▼ Abstract: The laser biospeckle is an optical interferometric phenomena that occurs when an incident light insides on an active biological material surface. The material activity can be originated from biological processes or even from some isolated physical phenomena. It does exist a group of components in a biological material which can change the biospeckle interference pattern. Many images processing techniques have been employed to quantify the activity level of a biological material and to correlate it with quality patterns. However, the techniques employed at this time for to quantify activity level and to evaluate seed quality, can not be employed to identify the components with acceptable accuracy. However, the identification and differentiation of these components is of fundamental importance to technique development applicable to a variety of situations as seed viability analysis, seed vigor, generating quick and non destructive, as well as capable of automation methods. Physical damages occurring by impact during product handling, insect attack and others do generate zones of low biological activities. By other side, seeds can exhibited zones attacked by fungi and other microorganisms holding high biological activities. Theoretical considerations support the possibility of identifying as well as mapping the phenomena originated from biological activities in seeds by inserting Wavelets Transform (TW) and Frequency Analysis in the image processing. Based on what it has been exposed before, the objectives of this research work can be summarized as to verify the potentiality of the Wavelets Transform (TW) applied to the laser biospeckle signal in indentifying and mapping phenomena associated to activities in seeds of Phaseolus vulgaris, L. The experimental setup included a monochromatic camera, a digital camera, a 632 red and 10 mW powered HeNe laser and a diode 632 nm and 5 mW powered. A tetrazolium (TZ) test was employed as a pattern test. The above described procedure generated digital maps of activity which were compared with the TZ. Results showed that the technique are able of identifying natural and mechanical bruising beans seeds. Artificialy generated thermal and chemical damages were identified as well. TW filtering techniques exhibits significant potentiality in indentifying high and low activities in beans seeds (Phaseolus vulgaris, L.) that can be correlated to damages and contaminations Advisors/Committee Members: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (CRUESP), Dal Fabbro, Inacio Maria, 1944- (advisor), Fabbro, Inacio Maria Dal, 1944- (advisor), Braga Junior, Roberto Alves (coadvisor), Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola (institution), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola (nameofprogram), Barbosa, Eduardo Acedo (committee member), Muramatsu, Mikiya (committee member), Ferraz, Antônio Carlos de Oliveira (committee member), Park, Kil Jin (committee member).

▼ Taote es un dispositivo de ultrasonido portátil de bajo costo completamente diseñado y construido en la Universidad de Chile. Su portabilidad, fácil uso y bajo costo lo hacen una herramienta idónea para el pre diagnostico conducido por médicos generales, dando solución al problema de congestión de la red de salud pública al evitar derivar casos innecesarios a otros centros de atención de mayor complejidad y dando un mayor acceso a este tipo de exámenes en zonas donde su acceso es restringido. Como producto en desarrollo, aún enfrenta diversos desafíos que deben resolverse, entre ellos, el tratamiento de imágenes para su realce. Los dispositivos de ultrasonido son afectos a un fenómeno particular llamado speckle, generado por la interferencia de la señal exploradora con los elementos pequeños en las superficies examinadas, lo que se traduce en artefactos granulares, zonas de alta y baja intensidad que dificultan el diagnóstico médico y automatizado. El objetivo principal de este trabajo consiste en diseñar e implementar distintas técnicas de procesamiento considerando las restricciones que impone Taote, tal que permitan realzar las imágenes de ultrasonido que provienen de él. Para ello, se estudian algunas técnicas existentes en el estado del arte , se simulan y evalúan para su posterior implementación. Al respecto, el operador lineal con ganancia adaptable de Lee y el operador no lineal de mediana multicapa, entregan los mejores desempeños seguidos por los operadores fundamentales (promedio y mediana convencional) para los índices de transformación de imágenes. Éstos entregan una métrica de la calidad de la transformación y no de la calidad de la imagen por sí misma (la cual es subjetiva y depende del observador) . Debido a la complejidad computacional, se diseñan circuitos que implementan estos operadores con ganancia fija, es decir, representándolos como la interpolación constante de operadores fundamentales en Verilog, para su posterior síntesis e implementación en la FPGA del equipo. En su implementación en el equipo, las capturas de las nuevas imágenes procesadas demuestran transformaciones similares a las obtenidas en las simulaciones, aunque con métricas de transformación diferente. Aún así , éstas logran validar las transformaciones en la imagen original de Taote. Finalmente, estas capturas fueron sometidas a la evaluación del ojo experto, donde el operador no lineal con ventana de tamaño 5 X 5 fue la elegida para ser incorporada en el proyecto. Si bien fue posible incorporar técnicas que modifican métricas de la imagen, un examen exhaustivo debe hacerse al obtener el índice de eficiencia de diagnostico de los operadores del producto y compararlos con los del producto sin la técnica de procesamiento. Hacer estas pruebas escapa a los alcances de este trabajo, pero hacerlo llevará a validar objetivamente las técnicas de procesamiento y abre las puertas a nuevos desarrollos, como el diagnóstico automatizado, segmentación de imágenes y otro tipo de desarrollos que acercarán al…

