Добірка наукової літератури з теми "Reconstruction d’image 3D"

La correction chirurgicale d’un trouble statique de l’avant-pied ou de l’arrière-pied est fondée sur une évaluation clinique complétée par des radiographies conventionnelles et une tomodensitométrie avec reconstruction. En peropératoire, les traits d’ostéotomies et les corrections angulaires manquent de précision. La tomodensitométrie préopératoire est actuellement de pratique courante. Nos objectifs étaient de visualiser, après impression du modèle en trois dimensions (3D), les déformations et de les corriger avec précision dans les trois plans de l’espace. La méthodologie utilisée est comparable à celle de l’orthodontie avec grande précision. Dans notre expérience, nous avons obtenu une reproduction identique à la déformation clinique avec possibilité de procéder à la correction 3D de la déformation à la même échelle que l’original. L’utilisation de fantômes en cas d’ostéosynthèse autorise un prémoulage. Cette étape expérimentale est une approche technique objective peu coûteuse du geste à réaliser. Dans un deuxième temps, il apparaît possible de réaliser un cadre externe stérile pour guider avec une approche mini-invasive le trait d’ostéotomie dans les trois plans de l’espace. Cette approche méthodologique fondée sur un traitement d’image après tomodensitométrie a montré sa faisabilité et est une approche innovante pour la conceptualisation de la prise en charge chirurgicale des cals vicieux et des déformations complexes du pied.

Le but de cette étude est d’évaluer l’influence de la mesure de points dans les images avec une précision subpixellaire, et sa contribution à l’étalonnage des caméras numériques. De plus, l’effet des mesures subpixellaires sur la détermination des coordonnées 3D dans l’espace objet est évalué à partir de points de contrôle. Dans ce but, unalgorithme semi-automatique a été implémenté pour la détermination subpixellaire de points d’intérêt, basé sur un opérateur de Förstner. Des expériences ont été réalisées sur un bloc d’images acquises avec une caméra multispectrale DuncanTech MS3100-CIR. L’influence des mesures subpixellaires dans un ajustement par moindres carrés a été évaluée en comparant l’écart-type estimé des paramètres dans deux cas : avec une mesure manuelle (précision pixellaire) et avec une estimation subpixellaire. De plus, l’influence des mesures subpixellaires sur la reconstruction 3D a été analysée. A partir des résultats obtenus, i.e. la réduction de l’écart-type sur les paramètres d’orientation interne et del’erreur relative de la reconstruction 3D, il est démontré que les mesures de précision subpixellaire sont pertinentes pour certains travaux photogrammétriques, notamment ceux pour lesquels la qualité métrique est très importante, comme l’étalonnage de caméras.

Le problème de la stéréovision à partir de caméras multiples calibrées capturant une scène fixe est étudié depuis plusieurs décennies. Les résultats présentés dans le benchmark de stéréovision proposé par Strecha et al., attestent de la qualité des reconstructions obtenues. En particulier, les travaux du laboratoire IMAGINE, mènent à des résultats visuellement impressionnant. Aussi, il devient intéressant de calibrer des scènes de plus en plus vastes, afin d'appliquer ces algorithmes de stéréovision de façon optimale. Trois objectifs essentiels apparaissent : – La précision de la calibration doit être améliorée. En effet comme pointé par Yasutaka Furukawa, même les benchmarks de stéréovision fournissent parfois des caméras bruitées à la précision imparfaite. Un des moyen d'améliorer les résultats de stéréovision est d'augmenter la précision de la calibration. – Il est important de pouvoir prendre en compte les cycles dans le graphe des caméras de façon globale. En effet la plupart des méthodes actuelles sont séquentielles, et dérivent. Ainsi ces méthodes ne garantissent pas, pour une très grande boucle, de retrouver cette configuration cyclique, mais peuvent plutôt retrouver une configuration des caméras en spirale. Comme on calibre des réseaux d'images, de plus en plus grand, ce point est donc crucial. – Pour calibrer des réseaux d'images très grands, il convient d'avoir des algorithmes rapides. Les méthodes de calibration que nous proposons dans la première partie, permettent de calibrer des réseaux avec une précision très proche de l'état