Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

AIX-MARSEILLE UNIVERSITÉ ED 352 : PHYSIQUE ET SCIENCES DE LA MATIERE FACULTE SA

AIX-MARSEILLE UNIVERSITÉ ED 352 : PHYSIQUE ET SCIENCES DE LA MATIERE FACULTE SAINT JEROME INSTITUT FRESNEL (UMR 7249) MEMOIRE D’HABILITATION A DIRIGER DES RECHERCHES Discipline : Physique Spécialité : Traitement du Signal Julien MAROT Méthodes déterministes et méta-heuristiques d’estimation de paramètres pour le traitement des images multidimensionnelles Synthèse des travaux de recherche en vue de l’obtention du diplôme d’habilitation à diriger des recherches Soutenue le 02/07/2019 devant le jury composé de : Pascal Larzabal PR, SATIE ENS Cachan Rapporteur Eric Moreau PR, LIS Toulon Rapporteur Yide Wang PR, IETR Nantes Rapporteur Régine Le Bouquin Jeannès PR, LTSI Rennes Présidente Claire Migliaccio PR, LEAT Nice Examinateur Camel Tanougast PR, LCOMS Nancy Examinateur Jacques Blanc-Talon Dr, DGA Paris Invité Salah Bourennane PR, Institut Fresnel Marseille Tuteur Cette oeuvre est mise à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution - Pas d’Utilisation Commerciale - Pas de Modiﬁcation 4.0 International. Résumé Mots clés : Image, Optimisation bio-inspirée, Multispectral Ce document présente un aperçu des travaux de recherche menés pendant une dizaine d’années dans le domaine du traitement des images. En tant que Maître de Conférences, une grande partie de mon temps est consacrée à l’ensei- gnement, et j’ai tenu à évoquer brièvement cette activité. Mes travaux de thèse y sont également résumés, car ils servent de socle aux travaux que j’ai menés im- médiatement après en encadrant deux doctorants. Ils portaient principalement sur la caractérisation de contours par des méthodes de transformation d’images et des algorithmes déterministes d’optimisation. Après des activités applicatives à l’Institut Fraunhofer IIS mes travaux ont été menés principalement en collabo- ration avec des doctorants. Chaque sujet abordé dans ce document est étayé par une application en relation avec un partenaire industriel ou académique. Dans le prolongement direct de ma thèse, nous avons caractérisé des contours ﬂlous et étoilés distordus, par des méthodes d’optimisation déterministes. La caracté- risation de contours est illustrée par une application de détection de défauts dans des surfaces métalliques soumise par l’Institut Fraunhofer IIS. Nous avons ensuite, avec deux doctorants différents, travaillé avec l’entreprise IntuiSense Technologies, dans le cadre de systèmes de vision par ordinateur, soit pour faire de la classiﬁcation de posture de la main, soit pour estimer la position de vi- sages dans une scène. Dans le second cas les aspects embarqués ont été pris en compte en tant que contrainte forte de travail. L’estimation de paramètres par des méthodes méta-heuristiques bio-inspirées a progressivement pris de la place dans mes activités. Nous avons commencé par adapter une méthode inspirée du comportement des oiseaux appelée ’optimisation par essaim de particules’ pour l’estimation de rangs utilisés pour débruiter une image multi-spectrale, dans le paradigme de la transformée en paquets d’ondelettes. Un montage a été réalisé à l’Institut Fraunhofer IIS, et deux collaborations académiques nous ont conduits à une application en imagerie en ﬂuorescence et à une application en imagerie RX multispectrale. Puis, le domaine des mathématiques appliquées que constitue la méta-heuristique étant en plein essor, nous nous sommes investis dans la créa- tion d’une méthode innovante d’optimisation bio-inspirée, capable d’estimer des valeurs de paramètres de façon conjointe dans des espaces de recherche à la fois discrets et continus. Nous avons appelé cette nouvelle méthode d’optimisation bio-inspirée la méthode du loup gris mixte, car elle s’inspire du comportement d’une meute de loups. Nous avons appliqué notre méthode au débruitage et dé- mélange conjoint d’images multi-spectrales. 3 Abstract Keywords: Image, Bio-inspired Optimization, Multispectral This document summarizes a 10-year period of research handled in the do- main of image processing. As an assistant professor, teaching is an important part of my activities and I evoke it brieﬂy. My PhD is also summarized because it has been used as a basis for works performed with two PhD students. It dealt mainly with contour characterization with image transform methods and deter- ministic optimization algorithms. After some applicative activities in Fraunhofer Institute IIS, my work has been mainly performed through the supervision of PhD students. Each topic considered in this document is illustrated with an ap- plication proposed by an industrial or academic partner. With a methodology inspired by my Thesis, we have characterized blurred and star-shaped contours with deterministic optimization methods. Contour characterization is illustrated through a non-destructive defect detection application proposed by the Fraun- hofer Institute IIS. We have then, with two different PhD students, collaborated with the ﬁrm IntuiSense Technologies in the frame of computer vision systems, for the purpose of either hand posture classiﬁcation, or face detection and