▼ Abstract: The detection and monitoring of fungi, in recent years, have now available computational methods of free analysis, easy implementation, reducing costs and enabling non-destructive processes. This work proposes to analyze the changes obtained in the Biospeckle pattern, which arises when the laser beam is incident on a surface in a dynamic process, and observe the phenomenon of seizure, that is, when such surface demonstrates some biological activity. For this purpose, three activity indexes - Moment of inertia (IM), Differences of Absolute Values (AVD) and Space Time Speckle (STS) - were used for the images generated by different fungi in the first days of their incubation, evolving into the first hours. The results obtained were encouraging for the monitoring of fungi in their first hours after inoculation. From the isolation of the fungi, followed by the peal in Petri dishes, their growth was observed in several stages. In the first stage of the research, it was investigated the growth of fungi during their first week of incubation, the curve of this development showed to be quite coherent with their growth. The Gaussian distribution was then applied, obtaining the correction of this curve. A comparison between the Aspergillus and Penicillium fungi was carried out in the first week after incubation, and the curves corroborated much for the development of the research. The investigation was carried out for the first hours of incubation with the fungus Aspergillus niger, proving the results obtained in the initial tests. The applied indices statistical analysis demonstrated the consistency of the obtained data through its normality curve, proving to be quite profitable as well as demonstrating that this technique proved to be an adequate monitoring tool for the first week of growth for both fungi, 24 hours of development. In this sense, the present research recognizes that it is possible to indicate the biospeckle technique available as a tool to identify the biological activity of fungi, aiming to contribute to provide information on the fungi inoculation during its first growing hours, being an extra tool among others applied to identify this important group of diverse and complex organisms, such as fungi Advisors/Committee Members: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (CRUESP), Dal Fabbro, Inacio Maria, 1944- (advisor), Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola (institution), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola (nameofprogram), Fracorelli, Juliana Aparecida (committee member), Silva, Ariovaldo José da (committee member), Batista, Luis Roberto (committee member), Lino, Antonio Carlos Loureiro (committee member).

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Cette thèse résulte d’une collaboration entre le Pr Ayadi de l’Institut National Polytechnique de Lorraine et le Pr Varna de l’Université Technologique de Luleå. Depuis 2005, le Professeur Varna a développé une méthode originale qui permet d’obtenir l’ensemble des constantes thermoélastiques d’un stratifié endommagé à partir de deux paramètres : l’ouverture moyenne et le glissement moyen des lèvres des fissures, normalisés par rapport à la contrainte appliquée. Dans cette thèse, nous analysons le potentiel de l’interférométrie de speckle pour obtenir la mesure de ces deux grandeurs. Plus généralement, nous montrons l’utilité de la mesure du champ de déplacement pour caractériser le développement de l’endommagement dans les stratifiés. Le premier chapitre décrit l’endommagement qui peut affecter les matériaux composites stratifiés. L’objectif est de mettre en évidence les points particuliers pour lesquels la mesure du champ de déplacement pourrait apporter des informations originales. Dans le deuxième chapitre, le principe de l’interférométrie de speckle est exposé. Nous avons particulièrement insisté sur les raisons qui nous on conduit à choisir cette technique pour réaliser cette étude. Dans le troisième chapitre, nous présentons une étude expérimentale du potentiel de l’interférométrie de speckle pour caractériser les différentes formes d’endommagement qui peuvent apparaître dans un stratifié verre/époxyde . Enfin, dans le dernier chapitre, nous analysons expérimentalement le développement de l’endommagement dans un stratifié carbone/époxyde

