近年全球暖化現象日益嚴重，格陵蘭等極區融冰所造成之海平面上升將對全球人類帶來嚴重威脅。因冰層質量之改變與冰河移動速度高度相關，故可藉由監測格陵蘭冰層（Greenland Ice Sheet，GrIS）上冰河之移動推估全球暖化對其造成之影響。衛星影像因具有連續且快速獲得大範圍地表資訊之能力，且可結合各影像處理技術獲得地表變形量，故已廣泛應用於廣域冰河之監測。然不同影像與技術均有其優勢與限制，故本研究將使用合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）與光學影像，並結合合成孔徑雷達差分干涉（Differential Interferometric SAR，D-InSAR）、多重合成孔徑雷達干涉（Multi-aperture Interferometric SAR，MAI）與偏移偵測法（Pixel-offset，PO）技術獲得冰河表面於不同方向之位移向量，再整合各向量透過三維變動量解構法（3D decomposition）求解表面於三維方向之變形量。據此執行數值冰層動力模型（Numerical Ice Sheet Model，ISM），並結合模擬之冰底基岩渠道網絡、數化之冰面冰隙與冰面湖及氣象觀測資料後，參佐冰河變動理論，進一步了解格陵蘭Russell冰河之變動行為與機制。 / Global warming has been a worldwide issue and significantly increasing icecap melting rate over polar area. Consequently the sea level rises continuously and poses a fundamental threat to whole human beings. Since the mass loss of Greenland ice sheet （GrIS） is highly correlated to the velocity of glacier movement, this study aims to monitor the impact of global warming by tracking glacier terminus displacement over GrIS using remote sensing techniques. As there are multiple spaceborne images of various characteristics and also multiple techniques with different functions, we proposed a monitoring strategy using Synthetic Aperture Radar （SAR） and optical images, with Differential Interferometric SAR （D-InSAR）, Multi-aperture Interferometric SAR （MAI） and Pixel-offset （PO） techniques to estimate glacier movement vectors. The vectors were then merged using 3D decomposition method to derive 3D deformation. Based on the resultant 3D deformation, the Numerical Ice Sheet Model （ISM） is conducted and then integrates with modeled subglacial drainage channel network and glaciological theories, the melting dynamics and mechanism of Russell glacier can be further understood.

Les seize détecteurs MPX constituant le réseau ATLAS-MPX ont été placés à différentes positions dans le détecteur ATLAS et sa averne au CERN dans le but de mesurer en emps réel les champs de radiation produits ar des particules primaires (protons des faisceaux) et des particules secondaires (kaons, pions, g, protons) issues des collisions proton-proton. Des films de polyéthylène (PE) et de fluorure de lithium (6LiF) recouvrent les détecteurs afin d’augmenter leur sensibilité aux neutrons produits par les particules primaires et secondaires interagissant avec les matériaux présents dans l’environnement d’ATLAS. La reconnaissance des traces laissées par les particules dans un détecteur ATLAS-MPX se fait à partir des algorithmes du logiciel MAFalda (“Medipix Analysis Framework”) basé sur les librairies et le logiciel d’analyse de données ROOT. Une étude sur le taux d’identifications erronées et le chevauchement d’amas a été faite en reconstruisant les activités des sources 106Ru et 137Cs. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été mesurée à l’aide des sources 252Cf et 241AmBe (neutrons d’énergie moyenne de 2.13 et 4.08 MeV respectivement). La moyenne des efficacités de détection mesurées pour les neutrons produits par les sources 252C f et 241AmBe a été calculée pour les convertisseurs 6LiF et PE et donnent (0.8580 ± 0.1490)% et (0.0254 ± 0.0031)% pour LiF et (0.0510 ± 0.0061)% et (0.0591 ± 0.0063)% pour PE à bas et à haut seuil d’énergie respectivement. Une simulation du calcul de l’efficacité de détection des neutrons dans le détecteur MPX a été réalisée avec le logiciel GEANT4. Des données MPX correspondant aux collisions proton-proton à 2.4 TeV et à 7 TeV dans le centre de masse ont été analysées. Les flux détectés d’électrons et de photons sont particulièrement élevés dans les détecteurs MPX01 et MPX14 car ils sont plus près du point de collision. Des flux de neutrons ont été estimés en utilisant les efficacités de détection mesurées. Une corrélation avec la luminosité du LHC a été établie et on prédit que pour les collisions à 14 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité de 10^34 cm-1*s-1 il y aura environ 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 et 1.6x10^9 ± 6.3x10^7 particules détectées par les détecteurs MPX01 et MPX14 respectivement. / The sixteen detectors forming the ATLAS-MPX network have been placed in different positions inside the ATLAS detector and its cavern at CERN in order to measure, in real time, the radiation fields produced by primary particles (beam protons) and secondary particles (kaons, pions, photons, protons) resulting from the proton-proton collisions. Films