Bien que les écrans à cristaux liquides (ou LCD) sont aujourd'hui devenus un standard dans les technologies d'affichage en détrônant le tube cathodique, la qualité des images fournie par ce type d'écran reste en deçà de son vieillissant homologue. Ces problèmes visuels (ou artefacts) sont caractérisés par des effets de flou présents à l'écran et ont pour origine le "temps de réponse" des écrans LCD ainsi que le mode de pilotage de l'écran peu adapté à notre système visuel (artefact appelé "hold effect"). Le travail présenté dans ce mémoire de thèse apporte sa contribution dans le domaine de l'amélioration des artefacts visuels sur les panneaux LCD. Notre approche propose non seulement un vocabulaire mathématique et des définitions adaptées aux transitions de luminance mais aussi plusieurs modèles permettant une représentation analytique concise du temps de réponse. Contrairement aux solutions classiques de réduction de temps de réponse, appelées overdrive, l'utilisation des modèles mathématiques proposés permet de s'affranchir de longues campagnes de mesures et de s'adapter facilement au changement de fréquence de rafraîchissement de l'écran. Deux algorithmes d'amélioration des artefacts sont ainsi proposés : le premier pour les téléviseurs et les moniteurs LCD et le second pour les petits écrans d'appareils portables. Enfin, une fois cette première étape franchie, nous proposons une étude des solutions destinée à réduire le hold effect, artefact indépendant du temps de réponse.

Dans un contexte de vieillissement de la population, et donc d’augmentation du nombre de presbytes, l’amélioration des optiques destinées à la correction de ce défaut visuel est un enjeu crucial. Nous avons cherché à optimiser le design des optiques bifocales, qui ne présentent que deux puissances différentes: une pour la vision de loin et une pour la vision de près. Pour cela, nous avons simulé des images telles qu’elles seraient vues à travers nos designs, et les avons fait noter par des sujets. La première étude s’est penchée sur le ratio d’aire optimisant la vision au loin comme au près. Les meilleurs résultats ont été obtenus pour un ratio de 40% de vision de près au centre, même si des valeurs de 20 à 50% étaient satisfaisantes. Cependant, ces optiques à deux zones concentriques ont un défaut : elles sont très sensibles au changement de diamètre pupillaire, qui est très fréquent. Un changement de taille de pupille entrainant une modification du ratio d’aires, la solution consiste à utiliser plusieurs zones concentriques alternant entre correction de loin et de près. La seconde étude s’est focalisée sur l’optimisation du nombre de zones concentriques dans ces optiques bifocales par la même méthode. Lorsque le nombre de zones est augmenté suffisamment, des interférences permettent d’augmenter également la qualité de vision intermédiaire, nos profils étant disposés comme des réseaux de Fresnel. Les profils à 5 zones permettent une bonne vision de loin et de près en redonnant une légère vision intermédiaire, et les profils à 8 zones donnent une qualité de vision similaire au loin, en intermédiaire et au près. Ces profils ont ensuite été évalués dans des conditions plus réalistes, en présence d’aberrations, de décentrement, de différents diamètres pupillaires par deux populations d’âge différent. L’âge des sujets n’influence pas leur évaluation des optiques. Les aberrations ont plus d’impact sur la qualité visuelle que le décentrement. Le diamètre pupillaire a une influence plus forte sur les profils possédant moins de zones. Enfin, nous avons comparé nos profils optimisés avec des lentilles de contact disponibles sur le marché. Du point de vue de la qualité visuelle comme de la profondeur de champ, nos profils étaient meilleurs que les lentilles du marché. Il serait donc intéressant d’en créer des prototypes pour effectuer des tests au porté. Les designs développés dans cette thèse pourraient servir à effectuer une personnalisation de la correction optique des presbytes. Différents designs pourraient être proposés pour chaque oeil, permettant de combiner deux profils par sujets. De nombreuses variations inter-individuelles, également observées dans les études précédentes, restent toujours imprévisibles. Elles pourraient être dues à des différences de sensibilité au contraste ou de tolérance au flou. Il serait donc intéressant de développer un test optométrique, consistant à faire évaluer des images floues par le