Assemblage d’ADN avec graphes de de Bruijn sur FPGA

Ce mémoire est consacré à la parallélisation d’un algorithme d’assemblage d’ADN de type de novo sur différentes plateformes matérielles, soit les processeurs multicoeurs et les accélérateurs de type FPGA. Plus précisément, le langage OpenCL est utilisé pour accélérer l’algorithme dont il est question, et de permettre un comparatif direct entre les les plateformes. Cet algorithme est d’abord introduit, puis son implémentation originale, développée pour une exécution sur une grappe de noeuds, est discutée. Les modifications apportées à l’algorithme dans le but de faciliter la parallélisation sont ensuite divulgées. Ensuite, le coeur du travail est présenté, soit la programmation utilisant OpenCL. Finalement, les résultats sont présentés et discutés.

Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle du rat à 7T

Des métastases cérébrales vont se développer chez 10 à 30% des patients atteints de cancer. La radiothérapie fait partie des possibilités de traitement, et ceci même si les dommages induits au cerveau par des rayonnements ionisants sont potentiellement importants. Nous proposons l’utilisation de l’Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) sur le rat pour mieux comprendre ces effets. Ce mémoire traite de la mise en place d’un tel protocole d’IRMf. Les principaux points abordés sont la préparation de l’animal, les différentes insultes et stimulations sensorielles possibles ainsi que la méthode d’acquisition. Notre protocole d’insulte hyperoxique permet de déceler des dommages physiques d’origine vasculaire suite à une intense irradiation dans le cerveau du rat. Toutefois, la même procédure associée à une stimulation mécanique de la patte arrière de l’animal n’amène pas de changement observable à l’IRMf sur un sujet sain. Malgré tout, ce type de stimulation induit une réponse respiratoire, même sous anesthésie d’isoflurane. Une telle méthode n’est donc pas adéquate à l’étude d’animaux anesthésiés, surtout ceux dont la réponse cérébrale pourra avoir été réduite par une irradiation. Quelques améliorations et modifications du protocole seraient possiblement à même de permettre une mesure reproductible de la réponse d’IRMf à une stimulation sensorielle. Le présent mémoire décrit les tentatives de mise en place d’une stimulation sensorielle donnant lieu à une activation IRMf reproductible et localisée. De plus, un protocole de traitement d’image adapté au petit animal ainsi qu’une implémentation de la méthode keyhole ont été mis en place. L’insulte hyperoxique et ses effets sur le cerveau de rat ont été explorés plus en détail.

On precise three-dimensional environment modeling via UAV-based photogrammetric systems

Abstract : Images acquired from unmanned aerial vehicles (UAVs) can provide data with unprecedented spatial and temporal resolution for three-dimensional (3D) modeling. Solutions developed for this purpose are mainly operating based on photogrammetry concepts, namely UAV-Photogrammetry Systems (UAV-PS). Such systems are used in applications where both geospatial and visual information of the environment is required. These applications include, but are not limited to, natural resource management such as precision agriculture, military and police-related services such as traffic-law enforcement, precision engineering such as infrastructure inspection, and health services such as epidemic emergency management. UAV-photogrammetry systems can be differentiated based on their spatial characteristics in terms of accuracy and resolution. That is some applications, such as precision engineering, require high-resolution and high-accuracy information of the environment (e.g. 3D modeling with less than one centimeter accuracy and resolution). In other applications, lower levels of accuracy might be sufficient, (e.g. wildlife management needing few decimeters of resolution). However, even in those applications, the specific characteristics of UAV-PSs should be well considered in the steps of both system development and application in order to yield satisfying results. In this regard, this thesis presents a comprehensive review of the applications of unmanned aerial imagery, where the objective was to determine the challenges that remote-sensing applications of UAV systems currently face. This review also allowed recognizing the specific characteristics and requirements of UAV-PSs, which are mostly ignored or not thoroughly assessed in recent studies. Accordingly, the focus of the first part of this thesis is on exploring the methodological and experimental aspects of implementing a UAV-PS. The developed system was extensively evaluated for precise modeling of an open-pit gravel mine and performing volumetric-change measurements. This application was selected for two main reasons. Firstly, this case study provided a challenging environment for 3D modeling, in terms of scale changes, terrain relief variations as well as structure and texture diversities. Secondly, open-pit-mine monitoring demands high levels of accuracy, which justifies our efforts to improve the developed UAV-PS to its maximum capacities. The hardware of the system consisted of an electric-powered helicopter, a high-resolution digital camera, and an inertial navigation system. The software of the system included the in-house programs specifically designed for camera calibration, platform calibration, system integration, onboard data acquisition, flight planning and ground control point (GCP) detection. The detailed features of the system are discussed in the thesis, and solutions are proposed in order to enhance the system and its photogrammetric outputs. The accuracy of the results was evaluated under various mapping conditions, including direct georeferencing and indirect georeferencing with different numbers, distributions and types of ground control points. Additionally, the effects of imaging configuration and network stability on modeling accuracy were assessed. The second part of this thesis concentrates on improving the techniques of sparse and dense reconstruction. The proposed solutions are alternatives to traditional aerial photogrammetry techniques, properly adapted to specific characteristics of unmanned, low-altitude imagery. Firstly, a method was developed for robust sparse matching and epipolar-geometry estimation. The main achievement of this method was its capacity to handle a very high percentage of outliers (errors among corresponding points) with remarkable computational efficiency (compared to the state-of-the-art techniques). Secondly, a block bundle adjustment (BBA) strategy was proposed based on the integration of intrinsic camera calibration parameters as pseudo-observations to Gauss-Helmert model. The principal advantage of this strategy was controlling the adverse effect of unstable imaging networks and noisy image observations on the accuracy of self-calibration. The sparse implementation of this strategy was also performed, which allowed its application to data sets containing a lot of tie points. Finally, the concepts of intrinsic curves were revisited for dense stereo matching. The proposed technique could achieve a high level of accuracy and efficiency by searching only through a small fraction of the whole disparity search space as well as internally handling occlusions and matching ambiguities. These photogrammetric solutions were extensively tested using synthetic data, close-range images and the images acquired from the gravel-pit mine. Achieving absolute 3D mapping accuracy of 11±7 mm illustrated the success of this system for high-precision modeling of the environment.

