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Signal, image, vision
/ 06-11-2019
Toullier Thibaud
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L'utilisation de caméras infrarouges bas coûts pour la surveillance long-terme d'infrastructures est prometteuse grâce aux dernières avancées technologiques du domaine. Une mesure précise de la température des surfaces observées in-situ se heurte au manque de connaissance des propriétés radiatives de la scène. L'utilisation d'une instrumentation multi-capteurs permet d'affiner le modèle de mesure afin d'obtenir une estimation plus précise de la température. A contrario, il est montré qu'il est toujours possible d'exploiter des données climatiques en ligne pour pallier un manque de capteur. Des méthodes bayésiennes d'estimation conjointe d'émissivité et de température sont ensuite développées et comparées aux méthodes de la littérature. Un simulateur d'échanges radiatifs diffus de scènes 3D a été implémenté afin de tester ces différentes méthodes. Ce logiciel utilise l'accélération matérielle de la machine pour réduire les temps de calcul. Les résultats numériques obtenus mettent en perspective une utilisation avancée de la thermographie infrarouge multi-spectrale pour la surveillance de structures. Cette estimation conjointe permet alors d'obtenir un estimé de la température par thermographie infrarouge avec une incertitude connue.
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Électronique
/ 04-11-2019
Calleau Antoine
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Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la conception de cavités de Fabry-Perot (FP) large bande, en polarisation circulaire. Une cavité compacte créée entre une surface haute impédance (SHI) et une surface sélective en fréquence (SSF) est alimentée par une source polarisée linéairement. La SHI ainsi que la SSF sont toutes deux tensorielles. Il est démontré qu'une telle cavité peut supporter un mode à ondes de fuite hybride, permettant la génération de la polarisation circulaire. La première partie de cette thèse est consacrée à la présentation d'un outil d'analyse numérique basé sur une utilisation des fonctions de Green spectrales. Une prédiction rapide et précise des performances en rayonnement est obtenue. La seconde partie présente dans un premier temps l'utilisation de cet outil pour la conception d'une antenne FP large bande rayonnant en polarisation circulaire. La fabrication d'un prototype permet de valider ces études. Dans un second temps une cavité alimentée par de multiples sources est étudiée. Des performances en dépointage sur un large secteur angulaire sont démontrées et une bonne qualité de polarisation sur une très large bande est réalisée. Un dernier prototype en bande Ka est en cours de fabrication. Les résultats de simulations démontrent le potentiel de la solution envisagée.
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Signal, Image, Vision
/ 12-07-2019
Cabon Sandie
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L'objectif de ces travaux, conduits dans le cadre du projet européen Digi-NewB et d'une thèse CIFRE, était de proposer une nouvelle approche non-invasive de monitoring en unités de soins intensifs néonatales (NICU). Ce nouveau monitoring doit permettre d'évaluer de façon continue l'évolution neurocomportementale des nouveau-nés prématurés à partir de modalités non-invasives telles que la vidéo et l'audio. Après une étude bibliographique de plus de 150 documents, une première étude portant sur une estimation semi-automatique des stades de sommeil a été effectuée. L'approche proposée combinait pour la première fois des analyses vidéo et audio. Les limites identifiées lors de cette étude ont permis de proposer un nouveau système audio-vidéo et d'étudier son intégration en NICU. Des méthodes d'analyse vidéo, du son et de classification (Random Forest, KNN, Réseaux de Neurones…) ont été proposées. Elles permettent une caractérisation continue du comportement des nouveau-nés en termes de quantification des mouvements et d'analyse des pleurs. Les difficultés liées aux contraintes des conditions réelles de NICU ont été étudiées et des solutions pour écarter les périodes non analysables (e.g., parents ou personnel médical dans le champ de la caméra, alarmes provenant des appareils médicaux) ont été développées. Les résultats sont encourageants et montrent qu'il est aujourd'hui possible d'imaginer une nouvelle génération de monitoring basée sur des analyses non-invasives pour caractériser le développement neurocomportemental du nouveau-né.
