Les images de télédétection radar sont caractérisées par un important bruit multi- plicatif, le chatoiement. La polarisation de l'onde est utilisée pour obtenir plus d'infor- mation sur la cible au sol. La décomposition du signal permet de caractériser le type de rétrodiffusion : de volume, de surface ou double bond. L'objectif de ce mémoire est d'illustrer et de mettre en évidence les avantages de la segmentation hiérarchique et du regroupement hiérarchique pour l'analyse d'images polarimétriques radar. Pour la classification H/A/alpha, on doit effectuer préalablement un filtrage pour réduire le bruit dans la classification. Nous proposons d'utiliser la segmentation hiérarchique et le regroupement hiérarchique pour faire un premier regroupement des pixels. Nous mon- trons que les résultats de la classification H/A/alpha et du regroupement de Wishart sont améliorés avec ce prétraitement. Nous utilisons deux images polarimétriques SAR pour notre étude. / Radar remote sensing images are characterized by an important multiplicative noise, the speckle. The polarization of the wave is used to obtain more information about the ground target. The scattering type is obtained from the signal decomposition : volume, surface or double bond. The objective of the thesis is to show and illustrate the advan- tages of the hierarchical segmentation and clustering for the analysis of polarimetric radar images. Filtering is needed to reduce the noise in H/A/alpha classification. We propose to use the hierarchical segmentation and the hierarchical clustering for a first grouping of the pixels. This produces a simple image while preserving the spatial infor- mation. The results of H/A/alpha classification and Wishart clustering are improved with this preprocessing. Two polarimetric images SAR are used for the study.

Plusieurs générations de systèmes d'imagerie active aéroportés et terrestres (ALBEDOS, ELVISS, LASSIE) ont été développées et testées avec succès au centre de Recherche et Développement pour la Défense du Canada (RDDC) Valcartier [1]. Ces systèmes utilisent un illuminateur composé de puissantes diodes laser puisées fonctionnant dans la bande du proche-infrarouge et une caméra à faible niveau d'intensité (LLLTV) avec crénelage en distance. Une technique appelée l'imagerie active par polarisation est une manière différente d'exploiter les propriétés des systèmes actifs. Cette technique emploie la polarisation de la lumière d'éclairement pour distinguer et augmenter le contraste des objets d'intérêt dans une scène. Pour appliquer cette technique, une source lumineuse polarisée fut employée et l'état de polarisation de la lumière réfléchie par la scène analysé. L'avantage avec cette méthode est que quelques objets synthétiques ou faits par l'Homme (par exemple les véhicules) réfléchissent la lumière sans changer la polarisation incidente et que les fonds naturels (par exemple l'herbe) tendent à dépolariser la lumière incidente [2-4]. Par conséquent, en analysant l'état de polarisation de la lumière réfléchie, il est possible d'augmenter le contraste des objets visés par rapport à leur arrière plan. Cette technique, également appelée discrimination de cibles par polarisation, est connue depuis un certain temps et est déjà utilisée dans des dispositifs d'imagerie passive comme les imageurs thermiques [5]. Cependant, l'application de ce concept à l'imagerie active devait être explorée et démontrée. La technique d'imagerie active par polarisation a donc été testée dans les trois principales sections de la radiation infrarouge: 1) le proche infrarouge (>.~810 nm), 2) l'infrarouge moyen (^.~3-5 u,m) et 3) l'infrarouge lointain (À.-8-12 um). Pour chacune des ces régions, une source laser, des polariseurs et une caméra furent utilisés pour faire de l'imagerie active polarisée. Plusieurs essais en laboratoire et à l'extérieur ont été faits pour comparer cette technique avec l'imagerie passive et l'imagerie active. Ces essais ont permis de démontrer que la polarisation et le traitement de ces images augmente le contraste de la majorité des cibles étudiées par rapport au contraste obtenu avec l'imagerie active conventionnelle. / Several generations (ALBEDOS, ELV1SS, LASSIE) of airborne and land-based active imaging Systems have been developed and tested successfully at the Defence Research and Development Canada (DRDC) Valcartier [1]. They were based on a powerful pulsed laser diode array illuminator operating in the near-infrared band and a range-gated low-light level TV (LLLTV) camera. A technique called polarimetric active imaging is a different way to exploit the properties of active imaging Systems. This technique uses the polarization of the illuminating light to discriminate and enhance the contrast of objects of interest within a scene. To apply this technique, a polarized light source was used and the polarization state of the light reflected by the scene was analyzed. The advantage with this method is that some man-made objects (e.g. vehicles) reflect light without changing the incident polarization and that natural backgrounds (e.g. grass) tend to depolarize the incident light [2-4]. Therefore, by analyzing the polarization state of the reflected light, it is possible to enhance the contrast of targeted objects with respect to the background. This concept also called target discrimination by polarization is known for some time and is already used in passive imaging devices like thermal imagers [5]. In active imaging, the application of the concept had to be explored and demonstrated. Therefore, the polarimetric active imaging technique was tested for the three major bands of the infrared radiation: 1) the near-infrared (^.