This work results from a collaboration between Pr Ayadi (Institut Polytechnique de Lorraine) and Pr Varna (Technical University of Luleå). Since 2005, Pr Varna has developed an original method that allows for the determination of all the thermoelastic constants of a damaged laminate. The stiffness reduction is governed by two parameters: the average value of the opening and the average value of the sliding of the crack surfaces. These values are normalized with respect to the applied loading. In this work, the potential of speckle interferometry is analysed to obtain these two parameters. More generally, we show the usefulness of displacement field measurements to characterize damage development in laminates. The first chapter is dedicated to the damage that occurs in laminates. The main objective is to highlight the points for which displacement field measurements could bring interesting information. In the second chapter, the principle of speckle interferometry is described. The choice of this technique for the considered application is discussed and justified. In the third chapter, an experimental study of the potential of speckle interferometry is proposed to characterize the damage forms that occur in a glass/epoxy laminate. In the last chapter, the development of damage is experimentally analysed in a carbon/epoxy laminate

Advisors/Committee Members: Ayadi, Zoubir (thesis director).

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Lors de la diffusion d’une onde électromagnétique sur une surface de rugosité aléatoire ou dans un volume, un champ de speckle, dont les caractéristiques dépendent du diffuseur considéré, se forme. Les diffusions au sein de matériaux impactent l’état de polarisation d’une lumière incidente. Ainsi, la polarisation est un paramètre sensible pour la caractérisation et l’étude de matériaux. Une technique de polarimétrie résolue spatialement, permettant une mesure de précision en champs de speckle, est proposée. Cette technique est utilisée pour étudier l’impact de différents paramètres d’imagerie sur la mesure polarimétrique, notamment les phénomènes de dépolarisation des champs dus au mode d’observation. Un modèle de simulation de champs de speckle polarisés, validé par comparaison avec l'expérimentation pour différents régimes de diffusions, est développé. Par ailleurs, les propriétés dynamiques de l’échantillon peuvent être mesurées par une analyse de contraste du speckle qu’il diffuse. Un dispositif d’imagerie de micro-vascularisation par mesure de contraste de speckle dynamique polarisé est optimisé, puis appliqué à l’étude in-vivo de l’angiogenèse tumorale du mélanome murin, ainsi que l’évolution de la vascularisation après traitement des tumeurs par électrochimiothérapie. Le potentiel de la technique pour la détection et l'étude du mélanome murin, sans contact ni marqueur, est démontré, avec comme perspective la détection et l'étude du mélanome humain, dont l'efficacité reste à être caractérisée pour une utilisation en imagerie biomédicale.

When an electromagnetic wave is scattered by a rough surface or in a volume, a speckle field is observed, with characterlstlcs depending on the consldered scatterer. Multiple scattering in samples immpact the State of polarizatlon of an incident light. Thus, polarization Is a sensitive parameter for material characterization and study. A spatially resolved polarlmetry method, allowing accurate measurements in speckle fields is proposed. That method is used to study the Impact of various parameters on polarimétrie measurements, especially the depolarization phenomenon due to the observation setup. A polarlzed speskle simulation model is proposed, validated by comparison with expérimentation for various scattering régime. Besides, dynamlc properties of samples can be measured by an analysis of the scattered speckle contrast. A method allowing microvascularization imaging based on dynamic polarized light scattering imaging is optlmlzed, then applied to in-vivo study of the tumor angiogenesis occuring on murine melanoma, as well as the vascularization évolution after a treatment called electrochemotherapy. Potentlal of the method for non invasive détection and study of the murine melanoma is demonstrated, its efflciency on human melanoma for biomédical applications remaning to be characterized.

Advisors/Committee Members: Golzio, Muriel (thesis director), Orlik, Xavier (thesis director).

