Notre objectif a été d'analyser l'influence de la variabilité spatio-temporelle de la réflectance des cônes sur le comptage des cônes par imagerie à haute résolution par optique adaptative plein champ, et de proposer des méthodes pour pallier ces difficultés. La première partie des travaux porte sur l'étude de la variabilité temporelle des cônes. Nous avons confirmé la présence d'un phénomène de scintillement des cônes à une fréquence au moins égale à celle de notre système d'acquisition. Nous avons proposé une procédure d'analyse d'images incluant restauration par déconvolution myope, recalage rigide, fusion d'images pour la construction de cartographies de cônes. Nous avons montré que dans le cas des sujets sains, la procédure de fusion d'image permet de rapprocher la mesure de la densité des cônes des références histologiques. La directionalité de la réflectance des cônes est appelée effet Stiles-Crawford optique. Nous en avons identifié une nouvelle manifestation clinique, à travers une étude portant sur l'analyse d'images d'optique adaptative en périphérie de la rétine. Nous avons montré, à travers l'alternance des mosaïques positive/négative, que la réflectance des cônes peut devenir inférieure à celle des bâtonnets. La comparaison avec les données de la tomographie de cohérence optique a montré une forte corrélation de cette commutation avec la couche des segments externes des cônes. Nous avons proposé une procédure d'intégration de la variabilité spatiale pour la construction des cartographies. Cette procédure a été évaluée sur des sujets sains et pathologiques et a montré un gain significatif (en termes de dénombrement des cônes) chez les cas pathologiques. / Our objective was to analyze the importance of spatial and temporal variability of the reflectance of cones in counting for adaptive optics high resolution imaging, and propose ways to overcome these difficulties.The first part of the work focuses on the study of the temporal variability of cones. We confirmed the presence of a scintillation phenomenon at a frequency at least equal to that of our acquisition system. We have proposed an image analysis process including restoration by deconvolution, rigid registration, and image fusion for cone mapping. To validate this approach, we conducted a validation test for two deconvolution methods. We have shown that in the case of healthy subjects, the image fusion procedure to bring the measurement of cone density and histological references. The angular variation of cone reflectance is called optical Stiles-Crawford effect. We have identified a new clinical manifestation of this phenomenon, through a study on the analysis of adaptive optics images periphery). We have shown, through the alternation of the positive / negative mosaics, that the reflectance of the cones may become lower than that of rods. Comparison with the data of the optical coherence tomography showed a strong correlation of the switching with the outer segment layer. We then proposed a procedure of integration of spatial variability for cone mapping. This procedure was evaluated in healthy and diseased subjects and showed a significant gain (in terms of cone enumeration) in pathological cases.

Notre perception du monde est multimodale. Les différents sens (vision, audition, tactile, etc) sont coordonnés entre eux afin d'accomplir nos tâches quotidiennes. Dans le cas où un organe des sens connaît un dysfonctionnement, le système nerveux central est capable de remplacer ou de renforcer l'information manquante en faisant appel à d'autres modalités sensorielles intactes. Le cadre conceptuel de ce remplacement d'un sens par un autre est le paradigme de substitution sensorielle. Cette thèse se situe dans ce contexte et, pour explorer certains aspects de ce paradigme, exploite un dispositif d'électro-stimulation linguale, le Tongue Display Unit (TDU), une matrice de 12x12 électrodes destinée à restituer sous la forme de voltages variables des scènes visuelles sur la langue.L'efficacité de ce dispositif souffre de nombreux problèmes au rang desquels le problème de fading (atténuation) qui