Tesi sul tema "Manipulations d'image"

La communication visuelle tire profit de la grande variété d'apparences qu'une image peut avoir. En ignorant les détails, les images simplifiées concentrent l'attention de l'observateur sur le contenu essentiel à transmettre. Les images stylisées, qui diffèrent de la réalité, peuvent suggérer une information subjective ou imaginaire. Des variations plus subtiles, comme le changement de l'éclairage dans une photographie, ont également un impact direct sur la façon dont le message transmis va être interprété. Le but de cette thèse est de permettre à un utilisateur de manipuler le contenu visuel et créer des images qui correspondent au message qu'il cherche à transmettre. Nous proposons plusieurs manipulations qui modifient, simplifient ou stylisent des images pour augmenter leur pouvoir d'expression. Nous présentons d'abord deux méthodes pour enlever les détails d'une photographie ou d'une vidéo. Le résultat de cette simplification met en valeur les structures importantes de l'image. Nous introduisons ensuite une nouvelle primitive vectorielle, nommée Courbe de Diffusion, qui facilite la création de dégradés de couleurs et de flou dans des images vectorielles. Les images créées avec des courbes de diffusion présentent des effets complexes qui sont difficiles à reproduire avec les outils vectoriels existants. Dans une seconde partie, nous proposons deux algorithmes pour la création d'animations stylisées à partir de vidéos et de scènes 3D. Ces deux méthodes produisent des animations qui ont l'apparence 2D de média traditionnels comme l'aquarelle. Nous décrivons enfin une approche pour décomposer l'information d'illumination et de réflectance dans une photographie. Nous utilisons des indications utilisateurs pour résoudre ce problème sous-contraint. Les différentes manipulations d'image proposées dans ce mémoire facilitent la création d'une variété de représentations visuelles, comme illustré par nos résultats
Visual communication greatly benefits from the large variety of appearances that an image can take. By neglecting spurious details, simplified images focus the attention of an observer on the essential message to transmit. Stylized images, that depart from reality, can suggest subjective or imaginary information. More subtle variations, such as change of lighting in a photograph can also have a dramatic effect on the interpretation of the transmitted message. The goal of this thesis is to allow users to manipulate visual content and create images that corresponds to their communication intent. We propose a number of manipulations that modify, simplify or stylize images in order to improve their expressive power. We first present two methods to remove details in photographs and videos. The resulting simplification enhances the relevant structures of an image. We then introduce a novel vector primitive, called Diffusion Curves, that facilitates the creation of smooth color gradients and blur in vector graphics. The images created with diffusion curves contain complex image features that are hard to obtain with existing vector primitives. In the second part of this manuscript we propose two algorithms for the creation of stylized animations from 3D scenes and videos. The two methods produce animations with the 2D appearance of traditional media such as watercolor. Finally, we describe an approach to decompose the illumination and reflectance components of a photograph. We make this ill-posed problem tractable by propagating sparse user indications. This decomposition allows users to modify lighting or material in the depicted scene. The various image manipulations proposed in this dissertation facilitates the creation of a variety of visual representations, as illustrated by our results

La communication visuelle tire profit de la grande variété d'apparences qu'une image peut avoir. En ignorant les détails, les images simplifiées concentrent l'attention de l'observateur sur le contenu essentiel à transmettre. Les images stylisées, qui diffèrent de la réalité, peuvent suggérer une information subjective ou imaginaire. Des variations plus subtiles, comme le changement de l'éclairage dans une photographie, ont également un impact direct sur la façon dont le message transmis va être interprété. Le but de cette thèse est de permettre à un utilisateur de manipuler le contenu visuel et créer des images qui correspondent au message qu'il cherche à transmettre. Nous proposons plusieurs manipulations qui modifient, simplifient ou stylisent des images pour augmenter leur pouvoir d'expression. Nous présentons d'abord deux méthodes pour enlever les détails d'une photographie ou d'une vidéo. Le résultat de cette simplification met en valeur les structures importantes de l'image. Nous introduisons ensuite une nouvelle primitive vectorielle, nommée Courbe de Diffusion, qui facilite la création de dégradés de couleurs et de flou dans des images vectorielles. Les images créées avec des courbes de diffusion présentent des effets complexes qui sont difficiles à reproduire avec les outils vectoriels existants. Dans une seconde partie, nous proposons deux algorithmes pour la création d'animations stylisées à partir de vidéos et de scènes 3D. Ces deux méthodes produisent des animations qui ont l'apparence 2D de média traditionnels comme l'aquarelle. Nous décrivons enfin une approche pour décomposer l'information d'illumination et de réflectance dans une photographie. Nous utilisons des indications utilisateurs pour résoudre ce problème sous-contraint. Les différentes manipulations d'image proposées dans ce mémoire facilitent la création d'une variété de représentations visuelles, comme illustré par nos résultats.