of polyethylene (PE) and lithium fluoride (6LiF) cover the detectors so as to increase their sensitivity to neutrons produced by the primary and secondary particles interacting with the materials present in the ATLAS environment. The tracks identification in an ATLAS-MPX detector is obtained with the algorithms of the MAFalda software (Medipix Analysis Framework) based on the libraries and data-analysis software ROOT. A study on the mistag rate and blob overlap was made by reconstructing the activities of 106Ru and 137Cs sources. The fast neutron detection efficiency was measured with the help of 252C f and 241AmBe sources (neutrons with an average energy of 2.13 and 4.08 MeV, respectively). The detection efficiency measured for neutrons produced by 252Cf et 241AmBe sources was calculated for the 6LiF and PE converters. It averaged at low and high energy respectively (0.8580 ± 0.1490)% and (0.0254 ± 0.0031)% for LiF and (0.0510 ± 0.0061)% and (0.0591 ± 0.0063)% for PE. A simulation of the neutron detection efficiency calculation in the MPX detector was carried out with the GEANT4 software. MPX data corresponding to the proton-proton collisions at 2.4 TeV and 7 TeV at the center of mass were analyzed. The detected flux of electrons and photons are particularly high in the MPX01 and MPX14 detectors because they are closer to the point of collision. Fluxes of neutrons were estimated using the measured detection efficiencies. A correlation with the luminosity of the LHC was established. We predict that for 14 TeV collisions at the center of mass, with a luminosity of 1034 cm^2*s^1, the number of particle detected by MPX01 and MPX14 respectively will be about 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 and 1.6x10^9 ± 6.3x10^7.

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De nos jours, les images de synthèse occupent une place de plus en plus importante dans des domaines aussi variés que l'ingénierie ou le divertissement. Le matériel informatique a énormément évolué ces dernières années afin de pouvoir suivre cette tendance. Cependant, le matériel ne peut satisfaire seul aux exigences, en terme de qualité et d'interactivité, que requièrent les nouvelles applications. D'où l'intérêt d'algorithmes permettant d'optimiser le temps d'exécution et l'occupation mémoire de telles applications, et notamment celles qui nécessitent une interactivité avec l'utilisateur. Le placage de déplacement tridimensionnel par pixel est une nouvelle technique qui permet d'enrichir visuellement les scènes 3D, en simulant les mesostructures (microreliefs) présentes sur de nombreux types de surface. Cette amélioration s'effectue sans modification de la définition géométrique des objets 3D, et s'appuie uniquement sur le placage de textures dédiées à cet effet. Cette technique contribue ainsi à éviter la saturation du pipeline graphique que peut provoquer le traitement d'un très grand nombre de primitives graphiques. Dans le même esprit, la technique de modélisation et rendu à base d'images, qui est une extension du placage de déplacement 3D par pixel, permet de créer et d'afficher des objets 3D dans leur intégralité, sans passer par le traditionnel maillage polygonal. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à l'une des meilleures techniques pour le placage de déplacement 3D par pixel. Il s'agit de la technique de traçage de cônes, dont nous avons pu faire passer les algorithmes de prétraitement des textures d'une complexité quadratique à une complexité linéaire. Nous avons également proposé un nouvel algorithme permettant la prise en charge des textures rectangulaires, car elles étaient très mal gérées par les méthodes existantes. Nous avons aussi développé une nouvelle approche qui rend possible la synchronisation temps réel entre la modification de l'échelle du microrelief et son ombrage. Cette thèse introduit notamment le placage d'extrusion et de révolution. Il s'agit d'une nouvelle technique de modélisation et rendu à base d'images. L'approche que nous avons adoptée permet de créer des géométries sans maillage, par extrusion ou par révolution d'une forme de base, stockée sous forme d'une image 2D binaire. Ce type de géométrie est très utilisé en modélisation 3D, et particulièrement dans la création d'environnements architecturaux. La technique proposée est très performante, que ce soit en terme d'interactivité, ou en terme de qualité visuelle.

