UPThèses

Cette thèse aborde la question du traitement correct et complet de la couleur selon les contraintes métrologiques. Le manque d’approches adaptées a justifié la reformulation principaux outils de traitement d’images que sont le gradient, la détection et la description de points d’intérêt. Les approches proposées sont génériques : indépendantes du nombre de canaux d’acquisition (de la couleur à l’hyper-spectral), de la plage spectrale considérée et prenant en compte les courbes de sensibilité spectrales du capteur ou de l’œil. Le full-vector gradient nait de cet objectif métrologique. La preuve de concept est effectuée sur des images couleurs, multi et hyper-spectrales. L’extension développée pour l’analyse de la déficience visuelle ouvre également de nombreuses s perspectives intéressantes pour l’analyse du système visuel humain. Ce gradient est au cœur de la proposition d’un détecteur de points d’intérêt, lui aussi générique. Nous montrons la nécessité d’un choix mathématiquement valide de la distance entre attributs et l’importance de la cohérence de la paire attribut/distance. Une paire attribut/distance complète l’ensemble. Pour chaque développement, nous proposons des protocoles objectifs de validation liés à des générateurs d’images de synthèse explorant toute la complexité spatio-chromatique possible. Notre hypothèse est que la difficulté d’extraction du gradient/des points d’intérêts… est liée à la complexité de discrimination des distributions couleur dans la zone de traitement. Une confrontation aux approches courantes du domaine a été également mise en œuvre.

Le contexte de cette thèse est le recalage d'images endomicroscopiques. Le microendoscope multiphotonique fournit différentes trajectoires de balayage que nous considérons dans ce travail. Nous proposons d'abord une méthode de recalage non rigide dont l'estimation du mouvement est transformée en un problème d'appariement d'attributs dans le cadre des Log-Demons et d'ondelettes sur graphes. Nous étudions les ondelettes de graphe spectral (SGW) pour capturer les formes des images, en effet, la représentation des données sur les graphes est plus adaptée aux données avec des structures complexes. Nos expériences sur des images endomicroscopiques montrent que cette méthode est supérieure aux techniques de recalage d'images non rigides existantes. Nous proposons ensuite une nouvelle stratégie de recalage d'images pour les images endomicroscopiques acquises sur des grilles irrégulières. La transformée en ondelettes sur graphe est flexible et peut être appliquée à différents types de données, quelles que soient la densité de points et la complexité de la structure de données. Nous montrons également comment le cadre des Log-Demons peut être adapté à l'optimisation de la fonction objective définie pour les images acquises avec un échantillonnage irrégulier.

Cette thèse porte sur l’étude des stratégies d’amélioration de la qualité d’image dans les systèmes de communication sans fil et sur la conception de nouvelles métriques d’évaluation de la qualité. Tout d'abord, une nouvelle métrique de qualité d'image à référence réduite, basée sur un modèle statistique dans le domaine des ondelettes complexes, a été proposée. Les informations d’amplitude et de phase relatives des coefficients issues de la transformée en ondelettes complexes sont modélisées à l'aide de fonctions de densité de probabilité. Les paramètres associés à ces fonctions constituent la référence réduite qui sera transmise au récepteur. Ensuite, une approche basée sur les réseaux de neurones à régression généralisée est exploitée pour construire la relation de cartographie entre les caractéristiques de la référence réduite et le score objectif. Deuxièmement, avec la nouvelle métrique, une nouvelle stratégie de décodage est proposée pour la transmission d’image sur un canal de transmission sans fil réaliste. Ainsi, la qualité d’expérience (QoE) est améliorée tout en garantissant une bonne qualité de service (QoS). Pour cela, une nouvelle base d’images a été construite et des tests d’évaluation subjective de la qualité de ces images ont été effectués pour collecter les préférences visuelles des personnes lorsqu’elles sélectionnent les images avec différentes configurations de décodage. Un classificateur basé sur les algorithmes SVM et des k plus proches voisins sont utilisés pour la sélection automatique de la meilleure configuration de décodage. Enfin, une amélioration de la métrique a été proposée permettant de mieux prendre en compte les spécificités de la distorsion et la préférence des utilisateurs. Pour cela, nous avons combiné les caractéristiques globales et locales de l’image conduisant ainsi à une amélioration de la stratégie de décodage. Les résultats expérimentaux valident l'efficacité des métriques de qualité d'image et des stratégies de transmission d’images proposées.