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Neste trabalho foi desenvolvido um novo método voltado para a caracterização de lentes térmicas em materiais fotônicos, utilizados como meios ativos no desenvolvimento de lasers. Este método baseia-se em interferometria por padrão de speckle eletrônico (ESPI), utilizando dois lasers de diodo multímodo sintonizados a diferentes freqüências. Com o ajuste desta diferença, foi possível escolher uma resolução apropriada para medirmos as variações geradas no raio de curvatura da frente de onda, relacionados ao efeito térmico. Para os nossos experimentos escolhemos uma amostra vítrea de aluminato de cálcio dopado com 4% de érbio; e potências de bombeio incidentes de até 1,76 mW do laser de bombeio. Os lasers de diodo foram sintonizados para ter um intervalo de contorno por volta de 120 m. Com o aumento da potência absorvida pela amostra, observamos a diminuição da curvatura da frente de onda incidente na CCD, devido ao aumento da potência da lente térmica gerada. Através de uma análise paraxial dos feixes, foi feita uma aproximação para obtermos os valores das lentes para cada configuração, apresentando comprimentos focais de 131,39 mm a 42,76 mm.

In this work we will develop a new method focused on the caracterization of thermal lenses effect in photonic materials used as active media in lasers design. This method is based on electronic speckle pattern interferometry (ESPI) using two multimode diode lasers tuned to different frequencies. Adjusting this difference we can achieve an appropriate resolution to measure the variability generated within the curvature radius of the wavefront due to thermal lens effect. For our experiments we chose a vitreous sample of calcium aluminate doped with 4% erbium and incident pump powers ranging to 1.76mW. The diode lasers were tuned to have a contour interval of around 120m. With addition in power absorbed by the sample, we observed a decrease in the curvature radius incident on the camera due to increased power of the thermal lens generated. Through a paraxial of the wavefront, an approach was made to obtain the values of the lenses for each configuration, with focal lengths ranging from 131.39 mm to 42.76 mm.

Advisors/Committee Members: Wetter, Niklaus Ursus.

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A análise de imagem por si mesma se apresenta como um poderoso instrumento aplicado ao monitoramento a toda espécie de fenômenos biológicos. O desenvolvimento de diversos tipos de abordagens ópticas com o objetivo de se obter viabilidade na aquisição e análise de imagens tem sido um dos principais esforços nessa área de aplicação. Uma consequência desse esforço é a adoção da técnica do biospeckle laser como uma alternativa em potencial para se alcançar uma metrologia óptica. O biospeckle ou speckle laser dinâmico é um fenômeno formado quando um processo dinâmico ocorre em um material que é iluminado pelo laser. Esse fenômeno contém informações a respeito da atividade presente nesse material, seja biológico ou não. Por ser uma técnica não invasiva, não destrutiva e de custo baixo, o biospeckle laser (BSL) tem sido uma boa ferramenta no monitoramento de propriedades biológicas. Nesse sentido, a aplicação em instrumentação óptica tem crescido ao longo dos anos, especialmente nas áreas da biologia, medicina e agricultura. A análise do speckle dinâmico é feita usando técnicas de processamento digital de imagem e análises estatísticas. Contudo, essa análise tem sido um desafio para os especialistas da área devido à complexidade envolvida na interação da luz laser e o material em estudo. Assim, é necessário desenvolver e aperfeiçoar métodos e protocolos que assegurem maior eficiência em medir e monitorar o processo dinâmico no material em estudo. A alta sensibilidade do BSL e a variabilidade de materiais biológicos associados com o grande número de variáveis envolvidas na formação do padrão de speckle têm trazido grandes desafios na busca por técnicas de análise mais seguras e robustas. Esse estudo tem como objetivo desenvolver e refinar metodologias de análise do BSL e criar protocolos para diferentes tipos de análises. Em específico, são apresentados: um protocolo para separar diferentes tecidos em um mesmo material através da assinatura espectral de cada tecido e por meio da associação de resultados gráficos e numéricos do BSL; um procedimento para avaliar a qualidade de imagem durante a fase de iluminação, baseando-se na saturação, áreas escuras, formação do padrão de speckle e na homogeneidade da imagem; melhorias e novas abordagens na técnica do Momento de Inércia, através de uma nova normalização da matriz de ocorrência e usando quantificação contínua por meio da redução da informação temporal; e, uma nova técnica gráfica baseado no desvio padrão de cada pixel em relação ao tempo. Os resultados mostram a viabilidade das metodologias descritas que alcançaram maior confiabilidade e coerência na análise do BSL.

