Ces travaux avaient pour objectif la preuve de concept et le développement d’un dispositif embarqué sur un T-shirt visant à terme à se substituer au corset afin de pouvoir améliorer la prise en charge des patients scoliotiques. Il s’agissait d’orienter les soins de la scoliose vers un traitement permettant au patient de conserver l’ensemble de sa mobilité et de rééquilibrer l’activité des muscles de son tronc. Tout d’abord, une étude clinique comparative entre sujets sains, patients scoliotiques lombaires et patients scoliotiques thoraciques a été menée afin de mettre en évidence des différences cinématiques et posturales potentiellement corrigeables, à travers l’étude de mouvements simples standardisés. Ensuite, le dispositif baptisé « kinésithérapeute embarqué » a été développé. Son but est de détecter des anomalies cinématiques ou de mauvaises postures chez le patient afin de les lui signaler pour lui permettre une autocorrection de ses défauts. Le T-shirt permet alors une mesure précise des mouvements de l’utilisateur en temps-réel et sans dispositif externe, à l’aide de centrales inertielles. Deux feedbacks ont été conçus répondant à deux utilisations différentes, l’un vibro-tactile pour une correction posturale en ambulatoire au cours de la journée, et l’autre visuel permettant d’apprendre et d’entraîner des mouvements spécifiques lors de séances de kinésithérapie à domicile. / The purpose of this thesis was the proof of concept and the development of an embedded device on a T-shirt aiming in the future to replace the brace for improving the medical care of scoliotic patients. The aim was to orient scoliosis care toward a treatment allowing a patient to keep his/her full mobility and rebalancing his trunk muscles. First, a comparative clinical study between healthy subjects, lumbar scoliotic patients and thoracic scoliotic patients was conducted in order to highlight kinematic and postural differences potentially correctable through the study of simple and standardized movements. Then, the so-called “embedded physiotherapist” device has been developed. Its aim is to detect patient’s kinematic singularities or bad postures and to alert him/her for an auto-correction of the defect. Thus, the T-shirt is able to accurately measure user’s motion in real-time and without any external device, using inertial measurement units. Two feedback have been designed for satisfying two different purposes, first a vibro-tactile one for postural corrections during the day, and a visual one allowing the user to learn and train specific motions during physiotherapy sessions at home.

Les réseaux Ethernet commuté full-duplex constituent des solutions intéressantes pour des applications industrielles. Mais le non-déterminisme d’un commutateur IEEE 802.1d, fait que l’analyse pire cas de délai de flux critiques est encore un problème ouvert. Plusieurs méthodes ont été proposées pour obtenir des bornes supérieures des délais de communication sur des réseaux Ethernet commuté full duplex temps réels, faisant l’hypothèse que le trafic en entrée du réseau peut être borné. Le problème principal reste le pessimisme introduit par la méthode de calcul de cette borne supérieure du délai. Ces méthodes considèrent que tous les flux transmis sur le réseau sont indépendants. Ce qui est vrai pour les flux émis par des nœuds sources différents car il n’existe pas, dans le cas général, d’horloge globale permettant de synchroniser les flux. Mais pour les flux émis par un même nœud source, il est possible de faire l’hypothèse d’une synchronisation locale de ces flux. Une telle hypothèse permet de bâtir un modèle plus précis des flux et en conséquence élimine des scénarios impossibles qui augmentent le pessimisme du calcul. Le sujet principal de cette thèse est d’étudier comment des flux périodiques synchronisés par des offsets peuvent être gérés dans le calcul des bornes supérieures des délais sur un réseau Ethernet commuté temps-réel. Dans un premier temps, il s’agit de présenter l’impact des contraintes d’offsets sur le calcul des bornes supérieures des délais de bout en bout. Il s’agit ensuite de présenter comment intégrer ces contraintes d’offsets dans les approches de calcul basées sur le Network Calculus et la méthode des Trajectoires. Une méthode Calcul Réseau modifiée et une méthode Trajectoires modifiée sont alors développées et les performances obtenues sont comparées. Le réseau avionique AFDX (Avionics