sujet, de façon à prédire s’il s’agit d’un bon candidat au port de lentilles bifocales. / Giving the aging of the population, and therefore the augmentation of presbyopes, the improvement of optics used to compensate for this visual impairment are at stake. We optimized bifocal optics designs, which only have two powers: one dedicated to distance vision and one dedicated to near vision. For this, we simulated images as they would appear through our designed optics, and asked subjects to grade the quality of these simulated images. First study dealt with the ratio of area optimizing visual quality at distance and at near. The best results were obtained for a ratio of 40% of central near vision, even if values from 20 to 50% gave quite comparable satisfying results. However, these 2 zone optics have a drawback they are very sensitive to the change of pupil diameter, which happens very often. A change in pupil size leads to a change of ratio of areas, the solution consists in using several concentric zones alternating between distance and near correction. The second study was about the optimization of the number of concentric zones in these bifocal optics using the same method. When the number of zones is increased enough, interferences allow to improve intermediate visual quality, as our profiles are built as Fresnel networks. Five zone profiles give a good distance and near vision with a little intermediate vision, and 8 zone profiles give an acceptable quality of vision from far to near. These profiles were evaluated in more realistic conditions, in presence of aberrations, decentration and different pupil diameters by two populations with different age. The age of subjects did not influence their evaluation of the optics. Aberrations had more impact on visual quality than decentration. Pupil diameter had a stronger influence on the optics with less number of zones. Eventually, we compared our optimized profiles with actual contact lenses available on the market. When looking at visual quality and depth-of-focus, our profiles were better than the ones available on the market. Therefore, it would be interesting to make prototypes to try them on real subjects. The designs developed in this work could be used to personalize presbyopes optical compensation. Different designs could be tried on each eye, allowing to combine two profiles per subject. A lot of inter-individual variations, also observed in previous studies, remain unpredictable. They could be linked to differences in contrast sensitivity or tolerance to blur. It would be interesting to create a visual test consisting in evaluating blurred images, in order to predict of a subject is a good candidate to fit with bifocal optics.

La « haute-définition » a connu un essor important ces dernières années dans les domaines multimédia (télévision, jeux vidéo, etc.). Cependant, pour que l'observateur bénéficie pleinement de cette amélioration de la qualité d'usage, l'augmentation de la résolution spatiale des images affichées doit être accompagnée d'une augmentation de la taille de l'écran. Les écrans à tube cathodique (CRT), lourds et encombrants, ont donc progressivement laissé la place à de nouvelles technologies d'affichage, caractérisées par leur écran plat. Les écrans à cristaux liquides (LCD), leaders sur le marché des téléviseurs et des moniteurs informatiques, souffrent encore de nombreux défauts visuels notamment lors de l'affichage d'images animées. Durant ces travaux de thèse, nous avons choisi de nous intéresser plus particulièrement au flou de mouvement, dont les causes sont à la fois technologiques et perceptives. Nous avons tout d'abord caractérisé cet artefact visuel d'un point de vue métrologique, en développant une méthode de mesure basée sur la réponse indicielle temporelle des pixels de l'écran. Dans un second temps, nous avons mis en œuvre plusieurs expérimentations psychophysiques de manière à modéliser la perception du flou de mouvement sur LCD, et à caractériser la gêne associée à ce défaut. Ces mesures psychovisuelles ont permis d'établir des recommandations sur les caractéristiques temporelles des écrans LCD. Enfin, un modèle de flou de mouvement global, basé sur la caractérisation technique et perceptive de cet artefact, permet de prédire la perte de qualité mesurée subjectivement sur les écrans LCD. Les solutions technologiques de réduction du flou de mouvement peuvent alors être évaluées de manière automatique.

