Tesi sul tema "Ensembles de Llgnes 3D"

Dans cette thèse, nous considérons des grands ensembles de lignes générés à partir de tractogrammes cérébraux. Ils décrivent des connexions neuronales représentées par des millions de fibres poly-lignes, comptant des milliards de segments. Grâce au mesh shader pipeline, nous construisons un moteur de rendu de tractogrammes aux performances surpassant l'état de l'art de deux ordres de grandeur.Nos performances proviennent des fiblets : une représentation compressée de blocs de segments. En combinant cohérence temporelle et dilatation morphologique du z-buffer, nous définissons un test d'occlusion rapide pour l'élimination de fiblets. Grâce à notre algorithme de décompression parallèle fortement optimisé, les fiblets survivants sont efficacement synthétisés en poly-lignes. Nous montrons également comment notre pipeline de fiblets accélère des fonctionnalités d'interactions avancées avec les tractogrammes.Pour le cas général du rendu des lignes, nous proposons la marche morphologique : une technique en espace écran qui rend des tubes d'épaisseur modifiable à partir des lignes fines rastérisées du G-buffer. En approximant un tube comme l'union de sphères densément réparties le long de ses axes, chaque sphère occupant chaque pixel est récupérée au moyen d'un filtre multi-passes de propagation de voisinage. Accéléré par le compute pipeline, nous atteignons des performances temps réel pour le rendu de lignes épaisses.Pour conclure notre travail, nous implémentons un prototype de réalité virtuelle combinant fiblets et marche morphologique. Il permet pour la première fois la visualisation immersive de grands tractogrammes constitués de fibres épaisses, ouvrant ainsi la voie à des perspectives diverses
In this thesis, we consider massive line sets generated from brain tractograms. They describe neural connections that are represented with millions of poly-line fibers, summing up to billions of segments. Thanks to the two-staged mesh shader pipeline, we build a tractogram renderer surpassing state-of-the-art performances by two orders of magnitude.Our performances come from fiblets: a compressed representation of segment blocks. By combining temporal coherence and morphological dilation on the z-buffer, we define a fast occlusion culling test for fiblets. Thanks to our heavily-optimized parallel decompression algorithm, surviving fiblets are swiftly synthesized to poly-lines. We also showcase how our fiblet pipeline speeds-up advanced tractogram interaction features.For the general case of line rendering, we propose morphological marching: a screen-space technique rendering custom-width tubes from the thin rasterized lines of the G-buffer. By approximating a tube as the union of spheres densely distributed along its axes, each sphere shading each pixel is retrieved relying on a multi-pass neighborhood propagation filter. Accelerated by the compute pipeline, we reach real-time performances for the rendering of depth-dependant wide lines.To conclude our work, we implement a virtual reality prototype combining fiblets and morphological marching. It makes possible for the first time the immersive visualization of huge tractograms with fast shading of thick fibers, thus paving the way for diverse perspectives

Une nouvelle approche dans le rendu d'objets 3D consiste à utiliser les points comme des primitives de rendu. Ces points sont des échantillons de la surface et ils sont appelés "surfels". Ce document présente des techniques de conversion de modèles existants en surfels, le rendu par surfels, les structures hiérarchiques permettant le rendu par niveaux de détails et différentes optimisations possibles face au rendu classique "par facettes". Ensuite la reconstruction d'une surface implicite à partir d'un nuage des surfels est présentée ainsi qu'une nouvelle méthode de rendu des surfaces implicites à l'aide des surfels. Pour optimiser le rendu le volume implicite est divisé en régions et la fonction est approchée localement par polynômes de second degré. Pour accélérer le processus de la reconstruction le nuage de surfels doit être simplifié pour diminuer le nombre de contraintes de surface résultante.

