Depuis une dizaine d'années, la transformée en ondelettes a été reconnue comme un outil privilégié d'analyse des objets fractals, en permettant de définir un formalisme multifractal généralisé des mesures aux fonctions. Dans une première partie, nous utilisons la méthode MMTO (Maxima du Module de la Transformée en Ondelettes) 2D, outil d'analyse multifractale en traitement d'images pour étudier des mammographies. On démontre les potentialités de la méthode pour le problème de la segmentation de texture rugueuse et la caractérisation géométrique d'amas de microcalcifications, signes précoces d'apparition du cancer du sein. Dans une deuxième partie méthodologique, nous généralisons la méthode MMTO pour l'analyse multifractale de données 3D scalaires et vectorielles, en détaillant la mise en oeuvre numérique et un introduisant la transformée en ondelettes tensorielle. On démontre en particulier que l'utilisation d'une technique de filtres récursifs permet un gain de 25 a 60 \% en temps de calcul suivant l'ondelette analysatrice choisie par rapport à un filtrage par FFT. La méthode MMTO 3D est appliquée sur des simulations numériques directes (SND) des équations de Navier-Stokes en régime turbulent. On montre que les champs 3D de dissipation et d'enstrophie pour des nombres de Reynolds modérés sont bien modélisés par des processus multiplicatifs de cascades non-conservatifs comme en témoigne la mesure de l'exposant d'extinction $\kappa$ qui diffère significativement de zéro. On observe en outre que celui-ci diminue lorsqu'on augmente le nombre de Reynolds. Enfin, on présente les premiers résultats d'une analyse multifractale pleinement vectorielle des champs de vitesse et de vorticité des mêmes simulations numériques en montrant que la valeur du paramètre d'intermittence $C_2$, mesuré par la méthode MMTO 3D tensorielle, est significativement plus grande que celle obtenue en étudiant les incréments de vitesse longitudinaux 1D.

Dans le cadre d'une analyse par ondelettes, nous nous intéressons à l'étude statistique d'une classe particulière d'espaces de Lorentz : les espaces de Besov faibles qui apparaissent naturellement dans le contexte de la théorie maxiset. Avec des hypothèses de type "bruit blanc gaussien", nous montrons, grâce à des techniques bayésiennes, que les vitesses minimax des espaces de Besov forts ou faibles sont les mêmes. Les distributions les plus défavorables que nous exhibons pour chaque espace de Besov faible sont construites à partir des lois de Pareto et diffèrent en cela de celles des espaces de Besov forts. Grâce aux simulations de ces distributions, nous construisons des représentations visuelles des "ennemis typiques". Enfin, nous exploitons ces distributions pour bâtir une procédure d'estimation minimax, de type "seuillage" appelée ParetoThresh, que nous étudions d'un point de vue pratique. Dans un deuxième temps, nous nous plaçons sous le modèle hétéroscédastique de bruit blanc gaussien et sous l'approche maxiset, nous établissons la sous-optimalité des estimateurs linéaires par rapport aux procédures adaptatives de type "seuillage". Puis, nous nous interrogeons sur la meilleure façon de modéliser le caractère "sparse" d'une suite à travers une approche bayésienne. À cet effet, nous étudions les maxisets des estimateurs bayésiens classiques - médiane, moyenne - associés à une modélisation construite sur des densités à queues lourdes. Les espaces maximaux pour ces estimateurs sont des espaces de Lorentz, et coïncident avec ceux associés aux estimateurs de type "seuillage". Nous prolongeons de manière naturelle ce résultat en obtenant une condition nécessaire et suffisante sur les paramètres du modèle pour que la loi a priori se concentre presque sûrement sur un espace de Lorentz précis.

Dans cette thèse, nous nous intéressons, à la <br />caractérisation, sur des images météorologiques infrarouges, des systèmes convectifs <br />susceptibles d'engendrer de fortes pluies. <br />L'étude des propriétés statistiques des phénomènes <br />observés révèle une évolution chaotique, mise en évidence par l'invariance d'échelle de <br />certaines grandeurs significatives. Pour les étudier, nous introduisons des méthodes <br />multiéchelles de traitement d'image dérivées de concepts <br />thermodynamiques et qui constituent un prolongement des méthodes <br />d'analyse de la turbulence. Nous utilisons tout d'abord un modèle <br />multifractal afin de détecter les singularités du signal et d'extraire, <br />dans une décomposition hiérarchique de l'image, des structures <br />pertinentes pour la compréhension des mécanismes atmosphériques. <br />Nous proposons ensuite une extension de ce modèle <br />permettant d'exhiber les zones de diffusion de la <br />luminance dans l'image et d'identifier les zones de convection associées aux <br />précipitations.

