Les cameras intelligentes, ou Smart Cameras, sont des systèmes embarqués de vision artificielle. Ces systèmes se différencient des caméras "communes" par leur capacité à analyser les images, afin d'en extraire des informations pertinentes sur la scène observée, et ceci de féçon autonome grâce à des dispositifs embarqués de calcul. Les applications pratiques de ce type de système sont nombreuses (vidéo-surveillance, vision industrielle, véhicules autonomes, etc.), mais leur implémentation est assez complexe, et demande un haut degré d'expertise et des temps de développement élevés. Les travaux présentés dans cette thèse s'adressent à cette problématisue, et proposent une méthodologie d'implémentation permettant de simplifier le développement d'applications au sein des plateformes Smart Camera basées sur un dispositif FPGA. Cette méthodologie s'appuie d'une part sur l'instanciation au sein du FPGA d'un processeur "soft-core" taillé sur mesure, et d'autre part sur un flot de design à deux niveaux, permettant ainsi de traiter séparément les aspects matériels liés à la plateforme et les aspects algorithmiques liés à l'application

Cette thèse propose une solution logicielle au problème du développement et de l'exécution en temps réel d'applications de vision sur des machines de type cluster. Pour cela, avons développé deux bibliothèques utilisant des techniques d'évaluation partielle et de méta-programmation template qui permettent de programmer ces machines en s'attachant à rendre accessible les modèles de programmation parallèles à des développeurs issus de la communauté Vision pour qui ces problématiques ne sont pas triviales, tout en conservant des performances élevées. Ces deux bibliothèques : EVE, qui prend en charge la gestion du parallélisme SIMD, et QUAF, qui propose un modèle de programmation à base de squelettes algorithmiques pour la programmation sur machines MIMD, ont été validées par deux applications de vision de complexité réaliste, une reconstruction 3D et un suivi de piéton par filtrage particulaire, développées et exécutées sur un cluster dédié à la vision artificielle

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Le piano est reconnu comme un instrument permettant une grande expressivité musicale. Cette caractéristique est due en grande partie à la finesse dans le contrôle de l'instrument que les pianistes peuvent atteindre. Le mécanisme traditionnel présente une particularité : les éléments responsables du rayonnement sonore sont découplés du pianiste au moment de la génération de la note. Donc, le pianiste ne peut pas agir sur le son au moment ou il l'entend, le contrôle de la nuance de jeu est donc fortement conditionné par le retour tactile – que nous appèlerons toucher – fourni par l'instrument. Le toucher est donc un indicateur de la qualité du clavier.<br /><br />La mécanique d'actionnement communique au marteau le mouvement imposé à la touche par le pianiste. Ce système dynamique complexe formé d'un ensemble de pièces en bois et feutre de laine, liées entre elles par des pivots et des contacts unilatéraux est responsable du toucher. Les pianos numériques actuels sont équipés de mécaniques d'actionnement simplifiées qui produisent un toucher pauvre par rapport à celui d'un piano à queue traditionnel (notamment dans la nuance piano).<br /><br />L'objectif de ce travail est de concevoir un clavier numérique contrôlé capable de reproduire de manière satisfaisante le toucher d'un piano à queue. Pour cela, nous devons dans un premier temps étudier le fonctionnement de la mécanique traditionnelle puis concevoir et contrôler une interface haptique à base de fluide magnéto-rhéologique capable d'un rendu sensoriel de mêmes caractéristiques que celui d'un piano traditionnel.<br /><br />Le modèle dynamique de la mécanique traditionnelle a été réalisé en tenant compte de tous les degrés de liberté du système et des comportements des liaisons pivots et des contacts unilatéraux. Un ensemble de procédures expérimentales ont permis de valider les lois de comportement utilisées dans le modèle et d'obtenir la valeur de tous les paramètres de la modélisation. Finalement, nous avons simulé numériquement le comportement du système dans le cas quasi-statique et dynamique à l'aide de Matlab/Simulink.<br /><br />Par ailleurs, nous avons conçu, modélisé et identifié un nouveau mode opératoire pour fluides magnéto-rhéologiques qui fût utilisé pour la conception de l'interface haptique pour claviers musicaux. L'interface haptique a été modélisée pour obtenir la loi de commande. Cette modélisation a été validée par la comparaison de la simulation numérique du modèle avec les mesures sur le système réel. Finalement nous avons mis en place une procédure de contrôle en temps réel de l'interface qui utilise un modèle virtuel (modèle dynamique de la touche traditionnelle, par exemple) et le modèle de l'interface.