Ce travail présente des méthodes de caractérisation de la morphologie de structures cellulaire 3D partiellement observées par des images discrètes, ainsi que leur application à la description morphométrique du péricarpe de tomate. Une méthode d’estimation des propriétés géométriques d’un matériau a été développée, dans le cas particulier où la probabilité d’échantillonnage des pixels n’est pas uniforme dans l’image. Les paramètres morphologiques sont exprimés localement, et chaque contribution est pondérée par l’inverse de sa probabilité d’échantillonnage. Nous avons calculé les probabilités d’échantillonnage dans le cas d’image 3D acquises perpendiculairement à une surface, en nous basant sur des hypothèses simples de régularité. En vue de comparer la qualité des informations obtenues à partir l’images 2D et 3D, la densité surfacique a été estimée dans des coupes verticales discrètes. Finalement, nous présentons une démarche complète de caractérisation d’un matériau cellulaire, le péricarpe de tomate. La démarche comprend l’acquisition des images par microscopie confocale, le traitement des images pour segmenter les cellules, et l’application des estimateurs que nous avons développé. Nous pouvons ainsi caractériser la morphologie des particules du péricarpe globalement et en fonction de la profondeur
This work presents methods to characterize morphology of 3D cellular structures partially observed by discrete images, as well as their application to morphometric description of tomato pericarp. An estimation method of geometric properties of a material was developed, in the particular case where the sampling probability of pixels is not uniform inside the image. The principle is to express locally the morphological parameters of the structure, and te weight each contribution by the inverse of its sampling probability. We present also the computation of sampling prohabilities in 3D images acquired perpendicularly to a smooth surface, based on simple regularity assumptions. In order te compare the quality of information obtained with 2D and 3D images, the estimation of surface density in vertical sections was applied to discrete images. Finally we present an integramed approach to characterize a cellular material, the tomato pericarp. This approach comprises the acquisition of images using confocal microscopy, image processing to segment biological cells, and the application of estimators we developed. We could characterize the morphologv of tomato pericarp cells globally and as a function of depth in the pericarp

Dans le domaine médical, les systèmes d'imagerie sont de plus en plus performants et fournissent un nombre important d'images des structures internes du corps humain. Dans ce contexte, il est essentiel de développer des chaînes de traitement et d'analyse de ces informations afin d'aider le diagnostic médical. En échocardiographie, le traitement et l'analyse quantitatifs décuplent leur potentiel quand on utilise un système d'acquisition 3D. Dans cet objectif, nous avons développé une nouvelle chaîne de traitement qui contribue à améliorer le diagnostic médical à partir de la reconstruction 3D d'images ultrasons. Cette chaîne est divisée en plusieurs modules : acquisition, filtrage, segmentation et reconstruction 3D, modélisation, visualisation, et extraction de paramètres cliniques. Dans chacun des modules on a réalisé plusieurs contributions. La plus importante consiste en un modèle de fusion entre une méthode de segmentation locale évoluée (front de propagation 3D) et un modèle global de superquadriques afin d'extraire de manière précise les parois du ventricule gauche (VG) dans le cas de perte de régions. Cette segmentation permet en outre la visualisation 3D temporelle et le calcul de paramètres cliniques importants. En conclusion, la visualisation 3D du cœur en mouvement, le comportement du modèle virtuel et les valeurs des paramètres cliniques sont des informations importantes pour le cardiologue. Nul doute qu'elles contribueront à diagnostiquer avec une plus grande précision les maladies cardiovasculaires.

Ce travail concerne la reconstruction 3D de vaisseaux sanguins à partir de coupes transversales en nombre éventuellement réduit. Si des données sont manquantes, une reconstruction cohérente avec un réseau de vaisseaux est obtenue. Cette approche permet en outre de limiter les interventions humaines lors du traitement des images des coupes transversales 2D. Sachant que les images utilisées sont obtenues par scanner,la difficulté est de connecter les vaisseaux sanguins entre deux coupes espacées pour obtenir un graphe qui correspond au cœur des vaisseaux. En associant les vaisseaux sanguins sur les coupes à des masses à transporter, on construit un graphe solution d’un problème de transport ramifié. La reconstruction 3D de la géométrie résulte des données 2D d’imagerie issues des différentes coupes transversales et du graphe. La géométrie 3D des vaisseaux sanguins est représentée par la donnée d’une fonction Level Set définie en tout point de l’espace dont l’iso-valeur zéro correspond aux parois des vaisseaux. On s’intéresse ensuite à résoudre numériquement le modèle de Navier-Stokes en écoulement incompressible sur un maillage cartésien inclus dans la géométrie reconstruite. Ce choix est motivé par la rapidité d’assemblage du maillage et des opérateurs discrets de dérivation, en vue d’éventuelles déformation des vaisseaux. L’inadaptation du maillage avec l’interface de la géométrie amène à considérer une condition limite modifiée permettant un calcul consistant des contraintes aux parois