correspond à une perte rapide de perception du signal d'électro-stimulation par les sujets et celui de la fusion de perceptions multi-modales qui, nous le verrons, se complique avec l'usage du TDU. Dans cette thèse, nous proposons d'étudier l'effet sur la qualité de perception et sur l'atténuation du signal de l'adjonction au signal image de saccades et de tremblements, processus qui nous ont été inspirés par la vision. Nous étudions également la façon dont les sujets perçoivent un signal image en cas de multi-modalité perceptive (vision + substitution visuelle sur la langue) et l'effet que produisent des contradictions d'information dans ce contexte.Ce travail met en évidence l'importance de la présence de saccades ou de scintillement dans le signal d'électro-stimulation pour contrer les effets de fading : grâce à ces procédés, même lorsque les stimulations sont longues, les sujets continuent de percevoir correctement le signal image. De plus, les expériences de perception multi-modale et de contradictions nous ont permis de montrer que la perception d'informations de type image par l'intermédiaire du TDU était comparable à celle de la vision. Enfin, nous avons pu mettre en évidence un effet de fusion d'informations contradictoires entre la perception visuelle et linguale, connu dans le cadre de la fusion d'information visuo-auditives sous le nom d'effet Mc Gurck.La compréhension de l'effet de procédés destinés à améliorer la perception dans le cadre de la substitution visuelle et celle de l'importance des effets de fusion multi-modale dégagée au cours de thèse devraient trouver application dans de nombreux domaines où ces effets sont présents ou requis, en particulier dans le domaine émergent de la vision prothétique. / Our perception of the world is by essence multimodal. Various sensory cues (vision, hearing, touch, etc.) are hence integrated to allow us the execution of daily life activities. When one sense organ is missing or impaired, in some circumstances, the central nervous system can replace or reinforce the missing sensory information by using reliable sensory information coming from an other intact sense organ. This doctoral thesis was designed to explore this so-called ‘sensory substitution' concept through the exploitation of a visual-to-tactile sensory substitution device. the Tongue Display Unit (TDU) is made of a 12x12 electro-tactile matrix capable of rendering visual scences on the dorsal part of the tongue.However, the effectiveness of this device suffers from numerous drawbacks among which two main problems : (i) the problem of ‘fading' (mitigation) which corresponds to a rapid loss of perception of electrostimulation signal by the individuals and (ii) the problem of multimodal fusion. In the present work, we propose to investigate these problems and their effects on the quality of perception, by (i) applying some eye-inspired mechanisms (micro-saccades) to the electro-tactile signal on the tongue, (ii) studying how individuals perceive a picture signal with multi-modal perceptual (visual stimulus + substitution on the tongue) and (iii) the effect produced contradictions of information in this context.This work evidence the importance of applying saccades and sparkle mechanisms in electro-tactile signal to resolve the problem of fading especially when stimulation periods are relatively long. Furthermore, the experiments we have conducted on multi-modal perception and contradictions suggested that the perception of image information through the TDU was comparable to that of vision. Finally, we were able to identify a conflicting information fusion effect between visual perception and electrotactile tongue perception. This phenomenon is known as Mc Gurck effect (fusion of visual and auditory information). Understanding the effect of these processes to improve the quality of perception through the visual substitution paradigm and the importance of multi-modal fusion effects during this thesis could be applied in various areas where these effects are present or required, especially in the emerging field of prosthetic vision.

