UPThèses

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 modélisation géométrique est utilisée dans de nombreux domaines pour la construction d’objets 3D, l’animation ou les simulations. Chaque domaine est soumis à ses propres contraintes et nécessiterait un outil dédié. En pratique, un même outil est utilisé pour plusieurs domaines, en factorisant les caractéristiques communes. Ces modeleurs fournissent un ensemble d'opérations types, que l'utilisateur compose pour construire ses objets. Pour des opérations plus spécifiques, les outils actuels offrent des API. La plate-forme Jerboa propose un outil de génération d'opérations géométriques personnalisées. Elles sont définies graphiquement par des règles de transformations de graphes. Des vérifications automatiques de préservation de la cohérence des objets sont faites lors de l’édition qui peuvent être enrichies par des propriétés métiers. Notre contribution a consisté à étendre le langage par des scripts, pour composer les règles et réaliser des opérations complexes. Nous avons étendu les vérifications automatiques, en particulier pour assurer la cohérence géométrique. Enfin, nous avons modifié le processus d'application des opérations pour augmenter les possibilités de contrôle. Pour valider cette approche, nous avons développé un modeleur dédié à la géologie, pour la représentation du sous-sol, en collaboration avec l'entreprise Géosiris. Nous avons défini un flux d'activité avec Géosiris en suivant des contraintes spécifiques à la géologie. Grâce à la rapidité de développement des opérations dans Jerboa, nous avons pu prototyper et tester rapidement plusieurs algorithmes de reconstruction du sous-sol, pour les appliquer sur des données réelles fournies par l'entreprise.

Réaliser des variations d'un même modèle est un besoin en expansion dans de nombreux domaines de modélisation (architecture, archéologie, CAO, etc.). Mais la production manuelle de ces variations est fastidieuse, il faut donc faire appel à des techniques permettant de rejouer automatiquement tout ou partie du processus de construction du modèle, après spécification des modifications. La majorité des approches dédiées à la réalisation du rejeu sont basées sur un système de modélisation paramétrique, composée d’un modèle géométrique et d’une spécification paramétrique permettant d’enregistrer la succession d’opérations l’ayant créé ainsi que leurs paramètres. On peut ensuite faire varier ces paramètres ou éditer cette liste d’opérations afin de modifier le modèle. On utilise pour cela un système de nommage persistant, introduit dans les années 90, et permettant d’identifier et d’apparier les entités d’une spécification initiale et celles d'une spécification rejouée. L’objectif de cette thèse est de proposer un système de nommage persistant général, homogène et permettant de gérer l’édition de spécification paramétriques (déplacer, ajouter et supprimer des opérations). Nous nous basons sur la bibliothèque Jerboa, qui repose sur des règles de transformation de graphes, tant pour utiliser ces règles dans la réalisation de la méthode de nommage que pour lier les notions de spécification paramétrique à ces règles de transformations de graphes. Nous décrivons ensuite comment exploiter notre méthode de nommage pour rejouer et éditer des spécifications paramétriques d’opérations, puis nous la comparons avec les approches de la littérature.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine du Smart Grid. Les SGs améliorent la sécurité des réseaux électriques et permettent une utilisation adaptée de l'énergie disponible de manière limitée. Ils augmentent également l'efficacité énergétique globale en réduisant la consommation. L'utilisation de cette technologie est la solution la plus appropriée car elle permet une gestion plus efficace de l'énergie. Dans ce contexte, des compagnies comme Hydro-Québec déploient des réseaux de capteurs pour contrôler les principaux équipements. Pour réduire les coûts de déploiement et la complexité du câblage, un réseau de capteurs semble être une solution optimale. Cependant, son déploiement nécessite une connaissance approfondie de l'environnement. Les postes à haute tension sont des points stratégiques du réseau électrique et génèrent un bruit impulsif qui dégrade les performances des communications sans fil. Les travaux dans cette thèse sont centrés sur le développement de protocoles de communication performants dans ces milieux fortement perturbés. Nous avons proposé une première approche basée sur la concaténation du code à métrique de rang et le code convolutif avec la modulation OFDM. C'est une technique très efficace pour réduire l'effet du bruit impulsif tout en ayant un niveau de complexité assez faible. Une autre solution basée sur un système multi-antennaire est développée. Nous avons aussi proposé un système MIMO coopératif codé en boucle fermée basée sur le code à métrique de rang et le précodeur max-dmin. La deuxième technique est également une solution optimale pour améliorer la fiabilité du système et réduire la consommation énergétique dans les réseaux de capteurs.

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.

Ces travaux de recherche concernent la conception, la réalisation et la mesure des circuits d’amplification Doherty LDMOS intégrés large-bande pour stations de base, nécessaires au développement de la 5G. Suite à la recherche des techniques pour l’amélioration du rendement électrique pour des signaux à forte dynamique d’amplitude et les possibilités d’intégration, la technique Doherty a été choisie. Des études sur les structures Doherty à deux puis trois voies montrent que l’amélioration de rendement pourra être renforcée et étendue par l’ajout d’un troisième étage avec des tailles de transistors calculées en prenant en compte un fonctionnement en classe C des étages auxiliaires. Des limitations d’utilisation de la technique Doherty sont montrées par la prise en compte des différentes non-linéarités des transistors LDMOS. La recherche des architectures large-bandes montre que la technique d’absorption du CdS et l’utilisation de circuits de répartition de type mixte en entrée présentent des avantages pour l’intégration. A partir des différentes études, des amplificateurs de puissance Doherty MMIC à trois voies ont été réalisés avec un ratio d’asymétrie de 1 :3 :3 dans la bande de 1805 MHz à 2170 MHz. Les performances expérimentales montrent les potentialités du Doherty et notamment une nette amélioration du rendement sur toute la bande de fréquence. Des considérations spécifiques d’adaptation sont présentées dans le but de réduire les produits de distorsions d’ordre 3, 10 et 12 (IMD 10 /12). Les mesures de linéarité à différentes largeurs de bande instantanées sont très encourageantes et valident la nouvelle architecture du Doherty à trois voies asymétriques.

