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Irrigation consumes 70% of the water quantity used worldwide. In a context of rising food demand and declining in water resources, the development of advanced irrigation technologies based on modern techniques in agriculture is a significant demand to keep this resource safe. To achieve this target, the management of water resources in agriculture needs to be specified and controlled. This study aims to propose an automatic, non-contact and cost-effective soil irrigation system based on analysing the changes in loam soil colour captured by a digital camera at different illumination levels. A graphic user interface (GUI) attached to the Arduino Uno microcontroller was used to drive the water pump and determine whether the loam soil requires irrigation or not. The experimental results illustrate the effectiveness of the proposed irrigation system to determine soil state and provide an accurate decision for soil irrigating, thus making this system a promising approach in future irrigation technologies.

International audience; Asplünd’s metric, which is useful for pattern matching, consists in a double-sided probing, i.e. the over-graph and the sub-graph of a function are probed jointly. It has previously been defined for grey-scale images using the Logarithmic Image Processing (LIP) framework. LIP is a non-linear model to perform operations between images while being consistent with the human visual system. Our contribution consists in extending the Asplünd’s metric to colour and multivariate images using the LIP framework. Asplünd’s metric is insensitive to lighting variations and we propose a colour variant which is robust to noise.

The final publication is available at Springer via http://dx.doi.org/10.1007/978-3-319-52277-7_5; International audience; Asplünd 's metric, which is useful for pattern matching, consists in a double-sided probing, i.e. the over-graph and the sub-graph of a function are probed jointly. This paper extends the Asplünd 's metric we previously defined for colour and multivariate images using a marginal approach (i.e. component by component) to the first spatio-colour Asplünd 's metric based on the vectorial colour LIP model (LIPC). LIPC is a non-linear model with operations between colour images which are consistent with the human visual system. The defined colour metric is insensitive to lighting variations and a variant which is robust to noise is used for colour pattern matching.

An automated image analysis method has been developed for the monitoring of the Gram-staining characteristics of filamentous bacteria in activated sludge. The binary method of pixel classification agreed with manual estimation (level of correlation of 0.9 for Gram-positive bacteria). Its robustness has been assessed by repeatability tests. Population shifts in terms of Gram-staining characteristics have been monitored in laboratory-scale experiments with two feeding schedules using this technique.