This thesis concerns the development and characterisation of X-ray imaging systems based on single photon processing. “Colour” X-ray imaging opens up new perspectives within the fields of medical X-ray diagnosis and also in industrial X-ray quality control. The difference in absorption for different “colours” can be used to discern materials in the object. For instance, this information might be used to identify diseases such as brittle-bone disease. The “colour” of the X-rays can be identified if the detector system can process each X-ray photon individually. Such a detector system is called a “single photon processing” system or, less precise, a “photon counting system”. With modern technology it is possible to construct photon counting detector systems that can resolve details to a level of approximately 50 µm. However with such small pixels a problem will occur. In a semiconductor detector each absorbed X-ray photon creates a cloud of charge which contributes to the image. For high photon energies the size of the charge cloud is comparable to 50 µm and might be distributed between several pixels in the image. Charge sharing is a key problem since, not only is the resolution degenerated, but it also destroys the “colour” information in the image. This thesis presents characterisation and simulations to provide a detailed understanding of the physical processes concerning charge sharing in detectors from the MEDIPIX collaboration. Charge summing schemes utilising pixel to pixel communications are proposed. Charge sharing can also be suppressed by introducing 3D-detector structures. In the next generation of the MEDIPIX system, Medipix3, charge summing will be implemented. This system, equipped with a 3D-silicon detector, or a thin planar high-Z detector of good quality, has the potential to become a commercial product for medical imaging. This would be beneficial to the public health within the entire European Union. / Denna avhandling berör utveckling och karaktärisering av fotonräknande röntgensystem. ”Färgröntgen” öppnar nya perspektiv för medicinsk röntgendiagnostik och även för materialröntgen inom industrin. Skillnaden i absorption av olika ”färger” kan användas för att särskilja olika material i ett objekt. Färginformationen kan till exempel användas i sjukvården för att identifiera benskörhet. Färgen på röntgenfotonen kan identifieras om detektorsystemet kan detektera varje foton individuellt. Sådana detektorsystem kallas ”fotonräknande” system. Med modern teknik är det möjligt att konstruera fotonräknande detektorsystem som kan urskilja detaljer ner till en upplösning på circa 50 µm. Med så små pixlar kommer ett problem att uppstå. I en halvledardetektor ger varje absorberad foton upphov till ett laddningsmoln som bidrar till den erhållna bilden. För höga fotonenergier är storleken på laddningsmolnet jämförbar med 50 µm och molnet kan därför fördelas över flera pixlar i bilden. Laddningsdelning är ett centralt problem delvis på grund av att bildens upplösning försämras, men framför allt för att färginformationen i bilden förstörs. Denna avhandling presenterar karaktärisering och simulering för att ge en mer detaljerad förståelse för fysikaliska processer som bidrar till laddningsdelning i detektorer från MEDIPIX-projekter. Designstrategier för summering av laddning genom kommunikation från pixel till pixel föreslås. Laddningsdelning kan också begränsas genom att introducera detektorkonstruktioner i 3D-struktur. I nästa generation av MEDIPIX-systemet, Medipix3, kommer summering av laddning att vara implementerat. Detta system, utrustat med en 3D-detektor i kisel, eller en tunn plan detektor av högabsorberande material med god kvalitet, har potentialen att kunna kommersialiseras för medicinska röntgensystem. Detta skulle bidra till bättre folkhälsa inom hela Europeiska Unionen.

