Les clones de visage 3D peuvent être utilisés dans de nombreux domaines tels que l'interaction homme-machine et comme prétraitement dans des applications telles que l'analyse de l'émotion. Toutefois, ces clones doivent avoir la forme du visage bien modélisée tout en conservant les spécificités des individus et ils doivent être sémantiques. Un clone est sémantique quand on connaît la position des différentes parties du visage (yeux, nez ...). Dans notre technique, nous utilisons un capteur RVB-Z pour obtenir les spécificités des individus et un modèle déformable de visage 3D pour marquer la forme du visage. Pour la reconstruction de la forme, nous inversons le processus utilisé classiquement. En effet, nous réalisons d'abord le fitting puis la fusion de données. Pour chaque trame de profondeur, nous gardons les parties appropriées de données appelées patchs de forme. Selon le positionnement de ces patchs, nous fusionnons les données du capteur ou les données du modèle déformable de visage 3D. Pour la reconstruction de la texture, nous utilisons des patchs de forme et de texture pour préserver les caractéristiques de la personne. Ils sont détectés à partir des cartes de profondeur du capteur. Les tests que nous avons effectués montrent la robustesse et la précision de notre méthode. / 3D face clones can be used in many areas such as Human-Computer Interaction and as pretreatment in applications such as emotion analysis. However, such clones should have well-modeled facial shape while keeping the specificities of individuals and they should be semantic. A clone is semantic when we know the position of the different parts of the face (eyes, nose...). In our technique, we use a RGB-D sensor to get the specificities of individuals and 3D Morphable Face Model to mark facial shape. For the reconstruction of the shape, we reverse the process classically used. Indeed, we first perform fitting and then data fusion. For each depth frame, we keep the suitable parts of data called patches. Depending on the location, we merge either sensor data or 3D Morphable Face Model data. For the reconstruction of the texture, we use shape and texture patches to preserve the person's characteristics. They are detected using the depth frames of a RGB-D sensor. The tests we perform show the robustness and the accuracy of our method.

Les clones de visage 3D peuvent être utilisés dans de nombreux domaines tels que l'interaction homme-machine et comme prétraitement dans des applications telles que l'analyse de l'émotion. Toutefois, ces clones doivent avoir la forme du visage bien modélisée tout en conservant les spécificités des individus et ils doivent être sémantiques. Un clone est sémantique quand on connaît la position des différentes parties du visage (yeux, nez ...). Dans notre technique, nous utilisons un capteur RVB-Z pour obtenir les spécificités des individus et un modèle déformable de visage 3D pour marquer la forme du visage. Pour la reconstruction de la forme, nous inversons le processus utilisé classiquement. En effet, nous réalisons d'abord le fitting puis la fusion de données. Pour chaque trame de profondeur, nous gardons les parties appropriées de données appelées patchs de forme. Selon le positionnement de ces patchs, nous fusionnons les données du capteur ou les données du modèle déformable de visage 3D. Pour la reconstruction de la texture, nous utilisons des patchs de forme et de texture pour préserver les caractéristiques de la personne. Ils sont détectés à partir des cartes de profondeur du capteur. Les tests que nous avons effectués montrent la robustesse et la précision de notre méthode. / 3D face clones can be used in many areas such as Human-Computer Interaction and as pretreatment in applications such as emotion analysis. However, such clones should have well-modeled facial shape while keeping the specificities of individuals and they should be semantic. A clone is semantic when we know the position of the different parts of the face (eyes, nose...). In our technique, we use a RGB-D sensor to get the specificities of individuals and 3D Morphable Face Model to mark facial shape. For the reconstruction of the shape, we reverse the process classically used. Indeed, we first perform fitting and then data fusion. For each depth frame, we keep the suitable parts of data called patches. Depending on the location, we merge either sensor data or 3D Morphable Face Model data. For the reconstruction of the texture, we use shape and texture patches to preserve the person's characteristics. They are detected using the depth frames of a RGB-D sensor. The tests we perform show the robustness and the accuracy of our method.

