientation to guide the segmentation process. These have been designed with each of the specific biometric landmarks in mind. Finally, a method of characterising fetal face shape is proposed, using a combination of the segmentation methods described here and a simple shape model with a parameterised b-spline meshing approach to facial surface representation.

In dieser Arbeit wird eine neue Theorie der quaternionischen Funktionen vorgestellt, welche das Problem der Bestapproximation von Familien prolater und oblater sphäroidalen Funktionen im Hilberträumen behandelt. Die allgemeine Theorie beginnt mit der expliziten Konstruktion von orthogonalen Basen für Räume, definiert auf sphäroidalen Gebieten mit beliebiger Exzentrizität, deren Elemente harmonische, monogene und kontragene Funktionen sind und durch die Form der Gebiete parametrisiert werden. Eine detaillierte Studie dieser grundlegenden Elemente wird in dieser Arbeit durchgeführt. Der Begriff der kontragenen Funktion hängt vom Definitionsbereich ab und ist daher keine lokale Eigenschaft, während die Begriffe der harmonischen und monogenen Funktionen lokal sind. Es werden verschiedene Umwandlungsformeln vorgestellt, die Systeme harmonischer, monogener und kontragener Funktionen auf Sphäroiden unterschiedlicher Exzentrizität in Beziehung setzen. Darüber hinaus wird die Existenz gemeinsamer nichttrivialer kontragener Funktionen für Sphäroide jeglicher Exzentrizität gezeigt. Der zweite wichtige Beitrag dieser Arbeit betrifft eine quaternionische Raumfrequenztheorie für bandbegrenzte quaternionische Funktionen. Es wird eine neue Art von quaternionischen Signalen vorgeschlagen, deren Energiekonzentration im Raum und in den Frequenzbereichen unter der quaternionischen Fourier-Transformation maximal ist. Darüber hinaus werden diese Signale im Kontext der Spektralkonzentration als Eigenfunktionen eines kompakten und selbstadjungierteren quaternionischen Integraloperators untersucht und die grundlegenden Eigenschaften ihrer zugehörigen Eigenwerte werden detailliert beschrieben. Wenn die Konzentrationsgebiete beider Räume kugelförmig sind, kann der Winkelanteil dieser Signale explizit gefunden werden, was zur Lösung von mehreren eindimensionalen radialen Integralgleichungen führt. Wir nutzen die theoretischen Ergebnisse und harmonische Konjugierten um Klassen monogener Funktionen in verschiedenen Räumen zu konstruieren. Zur Charakterisierung der monogenen gewichteten Hardy- und Bergman-Räume in der Einheitskugel werden zwei konstruktive Algorithmen vorgeschlagen. Für eine reelle harmonische Funktion, die zu einem gewichteten Hardy- und Bergman-Raum gehört, werden die harmonischen Konjugiert in den gleichen Räumen gefunden. Die Beschränktheit der zugrundeliegenden harmonischen Konjugationsoperatoren wird in den angegebenen gewichteten Räumen bewiesen. Zusätzlich wird ein quaternionisches Gegenstück zum Satz von Bloch für monogene Funktionen bewiesen. / This work presents a novel Quaternionic Function Theory associated with the best approximation problem in the setting of Hilbert spaces concerning families of prolate and oblate spheroidal functions. The general theory begins with the explicit construction of orthogonal bases for the spaces of harmonic, monogenic, and contragenic functions defined in spheroidal domains of arbitrary eccentricity, whose elements are parametrized by the shape of the corresponding spheroids. A detailed study regarding the elements that constitute these bases is carried out in this thesis. The notion of a contragenic function depends on the domain, and, therefore, it is not a local property in contrast to the concepts of harmonic and monogenic functions. Various conversion formulas that relate systems of harmonic, monogenic, and contragenic functions associated with spheroids of differing eccentricity are presented. Furthermore, the existence of standard nontrivial contragenic functions is shown for spheroids of any eccentricity. The second significant contribution presented in this work pertains to a quaternionic space-frequency theory for band-limited quaternionic functions. A new class of quaternionic signals is proposed, whose energy concentration in the space and the frequency domains are maximal under the quaternion Fourier transform. These signals are studied in the context of spatial-frequency concentration as eigenfunctions of a compact and self-adjoint quaternion integral operator. The fundamental properties of their associated eigenvalues are described in detail. When the concentration domains are spherical in both spaces, the angular part of these signals can be found explicitly, leading to a set of one-dimensional radial integral equations. The theoretical framework described in this work is applied to the construction of classes of monogenic functions in different spaces via harmonic conjugates. Two constructive algorithms are proposed to characterize the monogenic weighted Hardy and Bergman spaces in the Euclidean unit ball. For a real-valued harmonic function belonging to a Hardy and a weighted Bergman space, the harmonic conjugates in the same spaces are found. The boundedness of the underlying harmonic conjugation operators is proven in the given weighted spaces. Additionally, a quaternionic counterpart of Bloch’s Theorem is established for monogenic functions.