La recherche d'images basée sur le contenu visuel est un domaine très actif de la vision par ordinateur, car le nombre de bases d'images disponibles ne cesse d'augmenter. L’objectif de ce type d’approche est de retourner les images les plus proches d'une requête donnée en terme de contenu visuel. Notre travail s'inscrit dans un contexte applicatif spécifique qui consiste à indexer des petites bases d'images expertes sur lesquelles nous n'avons aucune connaissance a priori. L’une de nos contributions pour palier ce problème consiste à choisir un ensemble de descripteurs visuels et de les placer en compétition directe. Nous utilisons deux stratégies pour combiner ces caractéristiques : la première, est pyschovisuelle, et la seconde, est statistique. Dans ce contexte, nous proposons une approche adaptative non supervisée, basée sur les sacs de mots et phrases visuels, dont le principe est de sélectionner les caractéristiques pertinentes pour chaque point d'intérêt dans le but de renforcer la représentation de l'image. Les tests effectués montrent l'intérêt d'utiliser ce type de méthodes malgré la domination des méthodes basées réseaux de neurones convolutifs dans la littérature. Nous proposons également une étude, ainsi que les résultats de nos premiers tests concernant le renforcement de la recherche en utilisant des méthodes semi-interactives basées sur l’expertise de l'utilisateur.

Depuis plus de vingt ans, l'accès à la technologie est devenu très facile étant donné son omniprésence dans le quotidien de chacun et son faible coût. Cet accès aux technologies du numérique permet à toute personne équipée d'un ordinateur ou d'un smartphone de visualiser et de modifier des contenus digitaux. Avec les progrès en matière de stockage en ligne, la quantité de contenus digitaux tels que le son, l'image ou la vidéo sur internet a explosé et continue d'augmenter. Savoir identifier la source d'une image et certifier si celle-ci a été modifiée ou non sont des informations nécessaires pour authentifier une image et ainsi protéger la propriété intellectuelle et les droits d’auteur par exemple. Une des approches pour résoudre ces problèmes est le tatouage numérique. Il consiste à insérer une marque dans une image qui permettra de l'authentifier. Dans cette thèse, nous étudions premièrement le tatouage numérique dans le but de proposer des méthodes plus robustes aux modifications d'image grâce aux codes correcteurs. En étudiant la structure des erreurs produites par la modification d’une image marquée, un code correcteur sera plus efficace qu’un autre. Nous proposons aussi d’intégrer de nouveaux codes correcteurs appelés codes en métrique rang pour le tatouage. Ensuite, nous proposons d’améliorer l'invisibilité des méthodes de tatouage pour les images couleur. A l’insertion d’une marque, les dégradations de l’image sont perçues différemment par le système visuel humain en fonction de la couleur. Nous proposons un modèle biologique de la perception des couleurs qui nous permet de minimiser les distorsions psychovisuelles de l’image à l’insertion. Toutes ces techniques sont testées sur des images naturelles dans un contexte d’insertion d’information.

Ce travail présente les résultats de recherches sur la stabilité de deux systèmes multidimensionnels (aussi appelés systèmes nD), à savoir les modèles de Fornasini-Marchesini et Roesser. L’objectif principal est d’analyser différentes notions de stabilités, précisément les notions de stabilité asymptotique, stabilité structurelle et stabilité exponentielle et de généraliser ces notions du cas 1D au cas 2D. Le premier chapitre du mémoire est donc l’occasion de rappeler les définitions utilisées dans le cas 1D, mettre en évidence les liens entre ces définitions et faire un bilan des différentes généralisations de ces définitions au cas 2D dans la littérature. Le deuxième chapitre présente des résultats techniques sur les solutions des modèles de Fornasini-Marchesini dans le cas linéaire discret. Ces résultats seront ensuite utilisés dans le troisième chapitre pour démontrer les principaux résultats de cette thèse : la stabilité exponentielle et la stabilité structurelle, elles impliquent la stabilité asymptotique mais un contre-exemple montre que la stabilité asymptotique n’est pas équivalente aux deux autres. Le quatrième chapitre introduit le concept de contrôle et propose en utilisant des approches algébriques de construire une commande sur un système de Fornasini-Marchesini en utilisant l’équivalence algébrique des deux modèles étudiés. Enfin, le dernier chapitre aborde les modèles 2D continus de Roesser, très peu étudiés dans la littérature et analyse le problème de l’existence et l’unicité des solutions.

