Dans les systèmes de perception multicapteurs, un point central concerne le suivi d'objets multiples. Dans mes travaux de thèse, le capteur principal est un télémètre laser à balayage qui perçoit des cibles étendues. Le problème desuivi multi-objets se décompose généralement en plusieurs étapes (détection, association et suivi) réalisées de manière séquentielle ou conjointe. Mes travaux ont permis de proposer des alternatives à ces méthodes en adoptant une approche "track-before-detect" sur cibles distribuées qui permet d'éviter la succession des traitements en proposant un cadre global de résolution de ce problème d'estimation. Dans une première partie, nous proposons une méthode de détection travaillant directement en coordonnées naturelles (polaires) qui exploite les propriétés d'invariance géométrique des objets suivis. Cette solution est ensuite intégrée dans le cadre des approches JPDA et PHD de suivi multicibles résolues grâce aux méthodes de Monte-Carlo séquentielles. La seconde partie du manuscrit vise à s'affranchir du détecteur pour proposer une méthode dans laquelle le modèle d'objet est directement intégré au processus de suivi. C'est sur ce point clé que les avancées ont été les plus significatives permettant d'aboutir à une méthode conjointe de détection et de suivi. Un processus d'agrégation a été développé afin de permettre une formalisation des données qui évite tout prétraitement sous-optimal. Nous avons finalement proposé un formalisme général pour les systèmes multicapteurs (multilidar, centrale inertielle, GPS). D'un point de vue applicatif, ces travaux ont été validés dans le domaine du suivi de véhicules pour les systèmes d'aide à la conduite. / In multi-sensor perception systems, an active topic concerns the multiple object tracking methodes. In this work, the main sensor is a scanning laser rangefinder perceiving extended targets. Tracking methods are generally composed of a three-step scheme (detection, association and tracking) which is jointly or sequentially implemented. This work proposes alternative solutions by considering a track-before-detect approach on extended targets. It avoids the classic procedures by proposing a global framework to solve this estimation problem. Firstly, we propose a detection method dealing with measurements in natural coordinates (polar) which is founded on geometrical invariance properties of the tracked objects. This solution is then integrated in the JPDA and PHD multi-target tracking frameworks solved with the sequential Monte-Carlo methods. The second part of this thesis aims at avoiding the detection step to propose an approach where the object model is directly embedded in the tracking process. This lets to build a novel joint detection and tracking approach. An aggregation process was developed to construct a measurement modeling avoiding any suboptimal preprocessing. We finally proposed a general framework for multi-sensor systems ( multiple lidar, inertial sensor, GPS). Theses methods were applied in the area of multiple vehicle tracking for the Advanced Driver Assistance Systems.

Lors d'une intervention conversationnelle, le langage est supporté par une communication non-verbale qui joue un rôle central dans le comportement social humain en permettant de la rétroaction et en gérant la synchronisation, appuyant ainsi le contenu et la signification du discours. En effet, 55% du message est véhiculé par les expressions faciales, alors que seulement 7% est dû au message linguistique et 38% au paralangage. L'information concernant l'état émotionnel d'une personne est généralement inférée par les attributs faciaux. Cependant, on ne dispose pas vraiment d'instruments de mesure spécifiquement dédiés à ce type de comportements. En vision par ordinateur, on s'intéresse davantage au développement de systèmes d'analyse automatique des expressions faciales prototypiques pour les applications d'interaction homme-machine, d'analyse de vidéos de réunions, de sécurité, et même pour des applications cliniques. Dans la présente recherche, pour appréhender de tels indicateurs observables, nous essayons d'implanter un système capable de construire une source consistante et relativement exhaustive d'informations visuelles, lequel sera capable de distinguer sur un visage les traits et leurs déformations, permettant ainsi de reconnaître la présence ou absence d'une action faciale particulière. Une réflexion sur les techniques recensées nous a amené à explorer deux différentes approches. La première concerne l'aspect apparence dans lequel on se sert de l'orientation des gradients pour dégager une représentation dense des attributs faciaux. Hormis la représentation faciale, la principale difficulté d'un système, qui se veut être général, est la mise en œuvre d'un modèle générique indépendamment de l'identité de la personne, de la géométrie et de la taille des visages. La démarche qu'on propose repose sur l'élaboration d'un référentiel prototypique à partir d'un recalage par SIFT-flow dont on démontre, dans cette thèse, la supériorité par rapport à un alignement conventionnel utilisant la position des yeux. Dans une deuxième approche, on fait appel à un modèle géométrique