-810 nm), 2) the mid-infrared (X-3-5 um) and 3) the far-infrared (A.-8-12 um). For each of these regions, a laser source, polarizers and one camera were used to evaluate the potential of polarimetric active imaging. Several field trials and experiments in laboratory were conducted to compare the polarimetric technique to passive and active imaging. These experiments permit to demonstrate that polarization and the treatment of these images enhance the contrast of the majority of the studied target compared to the contrast obtained with conventional active imaging.

À cause de la nature cohérente du signal radar à synthèse d’ouverture (RSO), les données RSO polarimétriques (PolRSO) sont contaminées par du chatoiement. Le chatoiement affecte non seulement l’intensité des images sur les canaux HH, VV et HV, mais aussi la structure de corrélation (e.g. le produit complexe de la matrice de covariance). Une réduction du chatoiement améliore l’estimation de l’information polarimétrique, et par conséquent la discrimination de scènes ciblées, la segmentation d’images, la classification ainsi que la détection des contours. Mais, puisque l’information polarimétrique doit être préservée et les produits hermitiens de la matrice de covariance ajoutent de nouveaux termes à traiter, le filtrage du bruit de chatoiement est plus difficile à implémenter dans un système PolRSO que dans un système RSO. De plus, il est important d’éviter d’introduire de la diaphonie et de corrompre l’information polarimétrique des images. Le but de cette thèse est l’exploration du filtrage multiéchelle des images PolRSO. L’analyse multiéchelle basée sur la théorie des ondelettes est un outil d’analyse moderne dans de nombreux domaines de recherche technique comme la biologie, la médecine, l’informatique ou bien encore la télédétection. Les ondelettes ont montré avec succès leurs résultats dans le domaine du traitement d’images; dans le cadre du débruitage, la réussite de leurs techniques repose sur la capacité des transformées en ondelettes à séparer le bruit du signal utile. Dû à des contraintes physiques liées au débruitage du chatoiement des images PolRSO, il existe un compromis entre la préservation de la résolution spatiale et radiométrique. Le filtre amélioré de Lee est un exemple de filtres capables d’adapter la taille ou la forme de leur fenêtre de filtrage par rapport aux caractéristiques structurales de l’image, afin de trouver un bon compromis entre la conservation de la résolution spatiale et radiométrique de l’image débruitée. L’analyse multirésolution par ondelettes représente une approche très appropriée à ce type de contraintes grâce à ses propriétés de la localisation spatiale et fréquentielle des structures de l’image. Nous proposons dans cette thèse une nouvelle méthode filtrage multiéchelle des images PolRSO qui repose sur un algorithme d’identification des coefficients d’ondelettes significatifs (i.e. qui contient de l’information de structures). Nous appliquons une transformée en ondelettes à chaque élément de la matrice de covariance et utilisons toute son information polarimétrique pour filtrer les coefficients des ondelettes. Nous montrons que l’identification de l’information structurale dans domaine des ondelettes est améliorée en utilisant le logarithme des images PolRSO. Dans le but de soutirer l’information de structure qui existe dans toutes les bandes de la matrice de covariance polarimétrique, trois procédés sont suggérés : l’Analyse en Composantes Principales (ACP), la somme des carrés des coefficients et la somme des produits interbandes. Le seuillage des coefficients d’ondelettes est basé sur une technique de seuillage entropique 2D, qui permet d’obtenir un seuil dynamique lié directement au contenu de l’image. D’autre part, nous proposons aussi un turbo filtre polarimétrique basé sur le principe turbo itératif et notre filtre polarimétrique multiéchelle. Le concept du principe turbo itératif consiste à créer un système composé de deux filtres différents et de communiquer une information filtrée d’une sortie d’un filtre à l’entrée de l’autre filtre, puis de réitérer le processus jusqu’à ce qu’ils convergent vers un résultat plus fiable. L’algorithme turbo itératif appliqué aux images RSO a montré de très bonnes performances grâce à la propagation de l’information entre deux filtres; ce qui nous encourage à développer une méthode adaptée aux images PolRSO. Nous avons testé les performances de nos filtres sur des images PolSAR simulées, et sur des images PolRSO réelles; les résultats du filtre multiéchelle PolRSO se sont avérés supérieurs à ceux obtenus avec d’autres filtres, et le turbo filtre PolRSO a montré sa compétence à améliorer les résultats des filtres complémentaires au filtre basé sur une approche multiéchelle.