Connaissances expertes et modélisation pour l'exploitation d'images d'observation de la Terre à hautes résolutions spatiale, spectrale et temporelle

Les futures missions spatiales d'observation de la Terre, Venµs et Sentinelle (1 et 2), fourniront un flot de données inédit en termes de résolution spatiale, revisite temporelle et richesse spectrale. Afin d'exploiter de façon efficace ces données pour la réalisation de cartes d'occupation des sols ou de détection de changements, des approches rapides, robustes et le moins supervisées possibles seront nécessaires. Un exemple d'utilisation de ces données pourrait être d'identifier, dès le mois de mai, les surfaces couvertes par du maïs dans tout le Sud-ouest de la France. Ou encore d'obtenir une carte d'occupation des sols mensuelle, dans un délai très court, à l'échelle de grandes régions. On constate que les images seules ne permettent pas d'obtenir de telles données. Nous avons cependant d'autres types d'informations à notre disposition, qui ont jusqu'alors été très peu exploitées. Ce travail de thèse a consisté à identifier les informations dites a priori disponibles, évaluer leur pertinence, et les introduire dans les chaînes de traitement déjà existantes pour chiffrer leur apport. Nous nous sommes intéressés en particulier au domaine du suivi de l'agriculture. Les informations que nous avons utilisées sont, entre autres, les connaissances sur les pratiques agricoles (rotations de culture, irrigation, alternances de catégories de cultures, etc.), les tailles des parcelles et la topographie. Nous avons principalement travaillé avec 2 sources de connaissances a priori : * Celles contenues dans des bases de données telles que le Registre Parcellaire Graphique (RPG). Nous avons utilisé des méthodes d'apprentissage automatique sur les données pour les extraire. * Celles fournies par des experts. Nous les avons modélisées à l'aide de règles de la logique de 1er ordre. Une des contributions de cette thèse est la sélection et l'évaluation d'un outil qui permette d'extraire l'information et de la traiter, de manière à ce qu'elle soit introduite de façon efficace dans les algorithmes de classification déjà existants. Pour cela, nous avons utilisé la Logique de Markov, un outil statistique capable de travailler à la fois sur des informations issues de bases de données, et sur des informations modélisées sous la forme de règles logiques. Nous avons montré que l'utilisation de ces données permet d'améliorer la qualité des cartes d'occupation du sol. Nous avons de plus montré que ces informations permettent d'obtenir des cartes en quasi-temps-réel, dont la qualité va crescendo avec l'arrivé de nouvelles informations. En conclusion de ce travail de thèse, nous donnons des pistes pour appliquer la même méthodologie à d'autres domaines, en particulier au suivi des forêts tropicales et à la cartographie générique de l'occupation du sol.The future Earth observation space missions, Venµs and Sentinel (1 and 2), will provide us with a flow of data unseen in terms of spatial, spectral and temporal resolution. To use these data efficiently for the generation of land cover maps or change detection, we need fast, robust approaches that require as little supervision as possible. For instance, a concrete use of these data could be the identification, as early as May, of the area growing corn in all the South-West part of France. Or obtaining a monthly land cover map, in a slight delay, on large areas. Images alone don't allow us to reach such goals. Nevertheless, other information is available, which hasn't been really used. The main goal of this thesis is to identify available prior information, evaluate its revelance, and introduce it in preexisting processing chains to assess its contribution. We focused on agriculture monitoring. The information we used is knowledge on farming practices (crop rotations, irrigation, crop class alternation, etc) and the size and the topography of the fields. We mainly worked with 2 sources of prior knowledge: * Knowledge contained in databases such as the Registre Parcellaire Graphique (RPG). We used data mining methods to extract it. * Knowledge provided by experts. We modeled it with 1\up{st} order logic rules. One contribution of this thesis is the selection and assessment of a tool allowing us to extract and process information in a way that we can introduce it efficiently in preexisting classification algorithms: Markov Logic. Markov Logic is a statistical tool able to work with both information from databases and information modeled with logic rules. We show that using these data increases the quality of the land cover maps. We also show that this information allows us to obtain real time maps, whose quality increases with the arrival of new information. As a conclusion of this thesis work, we provide outlooks for applying the same methodology to other areas, such as the monitoring of tropical forests dans generic land cover mapping