Cette thèse de doctorat porte sur les fluctuations temporelles du flux lumineux des lampes LED, ce phénomène portant le nom de papilottement (flicker). Le papillotement est habituellement considéré comme une perturbation en raison de son impact négatif sur la santé. Pour les systèmes d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LED), sa définition vient d'être formalisée dans la norme IEEE 1789:2015 et a été décrite pour les appareils alimentés en courant alternatif (CA). Ce papillotement alternatif résulte des interactions entre l'impédance du réseau, l'onde de tension, les courants harmoniques et le convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA - CC). L'alimentation en courant continu est généralement obtenue via des convertisseurs à découpage. Par conséquent, les mêmes facteurs perturbateurs sont également présents sur les réseaux à courant continu. Cette thèse résume les diférences entre les propriétés caractéristiques du papillotement sous alimentation en CA et en CC. Il a été montré dans la littérature et aussi dans cette thèse qu'avec les LED, le facteur clé qui affecte le papillotement réside dans la conception du driver de LED - une partie indispensable des systèmes d'éclairage à LED. Cette thèse décrit une méthodologie d'évaluation de la sensibilité au papillotement des lampes LED sous alimentation en CC et analyse la façon dont cette sensibilité se modifie lorsque les drivers de LED sont simplifiés et adaptés à des alimentations CC. La thèse présente un ensemble d'expériences de mesure visant à déterminer la réaction typique du papillotement des lampes LED à la fois sous alimentation CA et CC. D'autres expériences ont été efectuées pour révéler l'impact de l'adaptation du driver à l'alimentation CC (en enlevant le pont redresseur à diodes). On constate que certaines lampes présentent une meilleure résistance au papillotement, tandis que d'autres lampes présentent une moindre résistance. Ces expériences sont accompagnées de simulations de drivers pour les lampes LED visant à reproduire et à expliquer les résultats des mesures. La thèse décrit en outre une expérience de mesure visant à montrer la sévérité typique de la variation de tension dans un réseau CC à basse tension couplé au CA domestique et son impact sur le papillotement. On conclut qu'un tel système est suisamment robuste pour filtrer les perturbations provenant du CA, mais une interaction indésirable entre la lampe et l'alimentation peut se produire. / This dissertation thesis is concerned with temporal fluctuations of the luminous flux of LED lamps, a phenomenon referred to as flicker. Flicker is usually regarded as a disturbance due to its negative impact on human health. For lighting systems based on light emitting diodes (LED), its definition has recently been formalised in norm IEEE 1789-2015 and has been documented on devices supplied with AC voltage. AC flicker results from interactions between network impedance, voltage and current harmonics, and the AC to DC converter. DC supplies are generally obtained by switching converters. Consequently, the same perturbing factors are present on DC networks. The thesis summarises the differences between the characteristic properties of flicker under AC and DC supplies. It has been shown in the literature and also in this thesis that the key factor affecting flicker with LEDs is the design of the LED driver-a necessary part of the LED lighting systems. This thesis describes a methodology for the evaluation of the flicker sensitivity of DC supplied LED lamps and analyses how the sensitivity changes when the LED drivers are simplified and accustomed to DC supply. The thesis presents a set of measurement experiments aimed to determine the typical flicker response of LED lamps both under AC and DC supply. Further experiments were performed to reveal the impact of accustomising the driver to the DC supply (removing the diode rectifier). It was found that some lamps show better flicker immunity while other lamps show worse flicker immunity. These experiments are accompanied by LED driver simulations aiming to reproduce and explain the measurement results. The thesis further describes a measurement experiment aimed to show the typical severity of the voltage fluctuation in a low voltage DC network coupled to AC mains and its impact on the flicker. It is concluded that such a system is robust enough to filter out any perturbations coming from the AC supply, but an undesired interaction between the lamp and the supply may occur.

Cette thèse a porté principalement sur la caractérisation de nanocristaux dont la structure permet de réduire de façon drastique leur scintillement. La caractéristique essentielle de ces nanocristaux de CdSe est qu'ils sont entourés d'une coquille épitaxiée très épaisse de CdS qui les préserve d'interactions trop importantes avec l'extérieur. La réalisation d'une coquille très épaisse permet de supprimer les longues périodes d'extinction. De plus, on a pu vérifier que si le trou reste localisé dans le coeur du nanocristal, l'électron est délocalisé dans l'ensemble de la structure. Cet effet de délocalisation provoque une réduction de l'efficacité des processus Auger. À bas taux de pompage, cette propriété implique que les nanocristaux ne présentent plus d'états réellement éteints. Ce résultat, associé aux mesures des durées de vie correspondant aux périodes d'extinction et d'émission, nous a permis de calculer les taux de recombinaisons des différents processus en jeu dans un nanocristal faiblement excité, qu'il soit neutre ou ionisé. A plus fort taux de pompage, nous montrons la possibilité d'observer des cascades radiatives consécutives à des recombinaisons d'états multiexcitoniques. La dernière partie a été consacrée à des premiers résultats concernant le contrôle de l'émission de nanocristaux par leur insertion dans des cavités photoniques à miroirs de Bragg. Nous observons l'émission de photons uniques et nous démontrons l'effet de la cavité sur la durée de vie radiative des nanocristaux.

