Approches d'optimisation et de personnalisation des réseaux sur puce (NoC : Networks on Chip)

Systems-on-chip (SoC) have become more and more complex due to the development of integrated circuit technology.Recent studies have shown that in order to improve the performance of a specific SoC application domain, the on-chipinter-connects (OCI) architecture must be customized at design-time or at run-time. Related approaches generallyprovide application-specific SoCs tailored to specific applications. The aim of this thesis is to carry out new approachesfor Network-on-Chip (NoC) and study their performances, especially in terms of latency, throughput, energyconsumption and simplicity of implementation.We have proposed an approach to allow designers to customize a candidate OCI architecture by adding strategiclinks in order to match large application workload. The analytical evaluation focuses on improving the physicalparameters of the NoC topology regardless of the application that should run on. The evaluation by simulationfocuses to evaluate the communication performances of the NoC. Simulations results show the effectiveness ofthis approach to improve the NoC performances. We have also introduced a compartmental Fluid-flow basedmodeling approach to allocate required resource for each buffer based on the application traffic pattern. Simulationsare conducted and results show the efficiency of this modeling method for a buffer space optimized allocation.Finally, we proposed a joint approach based on a system dynamics theory for evaluating the performance of a flowcontrol algorithm in NoCs. This algorithm allows NoC elements to dynamically adjust their inflow by using afeedback control-based mechanism. Analytical and simulation results showed the viability of this mechanism forcongestion avoidance in NoCs.Les systèmes embarqués sur puce (SoC : Systems-on-Chip) sont devenus de plus en plus complexes grâce à l’évolution de la technologie des circuits intégrés. Des études récentes ont montré que pour améliorer les performances du réseau su puce (NoC : Network-on-Chip), l’architecture de celui-ci pouvait être personnalisée, soit au moment de la conception, soit au moment de l’exécution. L’objectif principal de cette thèse est d’implémenter de nouvelles approches pour améliorer les performances des NoCs, notamment la latence, le débit, la consommation d’énergie, et la simplicité de mise en œuvre.Nous avons proposé une approche pour permettre aux concepteurs de personnaliser l'architecture d’un NoC par insertion de liens stratégiques, pour qu’elle soit adaptée à de nombreuses applications, sous la contrainte d’un budget limité en termes de nombre de liens. L’évaluation analytique porte sur l’amélioration des paramètres physiques de la topologie du NoC sans tenir compte de l’application qui devrait s’exécuter dessus. L’évaluation par simulation porte sur l’évaluation des performances de communication du NoC. Les résultats de simulations montrent l’efficacité de notre approche pour améliorer les performances du NoC. Nous avons également introduit une approche de modélisation par réseau à compartiments pour allouer les ressources nécessaires pour chaque tampon selon le modèle de trafic de l'application cible. Les résultats de simulations montrent l'efficacité de cette approche de modélisation pour l’allocation optimisée de l'espace tampon. Enfin, nous avons proposé une approche conjointe basée sur la théorie des systèmes dynamiques pour évaluer la performance d'un algorithme de contrôle de flux dans les NoCs. Cet algorithme permet aux éléments du NoC d’ajuster dynamiquement leur entrée en utilisant un mécanisme basé sur le contrôle de flux par rétroaction. Les résultats d’évaluations analytiques et de simulation montrent la viabilité de ce mécanisme pour éviter la congestion dans les NoCs

Amélioration de l’inventaire forestier à l’aide de nuages de points à haute densité acquis par drone lidar et lidar mobile : étude de cas en forêts feuillues tempérées