à travers lequel les primitives faciales sont représentées par un filtrage de Gabor. Motivé par le fait que les expressions faciales sont non seulement ambigües et incohérentes d'une personne à une autre mais aussi dépendantes du contexte lui-même, à travers cette approche, on présente un système personnalisé de reconnaissance d'expressions faciales, dont la performance globale dépend directement de la performance du suivi d'un ensemble de points caractéristiques du visage. Ce suivi est effectué par une forme modifiée d'une technique d'estimation de disparité faisant intervenir la phase de Gabor. Dans cette thèse, on propose une redéfinition de la mesure de confiance et introduisons une procédure itérative et conditionnelle d'estimation du déplacement qui offrent un suivi plus robuste que les méthodes originales. / In a face-to-face talk, language is supported by nonverbal communication, which plays a central role in human social behavior by adding cues to the meaning of speech, providing feedback, and managing synchronization. Information about the emotional state of a person is usually carried out by facial attributes. In fact, 55% of a message is communicated by facial expressions whereas only 7% is due to linguistic language and 38% to paralanguage. However, there are currently no established instruments to measure such behavior. The computer vision community is therefore interested in the development of automated techniques for prototypic facial expression analysis, for human computer interaction applications, meeting video analysis, security and clinical applications. For gathering observable cues, we try to design, in this research, a framework that can build a relatively comprehensive source of visual information, which will be able to distinguish the facial deformations, thus allowing to point out the presence or absence of a particular facial action. A detailed review of identified techniques led us to explore two different approaches. The first approach involves appearance modeling, in which we use the gradient orientations to generate a dense representation of facial attributes. Besides the facial representation problem, the main difficulty of a system, which is intended to be general, is the implementation of a generic model independent of individual identity, face geometry and size. We therefore introduce a concept of prototypic referential mapping through a SIFT-flow registration that demonstrates, in this thesis, its superiority to the conventional eyes-based alignment. In a second approach, we use a geometric model through which the facial primitives are represented by Gabor filtering. Motivated by the fact that facial expressions are not only ambiguous and inconsistent across human but also dependent on the behavioral context; in this approach, we present a personalized facial expression recognition system whose overall performance is directly related to the localization performance of a set of facial fiducial points. These points are tracked through a sequence of video frames by a modification of a fast Gabor phase-based disparity estimation technique. In this thesis, we revisit the confidence measure, and introduce an iterative conditional procedure for displacement estimation that improves the robustness of the original methods.

Lors d'une intervention conversationnelle, le langage est supporté par une communication non-verbale qui joue un rôle central dans le comportement social humain en permettant de la rétroaction et en gérant la synchronisation, appuyant ainsi le contenu et la signification du discours. En effet, 55% du message est véhiculé par les expressions faciales, alors que seulement 7% est dû au message linguistique et 38% au paralangage. L'information concernant l'état émotionnel d'une personne est généralement inférée par les attributs faciaux. Cependant, on ne dispose pas vraiment d'instruments de mesure spécifiquement dédiés à ce type de comportements. En vision par ordinateur, on s'intéresse davantage au développement de systèmes d'analyse automatique des expressions faciales prototypiques pour les applications d'interaction homme-machine, d'analyse de vidéos de réunions, de sécurité, et même pour des applications cliniques. Dans la présente recherche, pour appréhender de tels indicateurs observables, nous essayons d'implanter un système capable de construire une source consistante et relativement exhaustive d'informations visuelles, lequel sera capable de distinguer sur un visage les traits et leurs déformations, permettant ainsi de reconnaître la présence ou absence d'une action faciale particulière. Une réflexion sur les techniques recensées nous a amené à explorer deux différentes approches. La première concerne l'aspect apparence dans lequel on se sert de l'orientation des gradients pour dégager une représentation dense des attributs faciaux. Hormis la représentation faciale, la principale difficulté d'un système, qui se veut être général, est la mise en œuvre d'un modèle générique indépendamment de l'identité de la personne, de la géométrie et de la taille des visages. La démarche qu'on propose repose sur l'élaboration d'un référentiel prototypique à partir d'un recalage