La compression, nécessaire à la transmission des images numériques diffusées sur les télévisions, est responsable de dégradations appelées artefacts. Pour obtenir des images de meilleure qualité, la correction des artefacts doit être efficace, robuste au large panel dimages diffusées, et simple pour que ces images soient traitées en temps réel avant leur diffusion. Pour obtenir ce compromis, notre étude se divise en 3 axes : l'estimation, la mesure et la correction.<br />En estimant quels sont les artefacts les plus gênants et les risques encourus à les corriger, nous définissons la problématique de ce travail : comment corriger les effets de bloc et de ringing qui sont des artefacts de compression sans risquer de faire apparaître un artefact de correction tel que le flou ?<br />Les métriques objectives, validées par des tests subjectifs, permettent de mesurer ces artefacts. L'étude de l'état de l'art, associée à la modélisation de notre manière de percevoir ces artefacts, nous permet d'aboutir au développement du BLE (Block Level Estimator) et du BluM (Blur Metric), métriques objectives destinées à estimer respectivement leffet de bloc et le flou sur une image. <br />La correction de l'effet de bloc et de l'effet de ringing peut ensuite être guidée et validée par ces métriques. Nous proposons des modules permettant d'améliorer, de rendre plus robustes et d'implémenter facilement les corrections existantes. Puis, pour résoudre la problématique, nous intégrons ces modules dans une solution générale appelée SQDSE (Studio Quality Digital Source Enhancement) destinée à supprimer les effets de bloc et de ringing. La structure du SQDSE et sa validation par des tests visuels et par les résultats du BLE et du BluM montrent que le compromis entre l'efficacité, la robustesse et la simplicité est atteint.

Dans cette thèse nous proposons un modèle temporel dans le cadre des machines à états abstraits (ASM). Une extension du langage de spécification ASM est développé qui correspond à ce modéle temporel pour le temps continu. L'extension du langage avec des constructions de temps permet de diminuer la taille de la spécification et donc de réduire la probabilité d'erreurs. La sémantique de l'extension du langage ASM est fournie et prend en compte les définitions des fonctions externes, les valeurs des délais et les choix de résolution des non-déterminismes. Un sous-système de vérification des propriétés exprimées en logique FOTL (FirstOrder Timed Logic) est développé. Un simulateur d'ASMs temporisées est développé et implémenté, il comprend un analyseur syntaxique, un interprète du langage, un sous-système de vérification des propriétés ainsi qu'une interface graphique

Les rivières sont fréquentes dans la nature, et sont donc importantes dans une simulation de scènes naturelles 3D. Afin de reproduire l'écoulement des rivières réelles, ces rivières virtuelles doivent être animées. Mais ceci est un problème difficile. Il faut prendre en compte des détails de surface et des mouvements à plusieurs échelles, et la plupart des phénomènes impliqués ont des causes physiques sous jacentes complexes. L'animation de rivières est particulièrement difficile dans le contexte d'applications interactives émergentes telles que Google Earth ou certains jeux vidéos, qui permettent à l'utilisateur d'explorer une scène très vaste et d'y observer des rivières de très près ou de très loin, à n'importe quel moment. Le contrôle utilisateur des simulations de fluide est un autre problème difficile. Le but de cette thèse est d'obtenir des rivières animées en temps-réel sur de très grand terrains, avec une animation contrôlable et un rendu détaillé et continu en temps et en espace. Pour atteindre ce but nous décomposons le problème en 3 sous-problèmes pour les grandes, moyennes et petites échelles. Nous proposons des modèles appropriés pour chaque échelle, qui représentent correctement les détails et les mouvements du fluide à l'échelle considérée. Pour les grandes échelles nous proposons une méthode procédurale pour calculer à la volée la vitesse d'écoulement de rivières de formes quelconques, avec des affluents et des îles. Pour les moyennes échelles nous proposons une méthode de simulation spécifique pour générer les vagues quasi stationnaires causées par les obstacles. Nous proposons également une méthode pour construire un maillage adaptatif aligné avec les lignes de crête de ces vagues. Pour les petites échelles, nous proposons une méthode à base de sprites texturés pour représenter les petits détails dont le spectre est stationnaire et qui sont advectés avec la rivière. Complétés par un échantillonnage adaptatif, cetteméthode nous permet de texturer de très grandes rivières, les performances étant indépendantes de la complexité de la scène. Nous proposons également une méthode lagrangienne pour l'advection de texture, qui peut s'appliquer à d'autres domaines que l'animation de rivières. Nous montrons que la combinaison de nos trois modèles nous permet d'ajouter des rivières animées visuellement convaincantes dans de très grand terrains, dans des applications temps-réel interactives.

Les recherches en sécurité routière suscitent largement l'intérêt des chercheurs. Indépendamment des techniques de modélisation, un facteur important d'imprécision -qui caractérise les études dans ce domaine- concerne le niveau d'agrégation des données. Aujourd'hui, la plupart des autoroutes sont équipées de systèmes permanents de surveillance qui fournissent des données désagrégées. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est d'exploiter les données trafic recueillies en temps réel au moment des accidents, afin d'élargir le champ des travaux précédents et de mettre en évidence un potentiel d'applications innovantes. À cette fin, nous examinons les effets du trafic sur le type d'accident ainsi que sur la gravité subie par les occupants des véhicules, tout en tenant compte des facteurs environnementaux et géométriques. Des modèles Probit sont appliqués aux données de trafic et d'accidents enregistrés pendant quatre années sur le tronc commun aux autoroutes A4 et A86 en Ile-de-France. Les résultats empiriques indiquent que le type d'accident peut être presque exclusivement défini par les conditions de trafic prévalant peu avant son occurrence. En outre, l'augmentation du débit s'avère exercer un effet constamment positif sur la gravité, alors que la vitesse exerce un effet différentiel sur la gravité en fonction des conditions d'écoulement. Nous établissons ensuite un cadre conceptuel pour des applications de gestion des incidents qui s'appuie sur les données trafic recueillies en temps réel. Nous utilisons les résultats de la thèse afin d'explorer des implications qui ont trait à la propension et à la détection des incidents, ainsi qu'à l'amélioration de leur gestion / Research on road safety has been of great interest to engineers and planners for decades. Regardless of modeling techniques, a serious factor of inaccuracy - in most past studies - has been data aggregation. Nowadays, most freeways are equipped with continuous surveillance systems making disaggregate traffic data readily available ; these have been used in few studies. In this context, the main objective of this dissertation is to capitalize highway traffic data collected on a real-time basis at the moment of accident occurrence in order to expand previous road safety work and to highlight potential further applications. To this end, we first examine the effects of various traffic parameters on type of road crash as well as on the injury level sustained by vehicle occupants involved in accidents, while controlling for environmental and geometric factors. Probit models are specified on 4-years of data from the A4-A86 highway section in the Ile-de -France region, France. Empirical findings indicate that crash type can almost exclusively be defined by the prevailing traffic conditions shortly before its occurrence. Increased traffic volume is found to have a consistently positive effect on severity, while speed has a differential effect on severity depending on flow conditions. We then establish a conceptual framework for incident management applications using real-time traffic data on urban freeways. We use dissertation previous findings to explore potential implications towards incident propensity detection and enhanced management

Le VPH-16 de même que certains VPH, dont le VPH-18, causent le cancer du col utérin. Son intégration dans le génome humain pourrait être un marqueur de progression de l’infection. Les charges virales totale et intégrée sont présentement mesurées en quantifiant par PCR en temps réel les gènes E6 (RT-E6) et E2 (RT-E2-1) du VPH-16. Nous avons évalué l’impact du polymorphisme du gène E2 sur la quantification de l’ADN du VPH-16 dans des spécimens cliniques. Dans un premier temps, le gène E2 de 135 isolats de VPH-16 (123 appartenaient au clade Européen et 12 à des clades non- Européens) fut séquencé. Ensuite, un test de PCR en temps réel ciblant les séquences conservées dans E2 (RT-E2-2) fut développé et optimisé. Cent trente-neuf spécimens (lavages cervicaux et vaginaux) provenant de 74 participantes (58 séropositives pour le VIH, 16 séronégatives pour le VIH) ont été étudiés avec les trois tests E2 (RT-E2-2), E6 (RT-E6) et E2 (RT-E2-1). Les ratios de la quantité d’ADN de VPH-16 mesuré avec RT-E2-2 et RT-E2-1 dans les isolats Européens (médiane, 1.02; intervalle, 0.64-1.80) et Africains 1 (médiane, 0.80; intervalle, 0.53-1.09) sont similaires (P=0.08). Par contre, les ratios mesurés avec les isolats Africains 2 (médiane, 3.23; intervalle, 1.92-3.49) ou Asiatique- Américains (médiane, 3.78; intervalle, 1.47-37) sont nettement supérieurs à ceux obtenus avec les isolats Européens (P<0.02 pour chaque comparaison). Les distributions des quantités de E2 contenues dans les 139 échantillons mesurées avec RT-E2-2 (médiane, 6150) et RT-E2-1 (médiane, 8960) étaient statistiquement différentes (P<0.0001). Nous avons observé que les charges virales totale (odds ratio (OR) OR, 2.16 95% intervalle de confiance (IC) 1.11-4.19), et épisomale du VPH-16 (OR, 2.14 95% IC 1.09-4.19), mais pas la présence de formes intégrées (OR, 3.72 95% IC 1.03-13.4), sont associées aux néoplasies intraepitheliales cervicales de haut grade (CIN-2,3), et ce, en contrôlant pour des facteurs confondants tels que l’âge, le taux de CD4 sanguin, l’infection au VIH, et le polymorphisme de VPH-16. La proportion des échantillons ayant un ratio E6/E2 > 2 pour les femmes sans lésion intraépithéliale (7 de 35) est similaire à celle des femmes avec CIN-2,3 (5 de 11, p=0.24) ou avec CIN- 1 (4 de14, P=0.65). Le polymorphisme du gène E2 est un facteur qui influence la quantification des charges intégrées de VPH-16. / Episomal and integrated HPV-16 loads are currently estimated by quantitation with real-time PCR of HPV-16 E6 (RT-E6) and E2 (RT-E2-1) DNA. We assessed the impact of HPV-16 E2 polymorphism on quantitation of integrated HPV-16 DNA in clinical specimens. First, HPV-16 E2 was sequenced from 135 isolates (123 from European and 12 from non-European lineages). A novel assay targeting conserved HPV-16 E2 sequences (RT-E2-2) was optimized and applied with RT-E6 and RTE2- 1 on 139 HPV-16-positive cervicovaginal lavages collected from 74 women (58 HIV-seropositive, 16 HIV-seronegative). Ratios of HPV-16 DNA copies measured with RT-E2-2 and RT-E2-1 with European (median, 1.02; range, 0.64-1.80) and African 1 (median, 0.80; range, 0.53-1.09) isolates were similar (P=0.08). Ratios obtained with African 2 (median, 3.23; range, 1.92-3.49) or Asian-American (median, 3.78; range, 1.47-37) isolates were greater than those with European isolates (P<0.02 for each comparison). Distributions of HPV-16 E2 copies measured in 139 samples with RT-E2-2 (median, 6150) and RT-E2-1 (median, 8960) were different (P<0.0001). HPV-16 total (odds ratio (OR) OR, 2.16 95% confidence interval (CI) 1.11-4.19), episomal (OR, 2.14 95% CI 1.09-4.19) but not integrated (OR, 3.72 95% CI 1.03-13.4) load, were associated with high-grade cervical intraepithelial neoplasia (CIN-2,3) after controlling for age, CD4 count and HIV, and HPV-16 polymorphism. The proportion of samples with an E6/E2 ratio >2 in women without SIL (7 of 35) was similar to that of women with CIN-2,3 (5 of 11, P=0.24) or CIN-1 (4 of 14, P=0.65). E2 polymorphism was a factor that influenced measures of HPV-16 integrated load.

Vidéos et images des résultats disponible à : http://www.iro.umontreal.ca/labs/infographie/theses/fatnasss/ / La synthèse d'une flamme animée dans un environnement 3D virtuel, reste à ce jour une tâche ardue, exigeant de judicieusement balancer réalisme et coût de calcul. Dans ce mémoire, nous présentons un ensemble de techniques pour sa simulation en temps réel tout en modélisant une interaction à des forces externes. Nous désirons minimiser son coût de calcul tout en préservant une apparence convaincante dans l'optique d'une intégration au sein de systèmes existants, n'affectant pas indûment leurs performances. Un champ de vélocité est extrait d'une simulation de ressorts et mis à profit dans le déplacement de chaînes de particules modélisant la forme de la flamme par l'entremise de la paramétrisation d'une surface NURBS. Considérant l'importance qu'ils ont sur notre perception de la combustion, nous prenons également soin de reproduire l'illumination, les ombres, et l'effet d'éblouissement qu'elle engendre. / The synthesis of an open flame in a virtual 3D environment, remains to this day an arduous task, requiring a wise balance between realism and processing cost. In this M. Sc. thesis, we present a set of techniques for its simulation in real time while also modeling the interaction with external forces. Our goal is to minimize the cost while preserving a convincing appearance, thus facilitating integration of the techniques into existing systems without unduly affecting their performance. A velocity field is extracted from a spring-mass simulation which contributes to moving chains of particules that are used in modeling the flame shape through the configuration of a NURBS surface. In light of the importance they have on our perception of combustion, we also take care to duplicate the lighting, shadows and bloom the flame gives rise to.