Full-Duplex Switched Ethernet) est pris comme exemple d’un réseau Ethernet commuté full-duplex. Une configuration AFDX industrielle avec un millier de flux est présentée. Cette configuration industrielle est alors évaluée à l’aide des deux approches, selon un choix d’allocation d’offsets donné. De plus, différents algorithmes d’allocation des offsets sont testés sur cette configuration industrielle, pour trouver un algorithme d’allocation quasi-optimal. Une analyse de pessimisme des bornes supérieures calculées est alors proposée. Cette analyse est basée sur l’approche des trajectoires (rendue optimiste) qui permet de calculer une sous-approximation du délai pire-cas. La différence entre la borne supérieure du délai (calculée par une méthode donnée) et la sous-approximation du délai pire cas donne une borne supérieure du pessimisme de la méthode. Cette analyse fournit des résultats intéressants sur le pessimisme des approches Calcul Réseau et méthode des Trajectoires. La dernière partie de la thèse porte sur une architecture de réseau temps réel hétérogène obtenue par connexion de réseaux CAN via des ponts sur un réseau fédérateur de type Ethernet commuté. Deux approches, une basée sur les composants et l’autre sur les Trajectoires sont proposées pour permettre une analyse des délais pire-cas sur un tel réseau. La capacité de calcul d’une borne supérieure des délais pire-cas dans le contexte d’une architecture hétérogène est intéressante pour les domaines industriels. / Full-duplex switched Ethernet is a promising candidate for interconnecting real-time industrial applications. But due to IEEE 802.1d indeterminism, the worst-case delay analysis of critical flows supported by such a network is still an open problem. Several methods have been proposed for upper-bounding communication delays on a real-time switched Ethernet network, assuming that the incoming traffic can be upper bounded. The main problem remaining is to assess the tightness, i.e. the pessimism, of the method calculating this upper bound on the communication delay. These methods consider that all flows transmitted over the network are independent. This is true for flows emitted by different source nodes since, in general, there is no global clock synchronizing them. But the flows emitted by the same source node are local synchronized. Such an assumption helps to build a more precise flow model that eliminates some impossible communication scenarios which lead to a pessimistic delay upper bounds. The core of this thesis is to study how local periodic flows synchronized with offsets can be handled when computing delay upper-bounds on a real-time switched Ethernet. In a first step, the impact of these offsets on the delay upper-bound computation is illustrated. Then, the integration of offsets in the Network Calculus and the Trajectory approaches is introduced. Therefore, a modified Network Calculus approach and a modified Trajectory approach are developed whose performances are compared on an Avionics Full-DupleX switched Ethernet (AFDX) industrial configuration with one thousand of flows. It has been shown that, in the context of this AFDX configuration, the Trajectory approach leads to slightly tighter end-to-end delay upper bounds than the ones of the Network Calculus approach. But offsets of local flows have to be chosen. Different offset assignment algorithms are then investigated on the AFDX industrial configuration. A near-optimal assignment can be exhibited. Next, a pessimism analysis of the computed upper-bounds is proposed. This analysis is based on the Trajectory approach (made optimistic) which computes an under-estimation of the worst-case delay. The difference between the upper-bound (computed by a given method) and the under-estimation of the worst-case delay gives an upper-bound of the pessimism of the method. This analysis gives interesting comparison results on the Network Calculus and the Trajectory approaches pessimism. The last part of the thesis, deals with a real-time heterogeneous network architecture where CAN buses are interconnected through a switched Ethernet backbone using dedicated bridges. Two approaches, the component-based approach and the Trajectory approach, are developed to conduct a worst-case delay analysis for such a network. Clearly, the ability to compute end-to-end delays upper-bounds in the context of heterogeneous network architecture is promising for industrial domains.