de l'art. D'autre part elle permettent de gérer les contraintes de cyclicité par le biais d'optimisations linéaires sous contraintes linéaires. Ainsi ces méthodes permettent de prendre en compte les cycles et bénéficient de la rapidité de la programmation linéaire. Enfin, la recherche en stéréovision étant arrivée à maturité, il convient de s'intéresser à l'étape suivante, à savoir la reconstruction spatio-temporelle. La méthode du laboratoire IMAGINE représentant l'état de l'art en stéréovision, il est intéressant de développer cette méthode et de l'étendre à la reconstruction spatio-temporelle, c'est-à-dire la reconstruction d'une scène dynamique capturée par un dôme de caméras. Nous verrons cette méthode dans la seconde partie de ce manuscrit
The issue of retrieving a 3D shape from a static scene captured with multiple view point calibrated cameras has been deeply studied these last decades. Results presented in the stereovision benchmark made by Strecha et al., show the high quality of state of the art methods. Particularly, works from IMAGINE laboratory lead to impressive results. So, it becomes convenient to calibrate wider and wider scenes, in order to apply these stereovision algorithms to large scale scenes. Three main objectives appear : – The calibration accuracy should be improved. As stated by Yasutaka Furukawa, even stereovision benchmarks use noisy cameras. So one obvious way to improve stereovision, is to improve camera calibration. – It is crucial to take cycles into account in cameras graph in a global way. Most of nowadays methods are sequential and so present a drift. So these methods do not offer the guarantee to retrieve the loopy configuration for a loop made of a high number of images, but retrieve a spiral configuration. As we aim to calibrate wider and wider cameras networks, this point becomes quite crucial. – To calibrate wide cameras networks, having quick and linear algorithms can be necessary. Calibration methods we propose in the first part, allow to calibrate with an accuracy close to state of the art. Moreover, we take cyclicity constraints into account in a global way, with linear optimisations under linear constraints. So these methods allow to take cycle into account and benefit from quickness of linear programming. Finally, sterovision being a well studied topic, it is convenient to concentrate on the next step, that is, spatio-temporal reconstruction. The IMAGINE' stereovision method being the state of the art, it is interesting to extend this method to spatio-temporal reconstruction, that is, dynamique scene reconstruction captured from a dome of cameras

Les techniques d'imagerie et de spectroscopie térahertz offrent de vastes applications dans le contrôle non destructif ou le contrôle de qualité dans la manufacture industrielle, la pharmaceutique et la biologie, l'archéologie ou encore le monde de l’art. Pour ces applications, la technique de spectroscopie térahertz dans le domaine temporel (THz-TDS) permet une analyse sur une bande passante instantanée très large (0.1-6 THz), mais nécessite généralement de déplacer mécaniquement l’échantillon à imager dans le plan focal du faisceau THz. Le travail de cette thèse porte sur l’adaptation d’un banc THz-TDS pour l’imagerie et la spectroscopie des échantillons fixes, en se basant sur le principe d’un radar à synthèse d’ouverture (SAR), en transmission. En utilisant cette technique, on démontre une reconstruction d'image en 3D avec une résolution inférieure au millimètre de plusieurs échantillons différents. Pour remédier aux temps d'acquisition prolongés, un échantillonnage spatial lacunaire est proposé, réduisant les éléments du réseau synthétique et améliorant la vitesse d'acquisition. De plus, les données reconstruites ne sont pas uniquement utilisées pour l'imagerie mais permettent également la caractérisation des paramètres optiques matériaux (l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption) constituant l'objet imagé dans la bande de fréquence de reconstruction. Ainsi, la technique proposée permet la cartographie spectrale 2D de l'indice de réfraction à diverses fréquences térahertz. Enfin, la méthodologie proposée est appliquée à l'imagerie de sortie de guide d'ondes térahertz, illustrant sa grande flexibilité et ses vastes domaine potentielles d’utilisation
Les techniques d'imagerie et de spectroscopie térahertz offrent de vastes applications dans le control non destructif ou le contrôle de qualité dans la manufacture industrielle, la pharmaceutique et la biologie, l'archéologie ou encore le monde de l’art. Pour ces applications, la technique de spectroscopie térahertz dans le domaine temporel (THz-TDS) permet une analyse sur une bande passante instantanée très large (0.1-6 THz), mais nécessite généralement de déplacer mécaniquement l’échantillon à imager dans le plan focal du faisceau THz. Le travail de cette thèse porte sur l’adaptation d’un banc THz-TDS pour l’imagerie et la spectroscopie des échantillons fixes, en se basant sur le principe d’un radar à synthèse d’ouverture (SAR), en transmission. En utilisant cette technique, on démontre une reconstruction d'image en 3D avec une résolution inférieure au millimètre de plusieurs échantillons différents. Pour remédier au temps d'acquisition prolongés, un échantillonnage spatial lacunaire est proposé, réduisant les éléments du réseau synthétique et améliorant la vitesse d'acquisition. De plus, les données reconstruites ne sont pas uniquement utilisées pour l'imagerie mais permettent également la caractérisation des paramètres optiques matériaux (l'indice de réfraction et le coefficient d'absorption) constituant l'objet imagé dans la bande de fréquence de reconstruction. Ainsi, la technique proposée permet la cartographie spectrale 2D de l'indice de réfraction à diverses fréquences térahertz. Enfin, la méthodologie proposée est appliquée à l'imagerie de sortie de guide d'ondes térahertz, illustrant sa grande flexibilité et ses vastes domaine potentielles d’utilisation

La reconstruction 3D consiste à acquérir des images d’un objet, et à s’en servir pour en estimer un modèle 3D. Dans ce manuscrit, nous développons une méthode de reconstruction basée sur la modélisation par squelette. Cette méthode a l’avantage de renvoyer un modèle 3D qui est un objet virtuel complet (i.e. fermé) et aisément éditable, grâce à la structure du squelette. Enfin, l’objet acquis n’a pas besoin d’être texturé, et entre 3 et 5 images sont suffisantes pour la reconstruction. Dans une première partie, nous étudions les aspects 2D de l’étude. En effet, l’estimation d’un squelette 3D nécessite d’étudier la formation de la silhouette de l’objet à partir de son squelette, et donc les propriétés de sa projection perspective, appelée squelette perspectif. Cette étude est suivie par notre première contribution : un algorithme d’estimation de la projection perspective d’un squelette 3D curviligne, constitué d’un ensemble de courbes. Cet algorithme a toutefois tendance, comme beaucoup d’algorithmes estimant un squelette, à générer des branches peu informatives, notamment sur une image rastérisée. Notre seconde contribution est donc un algorithme d’estimation de squelette 2D, capable de prendre en compte la discrétisation du contour de la forme 2D, et d’éviter ces branches peu informatives. Cet algorithme, d’abord conçu pour estimer un squelette classique, est ensuite généralisé à l’estimation d’un squelette perspectif. Dans une seconde partie, nous estimons le squelette 3D d’un objet à partir de ses projections. Tout d’abord, nous supposons que le squelette de l’objet 3D à reconstruire est curviligne. Ainsi, chaque squelette perspectif estimé correspond à la projection du squelette 3D de l’objet, sous différents points de vue. La topologie du squelette étant affectée par la projection, nous proposons notre troisième contribution, l’estimation de la topologie du squelette 3D à partir de l’ensemble de ses projections. Une fois celle-ci estimée, la projection d’une branche 3D du squelette est identifiée sur chaque image, i.e. sur chacun des squelettes perspectifs. Avec cette identification, nous pouvons trianguler les branches du squelette 3D, ce qui constitue notre quatrième contribution : nous sommes donc en mesure d’estimer un squelette curviligne associé à un ensemble d’images d’un objet. Toutefois, les squelettes 3D ne sont pas tous constitués d’un ensemble de courbes : certains d’entre eux possèdent aussi des parties surfaciques. Notre dernière contribution, pour reconstruire des squelettes 3D surfaciques, est une nouvelle approche pour l’estimation d’un squelette 3D à partir d’images : son principe est de faire grandir le squelette 3D, sous les contraintes données par les images de l’objet.

L'étude de la microstructure des argiles remaniées et saturées est cruciale pour la compréhension de leur comportement mécanique et des mécanismes de déformations volumiques. Cette thèse vise à identifier en 3D les mécanismes locaux qui s'activent au niveau de la microstructure en lien avec le chargement mécanique des milieux argileux. D'abord le comportement mécanique du Kaolin K13 est étudié à l'échelle de l'éprouvette sur deux chemins de chargement : œdométrique et isotrope. Ensuite, un protocole d'observation a été mis en place pour l'acquisition des images tridimensionnelles en utilisant la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à la Sonde Ionique Focalisée (FIB). La reconstitution des images obtenues par FIB-MEB nous permet d'accéder à la géométrie 3D d'un sous volume de l'échantillon. La deuxième partie consiste à développer une approche d'analyse quantitative en 3D permettant d'identifier les propriétés de la microstructure sur les différents chemins de chargement étudiés. La morphologie des pores est étudiée en utilisant les paramètres : flatness, élongation et sphéricité. L'orientation des pores et des particules a été d'abord identifier sur des images 2D représentants des coupes dans l'échantillon et étendue au 3D sur l'ensemble du volume et ceci sur les deux chemins de chargement. Les résultats obtenus dans le cadre de ce travail de thèse ont permis de mettre en évidence l'apport des images 3D à la compréhension de la microstructure des argiles remaniées saturées
AbstractMicrostructure investigation is essential for a better understanding of the mechanical behaviour and volumetric deformation mechanisms of remolded and saturated clays. The goal of this thesis is to identify in 3D the local mechanisms which can be activated at the microstructural level in relation to the mechanical loading of clayey meida. The mechanical behaviour of Kaolin k13 is firstly studied at on two loading paths - oedometric and isotropic. Then, an observation protocol was established for the acquisition of three-dimensional images using Scanning Electron Microscopy (SEM) coupled with Focused Ion Beam (FIB). The reconstruction of the images obtained by FIB-SEM allows us to study the 3D geometry of a sub-volume of the sample. The second part consists of developing a quantitative analysis approach in 3D to identify the microstructure properties on different loading paths. The pore morphology is studied using parameters such as flatness, elongation, and sphericity. The orientation of the pores and particles was first identified on 2D images representing cross-sections in the sample and extended to 3D throughout the entire volume for both loading paths. The results obtained in this thesis highlight the contribution of 3D images for a better understanding of the microstructure of saturated remolded clays

Dans le domaine de la radiobiologie, les dommages causés à l'ADN nucléaire sont largement étudiés puisque l’ADN est considéré la cible la plus sensible dans la cellule. En plus de l’ADN, les mitochondries commencent à attirer l'attention comme des cibles sensibles, car elles contrôlent de nombreuses fonctions importantes pour la survie de la cellule. Ce sont des organites à double membranes principalement chargées de la production d'énergie ainsi que la régulation réactive des espèces d'oxygène, la signalisation cellulaire et le contrôle de l'apoptose. Certaines expériences ont montré qu'après exposition aux rayonnements ionisants, les teneurs mitochondriales sont modifiées et leurs fonctions sont affectées. C'est pourquoi nous sommes intéressés par l'étude des effets des rayonnements ionisants sur les mitochondries. À l'échelle microscopique, les simulations Monte-Carlo sont utiles pour reproduire les traces de particules ionisantes pour une étude approfondie. Par conséquent, nous avons produit des fantômes 3D de mitochondries à partir d'images microscopiques de cellules fibroblastiques. Ces fantômes ont été transformés de façon à être téléchargés dans Geant4 sous forme de mailles tessélisées et tétraédriques remplies d'eau représentant la géométrie réaliste de ces organites. Les simulations numériques ont été effectuées afin de calculer les dépôts d’énergie induits par des photons de 250 keV à l'intérieur de ces fantômes. Les processus électromagnétiques Geant4-DNA sont utilisés pour simuler les traces des électrons secondaires produits. Étant donné que les dommages groupés sont plus difficiles à réparer par les cellules, un algorithme spécifique est utilisé pour étudier le regroupement spatial des dégâts potentiels des rayonnements. En radiothérapie, il est difficile de donner une dose efficace aux sites de la tumeur sans affecter les tissus environnants sains. L'utilisation de nanoparticules d'or comme radio-sensibilisateurs semble être prometteuse. Leur