Αντικείμενο της παρούσας εργασία είναι ο υπολογισμός και η ταξινόμηση, με βάση το σύστημα, BIRADS της πυκνότητας του μαστού από εικόνες μαστογραφίας. Στα πλαίσια της προσπάθειας αυτής αναπτύχθηκε ολοκληρωμένο υπολογιστικό σύστημα σε γραφικό περιβάλλον ως λογισμικό πακέτο, σε γλώσσα Visual C++ .NET . Το υπολογιστικό αυτό σύστημα δέχεται σαν είσοδο εικόνες μαστογραφίας σε οποιοδήποτε από τα δημοφιλή bitmap format εικόνων όπως jpeg και tiff καθώς και DICOM αρχεία. Η λειτουργία του μπορεί να χωριστεί σε τρία στάδια: το στάδιο της προεπεξεργασίας, το στάδιο απομόνωσης της περιοχής του μαστού και το στάδιο καθορισμού της πυκνότητας του μαστού. Στο πρώτο στάδιο παρέχονται μια σειρά από στοιχειώδη εργαλεία επεξεργασίας εικόνας όπως εργαλεία περιστροφής, αποκοπής και αλλαγής αντίθεσης . Επιπρόσθετα παρέχεται η δυνατότητα Ανισοτροπικού Φιλτραρίσματος της εικόνας. Στο δεύτερο στάδιο γίνεται η απομόνωση της περιοχής του μαστού είτε απευθείας από τον χρήστη είτε αυτόματα με χρήση των ιδιοτήτων του μονογονικού (monogenic) σήματος για την αφαίρεση του παρασκηνίου (background) καθώς και κυματιδίων Gabor για τον διαχωρισμού του θωρακικού μυός. Στο τρίτο στάδιο παρέχεται η δυνατότητα ταξινόμησης της πυκνότητας του μαστού από τον χρήστη με τον καθορισμό κατάλληλου κατωφλίου των επιπέδων γκρίζου της εικόνας αλλά και η δυνατότητα αυτόματης ταξινόμησης της πυκνότητας του μαστού κατά BIRADS με χρήση Δομικών Στοιχείων Υφής (textons) και της τεχνικής pLSA. Όλες οι παραπάνω λειτουργίες παρέχονται μέσω μίας κατά το δυνατόν φιλικότερης προς τον χρήστη διεπαφής. / The present thesis aims at the classification of breast tissue according to BIRADS system based on texture features. To this end an integrated software system was developed in visual C ++. The system takes as inputs pictures in most of the popular bitmap formats like .jpeg and .till as well as DICOM. The functionality of the system is provided by three modules: (a) pre-processing module, (b) breast segmentation module and (c) the breast tissue density classification module. In the pre-processing module a set tools for image manipulation (rotation, crop, gray level adjustment) are available which are accompanied by the ability to perform anisotropic filtering to the input image. In the second module, the user has the ability to interactively define the actual borders of the breast or ask the system to perform it automatically. Automatic segmentation is a two step procedure; in the first step breast tissue is separated from its background by using the characteristics of monogenic signals, while in the second step the pectoral muscle region is subtracted using Gabor wavelets. In the density classification module the user can either ask for a calculation of breast density based on user-defined grey level threshold or perform an automatic BIRADS-based classification using texture characteristics in conjunction with Probabilistic Latent Semantic Analysis (pLSA) algorithm. Special emphasis was given to the development of a functional and user-friendly interface.

