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This work focuses on the modelling of problems related to image registration. Image registration consists in finding an optimal deformation such that a deformed image is aligned with a reference image. It is an important task encountered in a large range of applications such as medical imaging, comparison of data or shape tracking. The first chapter concerns the problem of topology preservation. This condition of topology preservation is important when the sought deformation reflects physical properties of the objects to be distorted. The following chapters propose several methods of image registration based on the nonlinear elasticity theory. Indeed, the objects to be matched are modelled as hyperelastic materials. Different fidelity terms have been investigated as well as two joint segmentation/registration models., Ce travail porte sur la modélisation de problèmes liés au recalage d'images. Le recalage consiste à trouver une déformation optimale de sorte qu'une image déformée s'aligne sur une image de référence. Il s'agit d'une technique que l'on rencontre dans de nombreux domaines, comme l'imagerie médicale, la comparaison de données ou le suivi de formes. Le premier chapitre se concentre sur le problème de préservation de la topologie. Cette condition de préservation de la topologie est importante lorsque la déformation recherchée traduit des propriétés physiques des objets soumis à la déformation. Les chapitres suivants proposent la construction de différentes méthodes de recalage d'images fondées sur la théorie de l'élasticité non linéaire. En effet, les objets à apparier sont supposés être des matériaux hyper-élastiques. Différents termes d'attaches aux données ont été explorés ainsi que deux modèles conjoints de segmentation et recalage.

In this dissertation, we are interested in several issues related to 3D data processing. The first one concerns people detection and tracking in depth map sequences. We propose an improvement of an existing method based on a segmentation stage followed by a tracking module. The second issue is head detection and modelling in 3D point clouds. In order to do this, we adopt a probabilistic approach based on a new spherical mixture model. The last considered application deals with the restoration of deteriorated depth maps. To solve this problem, we propose to use a surface approximation method based on interpolation Dm-splines with scale transforms to approximate and restore the image. Presented results illustrate the efficiency of the developed algorithms.; Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs problématiques liées au traitement de données 3D. La première concerne la détection et le suivi de personnes dans des séquences d'images de profondeur. Nous proposons une amélioration d'une méthode existante basée sur une étape de segmentation, puis de suivi des personnes. La deuxième problématique abordée est la détection et la modélisation de têtes dans un nuage de points 3D. Pour cela, nous adoptons une approche probabiliste basée sur un nouveau modèle de mélange sphérique. La dernière application traitée est liée à la restauration d'images de profondeur présentant des données manquantes. Nous proposons pour cela d'utiliser une méthode d'approximation de surface par Dm-splines d'interpolation avec changements d'échelle pour approximer et restaurer les données. Les résultats présentés illustrent l'efficacité des algorithmes développés.

In the context of dialogue analysis, a corpus of dialogues can be represented as a set of arrays of annotations encoding the dialogue utterances. In order to identify the frequently used dialogue schemes, we design a two-step methodology in which recurrent patterns are first extracted and then partitioned into homogenous classes constituting the regularities. Two methods are developed to extract recurrent patterns: LPCA-DC and SABRE. The former is an adaptation of a dynamic programming algorithm whereas the latter is obtained from a formal modeling of the extraction of local alignment problem in annotations arrays.The partitioning of recurrent patterns is realised using various heuristics from the literature as well as two original formulations of the K-partitioning problem in the form of mixed integer linear programs. Throughout a polyhedral study of a polyhedron associated to these formulations, facets are characterized (in particular: 2-chorded cycle inequalities, 2-partition inequalities and general clique inequalities). These theoretical results allow the establishment of an efficient cutting plane algorithm.We developed a decision support software called VIESA which implements these different methods and allows their evaluation during two experiments realised by a psychologist. Thus, regularities corresponding to dialogical strategies that previous manual extractions failed to identify are obtained., Dans le cadre de l’aide à l’analyse de dialogues, un corpus de dialogues peut être représenté par un ensemble de tableaux d’annotations encodant les différents énoncés des dialogues. Afin d’identifier des schémas dialogiques mis en oeuvre fréquemment, nous définissons une méthodologie en deux étapes : extraction de motifs récurrents, puis partitionnement de ces motifs en classes homogènes constituant ces régularités. Deux méthodes sont développées afin de réaliser l’extraction de motifs récurrents : LPCADC et SABRE. La première est une adaptation d’un algorithme de programmation dynamique tandis que la seconde est issue d’une modélisation formelle du problème d’extraction d’alignements locaux dans un couple de tableaux d’annotations.Le partitionnement de motifs récurrents est réalisé par diverses heuristiques de la littérature ainsi que deux formulations originales du problème de K-partitionnement sous la forme de programmes linéaires en nombres entiers. Lors d’une étude polyèdrale, nous caractérisons des facettes d’un polyèdre associé à ces formulations (notamment les inégalités de 2-partitions, les inégalités 2-chorded cycles et les inégalités de clique généralisées). Ces résultats théoriques permettent la mise en place d’un algorithme de plans coupants résolvant efficacement le problème.Nous développons le logiciel d’aide à la décision VIESA, mettant en oeuvre ces différentes méthodes et permettant leur évaluation au cours de deux expérimentations réalisées par un expert psychologue. Des régularités correspondant à des stratégies dialogiques que des extractions manuelles n’avaient pas permis d’obtenir sont ainsi identifiées.