The image analysis presents itself as a powerful instrument applied to all sort of biological phenomena monitoring. The development of many optical approaches to carry out a feasible image assembling and analysis to different demands has been the main effort in this application area. A consequence of that effort is the adoption of the biospeckle laser technique as a potential alternative to pursue the optical…

Advisors/Committee Members: Thelma Sáfadi, Roberto Alves Braga Júnior, Giovanni Francisco Rabelo.

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L'utilisation des techniques de mesure optiques impose un choix, souvent difficile, entre la résolution temporelle et la résolution spatiale. L'interferométrie Speckle (IS) fournit des mesures des champs d'amplitudes de vibration de grande résolution spatiale, mais la résolution temporelle des mesures est réduite par les cadences d'acquisition des détecteurs. La thèse est dédiée au développement d'un système interférométrique adapté à la mesure des vibrations et des phénomènes dynamiques des structures, basé sur les principes de l'IS, mais ayant une résolution temporelle accrue. Le système a été testé à des cadences de plus de 26000 images/s pour les cas suivants : sollicitation harmonique mono-fréquence ou par une forme d'onde arbitraire ; sollicitation dynamique par une séquence d'échelons de force ; choc mécanique. Les essais ont démontré que le système est capable de dépasser les systèmes classiques d'IS à laser continu en ce qui concerne la mesure des phénomènes dynamiques.

The use of optical measurement techniques requires a choice, often difficult, between temporal resolution and spatial resolution. Speckle interferometry (IS) provides high spatial resolution maps of vibration amplitudes, but the temporal resolution of measurements is reduced, due to the low acquisition rates of detectors. The thesis is dedicated to the development of an interferometric system that is able to measure dynamic phenomena with superior temporal resolution. The system was tested at acquisition rates exceeding 26,000 frames/s, for the following cases: harmonic excitation; arbitrary excitation; dynamic loading by a staircase signal and mechanical shock. The tests showed that the system is able to overcome conventional systems of continuous wave SI with respect to the measurement of dynamic phenomena.

Advisors/Committee Members: Borza, Dan (thesis director).

▼ En el presente trabajo de tesis se propone la utilización del fenómeno óptico de Speekle o moteado como una alternativa para el análisis de desplazamientos micrométricos, mediante la obtención de interferogramas vía software, el cual reemplaza la utilización de lentes, y lo convierte en un método de interferometría electrónica de Speekle o moteado. La no utilización de lentes no quita relevancia, a los otros factores tales como la geometría del sistema, la alineación y la coherencia del láser, razón por la cual el correcto montaje del sistema brinda una gran estabilidad a factores externos, tales como fuentes de luz externas y vibraciones, Y teniendo los respectivos datos de deformación vs variación de temperatura, se logra calcular el coeficiente de dilatación lineal, Y mostrar su viabilidad como alternativa de medición óptica.

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O câncer de mama é um dos maiores problemas de saúde para a população feminina, devendo ser encarado como um importante problema de saúde pública. A ultrassonografia é considerada o método mais efetivo na complementação de diagnóstico de doenças mamárias, porém a forma de aquisição desse método diagnóstico degrada a imagem sob diversas formas, destacando-se o ruído speckle, o qual deixa a imagem com aspecto granulado, dificultando assim a separabilidade entre os objetos da cena. Este trabalho apresenta uma técnica automática para segmentação de nódulos mamários em imagens de ultrassom. O algoritmo permite a extração das bordas nodulares, permitindo assim a obtenção de parâmetros clínicos utilizados no diagnóstico mamário. Todo o processo se baseia em três etapas: minimização do ruído speckle, aumento de contraste da imagem e por fim, a segmentação. A técnica utilizada para minimização do ruído speckle baseia-se na Wavelet da família Symlet; técnicas para aumento de contraste na imagem são aplicadas para a segmentação. A partir daí, é aplicado o algoritmo de segmentação Asterisco, originalmente proposto para a detecção de microcalcificações em mamografias por raios X, e que mostrou também eficiência para os objetivos deste trabalho. A técnica Asterisco em conjunto com as de pré-processamento (minimização de ruído e aumento de contraste) produziu taxa de sensibilidade na detecção de nódulos da ordem de 90%. Em relação à qualidade da segmentação, a técnica apresentada neste trabalho também se mostrou satisfatória, superior às técnicas testadas, de acordo com a análise feita pelo cálculo de coeficientes de correlação de Pearson. É possível concluir que o sistema desenvolvido neste trabalho pode constituir-se numa ferramenta eficaz de segmentação de nódulos mamários em imagens de ultrassom, auxiliando o conjunto de informações disponíveis para um classificador automático em esquemas CAD em mamografia.