Cette étude traite de l'évaluation locale des distorsions perceptuelles, de l'évaluation globale de la qualité visuelle, et de l'influence de l'attention visuelle en évaluation de qualité. Afin d'évaluer localement les distorsions dans les images, nous avons simplifié un modèle existant du système visuel humain en utilisant la transformée en ondelettes et nous avons proposé une meilleure modélisation des effets de masquage par la prise en compte du masquage semi-local. A partir de ces modèles, nous avons conçu et validé des métriques de qualité d'images. Pour les vidéos, nous avons conçu une méthode d'évaluation locale des distorsions temporelles reposant sur un cumul temporel court terme des distorsions spatiales. Celui-ci simule l'évaluation des distorsions via des mécanismes de sélection de l'attention visuelle. Une métrique de qualité s'appuyant sur cette méthode a été conçue et validée. Celle-ci est basée sur un cumul temporel long terme incorporant un comportement asymétrique et un effet de saturation perceptuelle. L'influence de l'attention visuelle sur l'évaluation de la qualité a été analysée à partir des données issues de tests oculométriques réalisés sur des images et sur des vidéos, en exploration libre et en tâche de qualité. Les résultats ont confirmé, entre autres, l'influence de la tâche de qualité sur le déploiement de l'attention visuelle. L'impact de l'attention visuelle sur l'évaluation objective de la qualité a également été étudié en utilisant l'information de saillance réelle. Nous avons montré qu'une simple pondération linéaire des distorsions par l'attention visuelle ne permettait pas d'améliorer clairement les performances des métriques de qualité.

Les buissons ligneux forment un modèle végétal clé pour répondreaux préoccupations sociales et environnementales.Usuellement transposé sur le modèle arborescent, leur développementarchitectural reste encore peu compris et peu étudiéau regard de leur qualité visuelle. Pour cerner et anticiper cesattentes, une méthodologie pluridisciplinaire visant le managementde la qualité visuelle des plantes d’ornement est proposée.Elle intègre l’architecture des plantes avec sa plasticité phénotypiqueet la perception de leur apparence visuelle. Sur un rosierbuisson : Rosa hybrida L. ‘Radrazz’, l’étude montre commentl’analyse architecturale avec ses outils de modélisation, l’analysesensorielle et d’image peuvent former un cadre scientifi quecohérent visant cet objectif, et transposable à d’autres taxons.Sur rosiers virtuels, et réels exposés à un gradient lumineux, l’apparencevisuelle peut être caractérisée objectivement au moyend’épreuves sensorielles sur vidéode plante en rotation à différentsstades. La vidéo permet aux sujets une meilleure représentationmentale de la plante en 3D, et ainsi une descriptionplus complète et fi able de l’apparence visuelle ; puis de prédirecette description en intégrant statistiquement l’analyse d’imagede plusieurs facettes de la plante. Certaines variables architecturalespertinentes, et de nombreuses équivalentes, potentiellementintéressantes pour étudier le développement des buissonsau cours de leur cycle de vie, permettent de prédire voire d’expliquerl’élaboration des composantes visuelles d’un cultivar. / Shrubs form a key plant model to meet social and environmentalconcerns. Usually transposed on the tree model, their architecturaldevelopment is still ill-known and understudied to address visualquality. To identify and anticipate such expectations, the visual qualitymanagement of ornamental plants through a multidisciplinarymethodology is proposed. It includes architecture of the plants withits phenotypic plasticity and their visual appearance perception.On a rose bush: Rosa hybrida L. ‘Radrazz’, this work shows howarchitectural analysis with its modeling tools, sensory evaluationand image analysis can form a coherent scientifi c framework toface up to such a purpose, and be transposed for other taxa. Onvirtual rose bushes, and real ones exposed to a light gradient, thevisual appearance can be characterized objectively by means ofsensory tests using rotating plant video at different stages.Thevideo stand enables a better mental representation of the plant 3Dby the subjects, leading to a more complete and reliable descriptionof the plant visual appearance; then to predict this descriptionthrough statistically integrated image analysis of multiple plantfacets. Some relevant architectural variables, with numerousequivalents, potentially interesting to study the architecturaldevelopment of bushes during their life cycle, enabled to predicteven explain how visual components were built for a cultivar. Fora better market responsiveness, this work lays the foundationfor drafting interactive decision and innovation support tools forb