Les générateurs de nombres aléatoires sont des blocs destinés à produire des quantités numériques qui doivent être indépendantes et uniformément distribuées. Ces RNG sont utilisés dans des contextes sécuritaires où l'utilisation de nombres aléatoires est requise (génération de clefs cryptographiques, nonces des protocoles cryptographiques, marqueurs anti-rejeu, contre-mesures face aux attaques par canaux cachés) et où leur qualité est primordiale. Tous les composants électroniques ayant une fonction sécuritaire, comme par exemple les cartes à puces, incluent un ou plusieurs générateurs aléatoires (basés sur des principes physiques). En conséquence, le RNG est une brique centrale des applications sécuritaires et sa défaillance, totale ou partielle met donc en péril la fonctionnalité dans son ensemble. Ce travail de thèse porte sur l'étude des RNG physiques (PTRNG) et la modélisation de l'aléa à partir des caractérisations électroniques et mathématiques du circuit. Cette étude se place essentiellement dans le contexte de la norme AIS 31 du BSI* qui fait référence dans de nombreux pays européens. Cette norme est l‘une des rares qui impose des caractérisations sur les PTRNG, incluant notamment un modèle stochastique de ce dernier. Dans ce contexte, il est crucial de pouvoir valider la méthodologie d'évaluation proposée par ces normes et c'est sur ce point que j'ai focalisé mon travail de thèse.*Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik, agence fédérale allemande chargée de la sécurité des technologies de l'information / Random number generators (RNG) are primitives that produce independent and uniformly distributed digital values, RNG are used in secure environments where the use of random numbers is required (generation of cryptographic keys, nonces in cryptographic protocols, padding values, countermeasures against side-channel attacks) and where the quality of the randomness is essential. All electronic components with a security function, such as smart cards, include one or more random generators (based on physical principles). Consequently, the RNG is an essential primitive for security applications. A flaw in security of the random number generation process directly impacts the security of the cryptographic system. This thesis focuses on the study of physical RNG (PTRNG), the modeling of its randomness and an electronic characterizations of the circuit. This study is in the context of the AIS-31 standard which is published by the BSI* and followed by many European countries. This standard is one of the few that require a characterizations of the PTRNG and a stochastic model. In this context, it is crucial to validate the evaluation methodology proposed by these standards and l focused on them during my thesis.*Bundesamt fiir Sicherheit in der Informationstechnik, federal agency German responsible for the security of information technology

La synthèse d’images réalistes repose sur des modèles physiques décrivant les interactions entre la lumière et les matériaux attachés aux objets dans une scène tridimensionnelle. Ces modèles mathématiques sont complexes et, dans le cas général, n’admettent pas de solution analytique. Pour cette raison, l’utilisation de méthodes numériques robustes et efficaces est nécessaire. Les méthodes de Monte Carlo ou techniques alternatives comme l’utilisation de développement par fonction de base sont appropriées pour résoudre ce type de problème. Dans cette thèse par articles, nous présentons deux nouvelles techniques permettant l’in- tégration numérique efficace de matériaux complexes. En premier lieu, nous introduisons une nouvelle méthode permettant d’intégrer simultanément plusieurs dimensions définies dans le domaine angulaire et spatiale. Avoir une technique efficace est essentiel pour intégrer des matériaux avec des normales variant rapidement sous différentes conditions d’éclairage. Notre technique utilise une nouvelle formulation basée sur un histogramme sphérique définie de façon directionnelle et spatial. Ce dernier nous permet d’utiliser des harmoniques sphé- riques pour intégrer les différentes dimensions rapidement, réduisant le temps de calcul d’un facteur approximatif de 30× par rapport aux méthodes de l’état de l’art. Dans notre second travail, nous introduisons une nouvelle stratégie d’échantillonnage pour estimer le transport de lumière à l’intérieur de matériaux multicouches. En identifiant les meilleures stratégies d’échantillonnage, nous proposons une technique efficace et non biaisée pour construire des chemins de lumière à l’intérieur de ce type de matériau. Notre nouvelle approche permet d’obtenir un estimateur de Monte Carlo efficace et de faible variance dans des matériaux contenant un nombre arbitraire de couches. / Realistic computer generated images and simulations require physically-based models to properly capture and reproduce light-material interactions. The underlying mathematical formulations are complex and mandate the use of efficient numerical methods, since analytic solutions are not available. Monte Carlo integration is one such commonly used numerical method, although, alternative approaches leveraging, e.g., basis expansions, may be suitable to solve these challenging problems. In this thesis by articles, we present two works where we efficiently devise numerical integration strategies for the rendering of complex materials. First, we propose a method to compute a spatial-angular multi-dimensional integration problem present when rendering materials with high-frequency normal variation under large, angularly varying illumination. By computing and manipulating a novel spherical histogram data representation, we are able to use spherical harmonics to efficiently solve the integral, outperforming the state-of-the-art by a factor of roughly 30×. Our second work describes a high-performance Monte Carlo integration strategy for rendering layered materials. By identifying the best path sampling strategies in the micro-scale light transport context, we are able to tailor an unbiased and efficient path construction method to evaluate high throughput, low variance paths through an arbitrary number of layers.

L’impression 2.5D est une technologie à mi-chemin entre l’impression couleur traditionnelle, à laquelle elle emprunte son procédé et la qualité de reproduction des couleurs, et l’impression 3D qui crée des reliefs et des formes. Par ses qualités visuelles, elle pourrait permettre la reproduction réaliste de multiples surfaces, mais un frein s’oppose à cette perspective : les encres brillent. En modulant la rugosité des surfaces imprimées à l'échelle du micromètre, en fréquence et en amplitude, nous avons réussi à réduire et contrôler le brillant des encres. Des stratégies d'impression différentes ont été proposées et étudiées pour diminuer l’effet scintillant et permettre l’impression d’une couche couleur mate : la création d'un espace à cinq dimensions dans lequel le brillant et la couleur sont modélisés aboutit à l'uniformisation des niveaux de brillant colorés. Les protocoles d'impression développés ont ensuite été appliqués à des cas concrets issus de la conservation – restauration du patrimoine. Plusieurs exemples distincts sont présentés, qui abordent un point particulier sur lequel l’impression 2.5D est pertinente: comblement de lacune, création de répliques réalistes, intérêt de l'aspect visuel mat pour la lisibilité des œuvres. / 2.5D printing is between traditional color printing, for the process and its visual quality, and 3D printing, which makes forms and reliefs by ink superposition. Because of its properties, 2.5D printing could allow the realistic reproduction of objects and surfaces, but inks are too glossy. To reduce and control this glossy aspect of inks, we modulate the roughness of the printed layers, at the micro-scale, both in frequency and amplitude. Influence of parameters was measured, and different strategies were suggested to reduce sparkle and to allow the creation of matte colored layers: by constituting a 5D space where gloss and color are modeled, we can make gloss level of colored surfaces uniform.Several case studies form the Conservation of Cultural Heritage were considered, where 2.5D printing could help the curator, the conservator or the archivist. We studied in particular the issues of the the gap filling on an archaeological object, the realistic reproduction of surfaces, and the creation of matte objects for readability.