Academic literature on the topic 'Guide d'images'

A la fin du 10e ou dans la première moitié du 11e siècle, un Christ en croix pleure à Orléans, annonçant de la sorte un grand incendie ; d'autres crucifix opèrent des guérisons à Cologne et à Ratisbonne ; on montrait à Autun, là aussi sur un crucifix, une effigie du Christ qui longtemps auparavant s'était inclinée devant un saint moine lui-même élevé au-dessus du sol ; on racontait à Saint-Gall que la Vierge avait jadis guidé la main d'un moine du monastère en train de ciseler son portrait à Metz ; à Châtillonsur- Loire une statue de la Vierge échappe miraculeusement au feu ; et une statue reliquaire comme celle de sainte Foy à Conques multiplie les miracles de toutes sortes.

Les travaux présentés dans cette synthèse portent essentiellement sur l'analyse de scènes à partir de caméras mobiles avec pour application immédiate l'apport d'une vision par ordinateur efficace dans les systèmes autonomes. Ils sont le fruit d'une décennie de recherches menées d'abord à l'INRETS (actuellement IFSTTAR : Institut français des sciences et technologies des transports, de l'aménagement et des réseaux ) puis à l'Université Paris Sud XI (Institut d'Électronique Fondamentale). L'idée initiale est que l'autonomie d'un système implique, ne serait-ce que pour raisons énergétiques, une faible variété d'opérateurs de perception, dont les algorithmes de vision. Les "primitives" extraites des images seront intrinsèquement robustes et stables vis-à-vis de perturbations variées. Elles doivent de plus anticiper, voire faciliter, un processus de décision à divers niveaux voulu systématique. Les lignes de niveaux répondent parfaitement à ces contraintes : on vérifie sans peine leur robustesse et leur abondance dans une image suggère et alimente un processus de décision cumulatif (manipulant un objet de décision unique : l'histogramme généralisé en espace de vote). Nos efforts se sont alors concentrés sur deux aspects : 1) le premier concerne la définition d'une méthodologie cohérente dans laquelle un processus primaire d'extraction de lignes de niveaux est enrichi afin de permettre la construction de primitives plus complexes guidée par un modèle de déformation de l'image. Le nombre de composants donc la forme des primitives est fonction directe du nombre de variables caractérisant le mouvement (déformation) à déterminer. 2) Le second intéresse une méthode de décision cumulative unifiée permettant de traiter des thèmes applicatifs de complexité croissante. Nos travaux se déclinent alors en trois niveaux de cumul, chacun associé de manière à un stade particulier de l'analyse d'images. Les thèmes applicatifs traités pour illustrer notre démarche sont de complexité croissante : détection et estimation du mouvement en caméra fixe, recalage d'images en caméra mobile (type de mouvement connu et profondeur des objets contrainte) puis estimation générale du mouvement propre et de la structure de la scène en caméras embarquées sur un véhicule mobile. Les résultats obtenus montrent comment un choix de primitives robustes associé à un processus de décision cumulatif permet la réutilisation des opérateurs dans plusieurs secteurs. Les systèmes proposés ont la particularité d'être compacts et cohérents, propriété recherchée dans les applications considérées.

Les recherches pharmacologiques nécessitent des outils d'analyse capables de caractériser et d'étudier des structures ou phénomènes biologiques. Une plate-forme de microscopie exploitant la résonance de plasmons de surface permet de faire l'acquisition d'images étudiant des phénomènes au niveau de cellules individuelles. Les images acquises par ce type de plate-forme présentent la variation d'indice de réfraction du milieu observé en couplant une lumière incidente aux plasmons de surface à l'interface d'un métal et d'un diélectrique. La faible résolution latérale de ces images ne permet cependant pas d'en distinguer tous les détails. Cette limite de résolution est associée aux propriétés de l'onde de surface qui entraînent une dégradation de l'image par l'étalement directionnel de l'information sur plusieurs pixels. De nombreux groupes de recherche ont travaillé sur ce problème de résolution en explorant des alternatives matérielles, que ce soit au niveau du montage d'acquisition ou des échantillons. Cependant, ceux-ci ont dû faire certains compromis afin d'améliorer la résolution latérale occasionnant une limitation en résolution temporelle ou en indice de réfraction. L'approche préférée dans ce projet de maîtrise est l'utilisation de techniques de post-traitement des images (déconvolution, algorithme de reconstruction d'images) acquises par le système de microscopie. Cette approche permet de conserver un bon contraste dans les images acquises et une bonne résolution temporelle. Ce projet vise à améliorer la résolution latérale en microscopie de résonance de plasmons de surface (SPR) en utilisant un algorithme de reconstruction d'images. Une méthode comme celle-ci n'a jamais été exploitée pour résoudre ce problème de limitation en résolution. Dans ce projet, une image de meilleure résolution est obtenue en combinant l'information pertinente de plusieurs images où la direction d'excitation des plasmons de surface diffère. Ces images sont acquises à partir d'échantillons de guides d'ondes à gaine métallique (MCWG) dont les matériaux et structures sont connus. Ceux-ci sont composés de quatre couches et ont tout d'abord été fabriqués. Ces échantillons ont permis l'acquisition d'images de structures dont les dimensions et les paramètres sont connus. Un algorithme de restauration d'images a été développé et implémenté pour retirer la dégradation linéaire observée dans les images de microscopie SPR acquises. Celui-ci détermine l'information nécessaire à l'exécution de l'algorithme à partir des images acquises, et améliore la résolution en microscopie SPR par une opération logicielle ne faisant pas de compromis au niveau matériel. L'algorithme a été validé auprès des échantillons MCWG dont la couche diélectrique est composée de structures synthétiques ou de cellules biologiques. Une amélioration de 6 à 1 micromètres sur structures synthétiques a été démontrée, tandis que le traitement permet de distinguer des détails des images cellulaires qui n'étaient pas identifiables avant. Ainsi, grâce à cette amélioration de la résolution, l'application de cet algorithme facilitera l'étude et le développement de nouveaux médicaments pharmacologiques.

