Dans ce travail nous nous intéressons à la segmentation d’image 3D. Le but est de définir un cadre permettant, étant donnée une problématique de segmentation, de développer rapidement un algorithme apportant une solution à cette problématique. Afin de ne pas être restreint à un sous ensemble des types de problématique de segmentation, ce cadre doit permettre de mettre en oeuvre efficacement les différentes méthodes et les différents critères de segmentation existants, dans le but de les combiner pour définir les nouveaux algorithmes. Ce cadre doit reposer sur un modèle de structuration d’image qui représente la topologie et la géométrie d’une partition et permet d’en extraire efficacement les informations requises. Dans ce document, les différentes méthodes de segmentation existantes sont présentées afin de définir un ensemble d’opération nécessaire à leur implémentation. Une présentation des modèles existants est faite pour en déterminer avantages et inconvénients, puis le nouveau modèle est ensuite défini. Sa mise en oeuvre complète est détaillée ainsi qu’une analyse de sa complexité en temps et en mémoire pour l’ensemble des opérations précédemment définies. Des exemples d’utilisation du modèle sur des cas concrets sont ensuite décrits, ainsi que les possibilités d’extension du modèle et d’implémentation sur architecture parallèle. / In this work we focus on 3D image segmentation. The aim consists in defining a framework which, given a segmentation problem, allows to design efficiently an algorithm solving this problem. Since this framework has to be unspecific according to the kind of segmentation problem, it has to allow an efficient implementation of most segmentation techniques and criteria, in order to combine them to define new algorithms. This framework has to rely on a structuring model both representing the topology and the geometry of the partition of an image, in order to efficiently extract required information. In this document, different segmentation techniques are presented in order to define a set of primitives required for their implementation. Existing models are presented with their advantages and drawbacks, then the new structuring model is defined. Its whole implementation including details of its memory consumption and time complexity for each primitives of the previously defined set of requirements is given. Some examples of use with real image analysis problems are described, with also possible extensions of the model and its implementation on parallel architecture.

La thèse a visé à mieux comprendre les représentations sociales (RS) culinaires de cuisiniers domestiques (cuisiniers non professionnels). Existe-t-il différentes RS de la préparation culinaire ? Si oui, comment identifier ces groupes ayant des RS différentes ? Ainsi, nous nous sommes penchés sur le concept de distance à l’objet (DAO), qui, en interrogeant l’individu sur son niveau de pratique, de connaissance et d’implication, permet d’éclairer le lien entretenu par l’individu avec l’objet (qui est ici la « préparation culinaire ») en soulignant que ce lien est soumis à des variables sociales et psychosociales.Nous nous sommes alors questionnés sur l’intérêt de l’utilisation de la DAO comme variable de segmentation de l’échantillon ad hoc, et en quoi cette DAO serait un dispositif pertinent pour analyser les RS, les pratiques et leur lien étroit.Pour répondre à ces interrogations, avec une stratégie de triangulation, nous avons procédé en deux étapes. La première étape portait sur l’étude des RS de la préparation culinaire et l’impact de la DAO sur celles-ci. La seconde étape portait sur l’étude de la préparation culinaire comme « pratique signifiante » et de l’impact de la DAO sur celles-ci. Elle s’est faite par le biais d’une methode innovante basée sur des observations filmées de cuisiniers domestiques préparant un plat, suivies d’entretiens d’explicitations.L’ensemble de nos résultats nous a permis de mettre en lumière l’intérêt de la DAO comme moyen de segmentation de l’échantillon, ainsi que l’impact de la DAO sur le contenu et l’organisation des RS culinaires. Nos résultats sont discutés au regard des apports théoriques et opérationnels concernant les RS et la DAO. / The thesis aimed to understanding social representations (SR) of domestic culinary chefs (non-professional cooks). Are there different SR of culinary preparation? If so, how to identify these groups with different SR? So we focused on the concept of distance to the