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'amélioration de la caractérisation de l'occupation du sol à partir d'observations de télédétection de natures très différentes : le radar polarimétrique et les images optiques multispectrales. Le radar polarimétrique permet la détermination de mécanismes de rétrodiffusion provenant de théorèmes de décomposition de l'information polarimétrique utiles à la classification des types d'occupation du sol. Cependant ces décompositions sont peu compréhensibles lorsque que plu- sieurs classes thématiques co-existent dans des proportions très variables au sein des cellules de résolution radar. Le problème est d'autant plus important que le speckle inhérent à l'imagerie radar nécessite l'estimation de ces paramètres sur des voisinages locaux. Nous nous interrogeons alors sur la capacité des données optiques multispectrales sensiblement plus résolues spatialement que le radar polarimétrique à améliorer la compréhension des mécanismes radar. Pour répondre à cette question, nous mettons en place une méthode de démélange des images radar polarimétrique par séparation thématique de sources. L'image optique peut être considérée comme un paramètre de réglage du radar fournissant une vue du mélange. L'idée générale est donc de commencer par un démélange thématique (décomposer l'information radar sur les types d'occupation du sol) avant de réaliser les décompositions polarimétriques (identifier des mécanismes de rétrodiffusion).Dans ce travail nous proposons d'utiliser un modèle linéaire et présentons un algorithme pour réaliser le démélange thématique. Nous déterminons ensuite la capacité de l'algorithme de démé- lange à reconstruire le signal radar observé. Enfin nous évaluons si l'information radar démélangée contient de l'information thématique pertinente. Cette évaluation est réalisée sur des données simulées que nous avons générées et sur des données Radarsat-2 complètement polarimétriques pour un cas d'application de mélange sol nu/forêt. Les résultats montrent que, malgré le speckle, la reconstruction est valable. Il est toujours possible d'estimer localement des bases thématiques permettant de décomposer l'information radar polarimétrique puis de reconstruire le signal observé. Cet algorithme de démélange permet aussi d'assimiler de l'information portée par les images optiques. L'évaluation de la pertinence thématique des bases de la décomposition est plus problématique. Les expériences sur des données simulées montrent que celles-ci représentent bien l'information thématique souhaitée, mais que cette bonne estimation est dépendante de la nature des types thématiques et de leurs proportions de mélange. Cette méthode nécessite donc des études complémentaires sur l'utilisation de méthodes d'estimation plus robustes aux statistiques des images radar. Son application à des images radar de longueur d'onde plus longue pourrait permettre, par exemple, une meilleure estimation du volume de végétation dans le contexte de forêts ouvertes / Land cover is a layer of information of significant interest for land management issues. In this context, combining remote sensing observations of different types is expected to produce more reliable results on land cover classification. The objective of this work is to explore the use of polarimetric radar images in association with co-registered higher resolution optical images. Extracting information from a polarimetric representation consists in decomposing it with target decomposition algorithms. Understanding these mechanisms is challenging as they are mixed inside the radar cell resolution but it is the key to producing a reliable land cover classification. The problem while using these target decomposition algorithms is that average physical parameters are obtained. As a result, each land cover type of a mixed pixel might not be well described by the average polarimetric parameters. The effect is all the more important as speckle affecting radar observations requires a local estimation of the polarimetric matrices. In this context, we chose to assess whether optical images can improve the understanding of radar images at the observation scale so as to retrieve more information. Spatial and spectral unmixing methods, traditionally designed for optical image fusion, were found to be an interesting framework. As a consequence, the idea of unmixing physical radar scattering mechanisms with the optical images is proposed. The original method developed is the decomposition of the polarimetric