Le calcul réseau (network calculus) est une théorie basée sur l’algèbre min-plus. Il offre un cadre formel de modélisation des réseaux de communication. Il a été utilisé pour certifier le réseau AFDX embarqué dans l’A380 de Airbus. Seulement, les bornes sur le délai annoncés par ces travaux de certification souffrent d’une sur-approximation dans le cas précis de l’agrégation dans un contexte de priorité statique non préemptive.L’objectif de nos travaux est de réduire cette sur-approximation. Dans cette thèse, nous proposons un service résiduel permettant d’obtenir de meilleurs bornes sur le délai dans le cas de la politique à priorité statique non préemptive et de la politique DRR. Nous montrons aussi comment ces deux politiques peuvent être combinées dans une politique hiérarchique à deux niveaux. / The thesis addresses performance analysis of embedded real time network using network calculus. Network calculus is a theory based on min-plus algebra. We use network calculus to assess the quality of service of a residual flow in two context : aggregation with non-preemptive priority policy and DRR policy. The main contribution concerns the evaluation of residual service, given to each flow. We also present how to handle DRR and non-preemptive priority policy hierrachically.

Dans cette thèse, nous étudions l’adéquation de l’architecture distribuée des processeurs pluricoeurs avec les besoins des concepteurs de systèmes temps réels avioniques. Nous proposons d’abord une analyse détaillée d’un processeur sur étagère (COTS), le KALRAY MPPA®-256, et nous identifions certaines de ses ressources partagées comme étant les goulots d’étranglement limitant à la fois la performance et la prédictibilité lorsque plusieurs applications s’exécutent. Pour limiter l’impact de ces ressources sur les WCETs, nous définissons formellement un modèle d’exécution isolant temporellement les applications concurrentes. Son implantation est réalisée au sein d’un hyperviseur offrant à chaque application un environnement d’exécution isolé et assurant le respect des comportements attendus en ligne. Sur cette base, nous formalisons la notion de partition comme l’association d’une application avec un budget de ressources matérielles. Dans notre approche, les applications s’exécutant au sein d’une partition sont garanties d’être temporellement isolées des autres applications. Ainsi, étant donné une application et son budget associé, nous proposons d’utiliser la programmation par contraintes pour vérifier automatiquement si les ressources allouées à l’application sont suffisantes pour permettre son exécution de manière satisfaisante. Dans le même temps, dans le cas où un budget est effectivement valide, notre approche fournit un ordonnancement et un placement complet de l’application sur le sous-ensemble des ressources du processeurallouées à sa partition. / In this thesis, we study the suitability of the distributed architecture of many-core processors for the design of highly constrained real-time systems as is the case in avionics. We firstly propose a thorough analysis of an existing COTS processor, namely the KALRAY MPPA®-256, and we identify some of its shared resources to be paths of interference when shared among several applications. We provide an execution model to restrict the access to these resources in order to mitigate their impact on WCETs and to temporally isolate co-running applications. We describe in detail how such an execution model can be implemented with a hypervisor which practically provides the expected property of temporal isolation at run-time. Based on this, we formalize a notion of partition which represents the association of an application with a resource budget. In our approach, an application placed in a partition is guaranteed to be temporally isolated from applications placed in other partitions. Then, assuming that applications and resource budgets are given,we propose to use constraint programming in order to verify automatically whether the amount of resources requested by a budget is sufficient to meet all of the application’s constraints. Simultaneously, when a budget is valid, our approach computes a schedule of the application on the subset of the processor’s resources allocated to it.