coefficient d'absorption élevé augmente la probabilité d’interaction des photons et induit une dose tumorale plus importante lorsque ces particules sont absorbés de manière préférentielle dans les tumeurs. Puisque l'or a un nombre atomique élevé, les électrons Auger sont produits en abondance. Ces électrons ont une portée plus faible que les photoélectrons, ce qui leur permet de déposer la majeure partie de leur énergie près de la nanoparticule, ce qui augmente la dose locale. Nous avons étudié l'effet radio-sensibilisant des nanoparticules d'or sur le fantôme des mitochondries. L'efficacité de cette méthode dépend du nombre, de la taille et de la répartition spatiale des nanoparticules d'or. Après exposition aux rayonnements ionisants, des espèces réactives d'oxygène sont produites dans le milieu biologique qui contient une quantité d'eau abondante. Dans cette étude, nous simulons les espèces chimiques produites à l'intérieur du fantôme des mitochondries et leur regroupement est estimé. La distribution spatiale des produits chimiques et leur évolution avec le temps et par la suite analysée au moyen d’algorithme spécifique de traitement de données
In the field of radiobiology, damage to nuclear DNA is extensively studied since it is considered as a sensitive target inside cells. Mitochondria are starting to get some attention as sensitive targets as well since they control many functions important to the cell’s survival. They are double membraned organelles mainly in charge of energy production as well as reactive oxygen species regulation, cell signaling and apoptosis control. Some experiments have shown that after exposure to ionizing radiation the mitochondrial contents are altered and their functions are affected. That is why we are interested in studying the effects of ionizing radiation on mitochondria. At the microscopic scale, Monte Carlo simulations are helpful in reproducing the tracks of ionizing particles for a close study. Therefore, we produced 3D phantoms of mitochondria starting from microscopic images of fibroblast cells. These phantoms are easily uploaded into Geant4 as tessellated and tetrahedral meshes filled with water representing the realistic geometry of these organelles. Microdosimetric analysis is performed to deposited energy by 250keV photons inside these phantoms. The Geant4-DNA electromagnetic processes are used to simulate the tracking of the produced secondary electrons. Since clustered damages are harder to repair by cells, a clustering algorithm is used to study the spatial clustering of potential radiation damages. In radiotherapy, it is a challenge to deliver an efficient dose to the tumor sites without affecting healthy surrounding tissues. The use of gold nanoparticles as radio-sensitizers seems to be promising. Their high photon absorption coefficient compared to tissues deposit a larger dose when they are preferentially absorbed in tumors. Since gold has a high atomic number, Auger electrons are produced abundantly. These electrons have lower range than photoelectrons enabling them to deposit most of their energy near the nanoparticle and thus increasing the local dose. We studied the radio-sensitizing effect of gold nanoparticles on the mitochondria phantom. The effectiveness of this method is dependent on the number, size and spatial distribution of gold nanoparticles. After exposure to ionizing radiation, reactive oxygen species are produced in the biological material that contains abundant amount of water. In this study, we simulate the chemical species produced inside the mitochondria phantom and their clustering is estimated. We take advantage of the Geant4-DNA chemistry processes libraries that is recently included in the Geant4.10.1 release to simulate the spatial distribution of the chemicals and their evolution with time

Pour comprendre et diagnostiquer les pathologies qui affectent l’organisation spatialede notre squelette, il est essentiel d’aborder ces problématiques en 3D. Le CT-Scan et l’IRMsont des modalités d’imagerie couramment utilisées en milieu clinique pour étudier en 3D notresystème musculosquelettique. La plupart de ces systèmes d’imagerie proposent une acquisitioncouchée sur laquelle les effets gravitaires ne sont pas pris en compte. Le CT-Scan est unemodalité particulièrement irradiante et l’IRM est plus spécifiquement dédiée à l’étude des tissusmous. Le système EOS permet de reconstruire en 3D les os à partir d’une paire deradiographies biplanes à faible dose d’irradiation. En plus, le système EOS propose uneacquisition en position debout, prenant en compte les effets gravitaires. Cette thèse contribue àl’amélioration des méthodes de reconstruction 3D des membres inférieurs à partir des radiosbiplanes. Dans le cadre de thèse on a proposé et évalué : 1) Une méthode de reconstruction3D des membres inférieurs s’appuyant sur des modèles paramétrés et des inférencesstatistiques. 