information, based on land cover type. This thematic decomposition is performed before applying usual target decomposition algorithms. A linear mixing model for radar images and an unmixing algorithm are proposed in this document. Having pointed out that the linear unmixing model is able to split off polarimetric information on a land cover type basis, the information contained in the unmixed matrices is evaluated. The assesment is carried out with generated simulated data and polarimetric radar images from the Radarsat-2 satellite. For this experiment, textit {Bare soil} and textit {Forested area} were considered for land cover types. It was found that despite speckle the reconstructed radar information after the unmixing is statically relevant with the observations. Moreover, the unmixing algorithm is capable of assimilating information from optical images. The question whether the unmixed radar images contain relevant thematic information is more challenging. Results on real and simulated data show that this capacity depends on the types of land cover considered and their respective proportions. Future work will be carried out to make the estimation step more robust to speckle and to test this unmixing algorithm on longer wavelength radar images. In this case, this method could be used to have a better estimation of vegetation biomass in the context of open forested areas

La question de la prévision des évènements fortement précipitants se produisant sur le bassin Méditerranéen est au coeur du programme international HyMeX (Hydrological cycle in Mediterranean EXperiment, http://www.hymex.org/) dont l'un des objectifs est d'améliorer la prévision et la prévention des risques hydrométéorologiques du bassin méditerranéen dans le contexte du changement climatique. Durant l'automne 2012, une campagne de mesures de deux mois dite "Période d'Observation Spéciale" (SOP1) a été menée afin de documenter les conditions propices à la formation et au développement des évènements convectifs de type cévenol souvent responsables de crues dévastatrices. Pendant cette SOP1 un dispositif instrumental sans précédent a été déployé avec notamment pour la première fois sur le sol français un imageur à haute résolution spatio-temporelle permettant d'observer les décharges électriques en trois dimensions : le Lightning Mapping Array (LMA). Cet instrument a été combiné aux radars du réseau ARAMIS de Météo-France, et plus précisément aux radars Doppler à diversité de polarisation dans le Sud-Est de la France qui offrent la possibilité d'obtenir des informations sur le type et la distribution des hydrométéores au sein des systèmes précipitants. La production d'éclairs étant le résultat d'une électrisation issue des interactions microphysiques (collisions entre graupels et cristaux de glace en suspension), une description détaillée des différents types d'hydrométéores présents dans les nuages convectifs est essentielle. Dans cette optique, les algorithmes d'identification des hydrométéores développés par Météo-France ont été évalués puis améliorés. Les résultats de cette étude ont montré que les restitutions entre les différents radars étaient plutôt cohérentes, à condition que l'information sur l'altitude de l'isotherme 0°C soit correcte. Ce travail a ensuite été complété par la création, via une méthode originale, de composites 3D d'hydrométéores permettant de décrire la microphysique majoritairement présente dans les systèmes convectifs observés pendant la campagne HyMeX. La deuxième partie de ce travail s'est basée sur l'exploitation de la synergie radar-LMA sur une ligne de grain observée durant la SOP1 de HyMeX. Les principales informations déduites de ce couplage ont mis en exergue l'importance des processus microphysiques intervenant dans l'électrisation du nuage d'orage, ainsi que l'impact du relief sur l'activité électrique globale du système convectif. Sur les quatre heures de données analysées du 24 Septembre 2012, le déclenchement et la propagation des éclairs ont majoritairement été observés dans les espèces microphysiques que sont le graupel, les cristaux de glace et dans une moindre mesure la grêle. Cette étude souligne également le rôle important de la topographie sur l'activité électrique et montre que le passage d'un faible relief peut dramatiquement influencer la distribution et l'intensité des éclairs dans les régions convectives. / The Hydrological cycle in Mediterranean Experiment (HyMeX, http://www.hymex.org/) is a 10-year research program focusing on the quantification and understanding of the water cycle in the Mediterranean at various time and spatial scales with particular emphasis on high-impact weather events. This study takes place within the framework of the first HyMeX field phase (HyMeX-SOP1), which was conducted in the autumn 2012. The unique and extensive dataset collected during this field campaign offers the possibility to further investigate the complex relationships between cloud microphysics and lightning at play within