Ce manuscrit présente les travaux de recherche réalisés au cours de ma thèse, dont le but est de développer des algorithmes de correction d'erreurs dans un décodage numérique d'images et d'assurer un haut niveau de la qualité visuelle des images décodées. Nous avons utilisé des techniques d'analyse statistique pour détecter et dissimuler les artefacts. Une boucle de contrôle de la qualité est implémentée afin de surveiller et de corriger la qualité visuelle de l'image. Le manuscrit comprend six chapitres. Le premier chapitre présente les principales méthodes d'évaluation de la qualité des images trouvées dans l'état de l'art et introduit notre proposition. Cette proposition est en fait un outil de mesure de la qualité des vidéos (OMQV) qui utilise le système visuel humain pour indiquer la qualité visuelle d'une vidéo (ou d'une image). Trois modèles d'OMQV sont conçus. Ils sont basés sur la classification, les réseaux de neurones artificiels et la régression non linéaire, et sont développés dans le deuxième, troisième et quatrième chapitre respectivement. Le cinquièmechapitre présente quelques techniques de dissimulation d'artefacts présents dans l'état de l'art. Le sixième et dernier chapitre utilise les résultats des quatre premiers chapitres pour mettre au point un algorithme de correction d'erreurs dans les images. La démonstration considère uniquement les artefacts flou et bruit et s'appuie sur le filtre de Wiener, optimisé sur le critère du minimum linéaire local de l'erreur quadratique moyenne. Les résultats sont présentés et discutés afin de montrer comment l'OMQV améliore les performances de l'algorithme mis en œuvre pour la dissimulation des artefacts. / This report presents the research conducted during my PhD, which aims to develop an efficient algorithm for correcting errors in a digital image decoding process and ensure a high level of visual quality of decoded images. Statistical analysis techniques are studied to detect and conceal the artefacts. A control loop is implemented for the monitoring of image visual quality. The manuscript consists in six chapters. The first chapter presents the principal state of art image quality assessment methods and introduces our proposal. This proposal consists in a video quality measurement tool (VQMT) using the Human Visual System to indicate the visual quality of a video (or an image). Three statistical learning models of VQMT are designed. They are based on classification, artificial neural networks and non-linear regression and are developed in the second, third and fourth chapter respectively. The fifth chapter presents the principal state of art image error concealment technics. The latter chapter uses the results of the four former chapters to design an algorithm for error concealment in images. The demonstration considers blur and noise artefacts and is based on the Wiener filter optimized on the criterion of local linear minimum mean square error. The results are presented and discussed to show how the VQMT improves the performances of the implemented algorithm for error concealment.

L'objectif de cette thèse est de réaliser des missions diverses de navigation autonome en environnement intérieur et encombré avec des robots terrestres. La perception de l'environnement est assurée par un banc stéréo embarqué sur le robot et permet entre autres de calculer la localisation de l'engin grâce à un algorithme d'odométrie visuelle. Mais quand la qualité de la scène perçue par les caméras est faible, la localisation visuelle ne peut pas être calculée de façon précise. Deux solutions sont proposées pour remédier à ce problème. La première solution est l'utilisation d'une méthode de fusion de données multi-capteurs pour obtenir un calcul robuste de la localisation. La deuxième solution est la prédiction de la qualité de scène future afin d'adapter la trajectoire du robot pour s'assurer que la localisation reste précise. Dans les deux cas, la boucle de commande est basée sur l'utilisation de la commande prédictive afin de prendre en compte les différents objectifs de la mission : ralliement de points, exploration, évitement d'obstacles. Une deuxième problématique étudiée est la navigation par points de passage avec évitement d'obstacles mobiles à partir des informations visuelles uniquement. Les obstacles mobiles sont détectés dans les images puis leur position et vitesse sont estimées afin de prédire leur trajectoire future et ainsi de pouvoir anticiper leur déplacement dans la stratégie de commande. De nombreuses expériences ont été réalisées en situation réelle et ont permis de montrer l'efficacité des solutions proposées. / The aim of this thesis is to perform various autonomous navigation missions in indoor and cluttered environments with mobile robots. The environment perception is ensured by an embedded stereo-rig and a visual odometry algorithm which computes the localization of the robot. However, when the quality of the scene perceived by the cameras is poor, the visual localization cannot be computed with a high precision. Two solutions are proposed to tackle this problem. The first one is the data fusion from multiple sensors to perform a robust computation of the localization. The second solution is the prediction of the future scene quality in order to adapt the robot's trajectory to ensure that the localization remains accurate. In the two cases, the control loop is based on model predictive control, which offers the possibility to consider simultaneously the different objectives of the mission : waypoint navigation, exploration, obstacle avoidance. A second issue studied is waypoint navigation with avoidance of mobile obstacles using only the visual information. The mobile obstacles are detected in the images and their position and velocity are estimated in order to predict their future trajectory and consider it in the control strategy. Numerous experiments were carried out and demonstrated the effectiveness of the proposed solutions.