La complexité et le besoin en bande passante des architectures de communication avioniquene cessent de croitre avec le nombre des calculateurs et l’expansion des données échangées. Latechnologie AFDX a été introduite pour offrir des communications haut débit (100Mbps) pourles avions de nouvelle génération. Cependant, ce réseau commuté est déployé de manièreentièrement redondante, ce qui conduit à des quantités importantes de câbles, augmentant lepoids et les coûts d’intégration. Pour faire face à ces problèmes, on propose dans cette thèsel’intégration d’un réseau Ethernet en anneau comme une solution principale pour diminuerle poids et la complexité liés au câblage. Dans ce contexte, notre objectif est de concevoir etvalider un nouveau réseau de communication avionique, AeroRing, basé sur de l’EthernetGigabit avec une topologie anneau. / The inherent complexity and bandwidth requirement of avionics communication architecturesare increasing due to the growing number of interconnected end-systems and theexpansion of exchanged data. The Avionics Full Duplex Switched Ethernet (AFDX) has beenintroduced to provide high-speed communication (100Mbps) for new generation aircraft.However, this switched network is deployed in a fully redundant way, which leads to significantquantities of wires, and thus increases weight and integration costs. To cope with thesearising issues, integrating ring-based Ethernet network in avionics context is proposed in thisthesis as a main solution to decrease the wiring-related weight and complexity. In this context,our main objective is to design and validate a new avionic communication network, calledAeroRing, based on a Gigabit Ethernet technology and supporting a Full Duplex ring topology.To achieve this aim, first, a benchmarking of the most relevant Real-Time Ethernet (RTE)solutions supporting ring topologies vs avionics requirements has been conducted, and weparticularly assess the main Performance Indicators (PIs), specified in IEC 61784-2. Thisbenchmarking reveals that each existing RTE solution satisfies some requirements better thanothers, but there is no best solution in terms of all the requirements.

Les interférences apparaissant dans les multicoeurs sont indésirables dans les systèmes tempsréel critiques, en particulier dans le domaine de l'aéronautique, où le déterminisme du fonctionnement temporel de tout système doit être formellement prouvé lors de la conception du système de manière à pouvoir être certifié et considéré comme opérationnel. Le but de cette thèse est de proposer une approche pour l'intégration logicielle d'applications IMA sur processeur multicoeur, sans impliquer de modification des plateformes logicielle et matérielle, et en respectant un maximum d'exigences de certification et concepts clés de l'avionique actuels, comme le partitionnement spatial et temporel ou encore la certification incrémentale. L'un des objectifs de la thèse est de respecter au maximum les procédés industriels d'intégration actuels de manière à maximiser les chances des contributions résultantes de la thèse d'être réutilisées au sein des industries avioniques. Un second objectif mineur est de permettre de réduire au minimum la phase d'adaptation des différents profils impliqués dans le processus d'intégration logicielle. Enfin, un troisième objectif est d'aider à optimiser le temps passé à effectuer les vérifications temporelles qui peuvent s'avérer difficiles et coûteuses en temps, mais aussi les choix architecturaux, de manière à réduire le time-to-market mais aussi optimiser le design du système en cours de conception. La contribution majeure de cette thèse est la proposition de deux stratégies complètes d'intégration logicielle/matérielle sur multicoeur pour des applications IMA. L'un des deux processus respecte les contraintes majeures de certification actuelles, ce qui en fait une stratégie potentiellement exploitable pour les applications les plus critiques de DAL A de l'aérospatial; la seconde offre un design le plus optimisé possible en termes de réduction de poids masse et consommation énergétique embarqués. Chaque stratégie est dite complète car elle contient: - une analyse temporelle statique qui borne les interférences inter-coeurs et permet de dériver des bornes supérieures de WCETs de manière fiable; - une formulation de problème de programmation par contraintes (PPC) pour l'allocation automatique et optimisée de logiciel sur matériel; la configuration résultante est correcte par construction car le problème de PPC exprimé exploite l'analyse temporelle mentionnée précédemment pour effectuer une vérification temporelle sur chaque configuration testée. - une formulation de problème de PPC pour la génération d'ordonnancement automatique et optimisé; la configuration résultante est correcte par construction car le processus exploite l'analyse temporelle mentionnée précédemment pour effectuer une vérification temporelle sur chaque configuration testée. / Interference in multicores is undesirable for hard real-time systems and especially in the aerospace industry, for which it is mandatory to ensure beforehand timing predictability and deadlines enforcement in a system runtime behavior, in order to be granted acceptance by certification authorities. The goal of this thesis is to propose an approach for multi-core integration of legacy IMA software, without any hardware nor software modification, and which complies as much as possible to current, incremental certification and IMA key concepts such as robust time and space partitioning. The motivations of this thesis are to stick as much as possible to the current IMA software integration process in order to maximize the chances of acceptation by avionics industries of the contributions of this thesis, but also because the current process has long been proven efficient on aerospace systems currently