Breast cancer is one of the main health problems of the female population and should be faced as an important public health care issue. The ultrasound scanning is considered the most effective in complementary method of breast diagnosis. Nevertheless, the acquisition format of this sort degrades the images in various ways, being the speckle noise of noticeably influence once it leaves the image with grainy aspect. Therefore, the separability between objects of the scene is hindered. This work presents an automatic technique of ultrasound image segmentation of breast lumps. The algorithm allows the extraction of the nodular edges permitting the clinical parameters to be obtained for the breast diagnosis. All the process is based on three steps: speckle noise minimization, image contrast intensification and finally the segmentation. The technique used on the speckle noise minimization is based on the Wavelet transform of the Symlet family; image contrast intensifications are applied for the segmentation. Thereafter the algorithm of segmentation Asterisco is applied, which is originally proposed to detect micro…

Advisors/Committee Members: Schiabel, Homero.

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Le vieillissement est un facteur de risque des maladies cardiovasculaires. Il est associé à des altérations fonctionnelles et structurelles du système vasculaire.Une étude approfondie du processus de vieillissement et le développement de systèmes d’imagerie et des traitements de données associés deviennent donc une priorité. Par l’analyse d’images de contraste par speckle laser (LSCI), l’objectif de cette thèse est d’étudier l’influence de l’âge sur la micro circulation.Pour ce faire, des données de LSCI ont été acquises sur l’avant-bras de sujets sains jeunes et âgés. A partir de modèles mathématiques, nous avons déterminé la vitesse des érythrocytes de la micro circulation chez les deux groupes de sujets. Par ailleurs, nous avons également mené une étude de la complexité de séries temporelles d’ LSCI s’appuyant sur des mesures d’entropie multi échelle. Nos résultats montrent que : 1) le groupe de sujets plus âgés présente des valeurs de vitesse des globules rouges significativement plus élevées que celles des sujets jeunes à l’hyperémie réactive post-occlusive; 2) les fluctuations des séries temporelles de LSCI dans le groupe des sujets jeunes ont une complexité supérieure à celles du groupe de sujets âgés. Ces modifications observées sur la micro circulation pourraient être attribuées à des modifications du système vasculaire dans son ensemble. La compréhension de ces altérations pourrait conduire à de nouvelles perspectives en matière de prévention et de traitement des pathologies liées à l’âge.

Aging is a primary risk factor for cardiovascular diseases. It is associated with functional and structural alterations in the vascular system. Therefore, a deep study of the aging process and the development of imaging systems and associated processing become of the utmost importance. By processing laser speckle contrast images (LSCI), this PhD work aims at studying the influence of age on microcirculation. In our work, LSCI data were acquired from the skin forearm of healthy subjects, subdivided into two age groups (younger and older). From mathematical models, we determined red blood cells velocity in microcirculation in the two groups of subjects. Moreover, we applied multiscale entropy-based algorithms to LSCI time series in order to study the complexity of microvascular signals. Our main findings are: 1) the older group has significantly higher velocity values than the younger group at post-occlusive reactive hyperaemia; 2) LSCI fluctuations in the younger group have significantly higher complexity than those of the older group. Age-related changes in skin microcirculation can be attributed to alterations in the vascular system as a whole. Understanding these changes in the microcirculatory system may give new insights for prevention and treatment of age-related diseases

Advisors/Committee Members: Humeau-Heurtier, Anne (thesis director).

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Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'amélioration de la caractérisation de l'occupation du sol à partir d'observations de télédétection de natures très différentes : le radar polarimétrique et les images optiques multispectrales. Le radar polarimétrique permet la détermination de mécanismes de rétrodiffusion provenant de théorèmes de décomposition de l'information polarimétrique utiles à la classification des types d'occupation du sol. Cependant ces décompositions sont peu compréhensibles lorsque que plu- sieurs classes thématiques co-existent dans des proportions très variables au sein des cellules de résolution radar. Le problème est d'autant plus important que le speckle inhérent à l'imagerie radar nécessite l'estimation de ces paramètres sur des voisinages locaux. Nous nous interrogeons alors sur la capacité des données optiques multispectrales sensiblement plus résolues spatialement que le radar polarimétrique à améliorer la compréhension des mécanismes radar. Pour répondre à cette question, nous mettons en place une méthode de démélange des images radar polarimétrique par séparation thématique de sources. L'image optique peut être considérée comme un paramètre de réglage du radar fournissant une vue du mélange. L'idée générale est donc de commencer par un démélange thématique (décomposer l'information radar sur les types d'occupation du sol) avant de réaliser les décompositions polarimétriques (identifier des mécanismes de rétrodiffusion).Dans ce travail nous proposons d'utiliser un modèle linéaire et présentons un algorithme pour réaliser le démélange thématique. Nous déterminons ensuite la capacité de l'algorithme de démé- lange à reconstruire le signal radar observé. Enfin nous évaluons si l'information radar démélangée contient de l'information thématique pertinente. Cette évaluation est réalisée sur des données simulées que nous avons générées et sur des données Radarsat-2 complètement polarimétriques pour un cas d'application de mélange sol nu/forêt. Les résultats montrent que, malgré le speckle, la reconstruction est valable. Il est toujours possible d'estimer localement des bases thématiques permettant de décomposer l'information radar polarimétrique puis de reconstruire le signal observé. Cet algorithme de démélange permet aussi d'assimiler de l'information portée par les images optiques. L'évaluation de la pertinence thématique des bases de la décomposition est plus problématique. Les expériences sur des données simulées montrent que celles-ci représentent bien l'information thématique souhaitée, mais que cette bonne estimation est dépendante de la nature des types thématiques et de leurs proportions de mélange. Cette méthode nécessite donc des études complémentaires sur l'utilisation de méthodes d'estimation plus robustes aux statistiques des images radar. Son application à des images radar de longueur d'onde plus longue pourrait permettre, par exemple, une meilleure estimation du volume de végétation dans le contexte de forêts ouvertes

Land cover is a layer of information of significant…

Advisors/Committee Members: Rudant, Jean-Paul (thesis director).

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La problématique de cette thèse est l'étude de la localisation d'un condensat de Bose-Einstein confiné harmoniquement et quasi-1D à travers lequel différents potentiels désordonnés sont transportés. Cette problématique qui se veut pleinement pertinente pour les expérimentalistes est à priori difficile à traiter. Cela est dû au caractère non-linéaire, inhomogène et hors-équilibre du système. De ce fait, la plage des vitesses du désordre est limitée d'une part par la vitesse critique de superfluidité et d'autre part par la configuration inhomogène du système. Des notions habituelles de localisation telles que transmission ou exposant de Lyapunov ne sont plus applicables. Donc, il a fallu apporter une nouvelle mesure de localisation pour notre problématique: le ratio du déplacement du centre de masse du condensat au déplacement du désordre qu'on a identifié à la fraction d'atomes localisés. De plus, nous avons des corrélations dans le désordre qui introduisent l'effet d'un comportement non-monotone de l'efficacité de la localisation du potentiel désordonné en fonction de l'énergie. Ainsi, les corrélations peuvent être un moyen pour mettre en évidence la nature quantique de la localisation. Chose que nous avont fait dans un premier temps avec du désordre de type Modèle d'Edwards et dans une seconde partie avec du désordre de type speckle, qu'on nomme le Random Dimer speckle. Pour ce deuxième cas, nous avons proposé une procédure pour contrôler les corrélations et introduire un pic de localisation dans une certaine région énergétique. Cette configuration pourrait être vérifié dans les expériences à l'aide d'un modulateur spatial de lumière.

The topic of this thesis is the study of localization of a quasi-one-dimensional and harmonically trapped Bose-Einstein condensate through which various disordered potentials are transported. This problem, which wants itself to be fully relevant to experimenters, is a priori difficult to deal with. This is due to the non-linear, inhomhogeneous and out-of-equilibrium nature of the system. Because of this, the range of speeds of disorder is limited on one side by the critical speed of superfluidity and on the other side by the inhomogeneous setting of the system. Usual notions of localization like transmission and Lyapunov exponent are no longer applicable. Thus, we had to introduce a novel measure of localization for our problem: the ratio of the distance moved by the condensate center of mass to the distance moved by the disordered potential that we identify as the fraction of localized atoms. Furthermore, we have correlations in the disorder that introduce the effect of non-monotonic behavior of the localization efficiency of the disordered potential as a function of energy. A a result, correlations can be used as a tool to point the quantum nature of the localization. We did this in a first part with Edwards Model type disorders and in a second part with speckle type disorders, a new one that we call the Random Dimer speckle. For this second part, we propose a scheme to control…

Advisors/Committee Members: Vignolo, Patrizia (thesis director).