Les exigences en matière d'inventaire forestier évoluent rapidement pour répondre à un ensemble de normes économiques, sociales et environnementales de plus en plus complexes en matière de gestion durable des ressources forestières. Le manque d'informations détaillées sur l'approvisionnement, c'est-à-dire la quantité et les caractéristiques des ressources forestières, constitue un obstacle important à la satisfaction de ces exigences. Avec le développement continu et la démocratisation des capteurs de lidar sur drone (ULS) et de lidar mobile (MLS), de nouveaux types de nuages de points sont de plus en plus accessibles pour appuyer le niveau opérationnel de l’inventaire. Dans la présente thèse, le potentiel et les limites de l’utilisation de nuages de points ULS et MLS pour la numérisation des arbres feuillus en amont de la chaine d’approvisionnement ont été évalués. Des méthodes de traitement ont été développées pour l’estimation d’attributs structuraux clefs tels que le diamètre à hauteur de poitrine (DHP), la hauteur de l'arbre, les dimensions de la couronne et le volume de bois marchand. Dans le premier article, nous nous sommes concentrés sur le développement et l'évaluation de chaînes de traitement automatiques pour la détection et la segmentation des arbres individuels (ITD : Individual Tree Dectection and Delineation) et l'estimation de leurs attributs structuraux. Ceci, à partir de données ULS acquises avec et sans feuilles dans un peuplement naturel hétérogène de feuillus nordiques. Des comparaisons fines avec des nuages de points de lidar aérien (ALS) et terrestre (TLS) ont été réalisées pour mieux comprendre la configuration des données ULS et pour valider l'extraction d’attributs d’inventaire dérivés de l’ULS. Les meilleurs résultats pour la segmentation des arbres et l’estimation de leurs attributs structuraux ont été obtenus hors feuilles via l’utilisation d’une approche de segmentation dite ascendante (« bottom-up »). Les performances globales des capteurs ULS, en termes d'ajustement cylindrique des tiges et de précision géométrique des points le long de la tige, ne sont toutefois pas comparables à celles du TLS. Les incertitudes sont encore trop élevées au niveau de l'arbre individuel pour respecter les normes de l’inventaire terrain. L’acquisition hors feuilles de données ULS à haute densité pourrait toutefois jouer un rôle important dans le développement de modèles allométriques locaux qui font généralement défaut dans les peuplements complexes de feuillus, ainsi que pour la caractérisation des ressources et le soutien des opérations de foresterie de précision. Dans le second article, nous proposons une méthode innovante pour extraire le volume de bois marchand à partir des données MLS-SLAM (localisation et cartographie simultanées). Les approches actuelles pour prédire le volume de bois marchand reposent sur des équations allométriques qui sont indépendantes de la forme et de la géométrie de l'arbre. Il existe des biais et des erreurs connus associés à cette simplification, en particulier pour les arbres feuillus. L'utilisation d'algorithmes de modèles structurels quantitatifs (QSM : Quantitative Structural Model) pour estimer le volume de bois à partir de nuages de points 3D représente une alternative prometteuse aux mesures destructives et un fort potentiel pour améliorer les modèles allométriques. Les résultats ont montré une grande similitude entre les données TLS et MLS pour l'estimation de la hauteur des arbres, des dimensions de la couronne et du DHP. L'application de QSMs sur des nuages de points MLS filtrés pour extraire le volume marchand du tronc principal des arbres feuillus n'a montré aucun biais significatif par rapport aux estimations TLS. Néanmoins, les données MLS sont plus bruitées que les données TLS, ce qui a entraîné une surestimation du volume de bois des branches qui augmente avec l'ordre de ramification. Toutefois, ces erreurs ont été limitées du fait que les branches de 2ème et de 3ème ordre de ramification ne représentaient qu'une faible proportion du volume marchand total. Ces résultats constituent une étape importante vers la prochaine génération d'inventaires forestiers améliorés par lidar mobiles au sol. Compte tenu de l'utilisation accrue des systèmes ULS et MLS dans la gestion forestière, nos développements constituent des étapes importantes pour les futurs inventaires lidar à l’échelle de l’arbre individuel. Nos résultats démontrent des avancées significatives dans l'utilisation des configurations ULS et MLS pour l’estimation des paramètres biophysiques forestiers.Abstract : Forest inventory requirements are rapidly evolving to meet an increasingly complex set of economic, social and environmental standards for sustainable forest resource management. A significant obstacle to support this requirement is the lack of detailed information on the supply, i.e., the quantity and characteristics of forest resources. In recent decades, a substantial effort has been made to reduce the costs of forest inventories by minimizing labor-intensive field surveys and developing inventory systems enhanced by remote sensing. As such, the use of lidar technology in various aerial and terrestrial platforms, such as airborne laser scanning (ALS) and terrestrial laser scanning (TLS) has considerably increased to