La recherche d'information dans des masses de données multimédia et l'indexation de ces grandes bases d'images par le contenu sont des problématiques très actuelles. Elles s'inscrivent dans un type de gestion de données qu'on appelle le Digital Asset Management (ou DAM) ; Le DAM fait appel à des techniques de segmentation d'images et de classification de données. Nos principales contributions dans cette thèse peuvent se résumer en trois points : - Analyse des utilisations possibles des différentes méthodes d'extraction des caractéristiques locales en exploitant la technique de VLAD. - Proposition d'une nouvelle méthode d'extraction de l'information relative à la couleur dominante dans une image. - Comparaison des Machine à Supports de Vecteur (SVM - Support Vector Machine) à différents classifieurs pour la proposition de mots clés d'indexation. Ces contributions ont été testées et validées sur des données de synthèse et sur des données réelles. Nos méthodes ont alors été largement utilisées dans le système DAM ePhoto développé par la société EINDEN, qui a financé la thèse CIFRE dans le cadre de laquelle ce travail a été effectué. Les résultats sont encourageants et ouvrent de nouvelles perspectives de recherche.

Dans cette thèse, plusieurs concepts importants liés à la théorie de la réalisation des modèles linéaires à paramètres variants (LPV) sont étudiés. Tout d’abord, nous abordons le problème de l’identifiabilité des modèles LPV affines (ALPV). Une nouvelle condition suffisante et nécessaire est introduite afin de garantir l’identifiabilité structurelle pour les paramétrages ALPV. L’identifiabilité de cette classe de paramétrages est liée à l’absence d’isomorphismes liant deux représentations d’état LPV lorsque deux modèles LPV correspondant à différentes valeurs des variables de séquencement sont considérés. Nous présentons ainsi une condition suffisante et nécessaire pour l’identifiabilité structurelle locale, et une condition suffisante pour l’identifiabilité structurelle (globale) qui sont toutes deux fonction du rang d’une matrice définie par l’utilisateur. Ces dernières conditions permettent la vérification de l’identifiabilité structurelle des modèles ALPV. Ensuite, étant donné que les techniques d’identification dites locales sont parfois inévitables, nous fournissons une expression analytique de la borne supérieure de l’erreur de comportements entrées-sorties de deux modèles LPV équivalents localement. Cette erreur se révèle être une fonction de (i) la vitesse de changement du signal de séquencement et (ii) l’écart entre les bases cohérentes de deux modèles LPV. En particulier, la différence entre les sorties des deux modèles peut être arbitrairement réduite en choisissant un signal de séquencement qui varie assez lentement. Enfin, nous présentons et étudions des propriétés importantes de la transformation des représentations d’état ALPV en Représentations Linéaires Fractionnelles (LFR). Plus précisément, nous montrons que (i) les représentations ALPV minimales conduisent à des LFR minimales, et vice versa, (ii) le comportement entrée-sortie de la représentation ALPV détermine de manière unique le comportement entrée-sortie de la LFR résultante, (iii) les modèles ALPV structurellement identifiables fournissent des LFRs structurellement identifiables et vice versa. Nous caractérisons ensuite les LFRs qui correspondent á des modèles ALPV équivalents basés sur leurs applications entrées-sorties. Comme illustré tout au long du manuscrit, ces résultats ont des conséquences importantes pour l’identification et la commande des systèmes LPV.