La pose de stent est l'option de traitement la plus courante de la maladie coronarienne, l'une des principales causes de mortalit e dans le monde. Lors d'une proc edure de pose de stent, le m edecin ins ere des outils chirurgicaux dans le r eseau vasculaire du patient. La progression de ces outils a l'int erieur du corps est suivie en temps r eel sous fluoroscopie par rayons X. Trois outils, en particulier, jouent un role crucial dans la proc edure : le guide, le ballon d'angioplastie et le stent. Le guide apparait dans les images sous la forme d'une structure curviligne. Le ballon, mont e sur le guide, est equip e de deux marqueurs radio-opaques a ses extr emit es. Le stent est un maillage m etallique qui se projette en une forme complexe dans les images fluoroscopique. Le stent, dont le bon d eploiement est essentiel au succ es du geste m edical, est souvent tr es diffi cilement visible dans les images. Les travaux pr esent es dans cette th ese poursuivent un double objectif. Il s'agit d'une part, de concevoir, d' etudier et de valider des techniques de traitement d'image visant a am eliorer la visualisation des stents. D'autre part, nous etudions le traitement des structures curvilignes (comme les guides) pour lesquelles nous proposons un nouvel outil. Nous pr esentons des algorithmes de traitement d'image d edi es a la visualisation 2D et 3D des stents. Nous sommes amen es, dans ce but, a d etecter, suivre et recaler, de mani ere compl etement automatique, les outils n ecessaires a la pose de stent que sont le guide et le ballon. Le stent etant a peine visible dans les images, nous ne cherchons pas a le localiser directement a l'aide de techniques de traitement d'images. La position et le mouvement du stent sont d etermin ees par nos algorithmes a partir de celles de deux amers: le guide et le ballon qui ont des formes caract eristiques. Nous eff ectuons donc, dans ce but, la d etection, le suivi et le recalage de ces amers, et ce de mani ere compl etement automatique. Le coe ur de notre m ethode de visualisation des stents en 2D r eside dans l'utilisation des amers pour effectuer un d ebruitage compens e en mouvement. Nous avons evalu e la performance des ces outils pour la visualisation des stents en 2D, sur une large base de pr es de 200 cas cliniques. Il en ressort que notre m ethode surpasse les m ethodes utilis ees jusqu'ici sur le plan de la qualit e image. La validation exhaustive que nous avons men e, a confi rm e que nous avions atteint un niveau compatible avec son introduction commerciale. Le logiciel qui en r esulte est d esormais install e sur un grand nombre de sites cliniques, o u il est r eguli erement utilis e. La m ethode de visualisation 3D des stents que nous proposons utilise les amers pour e ffectuer une reconstruction tomographique compens ee en mouvement. Nous exposons des r esultats pr eliminaires sur une base de 22 cas cliniques. Il semble que notre m ethode surpasse les m ethodes pr ec edemment employ ees aussi bien du point de vue de la qualit e image que de l'automatisation. Les m ethodes de visualisation des stents que nous proposons s'appuient sur la segmentation de la portion du guide qui traverse le stent. Nous proposons un nouvel outil pour le traitement de telles structures curvilignes que nous appelons : l'Image de Chemins Polygonaux (acronyme PPI en anglais). Cet outil repose sur la notion de chemin localement optimal. L'un des principaux avantages du PPI est d'uni er dans un meme cadre diff erents concepts pr e-existants. De plus, il permet de controler la r egularit e et la longueur des structures a traiter avec une param etrisation simple et intuitive. A n de tirer pleinement parti des performances du PPI nous proposons un sch ema algorithmique effi cace pour le calculer. Nous illustrons ses utilisations pour la segmentation automatique de guide ou il surpasse les techniques existantes.