In this thesis, an algorithm for visual detecting and tracking of very low SNR targets, i.e. dim targets, is developed. Image processing of single frame in time cannot be used for this aim due to the closeness of intensity spectrums of the background and target. Therefore / change detection of super pixels, a group of pixels that has sufficient statistics for likelihood ratio testing, is proposed. Super pixels that are determined as transition points are signed on a binary difference matrix and grouped by 4-Connected Labeling method. Each label is processed to find its vector movement in the next frame by Label Destruction and Centroids Mapping techniques. Candidate centroids are put into Distribution Density Function Maximization and Maximum Histogram Size Filtering methods to find the target related motion vectors. Noise related mappings are eliminated by Range and Maneuver Filtering. Geometrical centroids obtained on each frame are used as the observed target path which is put into Optimum Decoding Based Smoothing Algorithm to smooth and estimate the real target path. Optimum Decoding Based Smoothing Algorithm is based on quantization of possible states, i.e. observed target path centroids, and Viterbi Algorithm. According to the system and observation models, metric values of all possible target paths are computed using observation and transition probabilities. The path which results in maximum metric value at the last frame is decided as the estimated target path.

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Current positron emission mammography (PEM) depth of interaction (DOI) enabling detectors have low scintillator to photodetector encoding ratios, RE causing high system complexity and cost. The modularized dual-ended readout block (DERB) detector combines the Anger logic block detector with dual-ended readout to increase RE while measuring DOI. To investigate the trade-off between RE and spatial resolution, scalable DERB detectors with varying RE and light guide thickness were modelled with Monte- Carlo. Simulation showed RE can increase up to six-fold compared to the dual-ended readout design without significantly degrading spatial resolution. Experimental characterization of a RE = 9 : 8 DERB detector was found to achieve super-resolution <0.5 mm for resolving crystal indices, DOI resolution of ~5 mm FWHM, and mean energy resolution of 20% without recovering photons lost to neighbouring detector modules. The model was validated by agreement of simulation results adjusted for detector quantum efficiency with experimental results.

Current positron emission mammography (PEM) depth of interaction (DOI) enabling detectors have low scintillator to photodetector encoding ratios, RE causing high system complexity and cost. The modularized dual-ended readout block (DERB) detector combines the Anger logic block detector with dual-ended readout to increase RE while measuring DOI. To investigate the trade-off between RE and spatial resolution, scalable DERB detectors with varying RE and light guide thickness were modelled with Monte- Carlo. Simulation showed RE can increase up to six-fold compared to the dual-ended readout design without significantly degrading spatial resolution. Experimental characterization of a RE = 9 : 8 DERB detector was found to achieve super-resolution <0.5 mm for resolving crystal indices, DOI resolution of ~5 mm FWHM, and mean energy resolution of 20% without recovering photons lost to neighbouring detector modules. The model was validated by agreement of simulation results adjusted for detector quantum efficiency with experimental results.