Made available in DSpace on 2017-07-21T18:13:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Valquiria Martins.pdf: 3620933 bytes, checksum: 8c79bb2a71cca09a29dfa6bbbe4e7bd5 (MD5) Previous issue date: 2009-03-13 / Piraí da Serra, at Campos Gerais region, currently seen as an area of interest for the preservation because their peculiar characteristics, is located on the Devonian Cuesta, near Guartelá canyon. It has a 50.940ha area, at Castro, Tibagi e Piraí do Sul. It is in a region with predominance of Araucaria forests and highlands fields, under the Biome Atlantic, one of the most endangered in Brazil. Natural and anthropics processes had promoted the native spalling of such habitats. In order to subsidize future inferences of such processes, this work analyzes the spalling of the forest vegetation, intending to raise indicative of the natural and anthropic spalling, and to analyze its processes, supplying the environmental planning in the region. It presents a map of use of the land with the main landscape units, with the percentage of natural ecosystems; a illustrated key of interpretation with the indicative and parameters for the SIG determination of natural or anhtropic spalling processes; evaluation of the landscape using landscape ecology metrics, aiming to infer the composition and disposal of the forest patchs; and analysis of the phytophysionomy (field and forest). It was found that 21 patchs certainly posses enough area (79,5%) to assure forest biodiversity conservation. The results pointed preserved environments, where the spalling processes are dominated by natural factors, although in the last few decades the changes in the economic cycles have arised the necessity of actions to prevent the anthropic damage over the Piraí da Serra Habitats. This work integrates the project “Spalling of the natural landscape in Piraí da Serra, Campos Gerais of the Paraná” financed by the Araucária Foundation (FUP 9824/2006). / Piraí da Serra, nos Campos Gerais do Paraná, atualmente vista como uma área de interesse para a preservação devido as suas características peculiares, está situada sobre a Escarpa Devoniana, próximo ao cânion do Guartelá. Ocupa uma área de 50.940 ha, nos municípios de Castro, Tibagi e Piraí do Sul. Região com predomínio de Florestas com Araucaria e campos de altitude associados, pertencentes ao bioma Mata Atlântica, é uma das mais ameaçadas do Brasil. Processos naturais e antrópicos promoveram a fragmentação dos habitats nativos e, com o intuito de subsidiar futuras inferências sobre tais processos, esse trabalho propõe-se a analisar a fragmentação da vegetação florestal, tendo como objetivos específicos levantar indicativos da fragmentação natural e antrópica, e analisar seus processos, fornecendo subsídios para o planejamento ambiental regional. O trabalho constituiu-se da elaboração de um mapa de uso da terra com as principais unidades de paisagem, indicando quantitativamente o percentual de ecossistemas naturais da região; criação de uma chave de interpretação ilustrada, para uso em SIG, com os indicativos e parâmetros necessários para a determinação de processos de fragmentação natural e antrópica; avaliação da paisagem utilizando métricas fornecidas pela ecologia da paisagem, visando inferir sobre a composição e disposição dos fragmentos florestais; e finalmente análise da fitofisionomia (campo e floresta). Seguramente, 21 fragmentos possuem área suficiente para garantir a conservação da diversidade dos ecossistemas florestais na região, abrangendo 79,5% da área florestada. Os resultados obtidos revelam ambientes preservados,onde os processos de fragmentação são dominados por fatores naturais, muito embora nas últimas décadas as mudanças nos ciclos econômicos apontem a necessidade de medidas mitigadoras que busquem frear a interferência antrópica sobre os habitats em Piraí da Serra. Este trabalho integra o projeto “Fragmentação da paisagem natural em Piraí da Serra, Campos Gerais do Paraná” financiado pela Fundação Araucária (FUP 9824/2006).