L'objectif de cette thèse est de valider l'hypothèse selon laquelle le codage par objets vidéo peut permettre d'obtenir des gains significatifs en utilisant le codage dynamique (mise en concurrence de plusieurs codeurs pour chaque objet vidéo). Afin de répondre à cet objectif, différents points ont été étudiés. Le premier point concerne l'étude de la segmentation en objet vidéo de manière automatique. Nous avons proposé un modèle d'objet faisant intervenir la notion de suivi long terme via la représentation d'un objet sous la forme mouvement/texture (avec l'utilisation d'un maillage actif pour représenter le mouvement). Un algorithme de clustering 3D a été développé basé sur ce modèle. Dans un deuxième temps, nous nous sommes attaché à l'amélioration des techniques de codage objet via la hiérarchisation ("scalabilité") du flux vidéo. Pour cela, nous utilisons un schéma de codage ondelette 3D et nous introduisons notamment un codage de contours avec perte. Enfin le dernier point étudié concerne le codage dynamique d'objets vidéo (mise en concurrence de plusieurs codeurs pour chaque objet vidéo). Les codeurs utilisés sont : le codeur H264/AVC, un codeur ondelette 3D, un codeur 3D et un codeur par mosaïque. La répartition automatique des débits permet d'obtenir des résultats dépassant ceux produits par chaque codeur pris séparément, tout en offrant le découpage du flux en objets vidéo. Mots clés : Segmentation en objets vidéo, segmentation long terme, modèle d'objet vidéo, fonctionelle d'énergie, clustering, maillage actif, mosaïque, codage vidéo, codage d'objet vidéo, décorrélation mouvement texture forme, hiérarchisation : scalabilté, ondelettes spatiotemporelles, ondelette 3D, codage de contour, codage de forme, prolongement : padding, codage dynamique, codage concurrentiel, optimisation débit-distorsion, répartition des débits, antialiasing.

La karstologie représente une discipline nouvelle dans le contexte des sciences de la terre. La paternité a été réclamée au cours du temps par la géographie, la géologie, la climatologie, l'hydrogéologie. En fonction de l'intérêt accordé à certains aspects du karst, chacune de ces disciplines s'arroge des droits, plus ou moins justifiés, sur la karstologie.<br />Pour quelqu'un qui vient d'une autre d'école il n'est ne pas toujours facile d'intégrer deux approches différentes. Le compromis ne peut être trouvé que si on abandonne tout parti pris.<br />C'est cette position d'impartialité qui permet de mieux juger quels sont les arguments pour ou contre de chaque partie et d'intégrer le tout dans une vision d'ensemble pour réconcilier les différents aspects.<br />C'est le cas de cette étude. Démarré sur une position orientée vers la morphologie, on s'est aperçu assez vite de la rigueur de l'approche fonctionnelle développée au sein du Laboratoire du Moulis. Les nombreux exemples étudiés, qui font le sujet d'autant d'ouvrages publiés, montrent la réalité physique de cette approche. Il est de plus en plus accepté à l'heure actuelle que le karst ait une fonctionnalité spécifique, que cette fonctionnalité consiste dans un drainage souterrain auto organisé et que la morphologie karstique peut être assimilée à la structure spatiale qui assure ce type de fonctionnement. Tout cela est le résultat de la karstification, qui représente l'action simultanée de deux processus intimement liés : l'écoulement de l'eau et la dissolution.<br />A partir de cette base, le but de l'étude est de voir comment et jusqu'au quel point la géologie influence la karstification.<br />Pour répondre à ces questions, tout le long de cette étude il a été tenu compte des deux principes.<br />D'abord, le principe de la réalité. Ainsi, la relation géologie – karstification a été toujours cherchée à partir de cas réels. Cela a permis d'assurer une certaine objectivité des observations même si une généralisation n'était pas possible dans tous les cas.<br />Le second principe est celui de la quantification. La relation géologie – karst est traitée, souvent, d'une façon descriptive, ce qui induit une appréciation qualitative du phénomène.<br />L'interprétation qualitative peut être, souvent, atteint par un subjectivisme qui, même si involontaire, va fausser les résultats de la démarche scientifique. Pour éviter cela, là où il a été possible on a choisi la quantification des phénomènes. Cette opération a permis l'acquisition de données numériques qui ont pu être traitées ensuite à l'aide d'outils mathématiques. Avec cette démarche, on assure un caractère beaucoup plus rigoureux pour les interprétations.<br />Enfin, la structure de cette étude a été imposée par le caractère multiéchelles de la géologie.<br />En relation avec le karst, on peut décrire la géologie comme l'ensemble de toutes les propriétés structurales, tectoniques, lithologiques et pétrographiques du substrat. En partant de la structure géologique jusqu'à la pétrographie on voit que les plages d'échelles spatiales sont très étalées. Comme la karstification intervient à toutes les échelles, une réponse complète sur la relation géologie – karstification devrait prendre en compte cette relation à toutes les échelles.<br />C'est la raison pour laquelle on a choisi d'étudier cette relation à trois échelles spatiales différentes. La structure de l'étude va suivre ces trois échelles. Même si les trois chapitres paraissent assez indépendants, la liaison entre eux est assurée par le fait qu'ils traitent tous de la même problématique : la relation géologie – karstification. Bien sûr, en fonction de l'échelle, les facteurs géologiques qui entrent en jeu sont différents. De même, étant donnés les particularités de chaque échelle, on a choisi les méthodes les plus appropriées pour l'étude de cette relation.<br />Ainsi, le premier chapitre va regarder l'influence de la géologie à l ‘échelle du massif.<br />Deux massifs karstiques ont été choisis : le massif d'Obarsia-Closani – Piatra Mare (Roumanie) et le massif d'Arbas (France). Les deux massifs vont être traités de la même manière. Après une présentation concise de la situation géologique, on va essayer de caractériser de façon la plus complète possible le karst développé sur chaque massif. On prend en compte la structure du karst (l'exokarst et l'endokarst) ainsi que le fonctionnement.<br />Un sous chapitre à part est dédié à l'étude des plans de drainage et à l'interprétation de leur distribution par rapport aux structures fonctionnelles du karst. Pour chaque massif, on essaye de mettre en évidence le rôle joué par les facteurs géologiques pour la mise en place du karst. Finalement, la comparaison entre les deux cas étudiés va permettre de tirer certaines conclusions sur la relation géologie – karstification à l'échelle du massif.<br />Suivant la logique de l'étude, le deuxième chapitre est consacré à la relation géologie – karstification à l'échelle de l'affleurement. A ce niveau, on a choisi d'analyser la morphologie des parois de grottes. Les grottes sont d'anciennes structures fonctionnelles du karst. Donc, les parois de grottes vont rendre compte dans une certaine mesure du fonctionnement du karst à cette échelle. Si les facteurs géologiques, qui apparaissent à ce niveau, jouent un rôle par rapport à la karstification, cette influence doit se retrouver sur la morphologie des parois.<br />La morphologie est quantifier à partir des profils en 1D. Ces profils ont été mesurés dans des grottes situées aussi bien en Roumanie qu'en France, dans des situations géologiques très différentes et avec une diversité fonctionnelle et évolutive évidente. Autant que possible, on a voulu couvrir une diversité morphologique la plus large possible. Dans un but de comparaison, un profil n'ayant pas subi de karstification a été mesuré dans une carrière. Les données sont traitées par l'intermédiaire de l'analyse fractale, spectrale, représentations en log-log des spectres, analyse en ondelettes continues et multirésolution. L'interprétation des résultats fournis par ces analyses va permettre de tirer certaines conclusions sur la relation géologie – karstification à l'échelle de l'affleurement.<br />Le dernier chapitre est réservé à l'échelle microscopique. A ce niveau les paramètres géologiques qui peuvent intervenir sur la karstification sont de nature pétrographique. Donc, on se propose de regarder de plus prés, la relation entre la pétrographie des roches calcaires et la dissolution. Dans cette relation on dispose d'une variable quantifiable – le taux de dissolution – et une variable qualitative – la pétrographie.<br />Toujours dans le but d'avoir une interprétation plus rigoureuse, il est proposé une méthode de quantification de la pétrographie des roches calcaires à partir des images en tons de gris. Ensuite, les variables utilisées pour la quantification sont analysées pour vérifier la justesse de la méthode proposée.<br />Le taux de dissolution est obtenu à partir d'expériences de dissolution, menées sur les mêmes échantillons pour lesquelles a été quantifiée la pétrographie, dans des conditions hydrodynamiques différentes.<br />Une dernière analyse est réalisée à partir des variables pétrographiques auxquelles on ajoute les taux de dissolution. Les résultats de cette analyse vont permettre de conclure sur la relation géologie – karstologie à l'échelle microscopique.<br />Finalement, en rappelant les résultats obtenus à chaque niveau d'échelle il est possible d'essayer de les intégrer dans une vision d'ensemble sur le karst et la karstification.