Cette thèse est dédiée à l’étude et au développement d’une méthode endoscopique d'impression additive par photo-polymérisation. Le principe de l'endoscopie permet d'imprimer des objets en 3D ou de réparer des pièces endommagées dans un assemblage mécanique dense sans le démonter. La thèse consiste, après étude de l’état de l’art, à proposer des solutions adaptées à la problématique endoscopique, puis modéliser, concevoir, réaliser et valider expérimentalement deux principaux sous-systèmes (photo-polymérisation UV par guide d’image, pulvérisation de résine par conduit tubulaire) qui, une fois synchronisés, permettent l’impression additive par voie endoscopique. Le principe d’impression additive proposé et étudié est inspiré de la méthode de photo-polymérisation en cuve. Une résine liquide est transmise par voie endoscopique et pulvérisée sur la surface d'impression. Suite à cette pulvérisation, un motif UV, structuré par une matrice de micro-miroir de type DMD (Digital Micromirror Device), est transmis par guide d'image et focalisé sur la surface d'impression pour polymériser certaines zones d’une couche de résine liquide. Ces deux étapes sont effectuées plusieurs fois de façon à imprimer des couches superposées pour l’obtention finale d’une pièce en trois dimensions. Un système d'actionnement de la sonde endoscopique (platine de translation non intégrée) permet de maintenir la sonde à une distance de la surface d'impression égale à la distance focale de l’objectif de l’instrument. Dans cette thèse, le système de projection UV endoscopique a été conçu, modélisé, réalisé et testé. La conception et les performances du système optique ont été publiés dans des actes de conférence. Des objets multicouches ont été fabriqués avec une épaisseur de couche de 50 μm, sur une surface d'impression circulaire de 9,54 mm de diamètre. Une méthode d'analyse optique basée sur l'utilisation des fonctions de transfert de modulation (MTF) est utilisée pour tester les performances de l'instrument optique endoscopique et pour caractériser la résolution des pièces imprimées. En exploitant la méthode MTF de façon expérimentale, une chute de la résolution optique due au guide d'image a été estimée à 16 μm par rapport à la valeur obtenue dans le montage expérimental contenant les mêmes composants optiques, à l'exception du guide d'image. La résolution latérale des pièces imprimées est finalement de 50 μm, la limite n’étant pas liée à la résolution latérale du système optique mais à la nature de la résine utilisée. Dans cette thèse, un système de pulvérisation par voie tubulaire a également été dimensionné, réalisé et testé. Un système d'atomisation endoscopique a été mis en place pour permettre un dépôt à distance de la résine sur la surface d'impression. Le choix d’une méthode d'atomisation par air a été adopté. La conception, le contrôle et la réalisation du système d'atomisation sont présentés. Le système de pulvérisation et le système de projection de motifs UV ont été finalement combinés. Des résultats préliminaires d'impression d'objets ont été obtenus et des pièces 3D d'une épaisseur de 0,65 mm ont été imprimées (9 couches). À cause d’un phénomène nommé « overspray » (durant le processus de pulvérisation, la résine atteint la surface d'impression et est poussée sur les côtés par la pression de l’air qui la pulvérise), l'épaisseur des couches n'est pas constante, mais diminue progressivement, le réglage des paramètres de pulvérisation devient alors critique. Différentes perspectives de ce travail de thèse ont été identifiées. Le système de pulvérisation doit encore être optimisé afin de résoudre le problème posé par le phénomène d’overspray. De plus, une pré-étude d’un système de visualisation intégré a été effectuée, qui demande à être approfondie, pour permettre un contrôle de la photo-polymérisation en cours d’impression
This thesis concerns the study and the development of a novel endoscopic 3D printing process based on photo-polymerization. The idea behind endoscopic 3D printing is to print 3D objects or to repair damaged parts in a dense mechanical assembly without disassembling it. The thesis aims, once the state of the art is studied, to propose solutions adapted to the endoscopic problem, then to model, design, realize and experimentally validate the two main subsystems (UV photo-polymerization through an image guide, resin spraying through a tubular pipe) which, once synchronized, provide the additive printing. Inspired by the vat polymerization method, the liquid resin is transmitted endoscopically and sprayed onto the printing surface (spraying system). Then, a UV pattern, structured by a DMD (Digital Micromirror Device), is transmitted through the image guide and focused onto the printing surface to polymerize a layer of liquid resin. These two steps are repeated several times in order to print layers on top of each other to obtain a 3D part. An endoscopic actuation system (non-integrated translation actuator) allows maintaining the probe at a distance from the printing surface equal to the focal length of the objective of the instrument. In this thesis, the endoscopic UV projection system was designed, modeled, implemented and tested. The design and performances of the optical system were presented in two international conferences. Multilayer objects were fabricated with a layer thickness of 50 μm on a circular printing area of 9.54 mm in diameter. An optical analysis method based on the use of