Une des grandes problématiques en écologie est d’identifier les liens qui existent entre ce qui se passe au niveau de la physiologie et du comportement des individus et les propriétés émergentes qui apparaissent au niveau de la population et des écosystèmes dans leur globalité.Dans cette thèse, nous avons abordé cette problématique à travers la modélisation du phénomène de prédation, en nous intéressant plus particulièrement à la représentation mathématique de la réponse fonctionnelle. Cette fonction représente la quantité de proies consommées par prédateur et par unité de temps. Elle synthétiseau niveau de la population un ensemble de processus survenant à différentes échelles d’organisation. La modélisation du phénomène de prédation rencontre diverses limitations liées à la complexité de ce processus biologique, et il existe donc une forte incertitude sur la nature de la réponse fonctionnelle à utiliser.A travers l’étude d’un modèle prédateur-proie en chemostat d’une part, et l’utilisation de méthodes de changement d’échelle sur un modèle prédateur-proie en patchs d’autre part, nous avons cherché à déterminer les sources de variations dans la représentation de cette réponse.Tout d’abord, nous avons mis en évidence l’influence de la variabilité des données sur la paramétrisation de la réponse fonctionnelle ainsi que sur la robustesse des sorties du modèle. Une étude de sensibilité a également permis de montrer la forte sensibilité structurelle du modèle face à cette formulation, qui peut-être plus importante que face à des changements de paramètres.De plus, il apparait que la représentation mathématique de la réponse fonctionnelle dépend fortement de l’échelle d’observation considérée. En effet, la nature de la réponse peut être modifiée lorsque l’on passe de l’échelle d’une population à celle de la communauté. / One of the major issues in ecology is to identify the links between what happens in terms of physiology and behavior of individuals and the emergent properties that appear at the population and ecosystems level. In this thesis, we addressed this problem through modeling of the phenomenon of predation, especially by focusing on the mathematical functional response representation. This function represents the amount of prey consumed by predator per unit time. It synthesizes at the population level a set processes occurring at different scales of organization. Modeling of the phenomenon of predation encounters various limitations related to the complexity of this biological process, and there is, therefore, considerable uncertainty aboutthe nature of the functional response to use.Through the study of a predator-prey model in chemostat on the one hand, and use of scaling methods in a patches predator-prey model on the other hand, we seek to determine sources of variations in therepresentation of that response.First, we demonstrated the influence of data variability on the parameterization of the functional response as well as the robustness of the model outputs. A sensitivity study has also demonstrated the high structural sensitivity of the model to the formulation of this response, which may be more important than to parameterchanges.In addition, it appears that the mathematical representation of the functional response depends strongly on the scale of observation considered. The nature of the response can, indeed, be modified when changing the scale from the population to the community level.

Le bruit dans les images limite souvent l'interprétation visuelle ou automatique de la scène. Le chatoiement ou "speckle" en imagerie radar à synthèse d'ouverture (RSO) et le bruit de grenaille ou "shot noise" en imagerie à faible luminosité sont deux exemples de fortes corruptions qui nécessitent l'utilisation de techniques de débruitage. Les vignettes ou "patchs" sont de petites imagettes qui capturent à la fois les textures et les structures locales. Bien qu'étant assez rudimentaires (comparées à des descripteurs de plus haut niveau), elles ont mené à de puissantes approches de traitement d'images tirant parti de la redondance naturelle des images. Les méthodes à patchs représentent l'état-de-l'art des méthodes de débruitage. La technique classique de débruitage à patchs, les moyennes non-locales (NL), est conçue pour les images corrompues par du bruit additif gaussien (c-à-d., pour des fluctuations symétriques, indépendantes du signal et sans valeurs extrêmes). Les moyennes NL ne peuvent pas être appliquées directement sur des images corrompues par un bruit non-gaussien surtout pour des distributions asymétriques, dépendantes du signal et à queues lourdes telles que le bruit de chatoiement et le bruit de grenaille. Le but de cette thèse est de combler le fossé entre les méthodes de débruitage à patchs, restreintes au bruit gaussien, et les techniques dédiées aux images RSO. Après avoir examiné les techniques de débruitage d'image pour le bruit gaussien puis non-gaussien, nous proposons une extension des