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Électronique
/ 04-07-2019
Orlacchio Rosa
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La partie inférieure de la bande de les ondes millimétriques (OMM, c'est-à-dire 20–100 GHz) constitue une alternative attrayante pour le traitement thermique non invasif du mélanome. Le chauffage pulsé induit électromagnétiquement peut entraîner des dommages plus importants dans les cellules par rapport au chauffage continu traditionnel. Dans ce travail, nous étudions les modifications induites au niveau cellulaire dans les cellules de mélanome à la suite d'une exposition au chauffage induit par en onde continue (CW) et ou en régime modulé (PWM) avec avec la même élévation de température moyenne, à 58.4 GHz. Premièrement, l’impact de la convection thermique sur la dynamique de la température dans des modèles représentant des conditions d’exposition in vitro typiques lors du chauffage par CW et PWM est étudié expérimentalement. Deuxièmement, la réponse au choc thermique, médiée par la phosphorylation d'une protéine de choc thermique (HSP27) et l'activation de Caspase-3, indicateur de l'apoptose cellulaire, est quantifiée pour surveiller la réponse biologique en utilisant une approche expérimentale basée sur la microscopie à fluorescence. Deux durées d'impulsion (1.5 s et 6 s) sont considérées. Nos résultats démontrent que les impulsions thermiques sont capables d'induire une réponse cellulaire plus forte dans les cellules de mélanome à la fois en termes de choc thermique et de mortalité cellulaire par rapport à celle induite en CW. Plus la durée de l'impulsion est courte, plus la réponse cellulaire est grande.
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Signal, image, vision
/ 27-06-2019
Khreis Soumaya
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Ce mémoire de thèse vise à proposer de nouvelles méthodes robustes pour l'estimation de la fréquence respiratoire (FR) à partir des signaux physiologiques souvent utilisés dans la clinique comme l'électrocardiogramme (ECG) ou le photoplethysmogramme (PPG), tout en évitant de porter des capteurs encombrants et inconfortables. En effet, la respiration influence les signaux ECG et/ou PPG. Plusieurs modulations qui décrivent la respiration sont extraites basée principalement sur l'amplitude, la fréquence et la ligne de base. Il est toutefois difficile de déterminer la combinaison optimale des modulations pour obtenir une estimation précise de la FR en raison du bruit, la spécificité de chaque patient et de l'activité. Après une revue de la littérature, il ressort que peu de travaux ont étudié la qualité de ces modulations. Nous proposons donc de quantifier la qualité des modulations à l'aide d'indices de qualité respiratoire (IQR), un nouvel indice basé sur une modulation sinusoïdale est introduit. Puis, deux méthodes sont proposées: la première sélectionne automatiquement la modulation avec l'IQR le plus élevé pour une estimation de la FR, la seconde combine les deux meilleurs modulations avec le lisseur de Kalman (LK). Une nouvelle approche de fusion de modulations basée sur un modèle multimodale est également explorée. Ces méthodes sont évaluées sur trois bases de données de différents contextes cliniques: la surveillance dans les soins postopératoires (où les patients sont immobiles), le suivi pendant les activités physiques quotidiennes et la surveillance néonatale. Les résultats expérimentaux montrent que les IQRs associés à un algorithme de fusion augmentent la précision de l'estimation de la FR à partir des modulations dérivées et montrent des résultats supérieurs aux travaux issus de la littérature.