the modulation transfer functions (MTF) was used to test the performance of the endoscopic optical system and to characterize the lateral resolution of the printed parts. Using the MTF method experimentally, a drop in optical resolution due to the image guide was estimated as high as 16 μm compared to the value obtained in the experimental setup containing the same optical components except for the image guide. The lateral resolution of the printed parts was finally limited by the resin (50 μm) and not by the resolution of the optical system. An endoscopic atomization system was also studied, implemented and tested. An endoscopic spraying system was implemented to allow a remote deposition of the resin onto the printing surface. The choice of an air atomization method was adopted. The design, control and realization of the atomization system are presented. Finally, the spraying system was combined with the UV pattern projection system. Preliminary results of printing objects were obtained and 3D parts with a thickness of 0.65 mm are printed (nine layers). Due to a phenomenon called "overspray" (during the spraying process, the resin reaches the printing area and is pushed to the sides by the air pressure that sprays it), the thickness of the layers is not constant between them, but gradually decreases, so the adjustment of the spraying parameters becomes critical. The spraying system still needs to be optimized in order to eliminate overspray and to be able to print uniform layers with a specific thickness. In addition, we have been working on a 2D visualization system but the lack of light on the printing surface prevents us from being able to visualize and control the system. In the future, we propose to spray a resin mixed with a fluorescent dye to make it possible to distinguish the polymerized zones from the uncured zones in each layer of the part

Les contributions de cette thèse sont divisées en trois parties principales. Dans la partie 1, nous proposons une méthode locale utilisant une distribution GGM pour approcher les distributions des images en les subdivisant en groupe de pixels que nous appelons dorénavant clusters. L'idée principale consiste à déterminer quelle caractéristique (couleur, luminance) est plus représentative pour une image donnée. Puis nous utilisons cette caractéristique pour subdiviser l'image en clusters. Quatre stratégies de mise en correspondance des clusters de l'image d'entrée avec ceux de l'image cible sont proposées. Ces stratégies ont pour but de produire des images photoréalistes dont le style ressemble à celui de l'image cible (dans notre cas le style d'une image est défini en termes de couleur et luminosité). Nous étendons le principe de transfert de couleur au transfert simultané de couleur et de gradient. Afin de pouvoir décrire las distributions de couleur et de gradient par une seule distribution, nous adoptons le modèle MGGD (multivariate generalized Gaussian distributions). Nous proposons une nouvelle transformation de distribution MGGD pour des applications de traitement d'image telles que le transfert multi-dimensionnel de caractéristiques d'image, de couleur, etc. De plus, nous adoptons aussi un modèle de distribution plus précis (distribution Beta bornée) pour représenter des distributions de couleur et de luminosité. Nous proposons une transformation de distribution Beta qui permet d'effectuer un transfert de couleur entre images et qui s'avère plus performante que celles basées sur les distributions Gaussiennes. Dans la partie 2, nous introduisons une nouvelle méthode permettant de créer des images HDR à partir d'une paire d'images, l'une prise avec flash et l'autre pas. Notre méthode consiste en l'utilisation d'une fonction de luminosité (brightness) simulant la fonction de réponse d'une caméra, et d'une nouvelle fonction d'adaptation de couleur (CAT), appelée CAT bi-locale (bi-local CAT), permettant de reproduire les détails de l'image flash. Cette approche évite toutes les limitations inhérentes aux méthodes classiques de création d'images HDR. Dans la partie 3, nous exploitons le potentiel de notre adaptation bi-locale CAT pour diverses applications d'édition d'image telles que la suppression de bruit (dé-bruitage), suppression de flou, transfert de texture, etc. Nous introduisons notre nouveau filtre guidé dans lequel nous incorporons l'adaptation bi-locale CAT dans la partie 3
This thesis addresses three main topics from the domain of image processing, i.e. color transfer, high-dynamic-range (HDR) imaging and guidance-based image filtering. The first part of this thesis is dedicated to color transfer between input and target images. We adopt cluster-based techniques and apply Gaussian mixture models to carry out a more precise color transfer. In addition, we propose four new mapping policies to robustly portray the target style in terms of two key features: color, and light. Furthermore, we exploit the properties of the multivariate generalized Gaussian distributions (MGGD). in order to transfer an ensemble of features between images simultaneously. The multi-feature transfer is carried out using our novel transformation of the MGGD. Despite the efficiency of the proposed MGGD transformation for multi-feature transfer, our experiments have shown that the bounded Beta distribution provides a much more precise model for the color and light distributions of images. To exploit this property of the Beta distribution, we propose a new color transfer method, where we model the color and light distributions by the Beta distribution and introduce a novel transformation of the Beta distribution. The second part of this thesis focuses on HDR imaging. We introduce a method for automatic creation of HDR images from only two images - flash and non-flash images. We mimic the camera response function by a brightness function and we recover details from the flash image using our new chromatic adaptation transform (CAT), called bi-local CAT. That way, we efficiently recover the dynamic range of the real-world scenes without compromising the quality of the HDR image (as our method is robust to misalignment). In the context of the HDR image creation, the bi-local CAT recovers details from the flash image, removes flash shadows and reflections. In the last part of this thesis, we exploit the potential of the bi-local CAT for various image editing applications such as image de-noising, image de-blurring, texture transfer, etc. We propose a novel guidance-based filter in which we embed the bi-local CAT. The proposed filter performs as good as (and for certain applications even better than) state-of-the art methods

Dans cette these, on propose un systeme complet d'analyse d'images qui met en uvre une cooperation d'operateurs de segmentation guidee par l'interpretation. Dans la premiere partie, on etudie des techniques de reconnaissance des formes pour interpreter les regions d'une image. On presente un nouvel algorithme qui permet de traiter implicitement des connaissances contenues dans des exemples d'apprentissage, mais aussi de poursuivre l'apprentissage en cours d'analyse. Cependant, l'interpretation obtenue ne tient pas compte des relations topologiques entre objets de la scene. On emploie alors des techniques de relaxation floue pour propager dans l'image des contraintes de voisinages. Une modelisation des contraintes sous formes de regles est utilisee. Les techniques presentees dans la premiere partie sont mise en uvre dans un systeme complet d'analyse d'images qui est decrit dans une deuxieme partie. On propose un systeme qui, a partir d'un ensemble d'operateurs, permet de trouver automatiquement le sequencement des traitements a effectuer pour segmenter et interpreter des images complexes. Comme dans de nombreux systemes on utilise des structures de graphes pour decrire le contenu d'une image. On definit une structure, appelee arbre de segmentation, qui contient l'ensemble des segmentations d'une image obtenues par cooperation d'operateurs. L'arbre de segmentation est construit selon une procedure recursive qui permet de lancer une cooperation d'operateurs sur des zones de l'image ou l'interpretation a echouee. On realise ainsi une cooperation entre traitements de bas-niveau et de haut-niveau. Tous les resultats de segmentation sont ensuite compares et fusionnes selon la place qu'ils occupent dans l'arbre de segmentation pour aboutir a une segmentation unique de l'image. Pour cela, on definit une fonction de comparaison entre plusieurs resultats de segmentation. Cette comparaison se fait sans utiliser de segmentation de reference grace a une cooperation entre bas-niveau et haut-niveau: on ne compare pas directement les segmentations entres elles mais on retient celle qui globalement conduit a la meilleure interpretation

En analyse comme en compression d'images, l'extraction des composantes d'une image ou leur modélisation compacte relève d'un problème essentiel : la décorrélation d'images. Le travail présenté a pour objectif de reproduire une décorrélation perçue par le système visuel. Un système de décorrélation d'images guidé par apprentissage est proposé. La décorrélation perçue par le système visuel est modélisée par une désignation, générée manuellement sur l'image originale. Cette désignation est une partition en régions. Un algorithme dynamique de segmentation en régions, régi par des critères hybrides de luminance et de texture, constitue le moteur du système de décorrélation. La solution au problème de décorrélation, posé par la désignation, est une séquence de critères de décorrélation permettant de former les régions désignées. La résolution comprend trois étapes de traitement : l'identification du problème de décorrélation, son interprétation, et la décision des critères de résolution. L'identification du problème de décorrélation, son interprétation, et la décision des critères de résolution. L'identification du problème met en correspondance la désignation avec la participation initiale de segmentation. Elle génère le contexte de résolution. Ensuite, des règles d'interprétation du contexte de résolution sont élaborées. Ces règles évaluent la qualité de la désignation et la validité des mesures de décorrélation. Chaque mesure de décorrélation est alors définie par ses conditions d'applicabilité. Enfin, la décision dynamique détermine à chaque itération du système, la mesure à employer et son seuil. La décision intègre des règles d'expertise d'utilisation de l'algorithme de segmentation. Le système de décorrélation hybride se positionne comme un outil général d'analyse d'images. Sa paramétrisation automatique, le rend particulièrement adapté aux applications itératives de reconnaissance de formes à base de segmentation. En analyse et en compression d'images, la transposition des critères de décorrélation, issus du système, en contraintes de conception peut permettre de déterminer les meilleurs modèles de traitement.