moyennes NL qui s'adapte à la distribution d'un bruit donné. Au-delà du problème du débruitage d'image, nous étudions le problème de la comparaison de patchs sous conditions non-gaussiennes. La plupart des tâches de vision par ordinateur requièrent de mettre en correspondance des parties d'images. Nous introduisons un critère de similarité fondé sur le rapport de vraisemblance généralisé et nous illustrons son efficacité sur différentes applications dont la détection, la vision stéréoscopique et le suivi de mouvement. Ce critère est au coeur de l'estimateur à patchs proposé. Un schéma itératif est élaboré pour faire face aux fortes corruptions de bruit et nous développons une méthode non-supervisée pour le réglage des paramètres. Notre approche mène à des résultats de débruitage état-de-l'art en imagerie RSO pour les images d'amplitude, ainsi que les données interférométriques ou polarimétriques. La technique proposée est appliquée avec succès sur l'un des derniers capteurs aérien RSO: F-SAR de l'agence aérospatiale allemande (DLR). Les images avec de forts contrastes souffrent d'un artéfact de débruitage de type "halo de bruit" dû à l'absence de patchs similaires dans les environs de certaines structures. Ce bruit résiduel peut être réduit en considérant des patchs avec des formes d'échelle et d'orientation variées. La sélection locale des formes pertinentes permet d'améliorer la qualité du débruitage, surtout à proximité des contours.

Le problème étudié dans cette thèse est celui du débruitage d'images numériques cor- rompues par un bruit blanc gaussien. Les méthodes utilisées pour récupérer une meilleure image reposent sur les patchs et sont des variantes des Non-Local Means. Les contributions de la thèse sont à la fois pratiques et théoriques. Tout d'abord, on étudie précisément l'influence des divers paramètres de la méthode. On met ensuite en lumière une lim- ite observée sur le traitement des bords par les méthodes à patchs habituelles. On donne alors une meilleure façon de combiner l'information fournie à partir des patchs pour estimer pixel par pixel. D'un point de vue théorique, on présente un cadre non asymptotique pour contrôler notre estimateur. On donne alors des résultats de type inégalités oracles pour des estimateurs vérifiant des propriétés plus restrictives. Les techniques utilisées reposent sur l'agrégation d'estimateurs, et plus particulièrement sur l'agrégation à poids exponentiels. La méthode requiert typiquement une mesure du risque, obtenue à travers un estimateur sans biais de celui-ci, par exemple par la méthode de Stein. Les méthodes de débruitage étudiées sont analysées numériquement par simulations.

Cette étude fait partie d'un programme de recherche concernant la réparation de structures composites par collage de patchs externes. Les objectifs principaux de ce programme sont d'une part l'identification de l'ensemble des facteurs susceptibles d'influencer les performances à long terme de ce type de réparation, et d'autre part de déterminer dans quelle mesure l'utilisation de tels assemblages peuvent s'avérer une solution optimale. La conception d'un tel système passe obligatoirement par le développement d'un outil de simulation et de prédiction robuste du fait des divers mécanismes d'endommagement pouvant intervenir de fa?on très complexe et de la rupture finale du système résultant d'une propagation des zones endommagées. Cette étude compose d'une et d'autre l'aspect de la modélisation numérique, et l'aspect expérimental. Le dialogue entre les résultats numériques et expérimentaux permet, d'une part de comprendre les mécanismes d'endommagement et l'évolution de ce dernier dans le système réparé, d'autre part de valider le modèle numérique. En particulier, nos efforts ont été concentrés, en utilisant le logiciel LS-dyna, sur l'application des modèles de zone cohésive (MZC). Le comportement au délaminage d'un composite carbone/époxyde et de l'adhésif sont étudié avec les essais en mode I, mode II et mode mixte. Une étude paramétrique de MZC est effectuée. Le modèle de zone cohésive validé est utilisé pour modéliser le comportement en traction des composites réparés par collage de patches externes

Ce mémoire présente un système de localisation par vision pour un robot mobile circulant dans un milieu urbain. Pour cela, une première phase d'apprentissage où le robot est conduit manuellement est réalisée pour enregistrer une séquence vidéo. Les images ainsi acquises sont ensuite utilisées dans une phase hors ligne pour construire une carte 3D de l'environnement. Par la suite, le véhicule peut se déplacer dans la zone, de manière autonome ou non, et l'image reçue par la caméra permet de le positionner dans la carte. Contrairement aux travaux précédents, la trajectoire suivie peut être différente de la trajectoire d'apprentissage. L'algorithme développé permet en effet de conserver la localisation malgré des changements de point de vue importants par rapport aux images acquises