par SIFT-flow dont on démontre, dans cette thèse, la supériorité par rapport à un alignement conventionnel utilisant la position des yeux. Dans une deuxième approche, on fait appel à un modèle géométrique à travers lequel les primitives faciales sont représentées par un filtrage de Gabor. Motivé par le fait que les expressions faciales sont non seulement ambigües et incohérentes d'une personne à une autre mais aussi dépendantes du contexte lui-même, à travers cette approche, on présente un système personnalisé de reconnaissance d'expressions faciales, dont la performance globale dépend directement de la performance du suivi d'un ensemble de points caractéristiques du visage. Ce suivi est effectué par une forme modifiée d'une technique d'estimation de disparité faisant intervenir la phase de Gabor. Dans cette thèse, on propose une redéfinition de la mesure de confiance et introduisons une procédure itérative et conditionnelle d'estimation du déplacement qui offrent un suivi plus robuste que les méthodes originales. / In a face-to-face talk, language is supported by nonverbal communication, which plays a central role in human social behavior by adding cues to the meaning of speech, providing feedback, and managing synchronization. Information about the emotional state of a person is usually carried out by facial attributes. In fact, 55% of a message is communicated by facial expressions whereas only 7% is due to linguistic language and 38% to paralanguage. However, there are currently no established instruments to measure such behavior. The computer vision community is therefore interested in the development of automated techniques for prototypic facial expression analysis, for human computer interaction applications, meeting video analysis, security and clinical applications. For gathering observable cues, we try to design, in this research, a framework that can build a relatively comprehensive source of visual information, which will be able to distinguish the facial deformations, thus allowing to point out the presence or absence of a particular facial action. A detailed review of identified techniques led us to explore two different approaches. The first approach involves appearance modeling, in which we use the gradient orientations to generate a dense representation of facial attributes. Besides the facial representation problem, the main difficulty of a system, which is intended to be general, is the implementation of a generic model independent of individual identity, face geometry and size. We therefore introduce a concept of prototypic referential mapping through a SIFT-flow registration that demonstrates, in this thesis, its superiority to the conventional eyes-based alignment. In a second approach, we use a geometric model through which the facial primitives are represented by Gabor filtering. Motivated by the fact that facial expressions are not only ambiguous and inconsistent across human but also dependent on the behavioral context; in this approach, we present a personalized facial expression recognition system whose overall performance is directly related to the localization performance of a set of facial fiducial points. These points are tracked through a sequence of video frames by a modification of a fast Gabor phase-based disparity estimation technique. In this thesis, we revisit the confidence measure, and introduce an iterative conditional procedure for displacement estimation that improves the robustness of the original methods.

Dans les systèmes de perception multicapteurs, un point central concerne le suivi d'objets multiples. Dans mes travaux de thèse, le capteur principal est un télémètre laser à balayage qui perçoit des cibles étendues. Le problème desuivi multi-objets se décompose généralement en plusieurs étapes (détection, association et suivi) réalisées de manière séquentielle ou conjointe. Mes travaux ont permis de proposer des alternatives à ces méthodes en adoptant une approche "track-before-detect" sur cibles distribuées qui permet d'éviter la succession des traitements en proposant un cadre global de résolution de ce problème d'estimation. Dans une première partie, nous proposons une méthode de détection travaillant directement en coordonnées naturelles (polaires) qui exploite les propriétés d'invariance géométrique des objets suivis. Cette solution est ensuite intégrée dans le cadre des approches JPDA et PHD de suivi multicibles résolues grâce aux méthodes de Monte-Carlo séquentielles. La seconde partie du manuscrit vise à s'affranchir du détecteur pour proposer une méthode dans laquelle le modèle d'objet est directement intégré au processus de suivi. C'est sur ce point clé que les avancées ont été les plus significatives permettant d'aboutir à une méthode conjointe de détection et de suivi. Un processus d'agrégation a été développé afin de permettre une formalisation des données qui évite tout prétraitement sous-optimal. Nous avons finalement proposé un formalisme général pour les systèmes multicapteurs (multilidar, centrale inertielle, GPS). D'un point de vue applicatif, ces travaux ont été validés dans le domaine du suivi de véhicules pour les systèmes d'aide à la conduite.