Aujourd'hui, la manipulation d'images à des fins non éthiques est courante, notamment sur les réseaux sociaux et dans la publicité. Les utilisateurs malveillants peuvent par exemple créer des images synthétiques convaincantes pour tromper le public ou dissimuler des messages dans des images numériques, posant des risques pour la sécurité nationale. Les chercheurs en analyse forensique d'image travaillent donc avec les forces de l'ordre pour détecter ces manipulations. Les méthodes d'analyse forensique les plus avancées utilisent notamment des réseaux neuronaux convolutifs pour les détecter. Cependant, ces réseaux sont entraînés sur des données préparées par des équipes de recherche, qui diffèrent largement des données réelles rencontrées en pratique. Cet écart réduit considérablement l'efficacité opérationnelle des détecteurs de manipulations d'images. Cette thèse vise précisément à améliorer l'efficacité des détecteurs de manipulation d'images dans un contexte pratique, en atténuant l'impact de ce décalage de données. Deux stratégies complémentaires sont explorées, toutes deux issues de la littérature en apprentissage automatique : 1. Créer des modèles capables d'apprendre à généraliser sur de nouvelles bases de données ou 2. Sélectionner, voire construire, des bases d'entraînement représentatives des images à examiner. Pour détecter des manipulations sur un grand nombre d'images non étiquetées, les stratégies d'adaptation de domaine cherchant à plonger les distributions d'entraînement et d'évaluation dans un espace latent où elles coïncident peuvent se révéler utiles. Néanmoins, on ne peut nier la faible efficacité opérationnelle de ces stratégies, étant donné qu'elles supposent un équilibre irréaliste entre images vraies et manipulées parmi les images à examiner. En plus de cette hypothèse problématique, les travaux de cette thèse montrent que ces stratégies ne fonctionnent que si la base d'entraînement guidant la détection est suffisamment proche de la base d'images sur laquelle on cherche à évaluer, une condition difficile à garantir pour un praticien. Généraliser sur un petit nombre d'images non étiquetées est encore plus difficile bien que plus réaliste. Dans la seconde partie de cette thèse, nous abordons ce scénario en examinant l'influence des opérations de développement d'images traditionnelles sur le phénomène de décalage de données en détection de manipulation d'images. Cela nous permet de formuler des stratégies pour sélectionner ou créer des bases d'entraînement adaptées à un petit nombre d'images. Notre contribution finale est une méthodologie qui exploite les propriétés statistiques des images pour construire des ensembles d'entraînement pertinents vis-à-vis des images à examiner. Cette approche réduit considérablement le problème du décalage de données et permet aux praticiens de développer des modèles sur mesure pour leur situation
Today, it is easier than ever to manipulate images for unethical purposes. This practice is therefore increasingly prevalent in social networks and advertising. Malicious users can for instance generate convincing deep fakes in a few seconds to lure a naive public. Alternatively, they can also communicate secretly hidding illegal information into images. Such abilities raise significant security concerns regarding misinformation and clandestine communications. The Forensics community thus actively collaborates with Law Enforcement Agencies worldwide to detect image manipulations. The most effective methodologies for image forensics rely heavily on convolutional neural networks meticulously trained on controlled databases. These databases are actually curated by researchers to serve specific purposes, resulting in a great disparity from the real-world datasets encountered by forensic practitioners. This data shift addresses a clear challenge for practitioners, hindering the effectiveness of standardized forensics models when applied in practical situations.Through this thesis, we aim to improve the efficiency of forensics models in practical settings, designing strategies to mitigate the impact of data shift. It starts by exploring literature on out-of-distribution generalization to find existing strategies already helping practitioners to make efficient forensic detectors in practice. Two main frameworks notably hold promise: the implementation of models inherently able to learn how to generalize on images coming from a new database, or the construction of a representative training base allowing forensics models to generalize effectively on scrutinized images. Both frameworks are covered in this manuscript. When faced with many unlabeled images to examine, domain adaptation strategies matching training and testing bases in latent spaces are designed to mitigate data shifts encountered by practitioners. Unfortunately, these strategies often fail in practice despite their theoretical efficiency, because they assume that scrutinized images are balanced, an assumption unrealistic for forensic analysts, as suspects might be for instance entirely innocent. Additionally, such strategies are tested typically assuming that an appropriate training set has been chosen from the beginning, to facilitate adaptation on the new distribution. Trying to generalize on a few images is more realistic but much more difficult by essence. We precisely deal with this scenario in the second part of this thesis, gaining a deeper understanding of data shifts in digital image forensics. Exploring the influence of traditional processing operations on the statistical properties of developed images, we formulate several strategies to select or create training databases relevant for a small amount of images under scrutiny. Our final contribution is a framework leveraging statistical properties of images to build relevant training sets for any testing set in image manipulation detection. This approach improves by far the generalization of classical steganalysis detectors on practical sets encountered by forensic analyst and can be extended to other forensic contexts

En médecine, le diagnostic est la démarche par laquelle le médecin, généraliste ou spécialiste vadéterminer l’affection dont souffre le patient, et qui va permettre de proposer un traitement. Il reposesur la recherche des causes (pathologie) et des effets (symptômes) de l’affection. Un diagnosticmédical efficace doit aujourd’hui int égrer des analyses multidisciplinaires tant au niveau des donnéesque des experts: et compte tenu de la r épartition géographique (par exemple de la désertificationm´ edicale), il peut être compliqué de réunir au même endroit les experts.L’ évolution des technologies de communication, en particulier Internet, a ouvert de nouvelles possibilités dans le domaine des applications collaboratives à distance et tout particulièrement celuidu t élé-diagnostic médical : par exemple un panel d’experts distants se réunit virtuellement parl’intermédiaire d’une salle d’examen virtuelle qui favorisera la collaboration afin de coproduire undiagnostic. Mais dans le domaine de la médecine, l’aspect médico-l égal est crucial, et il a freinéledéveloppement de ces pratiques à distances.Dans ce contexte, nous avons développé une plateforme appelée COOVADIS (COllabOrative VAscularDIagnoSis) qui permet la traçabilité dans de telles applications en s’appuyant sur trois ontologiesoriginales (ontologie de la pathologie, ontologie du diagnostic et ontologie de traçabilité). Cette plateformed’aide `a la collaboration entre professionnels de santé à été implémentée en mode SaaS(Software as a Service) sous la forme d’un serveur Web, et validé d’un point de vue théorique et clinique
In medicine, physicians (general practitioner or specialist) realize a diagnosis to determine patients’disease and propose an adapted treatment. This diagnosis is based on research of causes (pathologies)and effects (symptoms) of affection. Today, to realize an effective medical diagnosis, it isimportant to realize a multidisciplinary analysis at a data level. But it is also important to make worktogether experts from different domains. A problem can happen if these experts do not work in thesame place. Thus, how is it possible to ease the way to collaborate together?With evolutions of communication technologies and more particularly Internet, it is easier to developremote collaborative applications. One of the fields covered by theses applications is telemedicineand telediagnosis. Thus, a remote panel of experts can meet together virtually through a virtual roomto ease diagnosis collaboration and co-production. Despite everything, forensic aspects slowed downdevelopment of remote practices due to privacy and personal information sharing.In this context, we developed a platform called COOVADIS (COllabOrative VAscular DIagnoSis) thatenables traceability in such applications based on three original ontologies (pathologies ontology,diagnosis ontology and traceability ontology). This framework was implemented in SaaS (Softwareas a Service) as a web server, to support the collaborative work between health professionals. It wasalso validated from a theoretical and clinical point of view

Les objets a gerer en imagerie medicale comprennent des tableaux volumineux de valeurs (images, courbes,. . . ) et des donnees associees aux tableaux (identite du patient, conditions d'acquisition,. . . ). Leur structure, qui depend des sources d'acquisition ou des traitements effectues, est complexe. Il en va de meme pour leurs contraintes de validation. Leur nombre peut etre modifie par l'apparition de nouveaux generateurs (sources, traitements). Nous avons decrit formellement ces objets, ainsi que les contraintes de coherence grace aux concepts suivants: les types de base (pour les attributs atomiques), le type construit (pour les proprietes multi-attributs) et le type classe (pour les entites complexes et les contraintes). Le modele resultant est relationnel non normalise. Ce modele est implante au-dessus d'un sgbdr par un dictionnaire (meta-base) qui definit entierement la base par intention et qui controle son evolution. Un outil lie au modele etablit la correspondance avec le modele relationnel. Nous avons defini egalement une interface entre la base et l'utilisateur final, qui inclut les fonctionnalites de consultation simultanee des images et des donnees associees et d'insertion des donnees brutes ou traitees dans la base. L'interface est basee sur le mecanisme d'acces (lecture, ecriture) logique a la base et utilise le concept de relation localement universelle. L'interface cerne la semantique de la requete grace aux informations fournies par l'utilisateur et par le dictionnaire. L'apport de ces travaux en imagerie medicale consiste principalement en: la description formelle et uniforme des donnees quelles que soient leur provenance et leur modalite, l'independance entre l'utilisateur et la structure de la base et l'utilisation du standard acr/nema (american college of radiology and national electrical manufactures association) etendu permettant l'echange des donnees. Nos concepts sont concretises p

Dans le projet GOCAD (ENSG) les surfaces sont modélisées par des facettes triangulaires (t-surfaces). Les travaux décrits font partie du projet GOCAD et ont pour but de modéliser et manipuler les t-surfaces. Nous développons d'abord une méthode qui convertit une iso valeur surface définie par une grille régulière 3d en t-surface. Les données d'entrée de cette méthode est une liste de valeurs correspondant à la valeur en chaque nud de la grille. Dans le cas ou il existe des discontinuités, il est possible de modéliser la t-surface de façon interactive. La mise en œuvre des opérations booléennes sur des solides définis par leur bord a toujours été un problème délicat. Dans cette thèse, nous proposons une méthode générale permettant de résoudre le problème posé dans le cas ou les objets sont des t-solides. L'algorithme exploite pleinement la base de données du projet GOCAD, il tient compte de tous les cas particuliers qui peuvent se présenter en pratique. Ensuite, ces résultats sont étendus aux solides quelconques. En s'appuyant sur les études précédentes, nous développons une méthode du découpage de t-surfaces complexes. En utilisant cette méthode, nous effectuons des opérations chirurgicales correspondant aux applications géologiques sur les t-surfaces. Les résultats obtenus à l'issue de ce travail constituent une contribution originale dans le domaine de l'informatique applique aux sciences de la terre

Nous presentons un travail portant sur la reconnaissance optique de formules chimiques, et une recherche sur diverses methodes de manipulation d'images binaires. Dans une premiere partie, nous faisons un rappel des codages d'images binaires ainsi que quelques methodes de reconnaissance sur images binaires. Nous montrons la grande influence du codage sur les algorithmes de manipulation d'images, et l'avantage t'utiliser le codage interpixel pour obtenir des algorithmes a la fois simples et efficaces. Dans une seconde partie, nous decrivons plus en detail le codage interpixel ainsi que des algorithmes originaux: detection de contours droits, detection de segments de droites, separation des caracteres et des graphiques, rotations d'image. Dans une troisieme partie, nous presentons la reconnaissance de formules chimiques. Une methodologie est proposee, et des algorithmes originaux permettant la reconstitution des formules chimiques a partir d'elements graphiques de base sont developpes

Cette recherche concerne la resolution de problemes de manipulation concrete d'objets ou d'images d'objets chez des enfants congolais et francais. Elle consiste particulierement a analyser et a comparer les conduites de resolution des sujets selon la situation experimentale, le type de probleme, le groupe ethnique, le niveau d'age et de scolarisation. L'experience est realisee sur 252 sujets. Six problemes sont presentes individuellement a ces sujets, precedes ou non de l'observation d'un modele de resolution. Les resultats obtenus vont dans le sens des hypotheses. En situation de resolution spontanee, on constate une differenciation entre ceux qui presentent les conduites systematiques et ceux qui ne les presentent pas. Pour un meme niveau de scolarisation, les sujets francais presentent plus de conduites systematiques que leurs homologues congolais. Par contre, on n'observe pas de difference significative entre les 4-5 ans congolais selon qu'ils sont ou non scolarises. En situation de resolution avec tutelle, les conduites observees sont plus systematiques qu'en situation de resolution spontanee. Cependant les sujets congolais profitent plus du modele de resolution que leurs homologues francais de meme niveau de scolarisation, et les 4-5 ans congolais scolarises plus que les non scolarises. Enfin, les conduites de resolution evoluent en fonction du niveau d'age et de scolarisation quels que soient le groupe ethnique et la situation experimentale
This research concerns problem solving about manipulation of real objects and images in congolese and french children. It aims at analysing and comparing the solving behaviours, taking in consideration the experimental situation, the type of problem, the ethnic groups, the school level. The pilot experiment concerns 252 subjects. Six problems are presented individually. For all inter ethnic comparisons between children attending school, the school level is the same in french and congolese groups. The findings confirm the hypothesis. In the spontaneous solving situation, more systematic solving behaviors are observed in french subjects than in congolese subjects. No significiant differences for the systematicity of behaviours are observed between 4-5 years-old congolese attending school and those not attending school. In the tutored solving situation, systematic solving behaviours are more frequent than in spontaneous solving situation, as well in french children as in congolese children. Nevertheless improvement in tutored solving is greater for congolese children than for french children and it is greater for congolese attending school than for those not attending school. In both ethnic groups and in both experimental situations, age and school influence solving behavior

La présente thèse propose une nouvelle représentation pour les images qui se base sur les contours. Cette représentation est particulièrement adaptée aux images vectorielles et permet via l’apposition d’informations à ces mêmes contours, l’ajout de dégrades complexes de couleurs, d’effets d’éclairage et de textures que l’on peut dès lors « draper » dans l’image. Cet encodage par les contours s’applique également aux images bitmap, et la manipulation de ces contours confère des moyens d’édition plus évolués que l’édition pixellique. Cette représentation commune entre les images bitmap et vectorielles constitue enfin une méthode de vectorisation efficace. On s’intéresse aussi aux possibilités de création et de modification que fournit cette nouvelle représentation. Nous proposons à cette fin un ensemble unifié d’algorithmes pour créer, manipuler et modifier ces images
This thesis proposes a novel image primitive—the diffusion curve. This primitive relies on the principle that images can be defined via their discontinuities, and concentrates image features along contours. The diffusion curve can be defined in vector graphics, as well as in raster graphics, to increase user control during the process of art creation. The vectorial diffusion curve primitive augments the expressive powers of vector images by capturing complex spatial appearance behaviours. Diffusion curves represent a simple and easy to manipulate support for complex content representation and edition. In raster images, diffusion curves define a higher level structural organization of the pixel image. This structure is used to create simplified or exaggerated representations of photographs in a way consistent with the original image content. Finally, a fully automatic vectorization method is presented, that converts raster diffusion curve to vector diffusion curve

Remodelage et Ré-éclairage Pour La Création et Manipulation de Contenu Interactif Resumé Ces dernières années, les outils et techniques d'infographie sont devenus accessibles à un public plus large, permettant á des non-spécialistes de créer du contenu numérique 2D ou 3D par eux-mêmes. Cependant, la plupart des utilisateurs n'ont pas les compétences nécessaires pour créer du contenu qui soit à la fois esthétique et utile. Dans cette thèse, nous proposons de combler cette lacune en fournissant des outils qui peuvent être employés par des utilisateurs non-experts pour aider dans la création de contenu numérique pour des mondes virtuels. Nous examinons d'abord la complexité des outils de modélisation 3D actuels, qui sont conçus pour des utilisateurs expérimentés. Notre approche permet aux utilisa- teurs de simplement déplacer les sommets d'un modèle architectural pour effectuer les changements souhaités, tout en adaptant les textures du modèle. Nous avons posé le problème comme un système d'équations linéaires représentant la structure du modèle 3D. A l'exécution, les équations sont résolues selon la méthode des moindres carrés, per- mettant à l'utilisateur de modifier le modèle 3D tout en préservant la forme générale et la texture. Nous adaptons ensuite cette approche à un environnement virtuel 3D immersif. L'utilisateur peut interagir avec le système de modélisation en utilisant des gestes, étant immergé dans un système de projection avec 4 murs. Nous étendons notre approche avec des capacités d'éclairage basiques, permettant à l'utilisateur de changer le jour de l'année et l'heure pour visualiser la distribution de la lumière à l'intérieur du modèle architectural. La dernière partie de cette thèse présente une solution qui permet aux utilisateurs de modifier l'éclairage d'une photo d'un arbre. Nous adoptons une approche de rendu volumique à un rebond pour estimer la répartition de la lumière dans le feuillage des arbres. Avec quelques photos prises à un seul moment de la journée comme entrée, notre solution permet à l'utilisateur de changer l'heure de la journée à laquelle la photo d'origine à été prise, et ce avec un éclairage cohérent.

La géomodélisation du sous-sol est considérée comme stratégique par les compagnies pétrolières. Chacune a en effet pour objectif de construire les meilleurs modèles géologiques sur lesquels seront évalués les réserves de gaz et d'huile des territoires étudiés, ainsi que le placement optimal des puits de forage qui exploiteront ces réserves. Ces modèles sont bâtis sur l'interprétation de la sismique par les géologues et les géophysiciens. Le processus de modélisation consiste à structurer le sous-sol en un ensemble d'horizons (strates géologiques), de failles (fractures de la roche) et de corps (amas de roches de même nature). Ces objets géologiques sont au sein de deux problématiques complémentaires abordées dans cette thèse chez Total : la construction du modèle structural à proprement parler constitué d'un réseau de failles et d'horizons mis en cohérence et la constructions des corps selon des attributs sismiques élaborés. La construction du modèle structural part des données issues d'interprétations manuelles et/ou semi-automatiques ne décrivant que ponctuellement les objets géologiques : un ensemble de lignes brisées pour les failles et un nuage de points pour les horizons. Une première partie de nos travaux porte sur l'élaboration d'une méthodologie complète de construction de surfaces modélisant les failles et les horizons adaptée à la nature et la densité particulières des données initiales. Dans un premier temps les failles sont reconstruites indépendamment les unes des autres à l'aide d'une triangulation de Delaunay contrainte des données projetées dans leur plan de régression, puis raffinées par subdivision. Ensuite un réseau de failles global est créé et mis en cohérence par des opérations d'extrapolation et de clipping. Enfin, les trous dans les horizons sont bouchés par des méthodes d'interpolation spatiale étendus par nos soins à l'aide des "voisinages partiels" contraints par les failles, pour lesquelles nous montrons l'influence des stratégies de remplissage et leur robustesse au bruit. Les corps sont construits par extraction d'isosurfaces sur des volumes d'attributs sismiques pouvant atteindre des tailles de plusieurs dizaines de giga-octets. Ces tailles de données nous ont imposées de développer un algorithme parallèle d'extraction d'isosurfaces simplifiées. Le volume est d'abord récursivement découpé pour former une structure hiérarchique de blocs voisins. Des isosurfaces partielles sont extraites de ces blocs par des processeurs indépendants exécutant une version étendue de l'algorithme tandem. Ainsi, les noeuds de calcul extraient, simplifient, s'échangent et assemblent les morceaux de surfaces ainsi obtenues jusqu'à l'obtention d'une isosurface simplifiée globale. Cette dernière est organisée et stockée par construction en un flux de composantes connexes qui permettra une interaction ultérieure de haut niveau.

La vision que nous défendons est celle de grilles biomédicales partenaires des systèmes médicaux (hôpitaux), à la fois fournisseuses de puissance de calcul et plates-formes de partage d'informations. Nous proposons une architecture logicielle de partage d'images médicales réparties à grande échelle. S'appuyant sur l'existence a priori d'une infrastructure de grille, nous proposons une architecture multi-couche d'entités logicielles communicantes (DSE : Distributed Systems Engines). Fondée sur une modélisation hiérarchique sémantique, cette architecture permet de concevoir et de déployer des applications réparties performantes, fortement extensibles et ouvertes, capables d'assurer l'interface entre grille, systèmes de stockage de données et plates-formes logicielles locales (propres aux entités de santé) et dispositifs d'acquisition d'images, tout en garantissant à chaque entité une maîtrise complète de ses données dont elle reste propriétaire
Our vision, in this thesis, is the one of a bio-medical grip as a partner of hospital's information systems, sharing computing resources as well as a platform for sharing information. Therefore, we aim at (i) providing transparent access to huge distributed medical data sets, (ii) querying these data by their content, and (iii), sharing computing resources within the grip. Assuming the existence of a grip infrastructure, we suggest a multi-layered architecture (Distributed Systems Engines – DSE). This architecture allows us to design High Performance Distributed Systems which are highly extensible, scalable and open. It ensures the connection between the grip, data storing systems, and medical platforms. The conceptual design of the architecture assumes a horizontal definition for each one of the layers, and is based on a multi-process structure. This structure enables the exchange of messages between processes by using the Message Passing Paradigm. These processes and messages allow one to define entities of a higher level of semantic significance, which we call Drivers and, which instead of single messages, deal with different kinds of transactions: queries, tasks and requests. Thus, we define different kinds of drivers for dealing with each kind of transaction, and in a higher level, we define services as an aggregation of drivers. The architectural framework of drivers and services eases the design of components of a Distributed System (DS), which we call engines, and also eases the extensibility and scalability of DS

La réalité virtuelle est une technologie qui voit ses applications s'étendre à de nombreux domaines (médical, automobile, etc.). Cette thèse se place dans le contexte des espaces virtuels complètement immersifs, et a pour but d'étudier les effets des deux principaux types d'interfaces proposés (manette avec 6 degrés de liberté, et système de suivi de doigts) sur l'expérience des utilisateurs, dans le cadre de la manipulation d'objets 3D. Nous nous intéressons à des paramètres tels que la facilité d'utilisation, la sensation d'immersion, la rapidité et la précision offertes... Pour cela, nous proposons des expériences évaluant ces paramètres à travers des tâches dont le succès est mesurable, et qui ne sont pas spécifiques à un domaine. Dans une première étude, nous nous intéressons aux tâches complexes d'ordre général, faisant appel à des compétences requises dans les manipulations quotidiennes, telles que le fait d'attraper, de relâcher, de translater, de tourner et de maintenir en équilibre des objets tout en se déplaçant. Nous affinons ensuite notre étude en observant les effets de ces interfaces sur les mouvements eux-mêmes, en les décomposant en degrés de liberté individuels et groupés. Enfin, nous testons l'applicabilité de notre système de manipulation directe dans le cadre d'une étude préliminaire sur l'utilisation de la réalité virtuelle pour le traitement de la maladie d'Alzheimer. Ces études analysent les propriétés de ces interfaces dans le but de fournir des indications aidant au choix de l'interface la plus appropriée pour des applications futures.

Les artistes traditionnels peignent directement sur une toile et créent des apparences plausibles de scènes qui ressemblent au monde réel. A l’opposé, les artistes en informatique graphique définissent des objets dans une scène virtuelle (maillages 3D, matériaux et sources de lumière), et utilisent des algorithmes complexes (rendu) pour reproduire leur apparence. D’un côté, les techniques de peinture permettent de librement définir l’apparence. D’un autre côté, les techniques de rendu permettent de modifier séparément et dynamiquement les différents éléments qui définissent l’apparence. Dans cette thèse, nous présentons une approche intermédiaire pour manipuler l’apparence, qui permettent certaines manipulations en 3D en travaillant dans l’espace 2D. Mous étudions d’abord l’impact sur l’ombrage des matériaux, tenant en compte des matériaux comme des filtres passe-bande d’éclairage. Nous présentons ensuite un petit ensemble de relations statistiques locales entre les matériaux / l’éclairage et l’ombrage. Ces relations sont utilisées pour imiter les modifications sur le matériaux ou l’éclairage d’une image d’une sphère créée par un artiste. Les techniques connues sons le nom de LitSpheres / MatCaps utilisent ce genre d’images pour transférer leur apparence `a des objets de forme quelconque. Notre technique prouve la possibilité d’imiter les modifications 3D de la lumière et de matériaux à partir d’une image en 2D. Nous présentons une technique différente pour modifier le troisième élément impliqué dans l’aspect visuel d’un objet, sa géométrie. Dans ce cas, on utilise des rendus comme images d’entrée avec des images auxiliaires qui contiennent des informations 3D de la scène. Nous récupérons un ombrage indépendant de la géométrie pour chaque surface, ce qui nous demande de supposer qu’il n’y a pas de variations spatiales d’éclairage pour chaque surface. L’ombrage récupéré peut être utilisé pour modifier arbitrairement la forme locale de l’objet de manière interactive sans la nécessité de rendre `a nouveau la scène
Traditional artists paint directly on a canvas and create plausible appearances of real-world scenes. In contrast, Computer Graphics artists define objects on a virtual scene (3D meshes, materials and light sources), and use complex algorithms (rendering) to reproduce their appearance. On the one hand, painting techniques permit to freely define appearance. On the other hand, rendering techniques permit to modify separately and dynamically the different elements that compose the scene. In this thesis we present a middle-ground approach to manipulate appearance. We offer 3D-like manipulation abilities while working on the 2D space. We first study the impact on shading of materials as band-pass filters of lighting. We present a small set of local statistical relationships between material/lighting and shading. These relationships are used to mimic modifications on material or lighting from an artist-created image of a sphere. Techniques known as LitSpheres/MatCaps use these kinds of images to transfer their appearance to arbitrary-shaped objects. Our technique proves the possibility to mimic 3D-like modifications of light and material from an input artwork in 2D. We present a different technique to modify the third element involved on the visual appearance of an object: its geometry. In this case we use as input rendered images alongside with 3D information of the scene output in so-called auxiliary buffers. We are able to recover geometry-independent shading for each object surface, assuming no spatial variations for each recovered surface. The recovered shading can be used to modify arbitrarily the local shape of the object interactively without the need to re-render the scene

La chirurgie robotisée a été développée pour pallier les difficultés de la chirurgie laparoscopique. Le robot da Vinci (Intuitive Surgical) est largement répandu dans les hôpitaux nord-américains et européens pour la chirurgie abdominale. Basé sur de la téléopération, il améliore la dextérité et la précision des opérations en chirurgie mini-invasive. Cependant, des recommandations incomplètes et des défauts ergonomiques du système, pour positionner les bras du robot à la surface l’abdomen du patient avant l’opération, créent un des principaux problèmes de la chirurgie robotisée : des organes inatteignables ou des collisions entre les instruments pendant l’opération. L’objectif de ces travaux de recherche est de proposer une nouvelle méthode de placement des bras du robot basée sur une assistance opératoire numérique utilisant l’analyse d’images médicales du patient et la modélisation 3D de la surface de son abdomen afin de calculer des positions des bras optimales en fonction des caractéristiques du robot, de la position des organes et du type de chirurgie
Robot-assisted surgery, or “robotic”surgery, has been developed to address thedifficulties with the traditional laparoscopicsurgery. The da Vinci (Intuitive Surgical, CA andUSA) is one of the FDA-approved surgical robotic system which is widely used in the case of abdominal surgeries like hysterectomy and cholecystectomy. The technology includes a system of master and slave tele-manipulators that enhances manipulation precision. However, inadequate guidelines and lack of a human machine interface system for planning the ports on the abdomen surface are some of the main issues with robotic surgery. Unreachable target and mid-surgery collisions between robotic arms are the major problems that surgeons complain about in robotic surgery. The objective of this research is to design a new decision-support tool for planning port placement in robotic surgery. The decision support system will be able to determine the optimal location of the entrance ports on the abdomen surface that is specific to the patient