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Signal, image, vision
/ 14-06-2019
Schuster Romain
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Les flux d'air intérieurs, d'origine naturelle ou mécanique, participent de manière significative au transport de particules et aux transferts thermiques au sein des bâtiments. Que ce soit pour des raisons de santé et sécurité au travail, de confort thermique ou encore d'économie d'énergie, il est crucial de pouvoir les étudier sur place pour mieux les maîtriser. L'objectif de cette thèse aura été de développer une méthode permettant de mesurer sur site, la vitesse de flux d'air intérieurs sur de grands domaines d'observation (supérieurs au mètre carré). Pour cela, nous nous sommes tournés vers les techniques basées images qui consistent à suivre le mouvement de traceurs passifs introduits dans l'air pour en déduire une estimation de sa vitesse. Ce type de méthode est déjà largement utilisé en laboratoire de recherche pour étudier les écoulements dans des contextes bien maîtrisés. Cependant, le passage à la mesure sur le terrain et à l'observation grand champ nécessitent quelques adaptations. Ces adaptations concernent notamment le choix de nouveaux traceurs, l'éclairage ainsi que la méthode d'estimation de mouvement à partir de séquences d'images. Dans un premier temps, nous avons développé un algorithme d'estimation de mouvement permettant l'estimation de la vitesse aux grandes échelles à partir d'images de particules et d'images de scalaire. Nous avons ensuite éprouvé en soufflerie, sur des écoulements de couche de mélange et de sillage de cylindre, une méthode de mesure basée image grand champ n'utilisant qu'une seule caméra, un éclairage LED, des traceurs de type bulles ou fumée ainsi que l'algorithme évoqué plus haut. Nous avons confronté la mesure obtenue à une mesure réalisée par anémométrie à fil chaud. Les résultats de cette campagne de mesure ont montré la capacité de la méthode à mesurer les principales caractéristiques des écoulements considérés. Enfin, nous avons appliqué la méthode développée à une mesure sur site du flux d'aspiration d'une sorbonne de laboratoire en conditions réelles de fonctionnement. Cette mesure a permis de mettre en évidence des zones de forte turbulence et de recirculation, sources de fuites potentielles.
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Signal, image, vision
/ 29-05-2019
Hawary Fatma
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En capturant une scène à partir de plusieurs points de vue, un champ de lumière fournit une représentation riche de la géométrie de la scène, ce qui permet une variété de nouvelles applications de post-capture ainsi que des expériences immersives. L'objectif de cette thèse est d'étudier la compressibilité des contenus de type champ de lumière afin de proposer de nouvelles solutions pour une imagerie de champs lumière à plus haute résolution. Deux aspects principaux ont été étudiés à travers ce travail. Les performances en compression sur les champs lumière des schémas de codage actuels étant encore limitées, il est nécessaire d'introduire des approches plus adaptées aux structures des champs de lumière. Nous proposons un schéma de compression comportant deux couches de codage. Une première couche encode uniquement un sous-ensemble de vues d’un champ de lumière et reconstruit les vues restantes via une méthode basée sur la parcimonie. Un codage résiduel améliore ensuite la qualité finale du champ de lumière décodé. Avec les moyens actuels de capture et de stockage, l’acquisition d’un champ de lumière à très haute résolution spatiale et angulaire reste impossible, une alternative consiste à reconstruire le champ de lumière avec une large résolution à partir d’un sous-ensemble d’échantillons acquis. Nous proposons une méthode de reconstruction automatique pour restaurer un champ de lumière échantillonné. L’approche utilise la parcimonie du champs de lumière dans le domaine de Fourier. Aucune estimation de la géométrie de la scène n'est nécessaire, et une reconstruction précise est obtenue même avec un échantillonnage assez réduit. Une étude supplémentaire du schéma complet, comprenant les deux approches proposées est menée afin de mesurer la distorsion introduite par les différents traitements. Les résultats montrent des performances comparables aux méthodes de synthèse de vues basées sur la l’estimation de profondeur.