object (DO), which, by interviewing the individual on his level of practice, knowledge and involvement, sheds light on the link between the individual and the object (which is here the "culinary preparation") emphasizing that this link is submitted to social and psychosocial variables.We then asked about the interest of the use of DO as ad hoc segmentation variable of the sample, and how this DO would be an appropriate system to analyze SR, practices and their close connectionTo answer these questions, with a strategy of triangulation, we proceeded in two steps. The first step was the study of social representations of culinary preparation and the impact of the distance to the object (DO) on them. The second step was the study of the culinary preparation as "signifying practice" and the impact of CAD on them. It is made through an innovative method based on observations filmed domestic chefs preparing a dish, followed by explications of interviews.All our results allowed us to highlight the interest of the DAO as a means of sample segmenting, and the impact of the distance to the object on the content and structure of culinary social representations. Our results are discussed in terms of theoretical and operational contributions about social representations and distance to the object

L’urbanisation est un phénomène qui modifie l’environnement et les conditions de vie sur tous les continents. Depuis 2007, plus de la moitié de la population mondiale habite en ville. Or, beaucoup de villes de taille petite ou moyenne notamment d’Afrique, connaissent une croissance non planifiée, avec pour conséquence d’exposer les populations à de nombreux dangers environnementaux aux conséquences sanitaires complexes et donc assez mal connues. En développant un programme de recherche sur la ville de Bobo-Dioulasso, seconde ville du Burkina Faso, où les relations entre l’urbanisation et la santé ont été très peu analysées, notamment par les géographes de la santé, nous avions l’ambition d’analyser la production des inégalités de santé au regard du processus de l’urbanisation par le biais d’une approche méthodologique originale. Plusieurs indicateurs de santé ont été utilisés, du paludisme aux états nutritionnels, à la fois sur des adultes de 35 à 59 ans et sur les enfants de 6 à 59 mois, issus de quartiers choisis pour illustrer la diversité urbaine et maximiser ainsi l’amplitude des différences de santé entre les quartiers, mais aussi au sein même des quartiers.Notre travail se pose en préalable d’analyses plus élaborées des relations entre les processus d’urbanisation et les inégalités de santé en vue d’en comprendre les constructions socio-territoriales. Il a permis des avancées méthodologiques importantes en matière d’échantillonnage de l’espace urbain et il pose les bases d’une typologie de la ville montrant que sa segmentation est au cœur de la production des inégalités de santé. / The urbanization is a phenomenon which modifies the living conditions and the environment on all the continents. Since 2007, more half of the world population lives in urban areas. However, much of cities of the developing countries are growing without control, exposing the populations to many environmental risks which have complex medical consequences, rather badly known. It is particularly the case of the small and medium-sized cities of Africa.By developing a research program on the town of Bobo-Dioulasso, the second city of Burkina Faso, where the relations between urbanization and health were sparsely analyzed, particularly by the medical geographers, we aim to analyze the production of the inequalities of health taking into account urbanization process according to an original methodological approach. Several health indicators were used, among them malaria and nutritional states, both on adults from 35 to 59 years and on children from 6 to 59 months, resulting from districts which have been chosen to illustrate urban diversity in order to thus maximize the amplitude of the differences in health between the districts but also within the districts. Our work constitutes the bases of more elaborate analyses of the relations between the processes of urbanization and the inequalities of health in order to understand socio-territorial constructions of them. It allowed important methodological projections as regards sampling of urban space and it introduces a typology of the city showing that its segmentation is implied in the production of the inequalities of health.