mesoscale convective systems observed in southern France. With this regard, the present study make the use of a Lightning Mapping Array (LMA) along with operational dual-polarization weather radar. The first instrument allows documenting the three-dimensional lightning activity, whereas the second has the ability to determine the type of hydrometeors within cloud systems. Since the production of lightning is the result of an electrification created by microphysical collisions between graupels and ice crystals in suspension, a highly detailed description of hydrometeor types within convective clouds is needed. With this respect, an improved version of Météo-France hydrometeor classification algorithm was developed and evaluated so as to be able to discriminate between a large number of microphysics species. Overall hydrometeor species retrieved from a pair of neighbouring radars within a common sampling area are consistent from one to another. This study has however pointed out the need to check the consistency related to the identification of 0°C isotherm derived from numerical weather prediction model outputs before to perform hydrometeor identification. As a follow up to this work, a novel interpolation method allowing the remapping of single-radar hydrometeor fields onto a common Cartesian grid was developed in order to get access the three-dimensional hydrometeor distribution within HyMeX convective systems. Another part of this work aims at combining LMA and polarimetric radar observations to infer relationships between the total lightning activity, microphysics, and kinematics within the intense bow-echo system observed above the complex terrain of southern France during HyMeX. Using the synergy between LMA and polarimetric radar data, it is underlined that microphysical processes involved in cloud electrification, along with the impact of the topography play at part onto the global lightning activity. Based on a 4h analysis on the 24 Setptember 2012, it is found that lighting initiation and propagation take preferentially place within graupel, ice and to a lesser extent hail regions. This study also highlights the important role of topography on lightning activity and shows that even a small hill can dramatically influence the distribution and intensity of lightning within convective areas.

Dans le cadre du projet international AMMA, visant à documenter la variabilité de la Mousson Africaine de l'Ouest (MAO), le radar polarimétrique Doppler en bande-C, RONSARD, ainsi qu'un récepteur bistatique Doppler ont été déployés dans le nord du Bénin durant l'été 2006 pour appréhender la dynamique et la microphysique des systèmes convectifs caractéristiques de la Mousson.<br /> La phase de préparation de cette campagne a été l'occasion de proposer une solution au problème posé par un réseau de radar Doppler monostatique-bistatique : la contamination des données bistatiques par les lobes secondaires de la fonction d'antenne du radar monostatique. Cette solution basée sur l'analyse variationnelle permet de s'affranchir du rejet systématique de données bistatiques contaminées, pratiqué jusqu'alors. Testée avec des données synthétiques, puis réelles, cette méthode permet d'utiliser l'ensemble des données échantillonnées et donc d'assurer des restitutions 3D de champs de vent sur des domaines plus importants avec des méthodes Dual-Doppler classiques.<br /> Durant la campagne, le récepteur bistatique n'a pas fonctionné, et, seul le radar RONSARD a assuré une acquisition de mesures exploitables sur le nord du Bénin. Aussi, l'étude de la ligne de grains du 28 juillet 2006, qui fait suite à la phase expérimentale, sera principalement basée sur ces données. La dynamique et la microphysique de ce système ont pu être détaillées à l'échelle convective et à la mésoéchelle. Sa dynamique, comparable à des études antérieures sur le même thème, nous a permis en la comparant à sa distribution particulaire de mieux comprendre les processus microphysiques mis en jeu dans les différentes régions d'intérêt. Les restitutions microphysiques sont cohérentes avec les descriptions de la dynamique du système avec une évidente organisation des classes d'hydrométéores de la phase liquide en pluie fine, modérée et forte dans la partie convective, et en pluie fine à modérée dans la partie stratiforme. A proximité de l'isotherme 0°C, une couche de mélange composée de neige mouillée a été identifiée. Concernant la région convective, la phase solide nous a montré une structure mixte de neige roulée et de grêle, piégée dans un environnement de cristaux de glace et de neige sèche. La fonte des particules solides et la coalescence de particules fines de pluie contribuent au renforcement des précipitations en pluie moyenne. A la mésoéchelle, l'analyse composite a fait apparaître le lien entre les panaches de mélange de neige roulée et de grêle avec le renforcement de la pluie moyenne ainsi que le rôle joué par l'évaporation sous la partie stratiforme de la ligne de grains.