Nous proposons des liaisons optiques en Silicium à faible coût utilisant des longueurs d'onde de propagation de 650 à 850 nm. La création de circuits intégrés optoélectroniques à grande échelle et de bus de données optiques au sein même des circuits intégrés, utilisant des composés Silicium CMOS, ont été envisagées présentant une voie prometteuse [1] - [3]. Dans les dernières tentatives de réalisation de systèmes optoélectroniques en CMOS, les technologies était principalement orientée sur l'utilisation des longueurs d'onde à 1550 nm [4] - [6], principalement en raison de la facilité de conception et de fabrication des guides d'ondes dans ce régime de longueur d'onde. Cependant, aucune source optique rapide efficace et aucun photo-détecteur Si ne sont disponibles à cette longueur d'onde de 1550 nm. Aujourd'hui, les solutions pour surmonter le problème sont principalement axées sur l'intégration de sources optiques basées sur des éléments du groupe IIIV reportés sur Silicium par liaison moléculaire [7a] - [7b].Si la source optique, le détecteur, les guides d'ondes et les capteurs pouvaient être réalisés sur la même puce CMOS Silicium, par exemple à une longueur d'onde de 750 nm, divers systèmes micro-photoniques sur puces, légers et miniaturisés, pourraient être conçus et réalisés. Alors que les sources optiques au Silicium ne sont peut-être pas encore au niveau de performance requis pour les communications à très haut débit, les systèmes optoélectroniques "tout-Silicium" à faible coût restent encore un excellent point de départ. Ces sources pourraient également conduire à un nouveau champ qui pourrait s'appeler «microsystèmes photoniques Si» ouvrant la voie à de nouvelles applications et produits notamment pour l'optique médicale, biomédicale, les interconnexions optiques et la biophotonique. Ces systèmes ne nécessitent de bande passante à très haute fréquence pour émettre, et les puissances d'émission de nos diodes électroluminescentes (LED) à avalanche peuvent être suffisantes pour assurer le fonctionnement de tels systèmes. Ce travail de thèse de doctorat traite donc des liaisons optiques SiGe / Si à faible coût en utilisant des dispositifs Photonique-Microondes tels que une source à Diode Electro-Luminescente (DEL) à avalanche en Silicium (SiAvLED) et Silicium-Germanium intégrée en technologie bipolaire, des guides d'ondes optiques en Nitrure de Silicium et en Oxyde de Silicium, des phototransistors bipolaires à hétérojonction (HPT) SiGe. Ce travail se concentre sur l'intégration combinée de sources optiques à l'échelle micrométrique, de guides d'ondes optiques et de détecteurs sur une même puce pour former une liaison de communication complète pour diverses applications iv impliquant des liaisons de courte longueur d'onde (750 nm à 950 nm). Les progrès fournis par ce travail par rapport aux travaux antérieurs pourraient être synthétisés comme suit:• La source optique, le guide d'ondes et le détecteur ont tous été intégrés et alignés sur la même puce, dans une technologie industrielle RF bipolaire SiGe 0,35μm, pour former une liaison optique ou optique micro-onde complète sur puce à la longueur d'onde de 750 nm.• Une série de liaisons de communication optique de deuxième génération de 50μm de longueur, utilisant des longueurs d'onde de propagation de 650 à 850 nm, a été conçue et réalisée en technologie SiGe bipolaire également. Des sources optiques, des guides d'ondes et des détecteurs de dimensions micrométriques ont tous été intégrés sur la même puce pour former une communication complète sur les liaisons micro-optiques. Des LED Si à base d'avalanche (Si Av LED), des contacts Schottky, des stratégies de densification TEOS, des guides d'ondes à base de Nitrure de Silicium et des technologies de détection bipolaire SiGe de pointe ont été utilisées comme stratégies de conception clés.• Le logiciel de simulation R-soft (Beam Prop) a été utilisé comme outil de simulation
We propose a low cost full-silicon optical links utilizing 650 – 850 nm propagation wavelengths. The creation of large-scale opto-electronic integrated circuits and optical data “highways” inCMOS integrated circuitry, utilizing Si CMOS compounds, have been envisioned and hold much promise [1] - [3] The latest attempts for realizing optoelectronic systems in CMOS technology have until now mainly been focused on utilizing wavelengths at 1550 nm [4] - [6], mainly because of the ease of design and fabrication of waveguides in this wavelength regime. However, no effective high-speed optical sources and Si detectors are available at this 1550nmwavelength. Today solutions to overcome the problem are mostly focused on the integration of group III-V elements based optical sources on Silicon through molecular bonding [7a] – [7b]. If optical sources, detectors, waveguides, and sensors could be realized on the same Si CMOS chip at, say, 750 nm wavelength, various low power consuming, light and miniature on-chip-based micro-photonic systems can be designed and realized. While Silicon optical sources may not yet be at the required performance level for very-high speed communications, the low cost “all silicon”opto-electronic systems still remain a great grail. These sources could lead as well to new field that could be appropriately named “Si photonic microsystems” opening the route to new sensing applications and products especially for the medical, biomedical optics, optical interconnect and bio-photonics field. These systems also do not require ultrahigh frequency bandwidths to transmit, and the emission powers of our avalanche Si light-emitting diodes(LEDs) may be sufficient to sustain the operation of such systems. This PhD thus deals with low cost SiGe/Si optical links using Microwave-Photonics devices such as, Bipolar integrated SiAvLED, Silicon Nitride and Silicon Oxide optical waveguides, SiGeHPTs, Si and SiGe/Si LEDs. It focuses on the combined integration of micron-scale optical sources, optical waveguides and detectors on the same chip to form a complete communication link for various applications involving short wavelength links (750nm to 950nm). The progress provided by this PhD to previous works could be synthesized as below:• Optical source, waveguide and the detector were all integrated and aligned on the same chip, in an industrial based technology, to form complete on-chip micro-optical links at750nm wavelength, with a SiGe radio frequency (RF) 0.35µm bipolar process.