La microscopie confocale de réflectance in-vivo (RCM) est un outil puissant pour visualiser les couches cutanées à une résolution cellulaire. Des descripteurs du vieillissement cutané ont été mis en évidence à partir d'images confocales. Cependant, leur évaluation nécessite une analyse visuelle des images par des dermatologues expérimentés. L'objectif de cette thèse est le développement d'une technologie innovante pour quantifier automatiquement le phénomène du vieillissement cutané en utilisant la microscopie confocale de réflectance in vivo. Premièrement, la quantification de l’état de l’épiderme est abordée. Ensuite, la jonction dermique-épidermique est segmentée, et sa forme est caractérisée. Les mesures proposées mettent en évidence une différence significative entre les groupes d'âge et l’exposition au soleil. Enfin, les méthodes proposées sont validées par des études cliniques et d'efficacité de produits cosmétiques / In-vivo reflectance confocal microscopy (RCM) is a powerful tool to visualize the skin layers at cellular resolution. Aging descriptors have been highlighted from confocal images. However, it requires visual assessment of images by experienced dermatologists to assess those descriptors. The objective of this thesis is the development of an innovative technology to automatically quantify the phenomenon of skin aging using in vivo reflectance confocal microscopy. First, the quantification of the epidermal state is addressed. Then, the Dermal-Epidermal Junction is segmented, and its shape is characterized. The proposed measurements show significant difference among groups of age and photo-exposition. Finally, the proposed methods are validated through both clinical and cosmetic product efficacy studies

L'interprétation automatique d'images de télédétection à très haute résolution spatiale est une tâche complexe mais nécessaire. Les méthodes basées objet sont couramment employées pour traiter ce type d'images. Elles consistent à construire les objets d'intérêt au moyen d'une étape de segmentation puis à les classifier en utilisant des méthodes de fouille de données. La majorité des travaux entrepris dans ce domaine considèrent la segmentation et la classification de manière indépendante. Or, ces deux étapes cruciales du processus sont fortement liées. Dans cette thèse, nous proposons deux approches différentes basées sur la qualité des données et des connaissances, pour initialiser, guider et évaluer un processus collaboratif de manière objective: 1. Une première approche basée sur une stratégie d'extraction mono-classe qui permet de se focaliser sur les propriétés particulières d'une classe donnée afin de mieux labelliser les objets de cette classe par rapport au reste. 2. Une deuxième approche multi-classe offrant deux stratégies différentes d'agrégation d'extracteurs mono-classes qui permet l'obtention d'une image entièrement labellisée de manière automatique. / Automatic interpretation of very high spatial resolution remotely sensed images is a complex but necessary task. Object-based image analysis approaches are commonly used to deal with this kind of images. They consist in applying an image segmentation algorithm in order to construct the abjects of interest, and then classifying them using data-mining methods. Most of the existing work in this domain consider the segmentation and the classification independently. However, these two crucial steps are closely related. ln this thesis, we propose two different approaches which are based on data and knowledge quality in order to initialize, guide, and evaluate a segmentation and classification collaborative process. 1. The first approach is based on a mono-class extraction strategy allowing us to focus on the particular properties of a given thematic class in order to accurately label the abjects of this class. 2. The second approach deals with multi-class extraction and offers two strategies to aggregate several mono-class extractors to get a final and completely labelled image.