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Télécommunications
/ 28-05-2019
Kabalan Aladdin
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Les avions comportent plusieurs systèmes de navigation et de communication nécessitent des antennes VHF large bande. Réduire la taille de ses antennes est un enjeu majeur tout en gardant des bonnes performances. Cette thèse propose des nouvelles configurations d'antennes à profil bas utilisant des nouveaux matériaux nanocomposites non conducteurs constitués de nanoparticules magnétiques développés au Lab-STICC. Un monopole planaire large bande a été développé et optimisé avec un taux de miniaturisation de 60% grâce à l'utilisation d'un matériau magnéto-diélectrique de forte perméabilité et faible pertes couvrant seulement 5% de sa surface. Les résultats expérimentaux, en presque parfait accord avec les simulations, montrent que le diagramme de rayonnement est omnidirectionnel et que la polarisation est verticale, avec un bon niveau du gain. L'antenne monopole planaire insérée dans un MMD des dimensions limitées avec des pertes a été modélisée par un nouveau circuit équivalent multi résonant. Ce circuit est développé à partir de l'impédance d'entrée de l'antenne et des caractéristiques du MMD, et validé par les simulations avec un parfait accord entre les résultats.
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Électronique
/ 22-05-2019
Tao Zhi
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La détection de lumière dans une large gamme de longueur d’onde allant de l’UV au proche infrarouge est réalisée avec une sensibilité importante en utilisant l’effet d’amplification amené par un transistor à effet de champ et la capacité de détection dans une grande gamme de longueur d’onde amenée par des nanoparticules de CdSe et de PbS de diamètres différents. Dans une première partie, un FET utilisant une couche active de nanofils de ZnO est fabriqué. La détection de lumière UV-Vis est assurée en enrobant ces nanofils par un mélange de nanoparticules de CdSe et d’oxyde de graphène. L’oxyde de graphène assure une bonne transition des électrons crées par la lumière dans le CdSe vers le ZnO. La photo-réponse obtenue, supérieure à 104 A/W à 350 nm, a été multipliée par un facteur 100 dans la gamme 200-500nm en utilisant l’oxyde de graphène. Dans une seconde partie, la détection de lumière infrarouge a été assurée par des nanoparticules de PbS incorporées dans un transistor organique de type N utilisant du C60 comme couche active. Les électrodes en argent de ce transistor et son isolant de grille en photorésine SU8 sont déposés par impression. Les nanoparticules sont déposées en solution à l’interface entre le semiconducteur et l’isolant de grille. Ce phototransistor incorporé dans un inverseur a montré l’apparition d’un signal de sortie de 2V dû à l’application d’une lumière de 1050 nm de longueur d’onde et de 250 µw/cm2 de puissance.
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Signal, image, vision
/ 02-05-2019
Snoussi Haykel
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L'IRM quantitative a un potentiel énorme pour fournir une valeur intrinsèque et indirecte aux propriétés des tissus utiles au diagnostic, au pronostic et aux essais cliniques de la sclérose en plaques (SEP), qui est une maladie inflammatoire du système nerveux central. Complémentaire à l’imagerie cérébrale, étudier l’impact de la maladie sur la moelle épinière grâce à l’imagerie quantitative, en particulier l’IRM de diffusion, devient un véritable défi. L'acquisition et le traitement de ce type de données posent des problèmes inhérents en raison de la distorsion de susceptibilité, de la petite section transversale de la moelle et l’absence de repères anatomiques visibles qui permettant d'identifier des voies ou du niveau vertébral. Dans ce contexte, nous proposons plusieurs contributions pour le traitement et l'analyse statistique de ces données. Tout d'abord, nous proposons de nouvelles métriques géométriques pour évaluer et comparer différentes méthodes de correction de distorsion en mesurant l'alignement du modèle de diffusion reconstruit avec l'axe central apparent de la moelle épinière. Deuxièmement, en utilisant une cohorte de patients atteints de SEP et de témoins sains, nous étudions le lien entre les mesures de diffusion et la présence ou l'absence de lésion dans un niveau vertébral donné et nous montrons que nous pouvons prédire ce dernier avec une bonne précision en utilisant un apprentissage linéaire multivarié. Enfin, nous montrons la faisabilité d’une étude longitudinale de l’évolution des métriques d'IRM de diffusion en réalisant une étude de reproductibilité à l’aide d’un ensemble de données test-retest, et l’appliquons aux 2 premières acquisitions (M0 et M12) de notre cohorte de patients.
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