initialement. Le principe consiste à modéliser les points de repère sous forme de facettes localement planes, surnommées patchs plan, dont l'orientation est connue. Lorsque le véhicule se déplace, une prédiction de la position courante est réalisée et la déformation des facettes induite par le changement de point de vue est reproduite. De cette façon la recherche des amers revient à comparer des images pratiquement identiques, facilitant ainsi leur appariement. Lorsque les positions sur l'image de plusieurs amers sont connues, la connaissance de leur position 3D permet de déduire la position du robot. La transformation de ces patchs plan est complexe et demande un temps de calcul important, incompatible avec une utilisation temps-réel. Pour améliorer les performances de l'algorithme, la localisation a été implémentée sur une architecture GPU offrant de nombreux outils permettant d'utiliser cet algorithme avec des performances utilisables en temps-réel. Afin de prédire la position du robot de manière aussi précise que possible, un modèle de mouvement du robot a été mis en place. Il utilise, en plus de la caméra, les informations provenant des capteurs odométriques. Cela permet d'améliorer la prédiction et les expérimentations montrent que cela fournit une plus grande robustesse en cas de pertes d'images lors du traitement. Pour finir ce mémoire détaille les différentes performances de ce système à travers plusieurs expérimentations en conditions réelles. La précision de la position a été mesurée en comparant la localisation avec une référence enregistrée par un GPS différentiel.

La notion de valence est très répandue à l’échelle de l’atome et est à l’origine de la diversité et des propriétés des composés covalents (molécules, macromolécules, cristaux). L’un des grands challenges à l’heure actuelle est de décliner cette notion de valence à l’échelle des particules, qui pourraient devenir des briques élémentaires programmées, c’est-à-dire la matière première de nouveaux matériaux qui seraient obtenus par assemblage spontané. Dans ce contexte, nous avons développé des particules à patchs possédant à leur surface des discontinuités chimiques et topologiques permettant de limiter le nombre de particules voisines et d’engendrer des interactions directionnelles avec ces dernières. L’objectif de nos travaux consiste dans un premier temps à imiter les hybridations simples de l’atome de carbone divalent (sp), trivalent (sp2) et tétravalent (sp3). Des particules de silice contenant un nombre spécifique de cavités dans lesquelles se trouvent des chaines de polystyrène ont été synthétisées et fonctionnalisées sélectivement. Des molécules colloïdales constituées d’une particule à patchs, au centre, entourée de nanoparticules satellites en nombre contrôlé ont été obtenues par assemblages covalents ou supramoléculaires. Ces premiers clusters miment la géométrie de molécules simples telles que CF4, BF3, CO2 ou H2O. En différenciant des lots de satellites soit par leur taille, soit par leur composition chimique, nous avons montré qu’il est possible d’étendre la formation de molécules colloïdales vers de structures plus complexes du type AXnYm (n+m = 4) ou encore des molécules colloïdales chirales. Enfin, nous avons développé une autre voie permettant d’obtenir de nouveaux atomes colloïdaux contenant un nombre défini de patchs surfaciques de taille contrôlée. / The concept of valence is well-known at the atomic level and is at the origin of the diversity and properties of covalent compounds (molecules, macromolecules, crystals). Nowadays, one of the major challenges is to decline this notion of valence at the scale of colloidal particles, which could become programmed elementary bricks, that is to say the raw material of new materials that would be obtained by spontaneous assembly. In this context, we have developed patchy particles with chemical and topological discontinuities at their surface that limit the number of neighboring particles and induce directional interactions with them. The objective of our work consists first in imitating simple hybridizations of the divalent (sp), trivalent (sp2) and tetravalent (sp3) carbon atoms. The silica particles containing a specific number of cavities in which residues of polystyrene chains are chemically and selectively functionalized. Colloidal molecules consisting of a patchy particle, in the center, surrounded by satellite nanoparticles in controlled number were obtained by covalent or supramolecular routes. These first clusters mimic the geometry of simple molecules such as CF4, BF3, CO2 or H2O. By differentiating batches of satellites either by their size or by their chemical composition, we have shown that it is possible to extend the formation of colloidal molecules to more complex AXnYm (n + m = 4) structures or chiral colloidal molecules. Finally, we have developed another way to obtain new colloidal atoms containing a precise number of surface patches with a controlled area.