Les travaux menés dans cette thèse concernent le développement d'un dispositif de vision permettant l'estimation de caractéristiques géométriques d'un feu de végétation en propagation. Ce dispositif est composé de plusieurs systèmes de stéréovision multimodaux générant des paires d'images stéréoscopiques à partir desquelles des points tridimensionnels sont calculés et les caractéristiques géométriques de feu tels que sa position, vitesse, hauteur, profondeur, inclinaison, surface et volume sont estimées. La première contribution importante de cette thèse est la détection de pixels de feu de végétation. Tous les algorithmes de détection de pixels de feu de la littérature ainsi que ceux développés dans le cadre de cette thèse ont été évalués sur une base de 500 images de feux de végétation acquises dans le domaine du visible et caractérisées en fonction des propriétés du feu dans l'image (couleur, fumée, luminosité). Cinq algorithmes de détection de pixels de feu de végétation basés sur la fusion de données issues d'images acquises dans le domaine du visible et du proche-infrarouge ont également été développés et évalués sur une autre base de données composée de 100 images multimodales caractérisées. La deuxième contribution importante de cette thèse concerne l'utilisation de méthodes de fusion d'images pour l'optimisation des points appariés entre les images multimodales stéréoscopiques.La troisième contribution importante de cette thèse est l'estimation des caractéristiques géométriques de feu à partir de points tridimensionnels obtenus depuis plusieurs paires d'images stéréoscopiques et recalés à l'aide de relevés GPS et d'inclinaison de tous les dispositifs de vision.Le dispositif d'estimation de caractéristiques géométriques à partir de systèmes de stéréovision a été évalué sur des objets rigides de dimensions connues et a permis d'obtenir les informations souhaitées avec une bonne précision. Les résultats des données obtenues pour des feux de végétation en propagation sont aussi présentés. / This thesis presents the geometrical characteristics measurement of spreading vegetation fires with multimodal stereovision systems. Image processing and 3D registration are used in order to obtain a three-dimensional modeling of the fire at each instant of image acquisition and then to compute fire front characteristics like its position, its rate of spread, its height, its width, its inclination, its surface and its volume. The first important contribution of this thesis is the fire pixel detection. A benchmark of fire pixel detection algorithms and of those that are developed in this thesis have been on a database of 500 vegetation fire images of the visible spectra which have been characterized according to the fire properties in the image (color, smoke, luminosity). Five fire pixel detection algorithms based on fusion of data from visible and near-infrared spectra images have also been developed and tested on another database of 100 multimodal images. The second important contribution of this thesis is about the use of images fusion for the optimization of the matching point’s number between the multimodal stereo images.The second important contribution of this thesis is the registration method of 3D fire points obtained with stereovision systems. It uses information collected from a housing containing a GPS and an IMU card which is positioned on each stereovision systems. With this registration, a method have been developed to extract the geometrical characteristics when the fire is spreading.The geometrical characteristics estimation device have been evaluated on a car of known dimensions and the results obtained confirm the good accuracy of the device. The results obtained from vegetation fires are also presented.

La présente thèse de doctorat a eu pour objectif d’étudier les processus cognitifs impliqués dans le traitement d’une information publique délivrée graphiquement en une chaine d’épisodes clefs, présentés selon différents niveaux d’animation et de séquentialité. Cinq messages de perturbation transmis verbalement dans les gares ferroviaires françaises ont été transposés sous une forme visuelle graphique. Six expériences ont été réalisées. Elles avaient pour but de tester l’effet de différentes modalités de présentation sur la compréhension, l’influence du régime de délivrance (séquentiel vs simultané) et du format (statique vs animé) sur l’activation de scripts ou sur la construction de modèles mentaux, d’étudier l’impact de l’organisation des épisodes constituant ces messages sur l’activation de schémas internes, d’analyser le rôle des pictogrammes dans l’activation de concepts en enfin d’évaluer ce matériel dans un environnement reproduisant un contexte de gare, sous pression temporelle. Les résultats ont montré qu’une apparition séquentielle et hiérarchique d’épisodes animés était congruente avec l’organisation des scripts internes des voyageurs. Ils ont également mis en évidence l’impact de l’organisation des épisodes sur l’activation de schémas en mémoire, confirmant d’une part le rôle de « structure fondatrice » du premier épisode et démontrant d’autre part l’effet des relations entre épisodes sur la quantité de traitements engagés. Ils ont révélé que les pictogrammes normalisés et les composants les plus représentatifs d’une catégorie de concepts favorisaient l’activation rapide et efficace de représentations en mémoire. Enfin, l’étude effectuée en condition semi-écologique a confirmé l’efficacité de ce type de message dans un contexte proche de gare sous pression temporelle. / The goal of our studies was to analyze comprehension mechanism of event-related public information presented graphically according to different levels of animation and different levels of sequentiality. Five graphic train messages were developed. These messages were composed of four pictures – episodes. Six experiments were realized. Their goals were to test : (i) the effect of different graphic presentation conditions on comprehension, (ii) the possible influence of delivery regime (sequential vs simultaneous) and presentation format (static vs animated) on internal script activation or on the construction of a mental model and (iii) the role of episodes and (iv) pictograms on the comprehension. We finally realized a more « ecological » study, under time pressure, with a head-mounted display. Our results showed that a dynamic sequential graphic presentation was aligned on the structure of the traveler’s internal scripts of the train disruptions, and by promptly triggering in the traveler’s mind a task-appropriate schema of the relevant events appeared to map perfectly with them. They also showed that when participants analyze the first picture, they begin by laying a foundation for their mental structures. Next, they seems to develop their mental structures by mapping on information delivred by subsequents episodes when that incoming information coheres with previous episode(s). Results showed that pictograms which were considered ‘familiars’ or ‘typicals’ are better understood than the others. The last study demonstrated that graphicals could be understood and lead to an optimal decision in a more « ecological » context under time pressure.