Ce travail a été consacré au développement d'instrumentation optique pour des applications biomédicales. La technique que nous utilisons est la polarimétrie. Nous avons développé deux instruments : un polarimètre de Mueller en réflexion et un appareil médical dédié à l'examen du col utérin (colposcope) pour l'imagerie en degré de polarisation en temps réel. Les applications ont été de deux types : la visualisation des brûlures radiologiques à un niveau infraclinique et l'amélioration du diagnostic du cancer du col utérin.

Dans une première partie, un cas de précipitations intenses, dans la région alpine du Lac Majeur, est étudié à partir de données radars recueillies durant la campagne internationale MAP qui fut notamment conduite pour comprendre le rôle des montagnes sur la formation et la croissance des précipitations. Trois radars, dont un polarimétrique, ont permis d'analyser finement l'évolution dynamique et microphysique des précipitations du 25/09/1999. En outre, le modèle Meso-NH, a permis de quantifier les processus microphysiques impliqués dans la croissance des hydrométéores.<br />Dans une seconde partie, l'attention est portée sur les nuages (partie non précipitante de l'eau atmosphérique condensée) ; ils sont une source d'atténuation des micro-ondes non négligeable bien qu'ils soient généralement indétectables. Un modèle de représentation de nuages chauds a été construit et des observations radar ont été simulées pour documenter quantitativement l'influence de microscopiques gouttelettes nuageuses

Cette thèse est consacrée à la conception et au développement d'un système de reconstruction tridimensionnelle d'objets métalliques spéculaires par imagerie polarimétrique. Nous présentons tout d'abord une extension de la technique de “Shape from Polarization” aux surfaces métalliques. Après réflexion sur la surface, la lumière inci- dente non polarisée devient partiellement linéairement polarisée, en fonction de l'angle d'incidence et de l'indice de réfraction du matériau. Ainsi, les normales de la surface sont calculées à partir des paramètres de polarisation de la lumière réfléchie. L'ambiguïté concernant l'orientation des normales est ici levée grâce à un éclairage actif. Nous décrivons et comparons ensuite différentes méthodes de reconstruction tridimensionnelle de surfaces à partir d'un champ de normales. Pour finir, nous détaillons précisément le prototype développé, et nous en présentons une application pour la détection de défauts de forme.