La grande avancée des technologies stéréoscopiques/3D conduit à une croissance remarquable des contenus 3D dans diverses applications grâce aux effets immersifs qu’ils offrent. Cependant, ces technologies ont également créé de enjeux concernant l’évaluation de la qualité et la compression, en raison des processus complexes de la vision binocu laire. Visant à évaluer et à optimiser les performances des systèmes d’imagerie 3D quant à leur capacité de stockage et leur qualité d’expérience (QoE), cette thèse porte sur deux parties principales: 1- les seuils de visibilité spatiale du système visuel humain (SVH) et 2- l’évaluation de la qualité des images stéréoscopiques. Il est bien connu que le SVH ne peut détecter les modifications dans une image compressée si ces dernières sont inférieures au seuil JND (Just Noticeable Difference). Par conséquent, une étude approfondie basée sur une analyse objective et subjective a été menée sur les modèles 3D-JND existants. En outre, un nouveau modèle 3D-JND basé sur des expériences psychophysiques visant à mesurer l’effet de la disparité binoculaire et du masquage spatial sur les seuils visuels a été proposé. Dans la deuxième partie, nous avons exploré la mesure de la qualité 3D. Ainsi, nous avons développé un modèle avec référence prenant en compte à la fois la qualité monoculaire et cyclopéenne. Nous avons ensuite proposé une nouvelle métrique de qualité sans référence reposant sur la combinaison de statistiques locales de contraste de la paire stéréo. Les deux modèles reposent sur les propriétés de fusion et de rivalité binoculaire du SVH afin de simuler avec précision le jugement humain de la qualité 3D.

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.

L'urne de Polya est l'exemple typique de processus stochastique avec renforcement. La limite presque sûre (p.s.) en temps existe, est aléatoire et non dégénérée. L'urne de Friedman est une généralisation naturelle dont la limite (proportion asymptotique en temps) n'est plus aléatoire. De nombreux modèles aléatoires sont fondés sur des processus de renforcement comme pour la conception d'essais cliniques au design adaptatif, en économie, ou pour des algorithmes stochastiques à des fins d'optimisation ou d'estimation non paramétrique. Dans ce mémoire, inspirés par de nombreux articles récents, nous introduisons une nouvelle famille de systèmes (finis) de processus de renforcement où l'interaction se traduit par un phénomène de renforcement collectif additif, de type champ moyen. Les deux taux de renforcement (l'un spécifique à chaque composante, l'autre collectif et commun à toutes les composantes) sont possiblement différents. Nous prouvons deux types de résultats mathématiques. Différents régimes de paramètres doivent être considérés : type de la règle (brièvement, Polya/Friedman), taux du renforcement. Nous prouvons l'existence d'une limite p.s. coommune à toutes les composantes du système (synchronisation). La nature de la limite (aléatoire/déterministe) est étudiée en fonction du régime de paramètres. Nous étudions également les fluctuations en prouvant des théorèmes centraux de la limite. Les changements d'échelle varient en fonction du régime considéré. Différentes vitesses de convergence sont ainsi établies.

La demande des usagers en termes de débit, de couverture et de qualité de service croît exponentiellement, avec une demande de plus en plus accrue en énergie électrique pour assurer les liaisons entre les réseaux. Dans ce contexte, les nouvelles formes d’ondes basées sur la modulation OFDM se sont répandues et sont utilisées dans les récentes architectures de radiocommunications. Cependant, ces signaux sont très sensibles aux non-linéarités des amplificateurs de puissance à cause des fortes fluctuations d’enveloppe caractérisées par un fort PAPR qui dégrade le bilan énergétique et le rendement de l’émetteur. Dans ce travail de thèse, nous avons tout d’abord dressé un état de l’art des techniques de réduction du PAPR. Cette présentation nous a permis de proposer une nouvelle méthodologie basée sur les techniques d’entrelacement et de codage. Cette première contribution consiste en l’utilisation de la technique d’entrelacement, en faisant appel aux sous porteuses nulles pour la transmission des informations auxiliaires, tout en respectant les spécifications fréquentielles du standard utilisé. La deuxième contribution est basée sur la combinaison des deux techniques de Shaping et de Transformée en Cosinus Discrète DCT, dans l’objectif d’améliorer davantage les performances du système. Les résultats de simulation ont montré que l’utilisation de ces deux techniques permet un gain significatif en termes de réduction du PAPR, qui se traduit par l’amélioration du rendement. Enfin, nous avons présenté une étude expérimentale pour l’ensemble des techniques proposées afin de confirmer les résultats obtenus en simulation. Ces évaluations sont réalisées avec un banc d'essais de radiocommunications pour le test d'un amplificateur de puissance commercial de technologie LDMOS de 20W, fonctionnant à 3.7 GHz en classe AB. Les résultats obtenus pour les standards IEEE 802.11 montrent que ces nouvelles approches permettent de garantir la robustesse de transmission, d’améliorer la qualité des liaisons et d’optimiser la consommation électrique.