Les seize détecteurs MPX constituant le réseau ATLAS-MPX ont été placés à différentes positions dans le détecteur ATLAS et sa averne au CERN dans le but de mesurer en emps réel les champs de radiation produits ar des particules primaires (protons des faisceaux) et des particules secondaires (kaons, pions, g, protons) issues des collisions proton-proton. Des films de polyéthylène (PE) et de fluorure de lithium (6LiF) recouvrent les détecteurs afin d’augmenter leur sensibilité aux neutrons produits par les particules primaires et secondaires interagissant avec les matériaux présents dans l’environnement d’ATLAS. La reconnaissance des traces laissées par les particules dans un détecteur ATLAS-MPX se fait à partir des algorithmes du logiciel MAFalda (“Medipix Analysis Framework”) basé sur les librairies et le logiciel d’analyse de données ROOT. Une étude sur le taux d’identifications erronées et le chevauchement d’amas a été faite en reconstruisant les activités des sources 106Ru et 137Cs. L’efficacité de détection des neutrons rapides a été mesurée à l’aide des sources 252Cf et 241AmBe (neutrons d’énergie moyenne de 2.13 et 4.08 MeV respectivement). La moyenne des efficacités de détection mesurées pour les neutrons produits par les sources 252C f et 241AmBe a été calculée pour les convertisseurs 6LiF et PE et donnent (0.8580 ± 0.1490)% et (0.0254 ± 0.0031)% pour LiF et (0.0510 ± 0.0061)% et (0.0591 ± 0.0063)% pour PE à bas et à haut seuil d’énergie respectivement. Une simulation du calcul de l’efficacité de détection des neutrons dans le détecteur MPX a été réalisée avec le logiciel GEANT4. Des données MPX correspondant aux collisions proton-proton à 2.4 TeV et à 7 TeV dans le centre de masse ont été analysées. Les flux détectés d’électrons et de photons sont particulièrement élevés dans les détecteurs MPX01 et MPX14 car ils sont plus près du point de collision. Des flux de neutrons ont été estimés en utilisant les efficacités de détection mesurées. Une corrélation avec la luminosité du LHC a été établie et on prédit que pour les collisions à 14 TeV dans le centre de masse et avec une luminosité de 10^34 cm-1*s-1 il y aura environ 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 et 1.6x10^9 ± 6.3x10^7 particules détectées par les détecteurs MPX01 et MPX14 respectivement. / The sixteen detectors forming the ATLAS-MPX network have been placed in different positions inside the ATLAS detector and its cavern at CERN in order to measure, in real time, the radiation fields produced by primary particles (beam protons) and secondary particles (kaons, pions, photons, protons) resulting from the proton-proton collisions. Films of polyethylene (PE) and lithium fluoride (6LiF) cover the detectors so as to increase their sensitivity to neutrons produced by the primary and secondary particles interacting with the materials present in the ATLAS environment. The tracks identification in an ATLAS-MPX detector is obtained with the algorithms of the MAFalda software (Medipix Analysis Framework) based on the libraries and data-analysis software ROOT. A study on the mistag rate and blob overlap was made by reconstructing the activities of 106Ru and 137Cs sources. The fast neutron detection efficiency was measured with the help of 252C f and 241AmBe sources (neutrons with an average energy of 2.13 and 4.08 MeV, respectively). The detection efficiency measured for neutrons produced by 252Cf et 241AmBe sources was calculated for the 6LiF and PE converters. It averaged at low and high energy respectively (0.8580 ± 0.1490)% and (0.0254 ± 0.0031)% for LiF and (0.0510 ± 0.0061)% and (0.0591 ± 0.0063)% for PE. A simulation of the neutron detection efficiency calculation in the MPX detector was carried out with the GEANT4 software. MPX data corresponding to the proton-proton collisions at 2.4 TeV and 7 TeV at the center of mass were analyzed. The detected flux of electrons and photons are particularly high in the MPX01 and MPX14 detectors because they are closer to the point of collision. Fluxes of neutrons were estimated using the measured detection efficiencies. A correlation with the luminosity of the LHC was established. We predict that for 14 TeV collisions at the center of mass, with a luminosity of 1034 cm^2*s^1, the number of particle detected by MPX01 and MPX14 respectively will be about 5.1x10^8 ± 1.5x10^7 and 1.6x10^9 ± 6.3x10^7.