track- ing. In the second case, a strong constraint concerning the hardware was taken into account. The estimation of parameters with meta-heuristic bio-inspired opti- mization methods has also become, progressively, a time-consuming activity. We have started with the adaptation of a method inspired by the behavior of birds called ’particle swarm optimization’ to estimate the value of ranks for the de- noising of multispectral images in the wavelet paradigm. A setup has been built in Fraunhofer Institute IIS, and two academic collaborations yielded an applica- tion in ﬂuorescence imagery and multispectral X-rays. Then, the ﬁeld of applied mathematics which is meta-heuristics being widely considered in the community, we decided to create an innovative bio-inspired optimization method, able to es- timate parameter values jointly in both discrete and continuous search spaces. We have called this new bio-inspired optimization method the mixed grey wolf algorithm, because it gets inspired by the behavior of wolves. We have tested our method on an application of joint denoising and unmixing of multispectral images. 4 Remerciements Je remercie les membres du jury : Pascal Larzabal, Eric Moreau, Yide Wang, Régine Le Bouquin-Jeannès, Claire Miggliaccio, Camel Tanougast, Jacques Blanc- Talon d’avoir accepté d’évaluer mes travaux, présentés en vue de l’obtention du diplôme d’habilitation à diriger des recherches. C’est une chance pour moi que d’avoir pu les réunir lors de ma soutenance, eux qui sont de grands spécialistes de l’acquisition, et du traitement des signaux et des images. Je remercie le Professeur Salah Bourennane pour son soutien indéfectible de- puis ces années passés dans l’équipe GSM. Salah m’aura fait progresser et donné sufﬁsamment d’indépendance. C’est également tous les membres de l’équipe GSM que je remercie pour leur compagnie agréable au laboratoire : Caroline, Ali, Mouloud, Thierry. Au même titre je remercie le Directeur du Laboratoire Ins- titut Fresnel Stefan Enoch, et tous les membres de l’Institut Fresnel. Notamment Jean Cayzac et Frédéric Forestier pour leur soutien sur les aspectes informatique, mais aussi mes autres collaborateurs tels Anabela, Sébastien, etc. Je remercie tous mes thésards, Haiping, Nabil, Abir, Benoit, pour leur écoute et leur enthousiasme. Je remercie également tous mes partenaires industriels, tel Klaus de l’Institut Fraunhofer IIS, Detect Reseaux, Matole, Intuisense, entre autres. Enﬁn bien sûr je remercie ma famille et mes amis, mes parents, Betty, André, Jean-Jacques, notamment pour leur soutien lors de la préparation de ma soute- nance. Je remercie, pour tout, Ania, Lucas et Zélie. 5 Table des matières Résumé 3 Abstract 4 Remerciements 5 Liste des ﬁgures 10 Liste des tableaux 13 1 Rapport d’activités : parcours académique et scientiﬁque 14 1.1 Notice individuelle 15 1.1.1 Identiﬁcation 15 1.1.2 Biographie 16 1.1.3 Responsabilités administratives et d’intérêt général 17 1.1.4 Encadrements 18 1.1.5 Contrats et collaborations industrielles 20 1.1.6 Activités d’enseignement : volumes horaires 21 1.2 Introduction à la synthèse de mes activités d’enseignement et de recherche 24 1.2.1 Introduction à mes activités d’enseignement 24 1.2.2 Introduction à mes activités de recherche 26 1.3 Liste de publications 37 1.3.1 Revues internationales 37 1.3.2 Conférences internationales avec comité de lecture 39 1.3.3 Chapitre de livre 42 2 Synthèse des activités d’enseignement 43 2.1 Enseignements en termes de compétences pédagogiques 44 2.1.1 Concevoir un enseignement 44 2.1.2 Utiliser les diﬀérentes Technologies de l’Information et de la Communication 46 2.1.3 Transmettre des savoirs universitaires 47 2.1.4 Encadrer et accompagner l’étudiant 49 2.1.5 Evaluer les apprentissages 50 2.1.6 Travailler en équipe 51 2.1.7 Coordonner un programme pédagogique universitaire 52 2.1.8 Réﬂéchir à sa pratique pédagogique et la faire évoluer, échanger sur sa pratique avec d’autres enseignants 53 2.2 Activités d’enseignement : bilan et perspectives 56 6 2.3 Annexe : Enquêtes de satisfaction et illustrations 59 2.3.1 Enquêtes de satisfaction 59 2.3.2 Maquettes Raspberry, illustrations 59 3 Rappels concernant ma thèse 65 3.1 Introduction 65 3.2 Estimation de contours rectilignes 65 3.2.1 Modèle de données, génération de signaux à partir d’une image 65 3.2.2 Méthode d’estimation des angles, résumé de la méthode SLIDE 67 3.2.3 Estimation des valeurs d’oﬀset 68 3.2.4 Quelques exemples 69 3.3 Contours circulaires 69 3.3.1 Position du problème et génération de signal virtuel 70 3.3.2 Méthode d’estimation du rayon 72 3.3.3 Antenne linéaire pour l’estimation des coordonnées du centre 72 3.3.4 Quelques résultats de caractérisation de cercles 73 3.4 Optimisation globale et interpolation par spline pour l’estimation de contours distordus 75 3.4.1 Quelques notions d’optimisation globale déterministe 75 3.4.2 Contours approximativement rectilignes distordus 75 3.4.3 Contours approximativement circulaires distordus 77 3.4.4 Quelques résultats 78 3.5 Rappels concernant ma thèse : conclusion 80 4 Caractérisation de contours ﬂous et distordus, application in- dustrielle 82 4.1 uploads/Geographie/ manuscrit-hdr-julien-marot-pdf.pdf