Le besoin en haute performance en termes de qualité image, résolution et champ de vue accroît la complexité et le budget masse/volume des instruments optiques. Ces contraintes impactent toutes les applications: l’astronomie, la défense, les missions spatiales, la médecine, les objectifs d’appareil photos et caméras, les smartphones, les drones. Afin de résoudre cette problématique dans les instruments d’observation astronomique, je considère deux technologies : les optiques freeform et les détecteurs courbes, qui offrent une nouvelle ère pour le design de systèmes optiques.L’augmentation de la taille des télescopes en orbite basse est nécessaire pour atteindre une observation planétaire à haute résolution spatiale, ce qui implique des systèmes d’imagerie complexes et de grand plans focaux. L’utilisation de systèmes d’imagerie homothétiques aux satellites à défilement Spot et Pleiades mènerait à des dimensions de plans focaux prohibitifs, tout particulièrement pour des missions en infrarouge nécessitant un cryostat. Deux télescopes optiques sont présentés, ils utilisent un module de segmentation composé de miroirs freeform qui permet de réduire considérablement la dimension du plan focal. Les capteurs courbes permettent réduire de manière considérable la complexité des imageurs et des spectromètres en corrigeant directement l'aberration de courbure de champ en plan focal. Je présente des études comparatives sur des systèmes optiques grand champ depuis des champs de vue astronomiques jusqu’à celui du Fishseye, ainsi que les résultats obtenus avec nos deux prototypes d’objectif grand champ utilisant les premiers capteurs courbes CMOS visibles full-frame. / The need of high performance in terms of image quality, high resolution and wide field of view increases the complexity and the volume/mass budget of telescopes and their instruments. Such constraints concern also a wide range of applications: astronomy, defense and surveillance, space missions, biomedical imaging, camera objectives, smartphones, drones. To overcome these issues in astronomical instruments, I consider two technologies: freeform optics and curved sensors, offering a new era for the design of optical systems.Increasing the size of low-orbiting space telescopes is necessary to reach high resolution observation of planets, which implies more complex imaging systems and large focal planes. The use of homothetic imaging systems as Spot and Pleiades pushbroom satellites would lead to prohibitive large linear focal plane dimensions, especially for infrared missions requiring a cryostat. Two optical telescopes are presented, they use an image segmentation made of freeform mirrors which allows to reduce significantly the size of the focal plane. Curved sensors enable to reduce drastically the complexity of imagers and spectrometers by correcting the field curvature aberration directly in the focal plane. I present comparative studies on wide field optical designs from astronomical to Fisheye instruments and the results obtained with our two wide field imaging prototypes using the first visible full-frame CMOS curved sensors.

Nous abordons le problème de la synchronisation automatique d'un contenu audiovisuel avec une procédure textuelle qui le décrit. La stratégie consiste à extraire des informations sur la structure des deux contenus puis à les mettre en correspondance. Nous proposons deux outils d'analyse vidéo qui extraient respectivement : * les limites des évènements d'intérêt à l'aide d'une méthode de quantification de type dictionnaire * les segments dans lesquels une action se répète en exploitant une méthode d'analyse fréquentielle : le YIN. Ensuite, nous proposons un système de synchronisation qui fusionne les informations fournies par ces outils pour établir des associations entre les instructions textuelles et les segments vidéo correspondants. Une "Matrice de confiance" est construite et exploitée de manière récursive pour établir ces associations en regard de leur fiabilité. / We address the problem of automatic synchronization of an audiovisual content with a procedural text that describes it. The strategy consists in extracting pieces of information about the structure from both contents, and in matching them depending on their types. We propose two video analysis tools that respectively extract: * Limits of events of interest using an approach inspired by dictionary quantization. * Segments that enclose a repeated action based on the YIN frequency analysis method. We then propose a synchronization system that merges results coming from these tools in order to establish links between textual instructions and the corresponding video segments. To do so, a "Confidence Matrix" is built and recursively processed in order to identify these links in respect with their reliability.

L'imagerie ultrasonore est une modalité d'acquisition privilégiée en imagerie médicale en raison de son innocuité, sa simplicité d'utilisation et son coût modéré d'utilisation. Néanmoins, la résolution limitée et le faible contraste limitent son utilisation dans certaines d'applications. C'est dans ce contexte que différentes techniques de post-traitement visant à améliorer la qualité de telles images sont proposées dans ce manuscrit. Dans un premier temps, nous proposons d'aborder le problème conjoint de la déconvolution et de la segmentation d'images ultrasonores en exploitant l'interaction entre ces deux problèmes. Le problème, énoncé dans un cadre bayésien, est résolu à l'aide d'un algorithme MCMC en raison de la complexité de la loi a posteriori des paramètres d'intérêt. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle méthode rapide de super-résolution fondée sur la résolution analytique d'un problème de minimisation l2-l2. Il convient de remarquer que les deux approches proposées peuvent être appliquées aussi bien à des images ultrasonores qu'à des images naturelles ou constantes par morceaux. Enfin, nous proposons une méthode de déconvolution aveugle basée sur un modèle paramétrique de la réponse impulsionelle de l'instrument ou du noyau de flou. / In the field of medical image analysis, ultrasound is a core imaging modality employed due to its real time and easy-to-use nature, its non-ionizing and low cost characteristics. Ultrasound imaging is used in numerous clinical applications, such as fetus monitoring, diagnosis of cardiac diseases, flow estimation, etc. Classical applications in ultrasound imaging involve tissue characterization, tissue motion estimation or image quality enhancement (contrast, resolution, signal to noise ratio). However, one of the major problems with ultrasound images, is the presence of noise, having the form of a granular pattern, called speckle. The speckle noise in ultrasound images leads to the relative poor image qualities compared with other medical image modalities, which limits the applications of medical ultrasound imaging. In order to better understand and analyze ultrasound images, several device-based techniques have been developed during last 20 years. The object of this PhD thesis is to propose new image processing methods allowing us to improve ultrasound image quality using postprocessing techniques. First, we propose a Bayesian method for joint deconvolution and segmentation of ultrasound images based on their tight relationship. The problem is formulated as an inverse problem that is solved within a Bayesian framework. Due to the intractability of the posterior distribution associated with the proposed Bayesian model, we investigate a Markov chain Monte Carlo (MCMC) technique which generates samples distributed according to the posterior and use these samples to build estimators of the ultrasound image. In a second step, we propose a fast single image super-resolution framework using a new analytical solution to the l2-l2 problems (i.e., $\ell_2$-norm regularized quadratic problems), which is applicable for both medical ultrasound images and piecewise/ natural images. In a third step, blind deconvolution of ultrasound images is studied by considering the following two strategies: i) A Gaussian prior for the PSF is proposed in a Bayesian framework. ii) An alternating optimization method is explored for blind deconvolution of ultrasound.