This dissertation contains a summary of research activities in mathematical morphology done in LSIIT (UMR 7005 CNRS–UDS) since 2003. Mathematical morphology is a theory introduced more than 40 years ago by two french researchers, Georges Matheron and Jean Serra. Since then, it has been widely used in the fields of image analysis and processing, due to its ability to analyse spatial structures (most often by means of a neighbourhood called structuring element) in a non-linear framework. Its application to binary and greylevel images is straightforward, relying on the set theory or preferably the lattice theory. However, its extension to multivalued images (where each pixel is represented by a vector instead of a scalar) is not trivial and is still an open problem. Thus, we focused on vectorial morphological approaches based on (theoretically sound) total orderings, and we have try to alleviate their high asymetric behavior with various quantification methods in order to rely on the whole set of available data. We have also studied another strategy which avoids the explicit need of a vectorial ordering by decomposing the image into a set of binary or greyscale components, which are then processed independently or jointly. Regardless of image type, building a morphological image analysis system requires most often some domain expertise and very precise knowledge about the problem under consideration in order to select, combine, and set up adequately the morphological operators to be involved. Thus, morphological methods cannot usually be reused in a different context from the one for which they have been designed, and do not ensure the genericity property expected in image analysis. This problem is of course not limited at all to mathematical morphology (it is frequently encountered in image processing), and we have addressed it following two principal directions. On the one side, we have studied how knowledge could be formalised within structuring elements in the context of object detection. On the other side, we have relied on techniques from supervised classication (where learning sets are provided by the expert) or unsupervised classification or clustering (where only the number of objects or classes of interest is known) wihtin the process of image segmentation. The overall objective is to obtain multivalued and supervised morphological approaches, able to process every kind of data, in any context. So we have applied these works in several fields, in particular colour image analysis (with the aim of content-based image annotation and retrieval), remote sensing (at very high spatial resolution), and astronomical imaging (where data can be very noisy). These application fields, where images are multivalued and knowledge integration to drive image processing techniques is necessary, are relevant since spatial information is crucial (thus mathematical morphology is worth being used). Recurring problems we were dealing with in these fields are object detection, image segmentation and description. Complementary to these mathematical morphology-related works, we also present the PELICAN project, which is a generic and extensible framework for image processing. This dissertation ends with indicating a few research directions for future works in the context of several collaborative projects. Ensuring invariance and uncertainty within mathematical morphology would help solving biomedical imaging-related problems. Using mathematical morphology for video sequence analysis and design of local image descriptors would offer some alternative solutions for multimedia indexing. Finally, since mathematical morphology is by no way limited to image data, its application to other types of data should be carefully studied., Ce mémoire présente une synthèse des activités de recherche en morphologie mathématique menées au LSIIT (UMR 7005 CNRS–UDS) depuis 2003. La morphologie mathématique est une théorie introduite il y a quarante ans par les chercheurs français Georges Matheron et Jean Serra. Elle connaît depuis un vif succès dans la communauté de l'analyse et du traitement des images, puisqu'elle permet l'analyse des structures spatiales (le plus souvent au travers d'un voisinage défini par le terme d'élément structurant) dans un cadre non-linéaire. Son application aux images binaires et aux images en niveaux de gris s'effectue très simplement en s'appuyant sur la théorie des ensembles ou mieux, celle des treillis. Cependant, son extension au cas des images multivaluées (où chaque pixel est représenté par un vecteur et non plus par un scalaire) n'est pas triviale et reste un problème ouvert. Ainsi, nous nous sommes intéressés aux approches morphologiques vectorielles basées sur des ordres totaux (aux fondements théoriques les plus valides), en cherchant à atténuer, à l'aide de différentes méthodes de quantification, leur caractère fortement asymétrique afin de mieux exploiter l'ensemble des données disponibles. Nous avons également étudié une autre stratégie consistant à éviter l'appel explicite à un ordre vectoriel, et à décomposer l'image en un ensemble de composantes binaires ou à niveaux de gris, traitées indépendemment ou conjointement. Indépendamment de la nature des images considérées, la création des systèmes d'analyse d'image par morphologie mathématique nécessite le plus souvent une expertise du domaine et une connaissance très fine du problème pour pouvoir choisir, combiner, et paramétrer les opérateurs morphologiques à bon escient. De ce fait, les méthodes morphologiques ne peuvent généralement pas être réutilisées dans un contexte différent de celui pour lequel elles ont été élaborées, et ne respectent que très peu la contrainte de généricité souhaitée en analyse d'image. Ce problème n'est bien sûr pas spécifique à la morphologie mathématique et est récurrent en traitement d'image, et nous l'avons abordé selon deux axes principaux. D'une part, nous avons étudié les connaissances pouvant être formalisées au sein des éléments structurants dans le contexte de la détection d'objet. D'autre part, nous avons exploité des procédures de classification supervisée (où des ensembles d'apprentissage sont fournis par l'expert) ou non-supervisée (où seul le nombre d'objets ou de classes d'intérêt est connu) au sein du processus de segmentation d'image en régions. L'objectif sous-jacent à ces travaux fondamentaux est d'aboutir à terme à des approches morphologiques multivaluées et guidées par les connaissances, aptes à traiter tout type d'information, dans tout contexte. Nous avons donc cherché à appliquer ces développements théoriques et méthodologiques dans différents domaines, en particulier l'analyse d'images couleur (dans un but d'annotation et de recherche par le contenu), ainsi que la télédétection (à très haute résolution spatiale) et l'imagerie astronomique (où les données peuvent être particulièrement bruitées). Ces domaines d'application, où les images sont de nature multivaluée et où l'intégration de connaissances pour guider les traitements est nécessaire, sont particulièrement pertinents puisque l'information spatiale y est cruciale, la morphologie mathématique prenant alors tout son sens. Les problèmes récurrents rencontrés dans ces différents domaines sont la détection, la segmentation, et la description des images. En complément à ces travaux relatifs à la morphologie mathématique, nous présentons le projet PELICAN, une plate-forme générique et extensible pour le traitement d'image. Ce mémoire se termine par une présentation de quelques perspectives de recherche envisagées dans le cadre de différentes collaborations. Ainsi, l'apport des propriétés d'invariance et d'imprécision dans le contexte de la morphologie mathématique aurait des répercussions en imagerie du vivant. L'analyse morphologique de séquences vidéo, et l'élaboration de descripteurs morphologiques locaux offriraient des solutions alternatives en indexation multimédia. Enfin, la morphologie mathématique n'étant par définition pas limitée à des données de type image, son application à des données de différentes natures mérite d'être étudiée avec une attention particulière.

Counting cells in culture is a common task in biotechnology research and production. This process should be automated to provide fast and objective quantification. Flow cytometry is adapted to count cells in suspension. However, the morphological information and the spatial organisation of adherent cells are lost when cells are removed from culture. This paper proposes a methodology based on image analysis to quantify stained nuclei in culture. The protocol is composed of several steps: cell staining, automatic microscopy imaging, segmentation by an automatic algorithm including a classification approach, and computation of quantitative data that characterizes the growth of cells. An evaluation shows that the automatic process of counting provides results similar to human manual counting. The major interests of the proposed approach are the fully automated processing and preservation of cell shapes and positions in culture. More than two thousand culture conditions have been measured by this tool for various applications including optimization of cell culture media, improvement of the culture processes and measurement of drug toxicity.