Les signaux électroencéphalographiques enregistrés chez les patients épileptiques reflètent, en dehors des périodes correspondant aux crises d'épilepsie, des signaux transitoires appelés "activités épileptiformes" (AE). L'analyse des AE peut contribuer à l'étude des épilepsies partielles pharmaco-résistantes. Une méthode de caractérisation de la dynamique spatio-temporelle des AE dans des signaux EEG de profondeur est présentée dans ce document. La méthode est constituée de quatre étapes:<br /><br />1. Détection des AE monovoie. La méthode de détection, qui repose sur une approche heuristique, utilise un banc de filtres en ondelettes pour réhausser la composante pointue des AE (généralement appelée "spike" dans la littérature). La valeur moyenne des statistiques obtenues en sortie de chaque filtre est ensuite analysée avec un algorithme de Page-Hinkley dans le but de détecter des changements abrupts correspondant aux spikes.<br /><br />2. Fusion des AE. Cette procédure recherche des co-occurrences entre AE monovoie à l'aide d'une fenêtre glissante puis forme des AE multivoies.<br /><br />3. Extraction des sous-ensembles de voies fréquement et significativement activées lors des AE multivoies (appelés "ensembles d'activation").<br /><br />4. Evaluation de l'éxistence d'un ordre d'activation temporel reproductible (éventuellement partiel) au sein de chaque ensemble d'activation.<br /><br />Les méthodes proposées dans chacune des étapes ont tout d'abord été évaluées à l'aide de signaux simulés (étape 1) ou à l'aide de models Markoviens (étapes 2-4). Les résultats montrent que la méthode complète est robuste aux effets des fausses-alarmes. Cette méthode a ensuite été appliquée à des signaux enregistrés chez 8 patients (chacun contenant plusieurs centaines d'AE). Les résultats indiquent une grande reproductibilité des distributions spatio-temporelles des AE et ont permis l'identification de réseaux anatomo-fonctionnels spécifiques.

Cette thèse a pour objet l'étude des<br />propriétés statistiques d'algorithmes d'apprentissage dans le cas de<br />l'estimation de la régression et de la densité. Elle est divisée en<br />trois parties.<br /><br />La première partie consiste en une généralisation des théorèmes<br />PAC-Bayésiens, sur la classification, d'Olivier Catoni, au cas de la régression avec une fonction de perte<br />générale.<br /><br />Dans la seconde partie, on étudie plus particulièrement le cas de la<br />régression aux moindres carrés et on propose un nouvel algorithme de<br />sélection de variables. Cette méthode peut être appliquée notamment<br />au cas d'une base de fonctions orthonormales, et conduit alors à des<br />vitesses de convergence optimales, mais aussi au cas de fonctions de<br />type noyau, elle conduit alors à une variante des méthodes dites<br />"machines à vecteurs supports" (SVM).<br /><br />La troisième partie étend les résultats de la seconde au cas de<br />l'estimation de densité avec perte quadratique.