This work concerns the 3D reconstruction of blood vessels from a limited number of 2D transversal cuts obtained from scanners. If data are missing, a coherentreconstruction with a vessel network is obtained. This approach allows to limit human interventions in processing images of 2D transversal cuts. Knowing that the images used are obtained by scanner, the difficulty is to connect the blood vessels between some widely spaced cuts in order to produce the graph corresponding to the network of vessels. We identify the vessels on each trnasversal cut as a mass to be transported, we construct a graph solution of a branched transport problem. At this stage, we are able to reconstruct the 3D geometry by using the 2D Level Set Functions given by the transversal cuts and the graph information. The 3D geometry of blood vessels is represented by the data of the Level Set function defined at any point of the space whose 0-level corresponds to the vessel walls. The resulting geometry is usually integrated in a fluid mechanic code solving the incompressible Navier-Stokes equations on a Cartesian grid strictly included in a reconstructed geometry. The inadequacy of the mesh with the interface of the geometry is overcomed thanks to a modified boundary condition leading to an accurate computation of the constraints to the walls

Dans cette these nous nous interessons a l'utilisation des méthodes de chemins minimaux et des méthodes de contours actifs par Ensembles de Niveaux, pour l'extraction de courbes et de surfaces dans des images medicales 3D. Dans un premier temps, nous nous sommes attaches a proposer un éventail varié de techniques d'extraction de chemins minimaux dans des images 2D et 3D, basees sur la résolution de l'équation Eikonal par l'algorithme du Fast Marching. Nous avons montre des resultats de ces techniques appliquees a des problèmes d'imagerie médicale concrets, notamment en construction de trajectoires 3D pour l'endoscopie virtuelle, et en segmentation interactive, avec possibilité d'apprentissage. Dans un deuxieme temps, nous nous sommes interessés a l'extraction de surfaces. Nous avons developpé un algorithme rapide de pré-segmentation, sur la base du formalisme des chemins minimaux. Nous avons étudié en détail la mise en place d'une collaboration entre cette méthode et celle des Ensembles de Niveaux, dont un des avantages communs est de ne pas avoir d'a priori sur la topologie de l'objet a segmenter. Cette méthode collaborative a ensuite ete testée sur des problèmes de segmentation et de visualisation de pathologies telles que les anevrismes cerebraux et les polypes du colon. Dans un troisième temps nous avons fusionné les résultats des deux premières parties pour obtenir l'extraction de surfaces, et des squelettes d'objets anatomiques tubulaires. Les squelettes des surfaces fournissent des trajectoires que nous utilisons pour déplacer des cameras virtuelles, et nous servent a definir les sections des objets lorsque nous voulons mesurer l'étendue d'une pathologie. La dernière partie regroupe des applications de ces méthodes a l'extraction de structures arborescentes. Nous étudions le cas des arbres vasculaires dans des images médicales 3D de produit de contraste, ainsi que le problème plus difficile de l'extraction de l'arbre bronchique sur des images scanners des poumons.

Dans cette these nous nous interessons a l'utilisation des méthodes de chemins minimaux et des méthodes de contours actifs par Ensembles de Niveaux, pour l'extraction de courbes et de surfaces dans des images medicales 3D. Dans un premier temps, nous nous sommes attaches a proposer un éventail varié de techniques d'extraction de chemins minimaux dans des images 2D et 3D, basees sur la résolution de l'équation Eikonal par l'algorithme du Fast Marching. Nous avons montre des resultats de ces techniques appliquees a des problèmes d'imagerie médicale concrets, notamment en construction de trajectoires 3D pour l'endoscopie virtuelle, et en segmentation interactive, avec possibilité d'apprentissage. Dans un deuxieme temps, nous nous sommes interessés a l'extraction de surfaces. Nous avons developpé un algorithme rapide de pré-segmentation, sur la base du formalisme des chemins minimaux. Nous avons étudié en détail la mise en place d'une collaboration entre cette méthode et celle des Ensembles de Niveaux, dont un des avantages communs est de ne pas avoir d'a priori sur la topologie de l'objet a segmenter. Cette méthode collaborative a ensuite ete testée sur des problèmes de segmentation et de visualisation de pathologies telles que les anevrismes cerebraux et les polypes du colon. Dans un troisième temps nous avons fusionné les résultats des deux premières parties pour obtenir l'extraction de surfaces, et des squelettes d'objets anatomiques tubulaires. Les squelettes des surfaces fournissent des trajectoires que nous utilisons pour déplacer des cameras virtuelles, et nous servent a definir les sections des objets lorsque nous voulons mesurer l'étendue d'une pathologie. La dernière partie regroupe des applications de ces méthodes a l'extraction de structures arborescentes. Nous étudions le cas des arbres vasculaires dans des images médicales 3D de produit de contraste, ainsi que le problème plus difficile de l'extraction de l'arbre bronchique sur des images scanners des poumons
