Phenomenological marine snow model for optical underwater image simulation: Applications to color restoration

International audienceOptical imaging plays an important role in oceanic science and engineering. However, the design of optical systems and image processing techniques for subsea environment are challenging tasks due to water turbidity. Marine snow is notably a major source of image degradation as it creates white bright spots that may strongly impact the performance of image processing methods. In this context, it is necessary to have a tool to foresee the behavior of these methods in marine conditions. This paper presents a phenomenological model of marine snow for image simulation. In order to highlight the interest of such a modeling for image processing characterization, the impact of marine snow perturbation on a color restoration technique is analyzed and a solution to improve the robustness of the algorithm is finally proposed

Active polarimetric imaging with adaptive contrast optimization (Orale)

International audienceWe propose a method for semi-automatic target detection and contrast optimization making joint use of an adaptive polarimetric imager and a statistical image segmentation algorithm. It can be used to detect targets that differ from the background by their polarimetric properties. This method illustrates the benefits of integrating digital processing algorithms in the image acquisition process, rather than using them only for post-processing

SOFI: A 3D simulator for the generation of underwater optical images

International audienceWe present an original simulator-called SOFI-for the synthetic generation of underwater optical images. The simulator architecture is flexible and relies on flow diagrams in order to allow the integration of various models for image generation which are based on the underwater optical phenomena. The objective is also to ensure real time or quasi real time performance so it takes advantage of the latest technologies, such as GPGPU, and relies on GPU programming under CUDA. Two kinds of models for image generation are presented and should be integrated in SOFI: (1) the OSOA model based on the radiative transfer theory and (2) global image modeling which describes globally how an image is deteriorated under the effects of sea water

Cramer-Rao analysis of steady-state and time-domain fluorescence diffuse optical imaging

Using a Cramer-Rao analysis, we study the theoretical performances of a time and spatially resolved fDOT imaging system for jointly estimating the position and the concentration of a point-wide fluorescent volume in a diffusive sample. We show that the fluorescence lifetime is a critical parameter for the precision of the technique. A time resolved fDOT system that does not use spatial information is also considered. In certain cases, a simple steady-state configuration may be as efficient as this time resolved fDOT system

Principles and Fundamentals of Optical Imaging

In this chapter I will give a brief general introduction to optical imaging and then discuss in more detail some of the methods specifically used for imaging cortical dynamics today. Absorption and fluorescence microscopy can be used to form direct, diffraction-limited images but standard methods are often only applicable to superficial layers of cortical tissue. Two-photon microscopy takes an intermediate role since the illumination pathway is diffraction-limited but the detection pathway is not. Losses in the illumination path can be compensated using higher laser power. Since the detection pathway does not require image formation, the method can substantially increase the imaging depth. Understanding the role of scattering is important in this case since non-descanned detection can substantially enhance the imaging performance. Finally, I will discuss some of the most widely used imaging methods that all rely on diffuse scattering such as diffuse optical tomography, laser speckle imaging, and intrinsic optical imaging. These purely scattering-based methods offer a much higher imaging depth, although at a substantially reduced spatial resolution

Les mauvaises herbes à l'épreuve de l'innovation

National audienceDevant l'évolution nécessaire de l'agriculture vers plus de durabilité, plusieurs programmes ont été mis en place pour encourager la transition écologique tout en prenant en compte les besoins et les contraintes des agriculteurs comme des filières. C'est dans ce cadre que le Challenge ROSE, un grand appel à projets, a été lancé en 2017. L'objectif : mobiliser chercheurs et acteurs privés pour identifier des solutions innovantes en matière de désherbage et réduire le recours aux herbicides

Quantitative study of luminescence diffuse optical tomography : Application to source localisation in molecular imaging