• A series of second generation of on-chip optical communication links of 50µm length, utilizing 650 – 850 nm propagation wavelengths, have been designed and realized inSiGe. Micron dimensioned optical sources, waveguides and detectors were all integrated ion the same chip to form a complete communication on-chip micro-optical links. Avalanche based Si LEDs (Si Av LEDs), Schottky contacting, TEOS densification strategies, Silicon-Nitride based waveguides, and state of the art SiGe bipolar detector technologies were used as key design strategies.• R-soft simulation software (Beam Prop) was used as a mathematical capable simulation tool to model various Silicon-Nitride optical waveguide structures, before the designing, the fabrication, characterization and testing of the device. Various device structures were modeled, simulation iterations were performed on several optical waveguide designed structures before the device design, and the devices were tested experimentally.• Best performances of the designed on-chip optical links show a conversion loss as low as30dB from source to detector with up to 500MHz in cut off frequency. The good alignment and the good efficiency of each device are then clearly achieved. Higher frequency performances are also envisaged from preliminary measurements

L'hyperthermie locale s'est développée en pratique clinique comme un outil d'ablation de tumeurs non opérables. Le principe de base est simple : l'exposition des cellules à une élévation de température, pendant une durée suffisante, cause leur mort. Un contrôle continu, en ligne, de l'évolution de la température est également nécessaire pendant l'intervention, ainsi qu'une estimation immédiate de l'efficacité du traitement. Des algorithmes d'asservissement permettent d'ajuster automatiquement les paramètres de contrôle de l'outil de chauffage afin que la température dans une zone ciblée atteigne une consigne le plus vite possible et reste constante pendant un temps déterminé. Ces techniques permettent ainsi un contrôle automatique de la température, destiné à détruire une région définie par le radiologue. Toutefois, pour garantir la qualité du traitement, le système d'asservissement doit permettre, pour les mouvements du cycle respiratoire et cardiaque en temps réel, les corrections qui importent. Le temps réel veut dire ici que le temps de calcul effectué sur les images doit être inférieur au temps d'acquisition des images par l'IRM. Des algorithmes de traitement d'images effectués sur les images fournies par le reconstructeur, sont utilisés pour améliorer la stabilité de la thermométrie et réaliser en ligne l'hyperthermie locale sur des organes mobiles.

Le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquent chez l'homme en France et aux pays occidentaux. Il est la troisième cause de décès liés au cancer, étant responsable d'environ 10% des morts. La curiethérapie, une technique de radiothérapie, est liée à une meilleure qualité de vie après le traitement, par rapport aux autres méthodes de traitement. La curiethérapie de la prostate consiste à insérer des sources radioactives dans la prostate afin de délivrer une dose d'irradiation localisée à la tumeur tout en protégeant les tissus sains environnants. L'imagerie multimodale est utilisée afin d'améliorer la précision du traitement. Les images Tomodensitométriques préopératoires, appelées Computed Tomography (CT), peuvent être utilisées pour calculer une distribution personnalisée et plus précise de dose. Pendant l'intervention, le chirurgien utilise un système de guidage temps-réel par l'Ultrason Transrectale, Transrectal Ultrasound (TRUS), pour placer correctement les sources radioactives dans leurs positions souhaitées. Par conséquent, si les positions des sources sont déterminées sur l'image CT, elles doivent être transférées à l'image US. Cependant, un recalage US/CT direct et robuste est difficilement envisageable parce que les tissus mous, telle que la prostate, offrent peu de contraste en CT et en US. En revanche, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) fournit un meilleur contraste et peut, potentiellement, améliorer le traitement en améliorant la visualisation. Donc, ces trois modalités (IRM, CT et US) doivent être correctement alignées. Pour compenser les déformations de la prostate, due au changement de taille et forme entre les différentes acquisitions, un recalage non-rigide est nécessaire. Une méthode de recalage entièrement automatique est nécessaire, afin de faciliter son intégration au bloc opératoire. Nous proposons dans un premier temps un recalage IRM/CT basé sur la maximisation de l'information mutuelle en combinaison avec un champ de déformation paramétré par B-Splines. Nous proposons de contraindre le recalage sur des volumes d'intérêt (VOIs) afin d'améliorer la robustesse et le temps de calcul. L'approche proposée a été validée sur des jeux de données cliniques. Une évaluation quantitative a montré que l'erreur de recalage est égale à 1.15±0.20 mm; qui répond à la précision clinique souhaitée. Ensuite, nous proposons un deuxième recalage US/IRM, où nous utilisons une approche multi-résolution pour éviter les minima locaux et améliorer le temps de calcul. Un critère de similarité, qui met en corrélation l'intensité de l'image US avec l'intensité ainsi que le gradient de l'image IRM, a été utilisé afin de trouver la transformation qui aligne les deux images. Cette méthode a été validée sur un fantôme de prostate dans un premier temps pour évaluer sa faisabilité. Ensuite, elle a été validée sur des jeux de données cliniques en utilisant des critères qualitatives et quantitatives. La distance Hausdorff a montré que l'erreur de recalage est égale à 1.44±0.06 mm. L'approche proposée dans ce travail permet d'aller vers un protocole de curiethérapie guidée par l'imagerie multimodale qui puisse améliorer la précision globale de cette procédure. Malgré ces résultats plutôt encourageants, les travaux futurs impliqueront une évaluation plus approfondie sur plus de jeux de données afin d'évaluer la fiabilité et l'efficacité de cette méthode avant de l'intégrer au bloc opératoire