2) Une méthode d’auto-amélioration de la reconstruction 3D des membresinférieurs en utilisant du traitement d’images local et le recalcul d’inférences statistiques. 3)Enfin, des méthodes utilisant des critères de similarité d’images et des critères morphologiquespour détecter de manière automatique le côté médial et latéral du fémur et du tibia. Le but estd’éviter l’inversion par l’opérateur de condyles fémoraux et plateaux tibiaux, affectant la valeurdes paramètres cliniques, surtout les torsions. La méthode de reconstruction proposée dans lecadre de cette thèse est intégrée dans le logiciel sterEOS® et utilisée dans une soixantained’hôpitaux au monde. Les méthodes développées dans le cadre de cette thèse ont permis deprogresser vers la reconstruction semi-automatisée, précise et robuste du membre inférieur
For a better understanding and diagnosis of the pathologies affecting the spatialorganization of our skeleton it is necessary to address them in 3D. CT-Scan and MRI areimaging modalities commonly used to study the musculoskeletal system in 3D. Moreover,patients are recorded in reclining position thus gravity effect can’t be taken into account.Furthermore, CT-Scan exposes patient to high radiation doses and MRI is used mostly tocharacterize soft tissues. With the EOS system, from a pair of low dose biplanar radiographs wecan reconstruct bones in 3D, and the radiographs are recorded in standing position thus gravityeffects are considered. This thesis contributes to the improvement of the 3D reconstructionmethods of lower limbs from biplanar radiographs. In this thesis we have proposed andevaluated: 1) A 3D reconstruction method of the lower limbs based on parametric models andstatistical inferences. 2) A method for the auto-improvement of the 3D reconstruction of thelower limbs. This method combines image processing and the recalculation of the statisticalinferences. 3) Finally, methods based on similarity measures and shape criteria were used todetect automatically the medial and lateral side of the femur and tibia. The aim of thesemethods is to avoid the inversion of the femoral and tibial condyles in biplanar radiographs.These inversions have an impact in the calculation of clinical measurements, particularly thetorsional ones. The reconstruction method proposed in this thesis is already integrated withinthe sterEOS® software, available in 60 hospitals around the world. The methods developed inthis thesis have led us to a semi-automatic, accurate and robust reconstruction of lower limbs

Dans un contexte de changement climatique et d’érosion de la biodiversité marine, la surveillance écologique des habitats marins les plus sensibles est primordiale et nécessite des méthodes opérationnelles de suivi permettant aux décideurs et gestionnaires d’établir des mesures de conservation pertinentes et d’évaluer leur efficacité. TEMPO et RECOR sont deux réseaux de surveillance centrés sur les herbiers de posidonie et les récifs coralligènes, les deux habitats les plus riches et sensibles de Méditerranée. L’objectif de cette thèse est de répondre aux besoins de la surveillance des habitats marins par le développement de méthodes d’évaluation de leur état de santé, basées sur deux techniques d’analyses d’images clés : les réseaux de neurones convolutifs et la photogrammétrie. Les résultats montrent que les réseaux de neurones convolutifs sont capables de reconnaître les principales espèces des assemblages coralligènes sur des photos sous-marines issues de RECOR, avec une précision semblable à celle d’un expert taxonomiste. Par ailleurs, nous avons montré que la photogrammétrie permettait de reproduire en 3D un habitat marin avec une grande précision, suffisante pour un suivi de la structure de l’habitat et de la distribution d’espèces à fine échelle. À partir de ces reconstructions, nous avons mis au point une méthode de cartographie automatique des herbiers de posidonie, permettant de réaliser un suivi temporel de la qualité écologique de cet habitat sensible. Enfin, nous avons caractérisé la structure 3D des récifs coralligènes à partir de leurs reconstructions photogrammétriques et étudié les liens avec la structuration des assemblages qui les composent. Ce travail de thèse a permis de développer des méthodes opérationnelles, aujourd’hui intégrées aux réseaux de surveillance TEMPO et RECOR, et ouvre la voie à de futures recherches, notamment la caractérisation de l’activité biologique des récifs coralligènes grâce au couplage entre photogrammétrie, réseaux de neurones et acoustique sous-marine