In a first part, we propose an innovative methodology for image matching in the context of reservoir simulation. In order to build a model consistent with data collected on the field, we need to evaluate the error between seismic cubes obtained by simulation and seismic cubes acquired in the oil field. Using image processing tools, we develop a new formulation of the error. The application of this new formulation on synthetic reservoir cases demonstrates its efficiency. In a second part, we address the issue of designing two theoretically well-motivated registration models capable of handling large deformations since they are based on nonlinear elasticity. The shape to be matched are viewed as Ciarlet-Geymonat materials for the first model and as Saint-Venant Kirchhoff materials for the second one. We investigate the efficiency of the proposed matching model for the registration of mouse brain gene expression data to a neuroanatomical mouse atlas.; Dans une première partie, nous proposons une méthodologie innovante pour la comparaison d'images en ingénierie de réservoir. L'objectif est de pouvoir comparer des cubes sismiques obtenus par simulation avec ceux observés sur un champ pétrolier, dans le but de construire un modèle représentatif de la réalité. Nous développons une formulation fondée sur du filtrage, de la classification statistique et de la segmentation d'images. Ses performances sont mises en avant sur des cas réalistes. Dans une seconde partie, nous nous intéressons aux méthodes de recalage d'images utilisées en imagerie médicale pour mettre en correspondance des images. Nous introduisons deux nouveaux modèles de recalage fondés sur l'élasticité non linéaire, où les formes sont appréhendées comme des matériaux de type Saint Venant-Kirchhoff et Ciarlet-Geymonat. Nous justifions théoriquement l'existence de solutions ainsi que la résolution numérique. Le potentiel de ces méthodes est illustré sur des images médicales.

International audience; The aim of our work is to specify and develop a geometric modeler, based on the formalism of iterated function systems with the following objectives: access to a new universe of original, various, aesthetic shapes, modeling of conventional shapes (smooth surfaces, solids) and unconventional shapes (rough surfaces, porous solids) by defining and controlling the relief (surface state) and lacunarity (size and distribution of holes). In this context we intend to develop differential calculus tools for fractal curves and surfaces defined by IFS. Using local fractional derivatives, we show that, even if most fractal curves are nowhere differentiable, they admit a left and right half-tangents, what gives us an additional parameter to characterize shapes.

International audience; In this paper, we study nonlinear multiscale representations on ℝ2 which are interpolatory and based on non-diagonal dilation matrices, such as the quincunx matrix. A compression procedure is then introduced for that kind of representations while numerical experiments conclude the paper.