In this thesis, we focus on the use of minimal path techniques and Level-Sets active contours, for curve and shape extraction in 3D medical images. In the first part of thesis, we worked upon the reduction of the computing cost for path extraction. We proposed several path extraction algorithms for 2D as well as for 3D images. And we applied those techniques to real medical imaging problems, in particular automatic path extraction for virtual endoscopy and interactive and real-time path extraction with on-the-fly training. In the second part, we focused on surface extraction. We developed a fast algorithm for pre-segmentation, on the basis of the minimal path formalism of the first part. We designed a collaborative method between this algorithm and a Level-Sets formulation of the problem, which advantage is to be able to handle any topological change of the surfaces segmented. This method was tested on different segmentation problems, such as brain aneurysms and colon polyps, where target is accuracy of the segmentation, and enhanced visualization of the pathologies. In the last part of the thesis, we mixed results from previous part to design a specific method for tubular shape description and segmentation, where description is the extraction of the underlying skeleton of our objects. The skeletons are trajectories inside our objects, which are used as well for virtual inspection of pathologies, as for accurate definition of cross-sections of our tubular objects. In the last chapter we show applications of our algorithms to the extraction of branching structures. We study the vascular tree extraction in contrast enhanced medical images, and we apply the same principle to the more complex problem of the bronchial tree extraction in multi-slice CT scanners of the lungs

Ce travail concerne la reconstruction 3D de vaisseaux sanguins à partir de coupes transversales en nombre éventuellement réduit. Si des données sont manquantes, une reconstruction cohérente avec un réseau de vaisseaux est obtenue. Cette approche permet en outre de limiter les interventions humaines lors du traitement des images des coupes transversales 2D. Sachant que les images utilisées sont obtenues par scanner,la difficulté est de connecter les vaisseaux sanguins entre deux coupes espacées pour obtenir un graphe qui correspond au cœur des vaisseaux. En associant les vaisseaux sanguins sur les coupes à des masses à transporter, on construit un graphe solution d’un problème de transport ramifié. La reconstruction 3D de la géométrie résulte des données 2D d’imagerie issues des différentes coupes transversales et du graphe. La géométrie 3D des vaisseaux sanguins est représentée par la donnée d’une fonction Level Set définie en tout point de l’espace dont l’iso-valeur zéro correspond aux parois des vaisseaux. On s’intéresse ensuite à résoudre numériquement le modèle de Navier-Stokes en écoulement incompressible sur un maillage cartésien inclus dans la géométrie reconstruite. Ce choix est motivé par la rapidité d’assemblage du maillage et des opérateurs discrets de dérivation, en vue d’éventuelles déformation des vaisseaux. L’inadaptation du maillage avec l’interface de la géométrie amène à considérer une condition limite modifiée permettant un calcul consistant des contraintes aux parois
This work concerns the 3D reconstruction of blood vessels from a limited number of 2D transversal cuts obtained from scanners. If data are missing, a coherentreconstruction with a vessel network is obtained. This approach allows to limit human interventions in processing images of 2D transversal cuts. Knowing that the images used are obtained by scanner, the difficulty is to connect the blood vessels between some widely spaced cuts in order to produce the graph corresponding to the network of vessels. We identify the vessels on each trnasversal cut as a mass to be transported, we construct a graph solution of a branched transport problem. At this stage, we are able to reconstruct the 3D geometry by using the 2D Level Set Functions given by the transversal cuts and the graph information. The 3D geometry of blood vessels is represented by the data of the Level Set function defined at any point of the space whose 0-level corresponds to the vessel walls. The resulting geometry is usually integrated in a fluid mechanic code solving the incompressible Navier-Stokes equations on a Cartesian grid strictly included in a reconstructed geometry. The inadequacy of the mesh with the interface of the geometry is overcomed thanks to a modified boundary condition leading to an accurate computation of the constraints to the walls

Le travail présenté dans ce mémoire est une composante d'un système informatique pour l'analyse de la fonction cardiaque chez l'enfant. L'objectif principal de cette étude est de développer une structure pour l'estimation de la forme volumique, du mouvement et des malformations des cavités cardiaques à partir des données multidimensionnelles d'IRM cardiaque. Nous nous sommes intéressés à définir un protocole d'exploration rapide adapté à l'analyse et à la reconstruction tridimensionnelle du cœur. Pour tenir compte de l'ambigüité des informations de l'image, nous proposons un algorithme de segmentation basé sur la théorie de connexité floue. Nous définissons les notions de voisinage, d'affinité, de connexité et d'objet flous. L'algorithme d'extraction d'objets flous permet d'attribuer un degré de connexité à chaque point de l'image en fonction des informations fournies comme les niveaux de gris, la distance ou le mouvement de l'objet. La segmentation s'effectue à partir des degrés de connexité qui sont calculés de façon efficace par la technique de programmation dynamique. Nous proposons ensuite un algorithme basé sur le modèle du contour actif, et une technique de propagation spatio-temporelle des contours afin d'extraire la surface ventriculaire gauche. L'évaluation quantitative et qualitative des résultats de la méthode par comparaison aux tracés manuels de contours ne montre pas de différences significatives. L'application de la méthode à une image de variance calculée à partir des données multiphases permet d'estimer la surface externe du cœur. Afin de diminuer les erreurs introduites par les méthodes courantes d'interpolation basées sur la scène, une méthode d'interpolation basée sur la forme est généralisée pour les images quatre dimensionnelles en niveaux de gris. Nous démontrons une amélioration significative des résultats obtenus par rapport aux résultats de la méthode linéaire. L'ensemble des algorithmes développés dans le cadre de ce travail, permet de segmenter de façon semi-automatique les images multicoupes-multiphases d'IRM cardiaque. Les résultats obtenus démontrent l'efficacité de ces techniques en terme de détection des informations représentants le cœur, et de suppression des points de bruit et des structures environnantes. Les développements effectués sont intégrés au logiciel 3DVIEWNIX de l'université de Pennsylvanie, sur une station Silicon Graphics.