in usage. Another motivation is to minimize the extra effort needed to provide certification authorities with timing-related verification information required when seeking approval. As a secondary goal depending on the possibilities, the contributions should offer design optimization features, and help reduce the time-to-market by automating some steps of the design and verification process. This thesis proposes two complete methodologies for IMA integration on multi-core COTS. Each of them offers different advantages and has different drawbacks, and therefore each of them may correspond to its own, complementary situations. One fits all avionics and certification requirements of incremental verification and robust partitioning and therefore fits up to DAL A applications, while the other offers maximum Size, Weight and Power (SWaP) optimization and fits either up to DAL C applications, multipartition applications or non-IMA applications. The methodologies are said to be "complete" because this thesis provides all necessary metrics to go through all steps of the software integration process. More specifically, this includes, for each strategy: - a static timing analysis for safely upper-bounding inter-core interference, and deriving the corresponding WCET upper-bounds for each task. - a Constraint Programming (CP) formulation for automated software/hardware allocation; the resulting allocation is correct by construction since the CP process embraces the proposed timing analysis mentioned earlier. - a CP formulation for automated schedule generation; the resulting schedule is correct by construction since the CP process embraces the proposed timing analysis mentioned earlier.

Ce mémoire présente un système de localisation par vision pour un robot mobile circulant dans un milieu urbain. Pour cela, une première phase d’apprentissage où le robot est conduit manuellement est réalisée pour enregistrer une séquence vidéo. Les images ainsi acquises sont ensuite utilisées dans une phase hors ligne pour construire une carte 3D de l’environnement. Par la suite, le véhicule peut se déplacer dans la zone, de manière autonome ou non, et l’image reçue par la caméra permet de le positionner dans la carte. Contrairement aux travaux précédents, la trajectoire suivie peut être différente de la trajectoire d’apprentissage. L’algorithme développé permet en effet de conserver la localisation malgré des changements de point de vue importants par rapport aux images acquises initialement. Le principe consiste à modéliser les points de repère sous forme de facettes localement planes, surnommées patchs plan, dont l’orientation est connue. Lorsque le véhicule se déplace, une prédiction de la position courante est réalisée et la déformation des facettes induite par le changement de point de vue est reproduite. De cette façon la recherche des amers revient à comparer des images pratiquement identiques, facilitant ainsi leur appariement. Lorsque les positions sur l’image de plusieurs amers sont connues, la connaissance de leur position 3D permet de déduire la position du robot. La transformation de ces patchs plan est complexe et demande un temps de calcul important, incompatible avec une utilisation temps-réel. Pour améliorer les performances de l’algorithme, la localisation a été implémentée sur une architecture GPU offrant de nombreux outils permettant d’utiliser cet algorithme avec des performances utilisables en temps-réel. Afin de prédire la position du robot de manière aussi précise que possible, un modèle de mouvement du robot a été mis en place. Il utilise, en plus de la caméra, les informations provenant des capteurs odométriques. Cela permet d’améliorer la prédiction et les expérimentations montrent que cela fournit une plus grande robustesse en cas de pertes d’images lors du traitement. Pour finir ce mémoire détaille les différentes performances de ce système à travers plusieurs expérimentations en conditions réelles. La précision de la position a été mesurée en comparant la localisation avec une référence enregistrée par un GPS différentiel. / This dissertation presents a vision-based localization system for a mobile robot in an urban context. In this goal, the robot is first manually driven to record a learning image sequence. These images are then processed in an off-line way to build a 3D map of the area. Then vehicle can be —either automatically or manually— driven in the area and images seen by the camera are used to compute the position in the map. In contrast to previous works, the trajectory can be different from the learning sequence. The algorithm is indeed able to keep localization in spite of important viewpoint changes from the learning images. To do that, the features are modeled as locally planar features —named patches— whose orientation is known. While the vehicle is moving, its position is predicted and patches are warped to model the viewpoint change. In this way, matching the patches with points in the image is eased because their appearances are almost the same. After the matching, 3D positions of the patches associated with 2D points on the image are used to compute robot position. The warp of the patch is computationally expensive. To achieve real-time performance, the algorithm has been implemented on GPU architecture and many improvements have been done using tools provided by the GPU. In order to have a pose prediction as precise as possible, a motion model of the robot has been developed. This model uses, in addition to the vision-based localization, information acquired from odometric sensors. Experiments using this prediction model show that the system is more robust especially in case of image loss. Finally many experiments in real situations are described in the end of this dissertation. A differential GPS is used to evaluate the localization result of the algorithm.