La tâche la plus délicate d'un système de reconnaissance faciale est la phase d'extraction de caractéristiques significatives et discriminantes. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes focalisés sur cette tâche avec comme objectif l'élaboration d'une représentation de visage robuste aux variations majeures suivantes: variations d'éclairage, de pose, de temps, images de qualité différentes (vidéosurveillance). Par ailleurs, nous avons travaillé également dans une optique de traitement temps réel. Tout d'abord, en tenant compte des caractéristiques d'orientation des traits principaux du visages (yeux, bouche), une nouvelle variante nommée ELBP de célèbre descripteur LBP a été proposée. Elle s'appuie sur les informations de micro-texture contenues dans une ellipse horizontale. Ensuite, le descripteur EPOEM est construit afin de tenir compte des informations d'orientation des contours. Puis un descripteur nommée PLPQMC qui intégre des informations obtenues par filtrage monogénique dans le descripteur LPQ est proposé. Enfin le descripteur LPOG intégrant des informations de gradient est présenté. Chacun des descripteurs proposés est testé sur les 3 bases d'images AR, FERET et SCface. Il en résulte que les descripteurs PLPQMC et LPOG sont les plus performants et conduisent à des taux de reconnaissance comparables voire supérieur à ceux des meilleurs méthodes de l'état de l'art. / Centered around feature extraction, the core task of any Face recognition system, our objective is devising a robust facial representation against major challenges, such as variations of illumination, pose and time-lapse and low resolution probe images, to name a few. Besides, fast processing speed is another crucial criterion. Towards these ends, several methods have been proposed through out this thesis. Firstly, based on the orientation characteristics of the facial information and important features, like the eyes and mouth, a novel variant of LBP, referred as ELBP, is designed for encoding micro patterns with the usage of an horizontal ellipse sample. Secondly, ELBP is exploited to extract local features from oriented edge magnitudes images. By this, the Elliptical Patterns of Oriented Edge Magnitudes (EPOEM) description is built. Thirdly, we propose a novel feature extraction method so called Patch based Local Phase Quantization of Monogenic components (PLPQMC). Lastly, a robust facial representation namely Local Patterns of Gradients (LPOG) is developed to capture meaningful features directly from gradient images. Chiefs among these methods are PLPQMC and LPOG as they are per se illumination invariant and blur tolerant. Impressively, our methods, while offering comparable or almost higher results than that of existing systems, have low computational cost and are thus feasible to deploy in real life applications.

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Erstellung einer Übersicht über alle monogenen Erbkrankheiten und -Merkmale bei Hunden, deren molekulargenetische Ursachen bisher (Stand: Oktober 2007) identifiziert werden konnten. Ein besonderer Schwerpunkt lag dabei auf der Darstellung der verfügbaren Genotypisierungsmethoden.Im Vergleich zu anderen Spezies herrscht auf dem Gebiet der Genomanalyse bei Hunden eine auffallend hohe Forschungsaktivität. Die erste Kopplungskarte wurde 1997 veröffentlicht und ist seitdem stetig erweitert worden. Seit 2001 steht eine integrierte Kopplungskarte zu Verfügung. Ein weiterer Meilenstein war die erste Assemblierung der Sequenz des gesamten caninen Genoms CanFam1.0 im Juli 2004. Seit Mai 2005 ist eine überarbeitete Version (CanFam2.0, Mai 2005) verfügbar. Das große Interesse an der Spezies Canis familiaris in diesem Zusammenhang ist vor allem durch die besondere Eignung des Hundes als Modelltier für humane Erbkrankheiten und -merkmale begründet. Die relativ starke Inzucht innerhalb von Rassen führt zum Auftreten zahlreicher monogener Erbkrankheiten, die phänotypisch und, wie die Forschungsergebnisse der letzten Jahre zeigen, häufig auch genotypisch homolog zu Erkrankungen des Menschen sind. Die Zahl der beim Hund im Zusammenhang mit Erbkrankheiten oder bestimmten morphologischen Merkmalen identifizierten Genmutationen ist in den letzten Jahren rapide angestiegen.Die Nutzung der ständig wachsenden Menge an Daten, die sich aus der beschriebenen Entwicklung ergeben, ist nicht nur für die humanmedizinische Forschung von Interesse, sondern bietet Hundezüchtern die Möglichkeit, über den Einsatz molekulargenetischer Genotypisierungsmethoden mit einer hohen Effizienz gegen Erbkrankheiten und unerwünschte morphologische Merkmale zu selektieren.Inzwischen konnten 86 pathogene Mutationen in 64 Genen als Ursache für bestimmte canine Erbkrankheiten identifiziert werden. Für 66 Mutationen sind DNA-Tests etabliert worden. Ein weiterer DNA-Test zum Nachweis einer pathogenen Mutation beruht auf der Assoziation eines Haplotyps mit der nachzuweisenden Erkrankung. Außerdem sind neun Polymorphismen in fünf Genen beschrieben worden, die mit bestimmten Farbvarianten des Fells und der Nase assoziiert sind. Für sieben dieser Polymorphismen sind DNA-Tests entwickelt worden. (Stand: Oktober 2007)Trotz zahlreicher Quellen (OMIA, Liste der Universität Bern: Gentests beim Hund , Internetseiten verschiedener Firmen und Einrichtungen, die Gentests anbieten und Patentschriften) sind die wesentlichen Detailinformationen oft erst nach längerem Suchen auffindbar. Die vorliegende Arbeit bietet die Grundlage für die Erstellung eines Handbuches, um Tierärzten und Hundezüchtern den Zugang zu verfügbaren DNA-Tests bei Hunden zu erleichtern.