The recent introduction of several 3D applications and stereoscopic display technologies has created the necessity of novel human-machine interfaces. The traditional input devices, such as keyboard and mouse, are not able to fully exploit the potential of these interfaces and do not offer a natural interaction. Hand gestures provide, instead, a more natural and sometimes safer way of interacting with computers and other machines without touching them. The use cases for gesture-based interfaces range from gaming to automatic sign language interpretation, health care, robotics, and vehicle automation. Automatic gesture recognition is a challenging problem that has been attaining a growing interest in the research field for several years due to its applications in natural interfaces. The first approaches, based on the recognition from 2D color pictures or video only, suffered of the typical problems characterizing such type of data. Inter occlusions, different skin colors among users even of the same ethnic group and unstable illumination conditions, in facts, often made this problem intractable. Other approaches, instead, solved the previous problems by making the user wear sensorized gloves or hold proper tools designed to help the hand localization in the scene. The recent introduction in the mass market of novel low-cost range cameras, like the Microsoft Kinect, Asus XTION, Creative Senz3D, and the Leap Motion, has opened the way to innovative gesture recognition approaches exploiting the geometry of the framed scene. Most methods share a common gesture recognition pipeline based on firstly identifying the hand in the framed scene, then extracting some relevant features on the hand samples and finally exploiting suitable machine learning techniques in order to recognize the performed gesture from a predefined ``gesture dictionary''. This thesis, based on the previous rationale, proposes a novel gesture recognition framework exploiting both color and geometric cues from low-cost color and range cameras. The dissertation starts by introducing the automatic hand gesture recognition problem, giving an overview of the state-of-art algorithms and the recognition pipeline employed in this work. Then, it briefly describes the major low-cost range cameras and setups used in literature for color and depth data acquisition for hand gesture recognition purposes, highlighting their capabilities and limitations. The methods employed for respectively detecting the hand in the framed scene and segmenting it in its relevant parts are then analyzed with a higher level of detail. The algorithm first exploits skin color information and geometrical considerations for discarding the background samples, then it reliably detects the palm and the finger regions, and removes the forearm. For the palm detection, the method fits the largest circle inscribed in the palm region or, in a more advanced version, an ellipse. A set of robust color and geometric features which can be extracted from the fingers and palm regions, previously segmented, is then illustrated accurately. Geometric features describe properties of the hand contour from its curvature variations, the distances in the 3D space or in the image plane of its points from the hand center or from the palm, or extract relevant information from the palm morphology and from the empty space in the hand convex hull. Color features exploit, instead, the histogram of oriented gradients (HOG), local phase quantization (LPQ) and local ternary patterns (LTP) algorithms to provide further helpful cues from the hand texture and the depth map treated as a grayscale image. Additional features extracted from the Leap Motion data complete the gesture characterization for a more reliable recognition. Moreover, the thesis also reports a novel approach jointly exploiting the geometric data provided by the Leap Motion and the depth data from a range camera for extracting the same depth features with a significantly lower computational effort. This work then addresses the delicate problem of constructing a robust gesture recognition model from the features previously described, using multi-class Support Vector Machines, Random Forests or more powerful ensembles of classifiers. Feature selection techniques, designed to detect the smallest subset of features that allow to train a leaner classification model without a significant accuracy loss, are also considered. The proposed recognition method, tested on subsets of the American Sign Language and experimentally validated, reported very high accuracies. The results showed also how higher accuracies are obtainable by combining proper sets of complementary features and using ensembles of classifiers. Moreover, it is worth noticing that the proposed approach is not sensor dependent, that is, the recognition algorithm is not bound to a specific sensor or technology adopted for the depth data acquisition. Eventually, the gesture recognition algorithm is able to run in real-time even in absence of a thorough optimization, and may be easily extended in a near future with novel descriptors and the support for dynamic gestures.