La tuberculose continue d’être une cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde, principalement dans les pays en voie de développement, bien qu’elle soit une maladie curable. Le diagnostic rapide et précis de la TB active est essentiel pour l’initiation rapide du traitement et le contrôle de la maladie. Le développement de nouveaux tests rapides de diagnostic de TB active représente un véritable challenge pour l’optimisation du diagnostic.L’objectif principal de nos travaux de thèse était de développer et d’évaluer des approches de PCR en temps réel ciblant la séquence d’insertion IS6110 pour la détection de l’ADN de MTB dans les expectorations.Nous avons tout d’abord développé une PCR en temps réel ciblant la séquence répétée IS6110 pour la quantification de l’ADN de MTB. L’évaluation des étapes d’optimisation de la sensibilité de la PCR IS6110 a permis de préciser les performances analytiques et le gain de sensibilité comparativement à une PCR ciblant le gène unique senX3. Au terme d’une comparaison de six protocoles de lyse/ extraction la méthode Chelex® s’est avérée être la plus efficace dans la récupération de l’ADN. La performance diagnostique de la PCR optimisée a été évaluée et comparée avec la PCR automatisée Xpert MTB/RIF sur un panel de 62 échantillons respiratoires.Dans un deuxième temps, nous avons comparé la performance diagnostique de la PCR IS6110 optimisée, le test Xpert MTB/RIF et la version ultrasensible récemment commercialisée du test PCR leader Xpert MTB/RIF Ultra pour la détection de l’ADN de MTB dans des expectorations ayant une faible charge bacillaire.Enfin, à partir de 203 LCR collectés dans le cadre du diagnostic de méningites aseptiques au Burkina Faso, nous avons évalué la performance de la PCR en temps réel multiplexe (IS6110, HSV1, HSV2) combinée à l’extraction par la méthode Chelex® pour la détection de l’ADN de MTB et d’Herpès. / TTuberculosis continues to be a major cause of morbidity and mortality worldwide, mainly in developing countries, despite being a curable disease. The rapid and accurate diagnosis of active TB is essential for rapid initiation of treatment and disease control. The development of new rapid diagnostic tests for active TB represents a real challenge for the optimization of the diagnosis.The main objective of our thesis work was to develop and evaluate real-time PCR approaches targeting the IS6110 insertion sequence for the detection of sputum MTB DNA. We first developed a real-time PCR targeting the IS6110 repeat sequence for the quantification of MTB DNA. The evaluation of the sensitivity optimization steps of the IS6110 PCR made it possible to specify the analytical performances and the sensitivity gain compared to a PCR targeting the single gene senX3. After a comparison of six lysis / extraction protocols, the Chelex® method proved to be the most efficient in the recovery of DNA. The diagnostic performance of optimized PCR was evaluated and compared with automated Xpert MTB / RIF PCR on a panel of 62 respiratory specimens.In a second step, we compared the diagnostic performance of the optimized IS6110 PCR, the Xpert MTB / RIF test and the highly marketed ultra-sensitive version of the Xpert MTB / RIF Ultra leader PCR assay for the detection of sputum MTB DNA. having a low bacillary load.Finally, from 203 LCR collected in the context of the diagnosis of aseptic meningitis in Burkina Faso, we evaluated the performance of the multiplexed real-time PCR (IS6110, HSV1, HSV2) combined with extraction by the Chelex® method for the detection of MTB and Herpes DNA.