Ce mémoire présente un système de localisation par vision pour un robot mobile circulant dans un milieu urbain. Pour cela, une première phase d’apprentissage où le robot est conduit manuellement est réalisée pour enregistrer une séquence vidéo. Les images ainsi acquises sont ensuite utilisées dans une phase hors ligne pour construire une carte 3D de l’environnement. Par la suite, le véhicule peut se déplacer dans la zone, de manière autonome ou non, et l’image reçue par la caméra permet de le positionner dans la carte. Contrairement aux travaux précédents, la trajectoire suivie peut être différente de la trajectoire d’apprentissage. L’algorithme développé permet en effet de conserver la localisation malgré des changements de point de vue importants par rapport aux images acquises initialement. Le principe consiste à modéliser les points de repère sous forme de facettes localement planes, surnommées patchs plan, dont l’orientation est connue. Lorsque le véhicule se déplace, une prédiction de la position courante est réalisée et la déformation des facettes induite par le changement de point de vue est reproduite. De cette façon la recherche des amers revient à comparer des images pratiquement identiques, facilitant ainsi leur appariement. Lorsque les positions sur l’image de plusieurs amers sont connues, la connaissance de leur position 3D permet de déduire la position du robot. La transformation de ces patchs plan est complexe et demande un temps de calcul important, incompatible avec une utilisation temps-réel. Pour améliorer les performances de l’algorithme, la localisation a été implémentée sur une architecture GPU offrant de nombreux outils permettant d’utiliser cet algorithme avec des performances utilisables en temps-réel. Afin de prédire la position du robot de manière aussi précise que possible, un modèle de mouvement du robot a été mis en place. Il utilise, en plus de la caméra, les informations provenant des capteurs odométriques. Cela permet d’améliorer la prédiction et les expérimentations montrent que cela fournit une plus grande robustesse en cas de pertes d’images lors du traitement. Pour finir ce mémoire détaille les différentes performances de ce système à travers plusieurs expérimentations en conditions réelles. La précision de la position a été mesurée en comparant la localisation avec une référence enregistrée par un GPS différentiel. / This dissertation presents a vision-based localization system for a mobile robot in an urban context. In this goal, the robot is first manually driven to record a learning image sequence. These images are then processed in an off-line way to build a 3D map of the area. Then vehicle can be —either automatically or manually— driven in the area and images seen by the camera are used to compute the position in the map. In contrast to previous works, the trajectory can be different from the learning sequence. The algorithm is indeed able to keep localization in spite of important viewpoint changes from the learning images. To do that, the features are modeled as locally planar features —named patches— whose orientation is known. While the vehicle is moving, its position is predicted and patches are warped to model the viewpoint change. In this way, matching the patches with points in the image is eased because their appearances are almost the same. After the matching, 3D positions of the patches associated with 2D points on the image are used to compute robot position. The warp of the patch is computationally expensive. To achieve real-time performance, the algorithm has been implemented on GPU architecture and many improvements have been done using tools provided by the GPU. In order to have a pose prediction as precise as possible, a motion model of the robot has been developed. This model uses, in addition to the vision-based localization, information acquired from odometric sensors. Experiments using this prediction model show that the system is more robust especially in case of image loss. Finally many experiments in real situations are described in the end of this dissertation. A differential GPS is used to evaluate the localization result of the algorithm.