La recente introduzione di applicazioni 3D e monitor stereoscopici ha creato la necessità di nuove interfacce uomo-macchina. I classici dispositivi di input, come la tastiera e il mouse, non sono in grado di sfruttare appieno il potenziale di queste interfacce e non offrono un'interazione naturale. I gesti, invece, forniscono un modo più naturale e sicuro di interagire con computer e altre macchine senza doverle toccare. I campi d'applicazione per le interfacce basate sui gesti spaziano dai videogiochi al riconoscimento automatico del linguaggio dei segni, all'assistenza sanitaria, alla robotica e all'automatizzazione dei veicoli. Il riconoscimento automatico dei segni è un problema impegnativo che sta interessando la comunità scientifica da diversi anni grazie alla sua applicabilità alle interfacce naturali. I primi metodi, basati sul riconoscimento a partire da immagini o video, erano affetti dai tipici problemi che caratterizzano questo tipo di dati. Inter-occlusioni, diverso colore della pelle anche tra utenti della stessa etnia e condizioni di illuminazione instabili, infatti, hanno spesso reso questo problema intrattabile. Altri metodi, invece, hanno risolto i problemi precedenti obbligando l'utente a indossare guanti sensorizzati o ad afferrare strumenti progettati per favorire la localizzazione della mano nella scena. La recente introduzione nel mercato consumer di nuovi sensori di profondità a basso costo, come il Kinect di Microsoft, lo XTION di Asus, il Senz3D di Creative, e il Leap motion, ha aperto la strada a metodi di riconoscimento dei gesti innovativi che sfruttano l'informazione sulla geometria della scena. La maggior parte dei metodi condivide una pipeline di riconoscimento comune basata prima sull'identificazione della mano nella scena, poi nell'estrazione di opportuni descrittori dai campioni della mano e infine nell'utilizzo di opportune tecniche di apprendimento automatico per riconoscere il gesto eseguito all'interno di un ``dizionario dei gesti'' predefinito. Questa tesi, basata sul fondamento precedente, propone un nuovo sistema di riconoscimento dei gesti che sfrutti descrittori sia sul colore sia sulla geometria della scena estratti dai dati provenienti da un sensore di profondità a basso costo. La tesi comincia con l'introduzione del problema del riconoscimento automatico dei gesti, mostrando una panoramica sugli algoritmi allo stato dell'arte e sulla filiera di riconoscimento adottata. Poi, la tesi descrive brevemente i sensori di profondità a basso costo principali e i sistemi usati in letteratura per l'acquisizione di informazioni sul colore e sulla profondità per scopi di riconoscimento dei gesti, evidenziando le loro potenzialità e i loro limiti. In seguito la tesi analizza con maggiore dettaglio i metodi impiegati rispettivamente per la localizzazione della mano nella scena ripresa e la sua segmentazione nelle parti rilevanti. L'algoritmo prima sfrutta l'informazione sul colore della pelle e alcune considerazioni sulla geometria della mano per rimuovere i campioni riferiti allo sfondo, poi localizza accuratamente le regioni del palmo e delle dita e rimuove la regione del braccio. Per la localizzazione del palmo, il metodo fitta il più grande cerchio inscrivibile nella regione del palmo o un'ellisse. Un insieme di feature robuste sul colore e sulla geometria che possono essere estratte dalle regioni del palmo e delle dita, segmentate in precedenza, è poi descritto con accuratezza. Le feature sulla geometria descrivono proprietà del bordo della mano come le sue variazioni di curvatura, le distanze nello spazio 3D o nel piano immagine dei suoi punti dal centro della mano o dal palmo, o estraggono informazioni rilevanti sulla morfologia del palmo e dagli spazi vuoti nel suo guscio convesso. Le feature sul colore sfruttano, invece, gli algoritmi histogram of oriented gradients (HOG), local phase quantization (LPQ) e local ternary patterns (LTP) per ottenere altre informazioni rilevanti sulla tessitura della mano o sulla mappa di profondità trattata come un'immagine in scala di grigi. Feature aggiuntive estratte dai dati provenienti dal Leap Motion completano la caratterizzazione dei gesti per un riconoscimento più affidabile. Inoltre, la tesi descrive anche un nuovo approccio che sfrutta unitamente i dati sulla geometria provenienti dal Leap Motion e quelli sulla profondità provenienti da un sensore di profondità per l'estrazione degli stessi descrittori della profondità con un impegno computazionale inferiore. Questo lavoro in seguito affronta il delicato problema della costruzione di un modello di riconoscimento dei gesti robusto dalle feature descritte in precedenza, usando Support Vector Machines, Random Forests o più potenti insiemi