L'imagerie à travers les milieux turbides comme le brouillard, les tissus, les colloïdes, etc. répond à plusieurs besoins de la vie courante. L'imagerie à travers de tels milieux diffusants est un défi auquel peuvent répondre les nouveaux systèmes d'imagerie, la théorie de l'information et l'étude des lois de transport de la lumière dans les milieux aléatoires. La thèse est divisée en deux parties adressant deux modalités d'imagerie différentes, à savoir : l'imagerie de contraste polarimétrique et l'imagerie modulée en intensité. Dans les deux cas, des systèmes d'imagerie en temps réel sont proposés et mis au point. Leurs performances sont évaluées à la fois théoriquement et expérimentalement. Dans la première partie de la thèse, une caméra polarimétrique à deux canaux instantanés conçue autour d'un prisme de Wollaston est utilisée pour imager de manière optimale une source de lumière polarisée noyée dans un brouillard. Une expérience en situation réelle a été mise en place à proximité du campus de Beaulieu à Rennes. La source est placée sur une tour de télécommunication située à plus d'un kilomètre du système imageant. Les données acquises dans diverses conditions météorologiques montrent que l'efficacité de cette caméra polarimétrique dépend de la corrélation du bruit de fond dans les deux images initiales. Ceci a été confirmé grâce à une analyse fondée sur la théorie de l'information qui montre que le contraste polarimétriques maximal est obtenu par une combinaison linéaire des deux canaux polarimétriques dont la pondération dépendant de la corrélation du bruit de fond dans les deux canaux. Un système de détection, intégrant cette représentation polarimétrique optimale, a été développé pour explorer de bout en bout les capacités offertes par l'imagerie polarimétrique à deux canaux à travers le brouillard. Ces études trouvent des applications directes dans le transport par temps dégradé, y compris pour l'aide à l'atterrissage d'aéronefs. Dans la même logique, la deuxième partie de la thèse porte sur l'apport de la modulation d'intensité plein champ pour imager les photons balistiques dans les milieux diffusants. En utilisant de concert la théorie de la diffusion et la théorie de l'information, nous avons pu montrer que, pour un budget de photons donné, il existait une fréquence de modulation minimale pour laquelle le filtrage de photons balistique devient efficace. Cette fréquence dépend des propriétés de diffusion du milieu intermédiaire et se trouve être dans la gamme du MHz en situation réelle. L'imagerie en temps réel à de telles fréquences étant un vrai défi, nous avons proposé un système de démodulation plein champ inédit basé sur l'utilisation d'un cristal électro-optique. Ce système d'imagerie, dont nous avons breveté le principe, est en mesure de démoduler avec une caméra standard une scène en temps réel et en plein champ à des fréquences de plusieurs MHz (voire GHz) sans synchronisation de phase. Un prototype de ce système a été développé permettant de confirmer qu'il était robuste, portable et rentable. Le travail présenté dans cette thèse ouvre la voie à la mise en œuvre de systèmes d'imagerie de pointe fonctionnant dans des situations réelles, allant de l'imagerie biomédicale, à la sécurité. / Imaging through turbid media like fog, tissues, colloids etc. has various applications in real-life situations. The problem of imaging through such scattering media presents a challenge that can be addressed by using novel imaging schemes, information theory and laws of light transport through random scattering media. The thesis is divided into two parts corresponding to two different imaging modalities, namely, polarimetric contrast imaging and intensity modulated light imaging. In both the cases, advanced imaging systems, capable of imaging in real-time are used and their performances are evaluated both theoretically and experimentally. In the first part of the thesis, a two-channel, snapshot polarimetric camera, based on a Wollaston prism is used to attain optimal imaging of polarized light source through fog. An original outdoor experiment is setup in the vicinity of the campus Beaulieu in Rennes, France, where a source is placed on a telecommunication tower more than a kilometer away from the imaging system. Data acquired in various weather conditions show that the efficiency of the two-channel polarimetric camera depends on the background noise correlation in the two images. Further, this was confirmed using an information theoretical analysis, which showed that a polarimetric contrast maximizing image representation is a linear combination of the two polarimetric images whose weights depend on the background noise correlation. Based on the derived optimal polarimetric representation, a detection scheme was presented, leading to an end-to-end study of two-channel polarimetric imaging through fog that may be useful in transport applications like aircraft landing/taxiing in degraded weather. The second part of the thesis deals with intensity modulated light and its potential for ballistic photon imaging through scattering media. First, using the diffusion theory of photon transport and information theory, it was shown that for a given photon budget, ballistic imaging can be achieved for a minimum modulation frequency that depends on the scattering properties of the intervening medium. In real-life situation, the minimum frequency can be in the range of MHz. Real-time imaging at these frequencies is a challenge. Hence, a novel demodulation camera system based on electro-optics was proposed and patented. The imaging system is capable of real-time, full-field demodulation at frequencies of several MHz (potentially, in GHz as well), without requiring a phase synchronized source. A prototype of the imaging system was developed and shown that a demodulation camera based on the proposed design is robust, portable and cost-effective. Finally, the work presented in this thesis pave way for implementation of advanced imaging systems in real-life situations, varying from biomedical imaging to transport safety.