Génération de patrons de conception et restructuration de code vers un patron de conception pour Java

(POO) est l’utilisation de patrons de conception (PC). Un PC est un arrangement caractéristique de classes permettant d’offrir une solution éprouvée, tout en obtenant un code réutilisable et compréhensible. Plusieurs PC sont définis, dont 24 par la GoF [12] et plusieurs autres sont apparus par la suite. Le concept de PC est abstrait ce qui peut amener différentes interprétations. Ces différences peuvent aussi causer une mauvaise implémentation qui peut réduire les avantages d’utiliser ce patron. Ce projet consiste à concevoir un outil facilitant l’utilisation des PC. L’outil Génération et Restructuration de Patrons de Conception(GRPC) permet la génération automatique du squelette d’un patron de conception ainsi que la restructuration d’un code en le transformant structure respectant un PC. La génération et la restructuration automatique permettent d’obtenir un code uniforme et de qualité tout en respectant le patron de conception. La compréhension et la maintenance du code sont ainsi améliorées. GRPC est module d’extension pour l’environnement de développement Eclipse écrit en Java. Le code est conçu pour être facilement compréhensible et extensible. Les deux principaux objectifs de GRPC sont de restructurer (refactoring) une section de code vers l’architecture d’un patron de conception et de générer des squelettes de patrons de conception. Une interface graphique permet de guider l’utilisateur et d’aller chercher toutes les informations importantes pour le fonctionnement du logiciel. Elle permet aussi de configurer les éléments du patron de conception. Pour s’assurer de la possibilité d’effectuer une restructuration, chaque patron est associé avec une ou plusieurs règles qui analysent le code pour détecter la présence d’une structure particulière. Des procédures aident les développeurs à ajouter de nouveaux PC dans GRPC. GRPC fournit des fonctionnalités permettant d’implémenter quelques patrons de conception de la POO définis dans le livre Design Patterns : Elements of Reusable Object-Oriented Software.

Algorithmique et complexité des systèmes à compteurs

Réalisé en cotutelle avec l'École normale supérieure de Cachan – Université Paris-Saclay

Effect of trees in the soil nutrient concentration and pasture produtivity in Mediterranean silvo-pastoral systems

Silvo-pastoral are mixed systems of trees and grass, which have been proposed as a means to extend the benefits of forest to farmed land. Agro-forestry systems under semi-arid Mediterranean conditions, called montados in Portugal and dehesas in Spain, cover substantial areas in the world. These silvo-pastoral systems are the most extensive European agro-forestry system, as they cover 3.5–4.0 Mha in Spain and Portugal. Long-term studies are essential to assess the magnitude of the temporal nutrient flow dynamics in terrestrial ecosystems and to understand the response of these systems to fertilizer management. In order to implement the conservation task and recovery of resources through silvo-pastoral systems it is necessary to know and correct potential limiting factors, especially the soil factor, and this requires agronomic knowledge as well as the implmentation of the available new technologies. In this context, this task aims at a better understanding of the contribution of the two components of montado ecosystem (trees and herbaceous vegetation) on the soil nutrient and water dynamics, that allow for the interpretation of the variability of pasture dry matter yield and help the farmer in the management of tree density. Collaterally the task will evaluate and calibrate new technologies that simplify the monitoring of soil, grassland, trees and grazing animals.