di classificatori. Sono anche considerate tecniche di selezione delle feature per rilevare il minor sotto insieme di feature che permetta l'allenamento di un modello di classificazione senza una significativa perdita di accuratezza. Il metodo di riconoscimento dei gesti proposto, testato su sotto insiemi di segni dell'alfabeto American Sign Language e validato su dati reali, ha riportato accuratezze molto elevate. I risultati hanno anche mostrato che le accuratezze maggiori sono ottenibili con la combinazione di opportuni insiemi di feature complementari e usando insiemi di classificatori. Inoltre, è opportuno notare che l'algoritmo di riconoscimento non è legato a uno specifico sensore o tecnologia adottata per l'acquisizione di dati di profondità. Infine, l'algoritmo di riconoscimento dei gesti può essere eseguito in tempo reale anche in assenza di una completa ottimizzazione, e può essere esteso facilmente in un prossimo futuro con nuovi descrittori e con il supporto per i gesti dinamici.

Les modèles déformables tels que les contours actifs sont des outils généraux et puissants pour la segmentation, en permettant notamment l'adjonction de contraintes et de connaissances a priori sur les objets à segmenter. Un modèle déformable est une structure géométrique déformée à l'aide d'une méthode d'évolution afin de s'ajuster aux frontières des objets recherchés. La segmentation est formulée comme un problèpmme d'optimisation, le but étant de déterminer la courbe ou la surface minimisant une fonction objectif (une énergie) composée de termes internes relatifs à la régularité géométrique du modèle et de termes externes qui mettent en relation le modèlle et l'image. Dans cette thèse, nous développons un modèle de contour actif pour la segmentation 2D et un modèle de surface active pour la segmentation 3D, ces deux modèles étant basés sur un formalisme unifié. Nous généralisons également le modèle de surface au problème de segmentation et suivi 3D+T. Nous proposons un ensemble d'amélioration de l'algorithme glouton, une méthode de minimisation numérique de la fonctionnelle d'énergie. Nous développons un nouveau terme externe basé région, que nous appelons énergie de région en bande étroite. Ce terme combine des caractéristiques locales et globales des structures d'intérêts et présente des avantages tant au niveau calculatoire qu'au niveau de la cohérence par rapport aux données
Deformabe models such as active contours are general and powerful tools for image segmentation, enabling to add constraints and prior knowledge about the objects to be segmented. Deformable models are geometrical structures deformed by an evolution method in order to fit the object boundaries. Segmentation is expressed as an optimization problem, which purpose is to determine the curbe of the surface minimizing an objective function (an energy), made up of internal terms related to to model's geometrical smoothness and external terms attaching the model to the image data. In this thesis, we develop an active contour model for 2D segmentation and an active surface model for 3D segmentation, both being based on a unified framework. We also extend the surface model to 3D+T segmentation and tracking. We propose several improvements on the greedy algorithm, a numerical method minimizing the objective function. We also develop an original region-based external term, referring it to as narroy band region energy. It combines local and global features about structures of interest and offers advantages relative to the computational cost and consistency with respect to data

Les propriétés mécaniques et fonctionnelles des matériaux métalliques sont conditionnées par leurs microstructures, qui sont elles-mêmes héritées des traitements thermomécaniques subis. Etre capable de prévoir et simuler la microstructure et ses hétérogénéités lors des procédés de mise en forme complexes est récemment devenu crucial dans l'industrie métallurgique. C'est également un véritable challenge d'un point de vue numérique qui met en évidence l'importance des matériaux numériques dans les nouvelles méthodes de modélisation. Dans ce travail, nous nous intéressons à un modèle en champ complet récent basé sur la méthode level set (LS) dans un cadre éléments finis (EF) pour la modélisation des mécanismes de recristallisation.Les points forts de cette approche par rapport à l'état de l'art ont motivé le développement d'un logiciel appelé DIGIMU® par la société TRANSVALOR avec le soutien de grandes entreprises industrielles. Toutefois, le principal inconvénient de cette approche, commun aux autres méthodes en champ complet utilisant des maillages EF non structurés, reste son coût numérique important.Le principal objectif de ce travail a donc été d'améliorer considérablement le coût numérique de la formulation LS utilisée dans le contexte de maillages EF non structurés. De nouveaux développements génériques ont été réalisés pour améliorer l'efficacité globale du modèle. La formulation 2D LS existante, déjà utilisée pour modéliser la croissance de grains, la recristallisation statique et l'effet d'ancrage de Smith-Zener, a été étendue et améliorée afin de modéliser ces mécanismes en 3D pour des polycristaux à grand nombre de grains en des temps de calcul raisonnables