In this paper, we discuss common colour models for background subtraction and problems related to their utilisation are discussed. A novel approach to represent chrominance information more suitable for robust background modelling and shadow suppression is proposed. Our method relies on the ability to represent colours in terms of a 3D-polar coordinate system having saturation independent of the brightness function; specifically, we build upon an Improved Hue, Luminance, and Saturation space (IHLS). The additional peculiarity of the approach is that we deal with the problem of unstable hue values at low saturation by modelling the hue-saturation relationship using saturation-weighted hue statistics. The effectiveness of the proposed method is shown in an experimental comparison with approaches based on RGB, Normalised RGB and HSV.

Ornamental stones are commonly used in urban areas, particularly in the Abidjan region where their beauty vies with their range. Given this, the concern of the beholder of these ornamental materials is to know how they will behave in the bad weather conditions and other climatic changes observed continuously or almost everyday in tropical rain areas. It is this concern which prompted the present study whose objective is to carry out experiments about the evolution of some kinds of ornamental materials by reproducing tropical-rain-area meteorological phenomena in a laboratory. For this reason, this study consists in designing a model of tropical rain climate and performing experiments in vitro to test the apparatus used to create the relevant weather conditions. To do this, the following variables were taken into account in the study: the speed of raindrop impacts (2,3 m.s-1), calorific energy and its fluctuations expressed in surface temperature ranging from 24° C to 76° C, the hygrometric environment which varies from saturations (rains and nightly dewdrops) and a RH of 85%, as well as wetness (51 metres of water per hour). Prototypes of ornamental stones made of Ivorian ornamental rock deposits from Okrouyo (syenite) and Yakala (rose granite) were used as samples to test the apparatus. At each stage of a 6, 9 and 12-month experiment, the samples were digitalised. Later, using Visilog 5.4 (Noesis, 2001) and Paint Shop Pro 5.0 (Jasc Sofware, 1998), the colour image analysis of the digitalised pictures was started as the most appropriate mode of investigation for comparing the pictures obtained at the different stages of the experiment and those existing at the start. This comparison exercise consisted in removing the initial pictures from those obtained at the different stages of digitalisation. The study of the pictures derived from the removal of the initial ones revealed that there exists a similarity between the areas of ferrallitisation a consequence of the weathering into tropical rain climate, and the area generated through the experimental design proposed herein., Les roches ornementales sont d'un usage généralisé dans les agglomérations urbaines notamment dans la région d'Abidjan où leur beauté la dispute à leur diversité. Dès lors, le souci qui habite l'utilisateur potentiel de ces matériaux ornementaux, est de savoir quel peut être leur comportement, face aux intempéries et autres changements climatiques qui sont le lot permanent ou quasi quotidien des zones tropicales humides. C'est la recherche d'une réponse à cette préoccupation qui a motivé ce travail, dont l'objectif final est de conduire, sous conditions météorologiques de la zone tropicale humide reproduites au laboratoire, des expérimentations relatives à l'évolution des certains types de matériaux ornementaux. Le présent travail a donc porté sur la formalisation d'un modèle de climat tropical humide, ainsi que, sur des expérimentations in vitro, en vue de tester le dispositif expérimental devant mettre en œuvre les conditions climatiques subséquentes. De ce fait, la conception de ce dispositif expérimental a pris en compte les paramètres que sont: la vitesse d'impact des gouttes de pluie (2,3 m.s-1), l'énergie calorifique et ses fluctuations qui s'expriment en des températures à la surface du sol variant entre 24 °C et 76°C, l'environnement hygrométrique qui oscille entre les saturations (pluies, et rosées nocturnes) et HR (humidité relative) égale à 85%, ainsi que la pluviosité (51 mètres d'eau par heure). Des plaques polies issues des gisements ivoiriens de roches ornementales d'Okrouyo (syénite) et de Yakala (granite rose) ont servi d'échantillons pour tester le dispositif expérimental. Au bout de 6, 9, et 12 mois, on a numérisé des images de la surface polie des échantillons. Par la suite, à l'aide des logiciels Visilog 5.4 (Noesis, 2001) et Paint Shop Pro 5.0 (Jasc Software, 1998), on a mis en œuvre l'analyse colorimétrique d'images numérisées, retenue comme le mode d'investigation le plus approprié pour comparer les images obtenues à 12 mois, avec celles de départ. Cette comparaison a procédé par soustraction des images de départ, de celles à l'issue de 12 mois d'essai L'étude des images issues des opérations de soustraction a dégagé qu'il existe une analogie entre le milieu de ferrallitisation, conséquence de l'altération météorique en climat tropical humide, et le milieu généré par la mise en œuvre du dispositif expérimental qu'on propose. Elle a aussi permis de se rendre compte que l'utilisation du matériau d'Okrouyo devrait se limiter à des revêtements intérieurs. Par contre celui de Yakala pourrait être utilisé à la fois pour des revêtements intérieurs et extérieurs.