the point of becoming essential to improve the forest inventories beyond the existing photo-interpretation techniques. With the continuous development and the democratization of UAV-borne laser scanning (ULS) and mobile laser scanning (MLS) sensors, new types of point cloud are increasingly accessible for forest investigations. The level of detail of ULS and MLS point cloud is becoming comparable to that of TLS, decreasing the boundaries between ALS and TLS systems and providing new opportunities to characterize forest resources at the tree level. In the present thesis, the baselines of ULS and MLS point clouds in digitizing hardwood trees up the supply chain were benchmarked and methods were developed to extract critical structural attributes such as diameter at breast height (DBH), tree height, crown dimensions and merchantable wood volume. In the first article, we emphasized on the development and the evaluation of automatic workflows for the detection, the delineation and the estimation of tree structural attributes from leaf-on and leaf-off ULS data collection. These analyses were conducted in a complex heterogeneous natural stand of northern hardwoods. Co-registration process with ALS and TLS point clouds was achieved for a better understanding of ULS data configuration and to validate ULS retrieval of tree structural attributes. In leaf-on condition, no significant differences were observed between ALS and ULS-R raster-based ITD results, where crown delineation errors led to a poor prediction of individual tree DBH using allometry. In contrast, results in leaf-off condition using point cloud-based individual tree detection and delineation (ITD) algorithm outperformed the raster based ITD in terms of tree detection and tree delineation accuracy, revealing the full potential of high-resolution ULS data. DBH estimation from the “bottom-up” point cloud-based ITD also provided accurate results for both methods, namely allometry and cylinder fitting. The latter showed to be more efficient in dealing with forked trees. The overall performance, in terms of stem cylinder fitting and geometric accuracy of stem points from ULS sensors are not yet comparable to TLS. Uncertainties are still too high at the individual tree level to reach the standard of field inventories, but one might expect to get closer to operational requirements with narrower beams and higher ranging accuracy ULS sensors. In leaf-off condition, the use of bottom-up tree segmentation approaches presents a strong potential to overcome ITD limits currently encountered in hardwood stands. Applications requiring accurate tree location and crown size data could greatly benefit from this innovative approach. Leaf-off acquisition of high-density ULS data could play an important role in developing local allometric models that are typically lacking in complex hardwood stands, as well as for resource characterization and supporting precision forestry operations. In the second article, we propose an innovative method to extract merchantable wood volume from MLS data. Current approaches to predict merchantable wood volume rely on allometric equations that are independent of tree form and the geometry of the tree. There are known biases and errors associated with this simplification, particularly for hardwood trees. The use of quantitative structural model (QSM) algorithms to estimate wood volume from 3D point clouds represent a promising alternative to destructive measurement and a strong potential to improve allometric models. However, so far, they were mainly used on TLS point clouds, which are time-consuming to acquire in the field and complex to process. With the rapid technological progress of SLAM-based (simultaneous localization and mapping) MLS systems, new types of ground-based lidar points clouds are available for QSM analysis. SLAM-based MLS systems open new possibilities to support field inventory. In this study, we collected SLAM-based MLS data from a 1 ha leaf-off northern hardwood site and investigated its use for estimating tree structural attributes. Validation was performed on 26 trees using destructive field measurements and multi-scans TLS data. Results showed high similitude of TLS and MLS data for the estimation of the tree height, crown dimensions and DBH. The application of QSM on filtered MLS point clouds to extract the merchantable stem volume of hardwood trees showed no significant bias compared to the TLS estimates. Nevertheless, the MLS data are noisier than the TLS data, primarily due to the propagation of positioning errors and the greater divergence of the sensor beam. This resulted in an overestimation of the branching volume that increases with the branching order. However, these errors were limited by the fact that branches from the 2nd and 3rd branching order represented a small proportion of the total merchantable volume. These findings are an important step towards next generation of forest inventories enhanced by ground-based lidar. Considering the increased use of ULS and MLS systems in forest management, our developments are important steps forward for future individual-tree-based lidar inventories. We believe that our results demonstrate significant advances in the use of ULS and MLS configuration for the retrieval of forest biophysical parameters