Mechanical and functional properties of metallic materials are strongly related to their microstructures, which are themselves inherited from thermal and mechanical processing. Being able to accurately predict and simulate the microstructure and its heterogeneities after complex forming paths recently became crucial for the metallurgy industry. This is also a real challenge from a numerical point of view which highlights the importance of digital materials in new modeling techniques. In this work, we focus on a recent front-capturing full field model based on the level set (LS) method within a finite element (FE) framework to model recrystallization mechanisms.The strengths of this approach comparatively to the state of the art have motivated the development of a software package called DIGIMU® by the company TRANSVALOR with the support of major industrial companies. However, the main drawback of this approach, common with other front-capturing full field approaches working on unstructured FE meshes, is its important computational cost, especially in 3D.Main purpose of this work was finally to drastically improve the numerical cost of the considered LS-FE formulation in context of unstructured FE meshes. New generic numerical developments have been proposed to improve the global efficiency of the model. The existing 2D LS formulation, already used to model grain growth, static recrystallization and the Smith-Zener pinning effect, has been extended and improved in order to model these mechanisms in 3D for large-scale polycrystals with reasonable computational costs

Peut-on vendre des cubes d’air ? La division de la propriété foncière en volumes immobiliers est une invention de la pratique notariale. À l’origine, elle fut utilisée pour contourner l’inaliénabilité du domaine public en permettant à l’État de confier la construction de grands ensembles immobiliers complexes à des promoteurs immobiliers. Le Quartier de la défense à Paris en constitue une illustration probante. Cette technique a rencontré un succès croissant au fil des années dans de nombreuses opérations immobilières de petite comme de grande envergure, tant sur le plan national que régional (Océan Indien). À l’île de La Réunion, elle est notamment utile aux opérations photovoltaïques. Or, ce vif succès contraste avec la pauvreté de la recherche sur la question. Malgré des difficultés théoriques et pratiques notables, aucune étude de fond exhaustive n’a encore été menée sur le « volume immobilier » à proprement parler. Est-il un bien ? Même vide, est-il appropriable et commercialisable, ce indépendamment du sol ? Peut-on le vendre, le louer, le posséder, le prescrire, le donner en garantie ? Ce sont autant de questions, parmi bien d’autres, qui méritent d’être abordées afin d’offrir à cette pratique la sécurité juridique qui lui fait encore si cruellement défaut
Is the space above and below our Land Property saleable? The "Volume immobilier", also called "Volume" or "Air Rights", is an invention of notarial practice. De facto, it is known as the division of space above and below Land’s surface in Real Estate/Property Law [using a 3D Cadastral System]. It was first used by developers to construct complex buildings called "Ensembles immobiliers complexes" in cities and towns. This technique has two advantages. Primo, it allows developers to circumvent the rigidity of Condominium Law, and secundo it allows them to bypass the inalienability of Public Land [Public Domain]. A convincing example of "Air Rights" is the "Quartier de La Défense" in Paris. This technique has recently met with growing success in France Metropolitan and France Overseas. In Reunion Island, it is especially used in photovoltaic projects. This striking success contrasts, however, with the paucity of legal research on the subject. Despite significant difficulties [theoretical and practical], no in-depth research has yet been conducted on the "Volume" itself. Is it a good? Can it be appropriated or sold, regardless of the Land's surface and without any buildings? Can it be sold, rented or given as collateral? So many questions, and more, to study to give this Real Estate Technique the legal security it deserves