In a context of climate change and the erosion of marine biodiversity, ecological monitoring of the most sensitive marine habitats is of paramount importance. In particular, there is a need for operational methods that enable decision-makers and managers to establish relevant conservation measures and to evaluate their effectiveness. TEMPO and RECOR are two monitoring networks focusing on Posidonia meadows and coralligenous reefs, the two richest and most sensitive habitats in the Mediterranean. The objective of this thesis is to meet the needs of effective monitoring of marine habitats by developing methods for assessing their health, based on two key image analysis methods: convolutional neural networks and photogrammetry. The results show that convolutional neural networks are capable of recognizing the main species of coralligenous assemblages in underwater photographs from RECOR, with a precision similar to that of an expert taxonomist. Furthermore, we have shown that photogrammetry can reproduce a marine habitat in three dimensions with a high degree of accuracy, sufficient for monitoring habitat structure and species distribution at a fine scale. Based on these reconstructions, we have developed a method for automatic mapping of Posidonia meadows, enabling temporal monitoring of the ecological quality of this sensitive habitat. Finally, we characterized the three-dimensional structure of coralligenous reefs based on their photogrammetric reconstructions and studied the links with the structuring of the assemblages that make them up. This PhD work has led to the development of operational methods that are now integrated into the TEMPO and RECOR monitoring networks. Results of this work paves the way for future research, in particular concerning characterization of the biological activity of coralligenous reefs thanks to the coupling of photogrammetry, neural networks and underwater acoustics

La finalité industrielle de ce travail est la réalisation d’un simulateur qui permette aux entraîneurs de football de mieux interpréter certaines situations de jeu à partir de séquences vidéo en en proposant une vision 3D, mais aussi de présenter de la manière la plus ergonomique qui soit des schémas de jeux sur la base de ces situations réelles. De plus, contrairement à ce qui se pratique assez couramment dans ce cadre-là, nous avons souhaité – pour des raisons de souplesse d’utilisation – rester dans un cadre assez large et ne pas profiter d’une phase préalable (fastidieuse) de calibrage, ce qui a été à l’origine de verrous scientifiques et technologiques que nous avons cherché à résoudre, et pour lesquels nous proposons des solutions dans la première partie. Les problèmes que nous avons eu à traiter sont de deux natures, informatiques d’une part et ergonomiques d’autre part. Il s’est agi, par exemple, de caractériser la transformation homographique permettant de passer de l’image au modèle, de retrouver la position de la caméra ou de déterminer automatiquement à quelle zone du terrain correspond l’image acquise. Et, au niveau ergonomique, il s’est agi de reproduire le plus fidèlement possible les modes d’appréhension de la réalité terrain, ainsi que de modélisation et de communication des entraîneurs de football
This work refers to a 3D simulator that has for purpose to help football trainers interpreting tactical sequences based on real situations. This simulator has to be able to interpret video movies, to reconstruct a situation. The camera’s calibration state has to be as simple as possible. The first part of this document refers to the solution elaborated to implement this constraint whereas the second one is more oriented on the industrialisation process. These processes imply to focus on vision computing and ergonomics problems and to answer questions such as : how to characterize a homographic transformation matching the image and the model ? How to retrieve the position of the camera? Which area is part of the image? In an ergonomically point of view, the simulator has to reproduce the game play reality and to improve the abstraction and the communication of the coaches

L’objectif général de cette thèse est d’appliquer une méthode d’optimisation polynomiale basée sur la théorie des moments à certains problèmes de vision artificielle. Ces problèmes sont en général non convexes et classiquement résolus à l’aide de méthodes d’optimisation locales Ces techniques ne convergent généralement pas vers le minimum global et nécessitent de fournir une estimée initiale proche de la solution exacte. Les méthodes d’optimisation globale permettent d’éviter ces inconvénients. L’optimisation polynomiale basée sur la théorie des moments présente en outre l’avantage de prendre en compte des contraintes. Dans cette thèse nous étendrons cette méthode aux problèmes de minimisation d’une somme d’un grand nombre de fractions rationnelles. De plus, sous certaines hypothèses de "faible couplage" ou de "parcimonie" des variables du problème, nous montrerons qu’il est possible de considérer un nombre important de variables tout en conservant des temps de calcul raisonnables. Enfin nous appliquerons les méthodes proposées aux problèmes de vision par ordinateur suivants : minimisation des distorsions projectives induites par le processus de rectification d’images, estimation de la matrice fondamentale, reconstruction 3D multi-vues avec et sans distorsions radiales