L’imagerie moléculaire occupe une place majeure dans le domaine de la recherche préclinique. Parmi les modalités existantes, les techniques optiques fondées sur la détection d’un rayonnement visible ou proche infrarouge sont les plus récentes et sont principalement représentées par les méthodes de tomographie optique de luminescence. Ces méthodes permettent une caractérisation 3D d’un milieu biologique par la reconstruction de cartes de concentration ou la localisation de marqueurs luminescents sensibles à des processus biologiques et chimiques se déroulant à l’échelle de la cellule ou de la molécule. La tomographie de luminescence se fonde sur un modèle de propagation de la lumière dans les tissus, un protocole d’acquisition du signal en surface du milieu et une procédure numérique d’inversion de ces mesures afin de reconstruire les paramètres d’intérêts. Ce travail de thèse s’articule donc autour de ces trois axes et apporte un élément de réponse à chacun des problèmes. L’objectif principal de cette étude est d’introduire et de présenter des outils d’évaluation des performances théoriques d’une méthode de tomographie optique. L’un des aboutissements majeurs est la réalisation de reconstructions tomographiques expérimentales à partir d’images acquises par un imageur optique conçu pour l’imagerie planaire 2D et développé par la société Quidd. Dans un premier temps nous abordons la théorie du transport en milieu diffusant afin de poser les concepts et outils sur lesquels vont s’appuyer l’ensemble des travaux. Nous présentons particulièrement deux modèles de propagation différents ainsi que les méthodes de résolution et les difficultés théoriques qui leur sont liées. Dans une deuxième partie nous introduisons les outils statistiques utilisés pour caractériser les systèmes tomographiques et leur résolution potentielle. Nous définissons une procédure et nous l’appliquons à l’étude de quelques situations simples en tomographie de luminescence. La dernière partie de ce travail présente la mise au point d’une procédure d’inversion. Après avoir présenté le cadre théorique dans lequel cette procédure s’inscrit nous la validons à partir de données numériques avant de l’appliquer avec succès à des mesures expérimentales.Molecular imaging is a major modality in the field of preclinical research. Among the existing methods, techniques based on optical detection of visible or near infrared radiation are the most recent and are mainly represented by luminescence optical tomography techniques. These methods allow for 3D characterization of a biological medium by reconstructing maps of concentration or localisation of luminescent beacons sensitive to biological and chemical processes at the molecular or cellular scale. Luminescence optical tomography is based on a model of light propagation in tissues, a protocol for acquiring surface signal and a numerical inversion procedure used to reconstruct the parameters of interest. This thesis is structured around these three axes and provides an answer to each problem. The main objective of this study is to introduce and present the tools to evaluate the theoretical performances of optical tomography methods. One of its major outcomes is the realisation of experimental tomographic reconstructions from images acquired by an optical imager designed for 2D planar imaging and developed by the company Quidd. In a first step we develop the theory of transport in scattering medium to establish the concept on which our work will rely. We present two different propagation models as well as resolution methods and theoretical difficulties associated with them. In a second part we introduce the statistical tools used to characterise tomographic systems. We define and apply a procedure to simple situations in luminescence optical tomography. The last part of this work presents the development of an inversion procedure. After introducing the theoretical frameworkwe validate the procedure fromnumerical data before successfully applying it to experimentalmeasurements

Étude quantitative de la tomographie optique diffuse de luminescence : Application à la localisation de sources en imagerie moléculaire

Molecular imaging is a major modality in the field of preclinical research. Among the existing methods, techniques based on optical detection of visible or near infrared radiation are the most recent and are mainly represented by luminescence optical tomography techniques. These methods allow for 3D characterization of a biological medium by reconstructing maps of concentration or localisation of luminescent beacons sensitive to biological and chemical processes at the molecular or cellular scale. Luminescence optical tomography is based on a model of light propagation in tissues, a protocol for acquiring surface signal and a numerical inversion procedure used to reconstruct the parameters of interest. This thesis is structured around these three axes and provides an answer to each problem. The main objective of this study is to introduce and present the tools to evaluate the theoretical performances of optical tomography methods. One of its major outcomes is the realisation of experimental tomographic reconstructions from images acquired by an optical imager designed for 2D planar imaging and developed by the company Quidd. In a first step we develop the theory of transport in scattering medium to establish the concept on which our work will rely. We present two different propagation models as well as resolution methods and theoretical difficulties associated with them. In a second part we introduce the statistical tools used to characterise tomographic systems. We define and apply a procedure to simple situations in luminescence optical tomography. The last part of this work presents the development of an inversion procedure. After introducing the theoretical frameworkwe validate the procedure fromnumerical data before successfully applying it to experimentalmeasurements.L’imagerie moléculaire occupe une place majeure dans le domaine de la recherche préclinique. Parmi les modalités existantes, les techniques optiques fondées sur la détection d’un rayonnement visible ou proche infrarouge sont les plus récentes et sont principalement représentées par les méthodes de tomographie optique de luminescence. Ces méthodes permettent une caractérisation 3D d’un milieu biologique par la reconstruction de cartes de concentration ou la localisation de marqueurs luminescents sensibles à des processus biologiques et chimiques se déroulant à l’échelle de la cellule ou de la molécule. La tomographie de luminescence se fonde sur un modèle de propagation de la lumière dans les tissus, un protocole d’acquisition du signal en surface du milieu et une procédure numérique d’inversion de ces mesures afin de reconstruire les paramètres d’intérêts. Ce travail de thèse s’articule donc autour de ces trois axes et apporte un élément de réponse à chacun des problèmes. L’objectif principal de cette étude est d’introduire et de présenter des outils d’évaluation des performances théoriques d’une méthode de tomographie optique. L’un des aboutissements majeurs est la réalisation de reconstructions tomographiques expérimentales à partir d’images acquises par un imageur optique conçu pour l’imagerie planaire 2D et développé par la société Quidd. Dans un premier temps nous abordons la théorie du transport en milieu diffusant afin de poser les concepts et outils sur lesquels vont s’appuyer l’ensemble des travaux. Nous présentons particulièrement deux modèles de propagation différents ainsi que les méthodes de résolution et les difficultés théoriques qui leur sont liées. Dans une deuxième partie nous introduisons les outils statistiques utilisés pour caractériser les systèmes tomographiques et leur résolution potentielle. Nous définissons une procédure et nous l’appliquons à l’étude de quelques situations simples en tomographie de luminescence. La dernière partie de ce travail présente la mise au point d’une procédure d’inversion. Après avoir présenté le cadre théorique dans lequel cette procédure s’inscrit nous la validons à partir de données numériques avant de l’appliquer avec succès à des mesures expérimentales