L’œil étant la seule fenêtre optique transparente de notre corps, il donne un accès unique à l’observation de réseaux neuronaux et vasculaires. Mais aujourd’hui une nouvelle ère s’ouvre pour l’imagerie haute résolution, qui ne doit plus se contenter de donner accès aux structures des tissus, mais aussi d’en apprécier les fonctions. En effet, on peut trouver dans l’imagerie rétinienne des biomarqueurs du fonctionnement de l’ensemble du corps humain. Des maladies neurodégénératives (Parkinson,Alzheimer) ou l’hypertension artérielle pourraient être ainsi précocement diagnostiquées par une imagerie de haute précision de la rétine. L’optique adaptative, adaptée à l’imagerie rétinienne dès 1997, a amélioré nettement la résolution spatiale des images rétiniennes entraînant la multiplication des études de rétine par ophtalmoscope. Elle a notamment été couplée avec l’ophtalmoscope à balayage, qui devint le choix le plus populaire par sa supériorité en résolution spatiale et sectionnement optique par rapport au plein champ. Cependant, contrairement aux systèmes à balayage, l’ophtalmoscope plein champ produit des images grand champ à forte cadence d’acquisition et sans distorsion. Dans mon travail de thèse, j’ai cherché à montrer qu’un tel système, associé à des modalités d’imagerie jouant sur la géométrie d’éclairement, pourrait apporter à la recherche sur la rétine. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons modifié l’ophtalmoscope plein champ construit au Centre Hospitalier National des Quinze-Vingts avec un traitement d’image spécifique et deux nouveaux instruments inspirés de la microscopie plein champ. Nous avons intégré ces instruments dans le trajet d’illumination de l’ophtalmoscope afin de manipuler la géométrie de l’éclairage de la rétine. Ces nouvelles implémentations nous permettent de mettre en œuvre des techniques d’imagerie plus avancées, comme par exemple l’imagerie en champ sombre ou l’angiographie non invasive en proche infrarouge. Ces modalités d’imagerie ont été exploitées pour imager la rétine de façon fonctionnelle. Nous nous sommes intéressés principalement à la fonction de couplage de lumière des photorécepteurs et à la perfusion sanguine
As the only transparent optical window of our body, the eye gives a unique access to the observation of neural and vascular networks. Today however, a new era is opening up for high-resolution imaging, which should no longer be limited to giving access to tissue structures, but may also tackle their functions. In fact, biomarkers for the functioning of the whole human body can be found in retinal imaging. Neurodegenerative diseases (Parkinson's, Alzheimer's) or arterial hypertension could thus be diagnosed early by high precision imaging of the retina. In my thesis work, I intended to show how the full-field ophthalmoscope, associated to imaging modalities adjusting geometrical settings of the illumination, could contribute to research on the retina. To achieve this ambitious goal, we modified the full-field ophthalmoscope built at the National Hospital Center of Quinze-Vingts with a specific image processing and two new instruments inspired by full-field microscopy. We have integrated these instruments into the illumination path of the ophthalmoscope to manipulate the geometry of the retinal illumination. These new implementations allow us to make use of more advanced imaging techniques, such as dark field imaging or noninvasive near infrared angiography. These imaging modalities have been exploited to image the retina functionally. We focused mainly on the light coupling function of photoreceptors and on blood perfusion

Étude des moyens de description et de manipulation des objets contenus dans des images binaires discrètes. Le calcul d'une ligne médiane, puis d'un graphe de la ligne médiane, aboutit a la représentation hiérarchisée de l'axe médian qui induit une analyse structurée de l'objet original. Différents procédés de manipulation de formes sont proposes et testés.

La recherche en informatique graphique cherche à produire des algorithmes efficaces de génération et de manipulation de données, de simulation physique, et de visualisation temps-réel pour produire des images de synthèse. La croissance constante de la puissance des machines est talonnée par l'explosion de la demande en terme de complexité, de réalisme et d'interactivité, motivant la mise au point de méthodes toujours plus performantes pour générer des images de synthèse. Je présente dans ce contexte plusieurs contributions dans différents sous-domaines de l'informatique graphique: (1) l'analyse et le traitement de la géométrie, incluant un algorithme original de placage de texture ainsi qu'une méthode d'instantiation automatique de données géométriques; (2) le traîtement d'images avec une généralisation de la décomposition modale de Hilbert-Huang, et un algorithme de sélection semi-automatique de régions à partir d'indications imprécises; (3) la simulation de l'éclairage global et son application à la simulation physiologique de la croissance des plantes, l'analyse de Fourier de l'opérateur de transport de l'éclairage pour diverses applications, ainsi que des contributions en rendu temps-réel. Dans une seconde partie je détaille des pistes de recherche que je considère prometteuses.