Conception et réalisation de l'électronique frontale numérique 3D pour une matrice de détecteurs monophotoniques destinée à la tomographie d'émission par positrons

La recherche en médecine et en biologie s'appuie sur des appareils de mesure divers qui facilitent le diagnostic et le suivi du traitement. Parmi ces appareils, ceux visant l'imagerie moléculaire, par exemple la tomographie d'émission par positrons (TEP), se démarquent par leur capacité à apercevoir les signes distinctifs des maladies comme le cancer dès les premiers stades, et ce grâce à des traceurs métaboliques et/ou fonctionnels spécifiques. En plus du diagnostic, ces appareils permettent de mieux comprendre et étudier ces maladies en vue de développer de nouveaux ou meilleurs traitements. Pour appuyer les biologistes et médecins dans leur travail, les développeurs cherchent toujours à améliorer la qualité des images TEP, notamment grâce à la mesure du temps de vol (TDV) des rayons ionisant issus du positron. Le Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke propose un concept de détecteur novateur destiné aux scanners TEP avec TDV, suivant la chaîne de détection connue d'un cristal scintillateur, un photodétecteur et l'électronique de lecture. L'architecture proposée exploite une matrice de photodiodes à avalanche monophotonique (PAMP) à numérisation directe plutôt que par somme en courant. Cette méthode permet de distinguer et compter individuellement chaque photon lumineux sortant du scintillateur, à condition que l'électronique frontale soit assez rapide dans les conditions d'utilisation normale. Afin de maximiser ce potentiel, toute l'électronique doit être intégrée à même le photodétecteur. Puisque l'électronique de détection et de traitement partage a priori la même surface de semi-conducteur, les concepteurs doivent choisir un équilibre entre la surface sensible et le niveau d'intelligence intégrée. Or, la densité croissante des canaux de détection TEP exige de plus en plus de traitement en temps réel pour avoir un appareil d'intérêt pour les biologistes. L'intégration verticale apparaît comme la solution naturelle pour ce problème en permettant de placer les circuits intelligents sous la matrice de photodétection. Ce projet de doctorat vise la conception de l'architecture d'acquisition et l'intégration des sous-systèmes électroniques de ce microsystème. Ces travaux ont mené au développement d'un discriminateur de bruit numérique sans dégradation de la mesure temporelle, à la fabrication et la caractérisation d'un prototype d'architecture à intégration verticale avec un circuit de conversion temps numérique (CTN) par canal, et enfin à une étude qui guidera les développements futurs pour la conception de détecteurs à plusieurs CTN. Ces contributions sont détaillées en trois articles distincts intégrés à la thèse. La recherche conclu que pour le cristal LYSO, d'avoir un ou quelques CTN précis et à faible gigue est plus importante que d'en avoir en grand nombre. Par contre, pour les matériaux à venir, ce nombre de CTN aura aussi un impact significatif sur le résultat final, changeant ainsi le paradigme initial de conception du microsystème

Reconstruction d'un système sociosémantique par apprentissage machine

L'objectif de recherche de cette thèse est la reconstruction par apprentissage machine du mécanisme sociocognitif à l'œuvre dans l'évolution d'un réseau sociosémantique. Cet objectif est basé sur l'hypothèse que la dynamique d'un réseau sociosémantique est déterminée par un mécanisme d'influence sociale basé sur des facteurs d'exposition sociale, de contagion sociale, de déférence et de mimétisme des semblables. Une méthode de fouille de données basée sur l'analyse des réseaux sociaux, la sémantique vectorielle et l'apprentissage machine est développée afin de reconstruire différents modèles de l'influence sociale permettant de prédire l'évolution d'un réseau sociosémantique. Ces modèles sont des arbres de décisions, des listes de règles, des forêts aléatoires et des modèles probabilistes naïfs. L'analyse de ces modèles prédictifs suggère que l'hypothèse de recherche est vraisemblable, mais que d'autres mécanismes sont également à l'œuvre dans le processus étudié.\ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Réseau sociosémantique, apprentissage machine, réseau social, sémantique vectorielle, influence sociale