L’utilisation de techniques informatiques pour la reconnaissance et l'identification des poissons est devenue assez populaire parmi les chercheurs. Ces nouvelles approches sont importantes, puisque les informations extraites sur les poissons telles que leurs trajectoires, leurs positions ou leurs couleurs, permettent de déterminer si les poissons sont en bonne santé ou en état de stress. Les méthodes existantes ne sont pas assez précises notamment lorsque des éléments tels que les bulles ou des zones éclairées peuvent être identifiées comme étant des poissons. De plus, les taux de reconnaissance et d'identification des systèmes existants peuvent encore être améliorés afin d’obtenir des résultats à la fois meilleurs et plus précis. Afin d’obtenir de meilleurs taux de reconnaissance et d'identification, un système amélioré a été construit en combinant plusieurs méthodes de détection et d’analyse. Tout d'abord, la première étape a consisté à proposer une méthode de suivi d'objets dans le but de localiser en temps réel la position des poissons à partir de vidéos. Celle-ci inclut le suivi automatisé multi-cibles de poissons dans un aquarium. Les performances en termes de détection et d’identification risquaient d’être faibles notamment en raison du processus de suivi dans un environnement temps réel. Une méthode de suivi des poissons plus précise est donc proposée ainsi qu'une méthode complète pour identifier et détecter les modèles de nage des poissons. Dans ces travaux, nous proposons, pour le suivi des poissons, une amélioration de l’algorithme du filtre particulaire en l’associant à un algorithme de détection de mouvement. Un système doté de deux caméras est également proposé afin d'obtenir un meilleur taux de détection. La seconde étape comprend la conception et le développement d'une méthode améliorée pour le recadrage et la segmentation dynamique des images dans un environnement temps réel. Ce procédé est proposé pour extraire de la vidéo les images représentant les poissons en éliminant les éléments provenant de l’arrière-plan. La troisième étape consiste à caractériser les objets (les poissons). La méthode proposée est basée sur des descripteurs utilisant la couleur pour caractériser les poissons. Ces descripteurs sont ensuite utilisés dans la suite des traitements. Dans nos travaux, les descripteurs couleurs généralisés de Fourier (GCFD : Generalized Color Fourier Descriptor) sont utilisés et une adaptation basée sur la détection de l’environnement est proposée afin d’obtenir une identification plus précise des poissons. Une méthode de mise en correspondance basée sur un calcul de distance est utilisée pour comparer les vecteurs de caractéristiques des images segmentées afin de classifier les poissons présents dans la vidéo. Un prototype dont le but est de modéliser les profils de nage des poissons a été développé. Celui-ci intègre toutes les méthodes proposées et a permis d’évaluer la validité de notre approche. Les résultats montrent que les méthodes proposées améliorent la reconnaissance et l’identification en temps réel des poissons. La méthode de suivi proposée montre une amélioration par rapport au procédé basé sur le filtre particulaire classique. Le recadrage dynamique et la méthode de segmentation temps-réel présentent en termes de précision un pourcentage moyen de 84,71%. La méthode de caractérisation des objets développée pour reconnaitre et identifier en temps réel les poissons montre également une amélioration par rapport aux descripteurs couleurs classiques. Le travail réalisé peut trouver une application directe auprès des aquaculteurs afin de suivre en temps réel et de manière automatique le comportement des poissons et éviter ainsi un suivi « visuel » tel qu’il est réalisé actuellement. / Recognition and identification of fish using computational methods have increasingly become a popular research endeavour among researchers. The methods are important as the information displayed by the fish such as trajectory patterns, location and colour could determine whether the fish are healthy or under stress. Current methods are not accurate especially when there exist thresholds such as bubbles and some lighted areas which might be identified as fish. Besides, the recognition and identification rate of the existing systems can still be improved to obtain better and more accurate results. In order to achieve a better recognition and identification rate, an improved scheme consisting of a combination of several methods is constructed. First of all, the first approach is to propose an object tracking method for the purpose of locating the position of fish for real-time videos. This includes the consideration of tracking multiple fish in a single tank in an automated way. The detection and identification rate may be slow due to the on-going tracking process especially in a real-time environment. A more accurate fish tracking method