Développement de la technique de scattérométrie neuronale dynamique

The decrease of the components size has been widely witnessed in the past decades. Hence, microelectronic field, and more generally speaking, nanofabrication requires very efficient dimensional metrology tools. The improvement of relevant points like the speed, the accuracy and the repeatability of the tool will allow real time process monitoring and thus enhance the production yield while restricting the waste due to process drift. In this framework, scatterometry, an optical dimensional metrology technique based on the analysis of the diffracted light, has proven its ability to meet real time applications requirements. It is composed of a measuring phase, done by an experimental setup (ellipsometer in our case) and an inverse problem resolution phase. The chosen method used in order to process this last step determines the compatibility with real time. Library method and a method based on artificial neural networks possess the required qualifications. The first one has already been validated for etching process monitoring in microelectronics and the second one has been validated only on static cases after a technological step. This PhD involves assessing neural networks for dynamic scatterometry. Based on qualitative and quantitative criteria, this study underlines the difficulty of comparing different metrology techniques objectively. This work draws up a meticulous comparison of these two real time adapted methods in order to bring out their working specifications. Finally, scatterometry using neural networks is studied on a resist etching plasma case. In fact, this is a microelectronic fabrication process for which in-situ control is of an important concern in the future.Avec une réduction de la taille des composants en constante progression, le domaine de la microélectronique, et d'une manière plus globale, le domaine de la nanofabrication se doit de posséder des outils de métrologie dimensionnelle performants. L'amélioration de points pertinents comme la rapidité, la précision et la répétabilité devrait permettre un suivi en temps réel de l'évolution des procédés et ainsi améliorer les rendements de production tout en limitant les pertes imputables aux dérives des procédés. Dans ce cadre, la scattérométrie, technique optique de métrologie dimensionnelle basée sur l'analyse de la lumière diffractée, a montré, suivant les cas, des capacités à répondre aux exigences des applications temps réel. Elle se décompose en une phase de mesure, effectuée par un dispositif expérimental (ellipsomètre dans notre cas) et une phase de résolution de problème inverse. La méthode utilisée pour traiter cette dernière phase conditionne la compatibilité avec le temps réel. La méthode des bibliothèques et une méthode utilisant des réseaux de neurones artificiels présentent les qualités requises. La première a déjà été validée pour le suivi d'un procédé de gravure en microélectronique et la seconde a été testée uniquement en statique à la suite d'une étape technologique. Cette thèse a pour but d'évaluer l'apport des réseaux de neurones en scattérométrie dynamique. Basée sur des critères qualitatifs et quantitatifs, cette étude souligne également la difficulté de comparer avec objectivité les différentes techniques de métrologie. Ces travaux dressent également une comparaison minutieuse de ces deux méthodes adaptées au temps réel afin d'en dégager les spécificités de fonctionnement. Enfin, la scattérométrie par l'approche des réseaux de neurones est étudiée dans le cas de la gravure de résine par plasma. En effet, il s'agit d'un procédé de fabrication en microélectronique pour lequel le contrôle in-situ est un enjeu important dans le futur

Modélisation bayésienne et robotique

This document describes my research around Bayesian modeling and robotics. My work started with the modeling of biological processes before evolving towards robotics. In both cases, I was interested in both perception and action. I first proposed a model of human perception of planar surfaces with optic flow which fuses in a single framework two concurrent hypotheses of the literature. I also proposed and compared several models of eye movement selection in a Multiple Object Tracking task. I was able to show that the model with explicit uncertainty was the closest to the subjects eye movements.In robotics, I worked on the state estimation of several robots with classical filtering techniques but also including fusion of multiple sources of information of various nature and characteristics. I also discuss the Iterative Closest Point algorithm for which we proposed a more rigorous method for evaluating the different variants. The last piece of work I present deals with online three-dimensional path planning and execution of a tracked robot with significant climbing capabilities.I conclude this document with perspectives on what I call situated robotics, that is robots not taken in isolation but embedded in a sensorized environment shared with humans.Ce document décrit mes travaux de recherche autour de la modélisation bayésienne et de la robotique. Mon travail a commencé par la modélisation de processus biologiques avant, dans un deuxième temps, d'évoluer vers la robotique. Dans les deux cas, je me suis intéressé à la fois à la perception et à l'action. J'ai donc proposé un modèle de la perception humaine de plans par le flux optique qui réunit deux hypothèses de la littérature dans un cadre unique. J'ai aussi proposé et comparé différents modèle de la sélection de mouvement oculaire dans une tâche de suivi multi-cibles, et montré que le modèle prenant en compte explicitement l'incertitude proposait des mouvements plus proches de ceux des sujets.Du côté robotique, j'ai travaillé sur l'estimation d'état de plusieurs robots avec des techniques classiques de filtrage mais en incluant la fusion de plusieurs sources d'informations de nature et caractéristiques différentes. Je discute aussi de l'algorithme d'Iterative Closest Point pour proposer une méthode plus rigoureuse d'évaluation des différentes variantes. Le dernier travail que je présente concerne la planification en ligne et l'exécution de chemin pour un robot à chenille avec des capacités de franchissement importantes.Je conclus ce document par des perspectives de travail sur ce que j'appelle la robotique située, c'est-à-dire des robots non plus isolés mais plongés dans un environnement équipé de capteurs et partagé avec des humains

Élaboration, mise à l'essai et analyse d'une démarche d'intervention en lecture littéraire, pour des élèves de 3e secondaire en haïti

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