De nos jours, il est devenu de plus en plus simple pour qui que ce soit de prendre des photos avec des appareils photo numériques, de télécharger ces images sur l'ordinateur et d'utiliser différents logiciels de traitement d'image pour appliquer des modification sur ces images (compression, débruitage, transmission, etc.). Cependant, ces traitements entraînent des dégradations qui influent sur la qualité visuelle de l'image. De plus, avec la généralisation de l'internet et la croissance de la messagerie électronique, des logiciels sophistiqués de retouche d'images se sont démocratisés permettant de falsifier des images à des fins légitimes ou malveillantes pour des communications confidentielles ou secrètes. Dans ce contexte, la stéganographie constitue une méthode de choix pour dissimuler et transmettre de l'information. Dans ce manuscrit, nous avons abordé deux problèmes : l'évaluation de la qualité d'image et la détection d'une modification ou la présence d'informations cachées dans une image. L'objectif dans un premier temps est de développer une mesure sans référence permettant d'évaluer de manière automatique la qualité d'une image en corrélation avec l'appréciation visuelle humaine. Ensuite proposer un outil de stéganalyse permettant de détecter, avec la meilleure fiabilité possible, la présence d'informations cachées dans des images naturelles. Dans le cadre de cette thèse, l'enjeu est de prendre en compte l'imperfection des données manipulées provenant de différentes sources d'information avec différents degrés de précision. Dans ce contexte, afin de profiter entièrement de l'ensemble de ces informations, nous proposons d'utiliser la théorie des fonctions de croyance. Cette théorie permet de représenter les connaissances d'une manière relativement naturelle sous la forme d'une structure de croyances. Nous avons proposé une nouvelle mesure sans référence d'évaluation de la qualité d'image capable d'estimer la qualité des images dégradées avec de multiple types de distorsion. Cette approche appelée wms-EVreg2 est basée sur la fusion de différentes caractéristiques statistiques, extraites de l'image, en fonction de la fiabilité de chaque ensemble de caractéristiques estimée à travers la matrice de confusion. À partir des différentes expérimentations, nous avons constaté que wms-EVreg2 présente une bonne corrélation avec les scores de qualité subjectifs et fournit des performances de prédiction de qualité compétitives par rapport aux mesures avec référence. Pour le deuxième problème abordé, nous avons proposé un schéma de stéganalyse basé sur la théorie des fonctions de croyance construit sur des sous-espaces aléatoires des caractéristiques. La performance de la méthode proposée a été évaluée sur différents algorithmes de dissimulation dans le domaine de transformé JPEG ainsi que dans le domaine spatial. Ces tests expérimentaux ont montré l'efficacité de la méthode proposée dans certains cadres d'applications. Cependant, il reste de nombreuses configurations qui résident indétectables.

En fournissant en plus de l'information spatiale une mesure spectrale en fonction des longueurs d'ondes, l'imagerie hyperspectrale s'enorgueillie d'atteindre une précision bien plus importante que l'imagerie couleur. Grâce à cela, elle a été utilisée en contrôle qualité, inspection de matériaux,… Cependant, pour exploiter pleinement ce potentiel, il est important de traiter la donnée spectrale comme une mesure, d'où la nécessité de la métrologie, pour laquelle exactitude, incertitude et biais doivent être maitrisés à tous les niveaux de traitement. Face à cet objectif, nous avons choisi de développer une approche non-linéaire, basée sur la morphologie mathématique et de l'étendre au domaine spectral par le biais d'une relation d'ordre spectral basée sur les fonctions de distance. Une nouvelle fonction de distance spectrale et une nouvelle relation d'ordonnancement sont ainsi proposées. De plus, un nouvel outil d'analyse du basé sur les histogrammes de différences spectrales a été développé. Afin d'assurer la validité des opérateurs, une validation théorique rigoureuse et une évaluation métrologique ont été mises en œuvre à chaque étage de développement. Des protocoles d'évaluation de la qualité des traitements morphologiques sont proposés, exploitant des jeux de données artificielles pour la validation théorique, des ensembles de données dont certaines caractéristiques sont connues pour évaluer la robustesse et la stabilité et des jeux de données de cas réel pour prouver l'intérêt des approches en contexte applicatif. Les applications sont développées dans le contexte du patrimoine culturel pour l'analyse de peintures et pigments.