Prostate cancer is the most common cancer in men in France and western countries. It is the third leading cause of death from cancer, being responsible for around 10% of deaths. Brachytherapy, a radiotherapy technique, is associated with a better health-related quality of life after the treatment, compared to other treatment techniques. Prostate brachytherapy involves the implantation of radioactive sources inside the prostate to deliver a localized radiation dose to the tumor while sparing the surrounding healthy tissues. Multi-modal imaging is used in order to improve the overall accuracy of the treatment. The pre-operative Computed Tomography (CT) images can be used to calculate a personalized and accurate dose distribution. During the intervention, the surgeon utilizes a real-time guiding system, Trasnrectal Ultrasound (TRUS), to accurately place the radioactive sources in their desired pre-planned positions. Therefore, if the positions of the sources were determined on CT, they need to be transferred to US. However, a robust and direct US/CT registration is hardly possible since they both provide low soft tissue contrast. Magnetic Resonance Imaging (MRI), on the other hand, has a superior contrast and can potentially improve the treatment planning and delivery by providing a better visualization. Thus, these three modalities (MRI, US and CT) need to be accurately registered. To compensate for prostate deformations, caused by changes in size and form between the different acquisitions, non-rigid registration is essential. Fully automatic registration methodology is necessary in order to facilitate its integration in a clinical workflow. At first, we propose a registration between pre-operative MR and CT images based on the maximization of the mutual information in combination with a deformation field parameterized by cubic B-Splines. We propose to constrain the registration to volumes of interest (VOIs) in order to improve the robustness and the computational efficiency. The proposed approach was validated on clinical patient datasets. Quantitative evaluation indicated that the overall registration error was of 1.15±0.20 mm; which satisfies the desired clinical accuracy. Then, we propose a second intra-operative US/MRI registration, where a multi-resolution approach is implemented to reduce the probability of local minima and improve the computational efficiency. A similarity measure, which correlates intensities of the US image with intensities and gradient magnitude of the MRI, is used to determine the transformation that aligns the two images. The proposed methodology was validated on a prostate phantom at first to assess its feasibility. Subsequently, the method was validated on clinical patient datasets and evaluated using qualitative and quantitative criteria, resulting in a registration error of 1.44±0.06 mm. The approach proposed in this work allows going towards a multimodal protocol for image-guided brachytherapy which can improve the overall accuracy of this procedure. Despite such encouraging results, future work will involve further evaluation on a larger number of datasets in order to assess the reliability and the efficiency of this methodology before integrating it in a clinical workflow

L'interpretation automatique des images aeriennes pour des applications cartographiques est une tache extrement complexe. Une des solutions pour guider et fiabiliser l'interpretation consiste a utiliser des donnees externes. Dans cette these, l'interpretation des images est guidee par une base de donnees cartographiques : la bd carto. Le theme d'application est l'extraction automatique des routes. La bd carto apporte des connaissances qui permettent de localiser grossierement les routes dans l'image, de connaitre leurs caracteristiques semantiques et contextuelles et donc d'adapter les algorithmes de detection. Toutefois les donnees de la bd carto sont imprecises par rapport aux images aeriennes. La demarche d'interpretation proposee est une demarche descendante. La bd carto est utilisee pour generer des hypotheses de route. L'interpretation de la scene consiste alors a extraire dans l'image les routes correspondant a ces differentes hypotheses, c'est a dire a trouver la position exacte de la route dans l'image. Pour chaque hypothese, le systeme d'interpretation selectionne l'algorithme d'extraction de route le plus adapte et regle ses parametres en fonction des caracteristiques intrinseques et contextuelles de l'hypothese. Pour limiter les effets de l'imprecision des donnees de la bd carto, une strategie de traitement des hypotheses par ordre de facilite est mise en oeuvre : les hypotheses de route qui sont a priori les plus fiables et les plus visibles dans l'image sont traitees en priorite. La strategie d'interpretation proposee a ete implementee dans un systeme-test utilisant deux algorithmes de suivi de route. Une part importante du travail a ete consacree a l'acquisition des connaissances operatoires-notamment des connaissances de controle du systeme- et a la validation de la demarche proposee