Analyse d'images : Filtrage et segmentation

Ouvrage publié avec l'aide du Ministère des affaires étrangères, direction de la coopération scientifique et technique. AVERTISSEMENT Le livre publié en 1995 chez MASSON (EAN13 : 9782225849237) est épuisé. Cette version pdf est une version élaborée à partie de la version préliminaire transmise à l'éditeur. La mise en page est légèrement différente de celle du livre. Malheureusement quelques figures de l'annexe C ont été perdues.International audienceL'analyse d'image touche à l'heure actuelle de nombreux domaines, avec des objectifs aussi variés que l'aide au diagnostic pour les images médicales, la vision artificielle en robotique ou l'analyse des ressources terrestres à partir des images prises par satellite. Le but du traitement de ces images est à la fois simple dans son concept et difficile dans sa réalisation. Simple en effet, puisqu'il s'agit de reconnaître des objets que notre système visuel perçoit rapidement, du moins pour la majorité d'entre eux. Difficile cependant, car dans la grande quantité d'informations contenues dans l'image, il faut extraire des éléments pertinents pour l'application visée et ceci indépendamment de la qualité de l'image. L'analyse d'image s'est donc dotée d'outils et de méthodes puissants issus de domaines aussi variés que les mathématiques, le traitement du signal, ou l'informatique. Cet ouvrage présente un des aspects les plus importants du traitement des images : la " segmentation ". Il récapitule d'abord les grandeurs observables et calculables sur une image et les algorithmes de manipulation des structures de données associées. Il détaille ensuite les traitements préliminaires, tels le filtrage du bruit et les deux types d'approche de la segmentation, l'extraction des contours et celle des régions. Chacune fait l'objet d'une étude théorique et de nombreux résultats illustrent les performances. Une des originalités de l'ouvrage est l'étude comparative des différentes techniques appliquées sur un même corpus d'images réelles

Design and control of a multicell interleaved converter for a hybrid photovoltaic-wind generation system

The solution for the generating energy derived from non-polluting sources configures a worldwide problem, which is undetermined, complex, and gradual; and certainly, passes through the diversification of the energetic matrix. Diversification means not only having different sources converted into useful energy, like the electricity, but also decentralizing the energy generation in order to fit with higher adequacy the demand, which is decentralized too. Distributed Generation proposes this sort of development but in order to increase its penetration several technical barriers must be overpassed. One of them is related to the conversion systems, which must be more flexible, modular, efficient and compatible with the different energy sources, since they are very specific for a certain area. The present study drives its efforts towards this direction, i.e. having a system with several inputs for combining different renewable energy sources into a single and efficient power converter for the grid connection. It focuses on the design and control of an 11.7 kW hybrid renewable generation system, which contains two parallel circuits of photovoltaic panels and a wind turbine. A multicell converter divided in two stages accomplishes the convertion: Generation Side Converter (GSC) and Mains Side Converter (MSC). Two boost converters responsible for the photovoltaic generation and a rectifier and a third boost, for the wind constitue the GSC. It allows the conversion to the fixed output DC voltage, controlling individually and performing the maximum power point tracking in each input. On the other side, the single-phase 4- cell MSC accomplishes the connection to the grid through an LCL filter. This filter uses an Intercell Transformer (ICT) in the first inductor for reducing the individual ripple generated by the swicthing. The MSC controls the DC-link voltage and, by doing that, it allows the power flow from the generation elements to the network

MIMESIS, un environnement de conception et de simulation de modèles physiques particulaires masses-interactions CORDIS-ANIMA pour l'animation : du mouvement généré à l'image du mouvement

This thesis deals with the design of a computer framework dedicaced to animation by the physical mass-interaction CORDIS-ANIMA networks. Genericity and modularity of CORDIS-ANIMA having been still largely proved, the design and the implementation of such framework have to face with other theorical and practical problems that are discussed here in order to include every function that are required for an interactive creation of models and the communication inside a global chain of production of animated pictures. This thesis ends on the report of various situation of use in pedagogical, research and creation contexts.Cette thèse a pour objet la conception d’un environnement pour l’animation à l’aide de réseaux masses–interactions CORDIS-ANIMA. La généricité et la modularité de CORDIS-ANIMA ayant largement prouvé leur intérêt pour l’animation depuis 25 ans, la conception et l’implantation d’un environnement de conception de tels modèles doivent faire face à d’autres problématiques théoriques et pratiques qui seront discutées dans ce manuscrit, dans le but d’inclure dans cet environnement toutes les fonctionnalités requises pour une création interactive de modèles de mouvement et leur insertion dans une chaîne globale de production d’images animées. Cette thèse se terminera par le compte-rendu de situations d’utilisation dans un cadre pédagogique, de recherche et de création

Une nouvelle approche d'aide à la conception par ordinateur en architecture basée sur la modélisation d'opérateurs sémantiques et la création de maquettes procédurales

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal