Les travaux présentés dans ce mémoire entrent dans le cadre de la réduction des coûts de production des circuits RF. En effet, la démocratisation de ces appareils pousse les industriels à chercher de nouvelles solutions afin de produire, à bas prix, ces circuits RF. Le test représentant une large partie du coût de ces produits, l'objectif de cette thèse a donc été de proposer une stratégie originale permettant d'effectuer l'analyse de signaux modulés à l'aide d'un équipement de test numérique faible coût. Tout d'abord, le manuscrit dresse un tableau général du test industriel et présente un éventail des solutions proposées dans la littérature pour réduire le coût du test des circuits RF, ainsi que des exemples d'utilisation du concept de " level-crossing ", méthode choisie pour effectuer la capture puis la reconstruction des signaux analogiques et RF. Les principes de base utilisés pour la reconstruction de signaux analogiques à partir d'informations temporelles sont ensuite abordés. L'élément clé des algorithmes de reconstruction est la détermination des instants de passage du signal par un seuil de tension prédéterminé. De cette information, il est ensuite possible de déterminer la phase, la fréquence et l'amplitude du signal observé. La suite est consacrée à l'analyse de signaux modulés. Dans un premier temps sur des modulations élémentaires, puis sur des schémas de modulations plus complexes, basés sur des cas d'étude concrets. Le travail se termine en abordant la prise en compte des non-idéalités de la chaîne d'acquisition. Il s'agit en particulier d'étudier l'impact de ces non-idéalités pour élaborer des algorithmes visant à compenser les erreurs résultantes.

Les superpositions d'ondes modulées en amplitude et en fréquence (modes AM--FM) sont couramment utilisées pour modéliser de nombreux signaux du monde réel : cela inclut des signaux audio (musique, parole), médicaux (ECG), ou diverses séries temporelles (températures, consommation électrique). L'objectif de ce travail est l'analyse et la compréhension fine de tels signaux, dits "multicomposantes" car ils contiennent plusieurs modes. Les méthodes mises en oeuvre vont permettre de les représenter efficacement, d'identifier les différents modes puis de les démoduler (c'est-à-dire déterminer leur amplitude et fréquence instantanée), et enfin de les reconstruire. On se place pour cela dans le cadre bien établi de l'analyse temps-fréquence (avec la transformée de Fourier à court terme) ou temps-échelle (transformée en ondelettes continue). On s'intéressera également à une méthode plus algorithmique et moins fondée mathématiquement, basée sur la notion de symétrie des enveloppes des modes : la décomposition modale empirique. La première contribution de la thèse propose une alternative au processus dit ''de tamisage'' dans la décomposition modale empirique, dont la convergence et la stabilité ne sont pas garanties. Á la place, une étape d'optimisation sous contraintes ainsi qu'une meilleure détection des extrema locaux du mode haute fréquence garantissent l'existence mathématique du mode, tout en donnant de bons résultats empiriques. La deuxième contribution concerne l'analyse des signaux multicomposantes par la transformée de Fourier à court terme et à la transformée en ondelettes continues, en exploitant leur structure particulière ''en ridge'' dans le plan temps-fréquence. Plus précisément, nous proposons une nouvelle méthode de reconstruction des modes par intégration locale, adaptée à la modulation fréquentielle, avec des garanties théoriques. Cette technique donne lieu à une nouvelle méthode de débruitage des signaux multicomposantes. La troisième contribution concerne l'amélioration de la qualité de la représentation au moyen de la ''réallocation'' et du ''synchrosqueezing''. Nous prolongeons le synchrosqueezing à la transformée de Fourier à court terme, et en proposons deux extensions inversibles et adaptées à des modulations fréquentielles importantes, que nous comparons aux méthodes originelles. Une généralisation du synchrosqueezing à la dimension 2 est enfin proposée, qui utilise le cadre de la transformée en ondelettes monogène.

Ce travail de thèse s'insère dans un projet de recherche plus global dont l'objectif est d'analyser le potentiel migratoire de cellules cancéreuses. Dans le cadre de ce doctorat, on s'intéresse à l'utilisation du traitement des images pour dénombrer et classifier les cellules présentes dans une image acquise via un microscope. Les partenaires biologistes de ce projet étudient l'influence de l'environnement sur le comportement migratoire de cellules cancéreuses à partir de cultures cellulaires pratiqu ées sur différentes lignées de cellules cancéreuses. Le traitement d'images biologiques a déjà donné lieu à un nombre important de publications mais, dans le cas abordé ici et dans la mesure où le protocole d'acquisition des images acquises n'était pas figé, le défi a été de proposer une chaîne de traitements adaptatifs ne contraignant pas les biologistes dans leurs travaux de recherche. Quatre étapes sont détaillées dans ce mémoire. La première porte sur la définition des prétraitements permettant d'homogénéiser les conditions d'acquisition. Le choix d'exploiter l'image des écarts-type plutôt que la luminosité est un des résultats issus de cette première partie. La deuxième étape consiste à compter le nombre de cellules présentent dans l'image. Un filtre original, nommé filtre "halo", permettant de renforcer le centre des cellules afin d'en faciliter leur comptage, a été proposé. Une étape de validation statistique de ces centres permet de fiabiliser le résultat obtenu. L'étape de segmentation des images, sans conteste la plus difficile, constitue la troisième partie de ce travail. Il s'agit ici d'extraire des "vignettes", contenant une seule cellule. Le choix de l'algorithme de segmentation a été celui de la "Ligne de Partage des Eaux", mais il a fallu adapter cet algorithme au contexte des images faisant l'objet de cette étude. La proposition d'utiliser une carte de probabilités comme données d'entrée a permis d'obtenir une segmentation au plus près des bords des cellules. Par contre cette méthode entraine une sur-segmentation qu'il faut réduire afin de tendre vers l'objectif : "une région = une cellule". Pour cela un algorithme utilisant un concept de hiérarchie cumulative basée morphologie mathématique a été développé. Il permet d'agréger des régions voisines en travaillant sur une représentation arborescente de ces régions et de leur niveau associé. La comparaison des résultats iii obtenus par cette méthode à ceux proposés par d'autres approches permettant de limiter la sur-segmentation a permis de prouver l'efficacité de l'approche proposée. L'étape ultime de ce travail consiste dans la classification des cellules. Trois classes ont été définies : cellules allongées (migration mésenchymateuse), cellules rondes "blebbantes" (migration amiboïde) et cellules rondes "lisses" (stade intermédiaire du mode de migration). Sur chaque vignette obtenue à la fin de l'étape de segmentation, des caractéristiques de luminosité, morphologiques et texturales ont été calculées. Une première analyse de ces caractéristiques a permis d'élaborer une stratégie de classification, à savoir séparer dans un premier temps les cellules rondes des cellules allongées, puis séparer les cellules rondes "lisses" des "blebbantes". Pour cela on divise les paramètres en deux jeux qui vont être utilisés successivement dans ces deux étapes de classification. Plusieurs algorithmes de classification ont été testés pour retenir, au final, l'utilisation de deux réseaux de neurones permettant d'obtenir plus de 80% de bonne classification entre cellules longues et cellules rondes, et près de 90% de bonne classification entre cellules rondes "lisses" et "blebbantes".

L'essor technologique, induit une production d'énormes masses de données électroniques et oblige à une adaptation des traitements du flux d'information correspondant. D'où un besoin d'outils d'aide à l'interprétation permettant des prises de décision dans les délais raisonnables. En matière d'imagerie numérique, les champs d'application sont vastes allant de l'utilisation domestique (appareil photo numérique, webcam ou simplement téléphone portable) jusqu'aux applications de type télédétection. L'évolution croissante du volume des données s'accompagne de contraintes, qu'il s'agisse du dépouillement des images de télédétection et c'est là que se situe un premier axe de nos travaux, ou du tri de photos, ou de la recherche d'une photo spécifique, prise à une certaine occasion en un lieu donné et c'est là le second axe de nos travaux. S'agissant de la télédétection, la multitude de satellites d'observation nous fournit une grande variété d'images. Celles-ci nous apportent des informations à la fois redondantes et complémentaires. Aussi s'avère-t-il judicieux de les combiner dans un processus de fusion pour en tirer des renseignements plus consistants et plus intelligibles. Traditionnellement, l'indexation et la recherche d'une photo se fait à l'aide d'une annotation par mots-clés. Compte-tenu des limitations de cette procédure, l'enjeu, aujourd'hui, est la détermination de descripteurs efficaces basés sur le contenu des images pour leur indexation. Toutes ces considérations visent à proposer des solutions alliant différents descripteurs dans un processus de fusion pouvant fournir un index hybride prenant en compte l'aspect sémantique du contenu de l'image. C'est dans ce contexte d'analyse d'images pour leur interprétation que se situent nos travaux de recherche dont le présent mémoire fait l'objet. Il s'articule en trois parties. Dans la première partie, nous présentons un résumé des activités tant du point de vue de l'enseignement que de la recherche : un aperçu de nos travaux de recherche retrace les études réalisées pour des applications de fusion en télédétection et pour la description des formes. La deuxième partie reprend plus en détails l'une de nos études sur le thème de l'analyse multi-échelle de contours d'objets planaires pour des applications de description et de reconnaissance de formes. On y présente ainsi la méthode MSGPR basée sur la carte des points d'intersection, méthode que nous proposons pour l'extraction d'un descripteur pour l'indexation des objets planaires. Pour finir, la dernière partie présente quelques articles représentatifs de nos activités de recherche : analyse de textures, recalage d'images, fusion d'image, analyse espace-échelle, reconnaissance de formes.

L'imagerie SAR considère les cibles comme un ensemble de diffuseurs ponctuels, isotropes et non-dispersifs. Ce modèle devient obsolète pour les nouvelles applications radar qui utilisent une large bande et une forte excursion angulaire. Il s'agit donc d'étudier les non-stationnarités par l'outil usuel : l'analyse temps-fréquence. Les transformées temps-fréquence usuelles permettent de construire des hyperimages (images à 4 dimensions) décrivant l'énergie en fonction de la fréquence émise et de l'angle de visée. Cette source d'information est reliée à la section efficace radar (SER). Une autre source d'information en imagerie radar est la polarimétrie. Il s'agit d'utiliser conjointement ces deux sources d'information afin de caractériser les diffuseurs. Par application des ondelettes continues et des décompositions cohérentes sur la matrice de Sinclair, des hyperimages polarimétriques sont générées. Ces hyperimages permettent de décrire le comportement polarimétrique en fonction de l'angle de visée et de la fréquence émise. Dans certains cas, elles décrivent globalement le mécanisme de rétrodiffusion, par sa nature, son orientation relative dans le plan horizontal et son orientation absolue dans le plan vertical. De plus, elles mettent en évidence un nouveau phénomène : la non-stationnarité polarimétrique. Celle-ci serait causée par le fait que le radar ne voit pas la même géométrie au cours de l'acquisition. De ces hyperimages polarimétriques, l'information est synthétisée et une nouvelle classification phénoménologique est proposée.

Dans les systèmes ultra large bande (ULB), des impulsions RF extrêmement étroites sont employées pour la communication entre émetteurs et récepteurs. En raison de leur bande passante très large, les signaux ULB entraînent un grand nombre de trajets multiples résolvables et donc réduisent les interférences provoquées par la superposition de ces trajets. Toutefois, cela nécessite la mise en œuvre d'un système de réception complexe. Le retournement temporel (RT) est une approche qui permet d'utiliser des récepteurs simples en déplaçant la complexité vers l'émetteur. Le signal reçu RT est très focalisé dans les domaines temporel et spatial. Les focalisations temporelle et spatiale permettent de réduire respectivement l'interférence entre symboles et l'interférence multi-utilisateurs. Dans cette thèse, nous étudions la technique du RT en ULB et son application aux communications haut débit. La validation de la technique du RT dans le laboratoire est réalisée et une étude paramétrique du RT est faite avec différentes configurations multi-antennes (SISO, SIMO, MISO et MIMO). Les résultats montrent que la configuration RT-MIMO présente les meilleures performances. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. La robustesse du RT est également étudiée dans des environnements non stationnaires. Les résultats suggèrent que si le canal garde une certaine corrélation partielle avec le canal précédent, le RT peut donner une bonne robustesse même si la corrélation totale des canaux est très faible. Bien que les performances obtenues soient meilleures avec des bandes passantes supérieures, la dégradation des performances avec les variations dans le canal reste du même ordre de grandeur. Ensuite, le RT est étudié du point de vue communication. Des validations expérimentales d'une nouvelle technique de modulation et la communication à haut débit sont effectuées pour des canaux denses en trajets multiples. On montre que les performances de TEB en indoor sont meilleures que celles obtenues en chambre réverbérante. Par ailleurs, avec une transmission RT par sous bandes, qui constitue une sorte d'égalisation, le TEB peut être sensiblement amélioré. Enfin, la communication RT multi-utilisateur a été examinée avec des modifications dans le pré-filtre. Le RT modifié donne de meilleures performances que le RT classique ou le RT avec permutation circulaire. Les résultats présentés dans cette thèse suggèrent que le RT en ULB, qui peut être facilement combiné avec les systèmes MIMO, est une approche prometteuse pour les futurs réseaux de locaux et personnels (WLAN et WPAN) sans fils.

Le trafic de données a connu une explosion durant les dernières décennies, en raison d'une augmentation de la demande liée à la vidéo en ligne, mais aussi de la voix sur IP et le peer to peer. L'émergence du cloud computing et du cloud gaming ainsi que la haute résolution des contenus vidéo tend à accroître encore cette demande de débit. Ainsi les normes de commu- nication évoluent afin de fournir les utilisateurs avec le meilleur débit possible. De ce fait, les systèmes nécessitent d'embarquer des techniques d'accès multiples afin de séparer les utilisateurs et l'augmentation du nombre d'antennes devient indispensable. Par conséquent, ces équipements deviennent de plus en plus complexes et énergivores. Dans le but de réduire la complexité des systèmes et ainsi diminuer leur consommation, en permettant de plus de fonctionner avec de faibles puissances d'émission, le Retournement Temporel apparaît comme une solution envisageable. En effet, cette technique permet de focaliser des ondes électromagnétiques dans le temps et l'espace. Ainsi, grâce à ce procédé il devient possible de réaliser des communications multi-antennes à faible complexité et à faibles interférences entre symboles grâce à la propriété de focalisation temporelle, et à faibles interférences inter-utilisateurs grâce à la propriété de focalisation spatiale. Cependant, afin de l'adapter aux normes de communication actuelles, il est nécessaire d'étudier la combinaison du Retournement Temporel avec les systèmes multi-porteuses pré- sents dans les principales normes de communication par paquets. Le but de cette thèse est donc d'étudier le Retournement Temporel appliqué aux modula- tions multi-porteuses, et plus particulièrement à l'OFDM. Dans un premier temps, la manière de réaliser une telle combinaison est montrée dans un contexte SISO (Single Input Single Out- put). Ensuite, les avantages de synchronisation et de réduction de l'intervalle de garde d'une telle association sont décrits et analysés. Par la suite, une extension aux systèmes MISO (Multiple Input Single Output) est présenté, ainsi que la combinaison avec les codes espace temps en bloc orthogonaux. Les performances de ces systèmes en terme de capacité et de taux d'erreur binaire sont ensuite évaluées analytique- ment et comparées avec des systèmes concurrents. Un algorithme de modulation adaptative est ensuite ajouté au système afin d'en améliorer les performances. Ensuite, la manière de combiner le Retournement Temporel avec un système OQAM est présentée. Il est montré que cette combinaison permet de réaliser simplement des systèmes MISO-OQAM, et d'exploiter la diversité spatiale. Il est également montré ici que la combinai- son avec des codes espace temps en bloc orthogonaux est réalisable. Enfin, la robustesse du système combinant le Retournement Temporel et l'OFDM face aux erreurs d'estimation est évaluée à l'aide de deux algorithmes d'estimation de canal pour les systèmes multi-porteuses.

Visualiser et analyser automatiquement des coupes fines de tumeurs cancéreuses sont des enjeux majeurs pour progresser dans la compréhension des mécanismes de la cancérisation et mettre en évidence de nouveaux indicateurs de réponse au traitement. Les nouveaux scanners microscopiques apportent une aide essentielle en fournissant des images couleur haute résolution de la totalité des lames histologiques. Ceci permet de s'affranchir de l'hétérogénéité de distribution des marqueurs à quantifier. La taille de ces images, appelées lames virtuelles, peut atteindre plusieurs GigaOctets. L'objectif de cette thèse est de concevoir et d'implémenter une méthode de segmentation permettant de séparer les différents types de compartiments stromaux présents sur une lame virtuelle de carcinome ovarien. Les deux principales difficultés à surmonter sont la taille des images, qui empêche de les traiter en une seule fois, et le choix de critères permettant de différencier les compartiments stromaux. Pour répondre à ces problèmes, nous avons développé une méthode générique de segmentation multiéchelle qui associe un découpage judicieux de l'image à une caractérisation de chaque compartiment stromal, considéré comme une texture. Cette caractérisation repose sur une modélisation multiéchelle des textures par un modèle d'arbre de Markov caché, appliqué sur les coefficients de la décomposition en ondelettes. Plutôt que de considérer tous les types de compartiments stromaux simultanément, nous avons choisi de transformer le problème multiclasse en un ensemble de problèmes binaires. Nous avons également analysé l'influence d'hyperparamètres (représentation couleur, type d'ondelettes et nombre de niveaux de résolutions intégrés à l'analyse) sur la segmentation, ce qui nous a permis de sélectionner les classifieurs les mieux adaptés. Différentes méthodes de combinaison des décisions des meilleurs classifieurs ont ensuite été étudiées. La méthode a été testée sur une vingtaine de lames virtuelles. Afin d'évaluer les résultats de la segmentation, nous avons mis en œuvre un protocole de tests fondé sur une approche stéréologique. Les résultats sur différents jeux de tests (images synthétiques, images de petite taille, images réelles) sont présentés et commentés. Les résultats obtenus sur les lames virtuelles sont prometteurs, compte tenu de la variabilité des échantillons et de la difficulté, pour un expert, à identifier parfois très précisément un compartiment : environ 60% des points sont correctement classés (entre 35% et 80% selon les lames).

Cette thèse porte sur la mise en œuvre des architectures reconfigurables pour répondre aux besoins des systèmes de communication : des débits élevés et une grande flexibilité supportant les évolutivités des futurs systèmes. Nous nous intéressons particulièrement aux systèmes MIMO. Les architectures proposées utilisent l'opérateur CORDIC (COordinate Rotation DIgital Computing) comme opérateur commun, ainsi que les techniques de reconfiguration statique et partielle de FPGA en vue d'une optimisation et d'une adaptation dynamique des ressources matérielles aux caractéristiques de la communication. Le nombre d'opérateurs CORDIC peut donc être modifié par la reconfiguration statique pour s'adapter aux différents récepteurs MIMO et aux différents débits demandés. Les interconnexions entre les opérateurs CORDIC peuvent être modifiées par la reconfiguration partielle et dynamique de FPGA afin d'optimiser les ressources matérielles. L'impact du nombre d'étage de l'opérateur CORDIC sur le TEB et EQM du décodeur a été étudié. Trois exemples de récepteurs MIMO ont été réalisés à l'aide cette architecture reconfigurable: V-BLAST Square Root, MMSE et CMA. L'utilisation de cette architecture permet de diminuer les ressources matérielles sans dégrader les performances du décodeur MIMO en terme de TEB et EQM.

La multiplication des dispositifs de prise de vues, classiques comme les appareils photographiques, nouveaux comme les imageurs IRM et les analyseurs multispectraux, amène à prendre en charge des volumes de données croissants exponentiellement. En corollaire, la nécessité d'archiver de telles quantités de données introduit des questions nouvelles. Comment gérer des images de très grande taille ? Comment garantir l'intégrité des données enregistrées ? Quel mécanisme utiliser pour lier une image à des données ? Pendant longtemps, l'accent a été mis sur les performances de compression des schémas de codage, avec pour instruments de mesure les courbes débit-distorsion et quelques évaluations subjectives. Des propriétés de scalabilité, de gestion du débit, de résistance aux erreurs sont apparus pour prendre en compte les évolutions des techniques relatives aux media de communication. Cependant, la prise en compte des impératifs liés à l'archivage amène à considérer de nouveaux services, comme la gestion de la copie, l'ajout de métadonnées et la sécurité des images. Dans la plupart des cas, ces services sont fournis en dehors des schémas de compression, à l'exception notable de JPSEC, effort lié à JPEG-2000. L'approche retenue dans cette étude est l'intégration dans un codeur d'images fixes performant, le codeur LAR, des primitives de chiffrement et d'insertion de données permettant d'assurer l'essentiel des services liés à l'archivage des images. Le codeur LAR est hiérarchique, scalable en résolution et qualité, et permet d'aller du codage avec perte vers du codage sans perte. Ses performances sont au-delà de l'état de l'art, particulièrement en très bas débit et en compression sans perte. Le point clef des performances de ce codeur est un partitionnement quadtree adapté au contenu sémantique de l'image. Dans le contexte de l'archivage sécurisé d'images, ce document présente donc le tryptique suivant : compression efficace, chiffrement partiel et insertion de données. Pour la compression, l'utilisation d'une transformée de Hadamard réversible alliée à des filtres non linéaires permet d'obtenir de bonnes performances, avec ou sans pertes. Pour le chiffrement, l'utilisation de la structure hiérarchique du codeur LAR permet de mettre en place un schéma de chiffrement partiel. Il autorise une gestion fine des droits et des clefs, ainsi que le choix dans les niveaux de résolution et qualité possibles. Des éléments permettant une protection à coût nul sont également présentés. Pour l'insertion de données, le parallèle existant entre le LAR-Interleaved S+P et l'extension de la différence permet de mettre en œuvre un schéma efficace.