The overall objective of this thesis is to apply a polynomial optimization method, based on moments theory, on some vision problems. These problems are often nonconvex and they are classically solved using local optimization methods. Without additional hypothesis, these techniques don’t converge to the global minimum and need to provide an initial estimate close to the exact solution. Global optimization methods overcome this drawback. Moreover, the polynomial optimization based on moments theory could take into account particular constraints. In this thesis, we extend this method to the problems of minimizing a sum of many rational functions. In addition, under particular assumptions of "sparsity", we show that it is possible to deal with a large number of variables while maintaining reasonable computation times. Finally, we apply these methods to particular computer vision problems: minimization of projective distortions due to image rectification process, Fundamental matrix estimation, and multi-view 3D reconstruction with and without radial distortions

De nombreux bâtiments anciens sont à rénover pour diminuer leur consommation énergétique. Grâce à l'émergence d’outils numériques tels que la maquette numérique d'un bâtiment ou BIM (Building Information Modeling), des simulations énergétiques peuvent être réalisées. Or, pour la plupart des bâtiments, aucune information numérique n'est disponible. L'objectif de nos travaux est de développer une méthodologie pour générer des maquettes numériques de bâtiments existants à faible coût en limitant l'acquisition de données. Notre choix s'est porté sur l'utilisation de plan papier 2D scanné. Nous faisons l'hypothèse qu'un tel plan est presque toujours disponible pour un bâtiment même s’il n'est pas toujours à jour et que sa qualité influe sur celle de la reconstruction. La reconstruction automatique d'un BIM à partir d'une image se base sur la recherche et l'identification de 3 composantes: la géométrie (forme des éléments), la topologie (liens entre les éléments) et la sémantique (caractéristiques des éléments). Lors de cette phase, des ambiguïtés peuvent apparaître. Nous proposons un processus basé sur des interventions ponctuelles et guidées de l'utilisateur afin d'identifier les erreurs et proposer des choix de correction pour éviter leur propagation.Nous présentons la méthodologie développée pour proposer une reconstruction semi-automatique et une analyse des résultats obtenus sur une base de 90 plans. Les travaux ont ensuite porté sur une généralisation du processus afin d'en tester la robustesse, le passage à l'échelle et la gestion multi-niveaux. Le processus développé est flexible pour permettre l’ajout d'autres sources de données pour enrichir la maquette numérique
Many buildings have to undergo major renovation to comply with regulations and environmental challenges. The BIM (Building Information Modeling) helps designers to make better-informed decisions, and results in more optimal energy-efficient designs. Such advanced design approaches require 3D digital models. However such models are not available for existing buildings. The aim of our work is to develop a method to generate 3D building models from existing buildings at low cost and in a reasonable time. We have chosen to work with 2D scanned plans. We assume that it is possible to find a paper plan for most buildings even if it is not always up-to-date and if the recognition quality is also dependent to the plan. The automatic reconstruction of a BIM from a paper plan is based on the extraction and identification of 3 main components: geometry (element shape), topology (links between elements) and semantics (object properties). During this process, some errors are generated which cannot be automatically corrected. This is why, we propose a novel approach based on punctual and guided human interventions to automatically identify and propose correction choices to the user to avoid error propagation.We describe the developed methodology to convert semi-automatically a 2D scanned plan into a BIM. A result analysis is done on 90 images. The following works is focused on the process genericity to test its robustness, the challenge of moving to scale and the multi-level management. The results highlight the pertinence of the error classification, identification and choices made to the user. The process is flexible in order to be completed by others data sources