is proposed as well as a systematic method to identify and detect fish swimming patterns. In this research, the particle filter algorithm is enhanced and further combined with the motion detection algorithm for fish tracking. A dual camera system is also proposed to obtain better detection rate. The second approach includes the design and development of an enhanced method for dynamically cropping and segmenting images in real-time environment. This method is proposed to extract each image of the fish from every successive video frame to reduce the tendency of detecting the background as an object. The third approach includes an adapted object characterisation method which utilises colour feature descriptors to represent the fish in a computational form for further processing. In this study, an object characterisation method, GCFD (Generalized Colour Fourier Descriptor) is adapted to suit the environment for more accurate identification of the fish. A feature matching method based on distance matching is used to match the feature vectors of the segmented images for classifying the specific fish in the recorded video. In addition, a real-time prototype system which models the fish swimming pattern incorporating all the proposed methods is developed to evaluate the methods proposed in this study. Based on the results, the proposed methods show improvements which result in a better real-time fish recognition and identification system. The proposed object tracking method shows improvement over the original particle filter method. Based on the average percentage in terms of the accuracy for the dynamic cropping and segmentation method in real time, an acceptable value of 84.71% was recorded. The object characterisation method which is adapted for fish recognition and identification in real time shows an improvement over existing colour feature descriptors. As a whole, the main output of this research could be used by aquaculturist to track and monitor fish in the water computationally in real-time instead of manually.

La previz on-set est une étape de prévisualisation qui a lieu directement pendant la phase de tournage d’un film à effets spéciaux. Cette proposition de prévisualisation consiste à montrer au réalisateur une vue assemblée du plan final en temps réel. Le travail présenté dans cette thèse s’intéresse à une étape spécifique de la prévisualisation : le compositing. Cette étape consiste à mélanger plusieurs sources d’images pour composer un plan unique et cohérent. Dans notre cas, il s’agit de mélanger une image de synthèse avec une image issue de la caméra présente sur le plateau de tournage. Les effets spéciaux numériques sont ainsi ajoutés à la prise de vue réelle. L’objectif de cette thèse consiste donc à proposer un système permettant l’ajustement automatique du mélange entre les deux images. La méthode proposée nécessite la mesure de la géométrie de la scène filmée. Pour cette raison, un capteur de profondeur est ajouté à la caméra de tournage. Les données sont relayées à l’ordinateur qui exécute un algorithme permettant de fusionner les données du capteur de profondeur et de la caméra de tournage. Par le biais d’un démonstrateur matériel, nous avons formalisé une solution intégrée dans un moteur de jeux vidéo. Les expérimentations menées montrent dans un premier temps des résultats encourageants pour le compositing en temps réel. Nous avons observé une amélioration des résultats suite à l’introduction de la méthode de segmentation conjointe. La principale force de ce travail réside dans la mise en place du démonstrateur qui nous a permis d’obtenir des algorithmes efficaces dans le domaine de la previz on-set. / Previz on-set is a preview step that takes place directly during the shootingphase of a film with special effects. The aim of previz on-set is to show to the film director anassembled view of the final plan in realtime. The work presented in this thesis focuses on aspecific step of the previz : the compositing. This step consists in mixing multiple images tocompose a single and coherent one. In our case, it is to mix computer graphics with an imagefrom the main camera. The objective of this thesis is to propose a system for automaticadjustment of the compositing. The method requires the measurement of the geometry ofthe scene filmed. For this reason, a depth sensor is added to the main camera. The data issent to the computer that executes an algorithm to merge data from depth sensor and themain camera. Through a hardware demonstrator, we formalized an integrated solution in avideo game engine. The experiments gives encouraging results for compositing in real time.Improved results were observed with the introduction of a joint segmentation method usingdepth and color information. The main strength of this work lies in the development of ademonstrator that allowed us to obtain effective algorithms in the field of previz on-set.