3D is emerging as a new media. Its widespread adoption requires the implementation of userfriendly tools to create and manipulate three-dimensional shapes. Current softwares heavily rely on underlying shape modeling, usually a surfacic one, and are then often counter-intuitive orlimiting. Our objective is the design of an approach alleviating those limitations and allowing the user to only focus on the process of creating forms. Drawing inspiration from the ancient use of clay,we propose to model a material in a lagrangian description. A shape is described by a particles system, where each particle represents a small fraction of the total volume of the shape. In this framework, the Smoothed Particle Hydrodynamics method enables to approximate physical values anywhere in space. Relying on this method, we propose a modeling of material with two levels, one level representing the topology and the other one describing local geometry of the shape.The SPH method especially enables to evaluate a density of matter. We use this property todefine an implicit surface based on the physical properties of the particles system to reproduce the continuous aspect of matter. Those virtual materials can then be manipulated locally through interactions reproducing the handling of dough in the real world or through global shape deformation. Our approach is demonstrated by several prototypes running either on typical desktop workstation or in immersive environment system., La 3D s'impose comme un nouveau média dont l'adoption généralisée passe par la conception d'outils, accessibles au grand public, de création et de manipulation de formes tridimensionnelles quelconques. Les outils actuels reposent fortement sur la modélisation sous-jacente des formes, généralement surfacique, et sont alors peu intuitifs ou limitatifs dans l'expressivité offerte à l'utilisateur.Nous souhaitons, dans ces travaux, définir une approche ne présentant pas ces défauts et permettant à l'utilisateur de se concentrer sur le processus créatif. En nous inspirant de l'utilisation séculaire de l'argile, nous proposons une approche modélisant la matière sous forme lagrangienne.Une forme est ainsi décrite par un système de particules, où chaque particule représente un petit volume du volume global.Dans ce cadre lagrangien, la méthode Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) permet l'approximation de grandeurs physiques en tout point de l'espace. Nous proposons alors une modélisation de matériaux à deux couches, l'une décrivant la topologie et l'autre décrivant la géométrie du système global.La méthode SPH permet, entre autres, d'évaluer la densité de matière. Ceci nous permet de définir une surface implicite basée sur les propriétés physiques du système de particules pour redonner un aspect continu à la matière.Ces matériaux peuvent alors être manipulés au moyen d'interactions locales reproduisant le maniement de la pâte à modeler, et de déformations globales. L'intérêt de notre approche est démontrée par plusieurs prototypes fonctionnant sur des stations de travail standard ou dans des environnements immersifs.

International audience; This paper deals with the Helmholtz-Hodge decomposition of a vector field in bounded domain. We present a practical algorithm to compute this decomposition in the context of divergence-free and curl- free wavelets satisfying suitable boundary conditions. The method requires the inversion of divergence-free and curl-free wavelet Gram matrices. We propose an optimal preconditioning which allows to solve the systems with a small number of iterations. Finally, numerical examples prove the accuracy and the efficiency of the method.

In this dissertation, we are interested in several issues related to 3D data processing. The first one concerns people detection and tracking in depth map sequences. We propose an improvement of an existing method based on a segmentation stage followed by a tracking module. The second issue is head detection and modelling in 3D point clouds. In order to do this, we adopt a probabilistic approach based on a new spherical mixture model. The last considered application deals with the restoration of deteriorated depth maps. To solve this problem, we propose to use a surface approximation method based on interpolation Dm-splines with scale transforms to approximate and restore the image. Presented results illustrate the efficiency of the developed algorithms., Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons à plusieurs problématiques liées au traitement de données 3D. La première concerne la détection et le suivi de personnes dans des séquences d'images de profondeur. Nous proposons une amélioration d'une méthode existante basée sur une étape de segmentation, puis de suivi des personnes. La deuxième problématique abordée est la détection et la modélisation de têtes dans un nuage de points 3D. Pour cela, nous adoptons une approche probabiliste basée sur un nouveau modèle de mélange sphérique. La dernière application traitée est liée à la restauration d'images de profondeur présentant des données manquantes. Nous proposons pour cela d'utiliser une méthode d'approximation de surface par Dm-splines d'interpolation avec changements d'échelle pour approximer et restaurer les données. Les résultats présentés illustrent l'efficacité des algorithmes développés.