L'objectif de ce travail est de développer une méthode capable de déterminer automatiquement l'état de vigilance chez l'humain. Les applications envisageables sont multiples. Une telle méthode permettrait par exemple de détecter automatiquement toute modification de l'état de vigilance chez des personnes qui doivent rester dans un état de vigilance élevée (par exemple, les pilotes ou les personnels médicaux). Dans ce travail, les signaux électroencéphalographiques (EEG) de 58 sujets dans deux états de vigilance distincts (état de vigilance haut et bas) ont été recueillis à l'aide d'un casque à 58 électrodes posant ainsi un problème de classification binaire. Afin d'envisager une utilisation de ces travaux sur une application du monde réel, il est nécessaire de construire une méthode de prédiction qui ne nécessite qu'un faible nombre de capteurs (électrodes) afin de limiter le temps de pose du casque à électrodes ainsi que son coût. Au cours de ces travaux de thèse, plusieurs approches ont été développées. Une première approche propose d'utiliser un pré-traitement des signaux EEG basé sur l'utilisation d'une décomposition en ondelettes discrète des signaux EEG afin d'extraire les contributions de chaque fréquence dans le signal. Une régression linéaire est alors effectuée sur les contributions de certaines de ces fréquences et la pente de cette régression est conservée. Un algorithme génétique est utilisé afin d'optimiser le choix des fréquences sur lesquelles la régression est réalisée. De plus, cet algorithme génétique permet la sélection d'une unique électrode. Une seconde approche est basée sur l'utilisation du Common Spatial Pattern (CSP). Cette méthode permet de définir des combinaisons linéaires des variables initiales afin d'obtenir des signaux synthétiques utiles pour la tâche de classification. Dans ce travail, un algorithme génétique ainsi que des méthodes de recherche séquentielle ont été proposés afin de sélectionner un sous groupes d'électrodes à conserver lors du calcul du CSP. Enfin, un algorithme de CSP parcimonieux basé sur l'utilisation des travaux existant sur l'analyse en composantes principales parcimonieuse a été développé. Les résultats de chacune des approches seront détaillés et comparés. Ces travaux ont aboutit sur l'obtention d'un modèle permettant de prédire de manière rapide et fiable l'état de vigilance d'un nouvel individu.

Cette thèse présente une nouvelle méthode, semi-automatique et hiérarchique, d'extraction du réseau routier urbain à partir d'images de télédétection de très haute résolution spatiale. La méthode est basée sur le modèle de rues développé dans cette thèse, et sur les deux outils mathématiques que sont l'analyse multirésolution et la transformée en ondelettes. Le modèle de rues intègre les propriétés radiométriques, géométriques et topographiques des différents types de rues présents dans les réseaux routiers urbains. Il est explicite et générique. Un modèle de réseau routier a également été élaboré. Il est basé sur des propriétés de connexité simplifiée et de hiérarchie du réseau. L'analyse multiéchelle des images, obtenue par une analyse multirésolution, conduit à l'extraction, hiérarchique, des bords des différentes rues du réseau. La modélisation de l'information à différentes échelles caractéristiques, par la transformée en ondelettes, permet d'en établir la topographie, c'est à dire d'en extraire les terre-pleins. Ces extractions s'effectuent par deux algorithmes multirésolutions et itératifs. Des critères quantitatifs d'évaluation ont été développés en liaison avec des cartographes urbanistes. Ils sont basés sur l'emprise et la localisation des rues, et sur des indices de connexité du réseau routier quadrangulaire. Cette méthode a été appliquée à des images de différentes résolutions spatiales et spectrales. Les rues ainsi extraites sont positionnées avec une erreur moyenne de 2 pixels quelle que soit la résolution des images originales. Cette méthode permet une automatisation partielle des taches de cartographie du milieu urbain.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des travaux de recherche qui visent la détermination de la fréquence fondamentale du signal de parole. La première contribution est relative au développement d'algorithmes de détection du pitch en temps réel à partir d'une autocorrélation circulaire du signal d'excitation glottique. Parmi tous les algorithmes de détection du pitch, décrits dans la littérature, rares sont ceux qui peuvent résoudre correctement tous les problèmes li'es au suivi du contour du pitch. Pour cette raison, nous avons élargi notre champ d'investigation et avons proposé de nouveaux algorithmes fondés sur la transformation en ondelettes. Pour évaluer les performances des algorithmes proposés, nous avons utilisé deux bases de données : Bagshaw et Keele. Les résultats que nous avons obtenus montrent clairement que nos algorithmes surclassent les meilleurs algorithmes de référence décrits dans la littérature. La deuxième contribution de cette thèse concerne la réalisation d'un système de conversion de voix dans le but d'améliorer la voix pathologique. Nous parlons dans ce cas d'un système de correction de voix. Notre principal apport, concernant la conversion vocale, consiste en la prédiction des coefficients cepstraux de Fourier relatifs au signal d'excitation glottique. Grâce à ce nouveau type de prédiction, nous avons pu réaliser des systèmes de conversion de voix dont les résultats, qu'ils soient objectifs ou subjectifs, valident l'approche proposée.