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Cette thèse porte sur la segmentation d'images OCT cutanées. Cette modalité d'imagerie permet de visualiser les structures superficielles avec une profondeur de l'ordre du millimètre. En dermatologie, elle permet d'explorer l'épiderme et sa jonction avec le derme. Cependant, les images OCT sont sévèrement affectées par le bruit speckle. Ce phénomène conjugué à la complexité inhérente aux structures de la peau rend l'interprétation des images difficile même pour des experts. L'approche classique consiste à filtrer le speckle avant de faire des traitements de segmentation. A l'inverse, dans cette thèse nous exploitons exclusivement le bruit comme information pour segmenter. Notre approche repose sur la modélisation statistique du speckle. La segmentation se fait par classification des paramètres de ce modèle probabiliste. Ainsi, - On montre que le speckle ne suit pas une loi Rayleigh, comme cela est établi analytiquement. - On ajuste plusieurs lois de probabilité à l'amplitude OCT; et on montre que celle-ci est distribuée selon la loi Gamma généralisée. - On établit que les paramètres de cette loi discriminent statistiquement les couches de la peau. - On conçoit une méthode de segmentation par classification des paramètres locaux du speckle. Les nombreuses expérimentations faites sur plusieurs corpus d'images in-vivo confirment la validité de notre approche.

This thesis deals with the segmentation of skin OCT images. This modality provides the means to visualize superficial structures down to a millimeter depth. In dermatology, it is used to examine the epidermis and its junction with the dermis. However, OCT images are severely affected by the speckle noise. This random phenomenon added to the complexity of human skin structures makes the visual interpretation of images very difficult. Classical image processing techniques filter this noise prior to any segmentation step. In this thesis, we rely exclusively on the properties of the speckle to perform segmentation. Our approach is based on the statistical modeling of the speckle. Images are segmented by classifying parameters of the statistical model. Therefore, - We show that speckle does not follow the Rayleigh distribution, as developed analytically in the literature. - We fit various probability laws to model OCT signal amplitude ; we show that Generalized Gamma has the best goodness of fit. - We establish that statistical parameters of this distribution discriminate skin layers with good variability. - We develop a segmentation method based on the classification of local statistical parameters. The various experimental results with a number of in-vivo images reported in the thesis confirm the validity of our approach

Advisors/Committee Members: Ayache, Alain (thesis director), Batatia, Hadj (thesis director).

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En microscopie, savoir focaliser la lumière à l’échelle micrométrique est déterminant. Dans les tissus biologiques néanmoins, les inhomogénéités du milieu diffusent la lumière, empêchant toute focalisation au-delà d’une profondeur de l’ordre du millimètre. Des techniques de façonnage de front d’onde ont été développées afin de pré-compenser la distorsion du faisceau lumineux induite par la propagation à travers un milieu diffusant. Pour parvenir à focaliser la lumière à l’intérieur même du milieu diffusant, l’enjeu est de mesurer l’intensité lumineuse en profondeur de manière non invasive. Nous proposons d’utiliser l’effet photoacoustique pour sonder cette intensité. Une structure optiquement absorbante éclairée par une impulsion lumineuse émet en effet un signal ultrasonore, dont l’amplitude est proportionnelle à l’intensité lumineuse. Ces ultrasons se propagent de façon quasi-balistique dans les tissus mous et peuvent donc être détectés à l’aide d’un transducteur acoustique externe. Cette mesure permet donc de déterminer l’intensité lumineuse éclairant l’absorbeur. Nous avons montré qu’il était possible d’utiliser l'imagerie photoacoustique pour mesurer la matrice de transmission d’un échantillon diffusant. Cette caractérisation nous permet de focaliser la lumière sur des structures absorbantes et de sonder des propriétés mésoscopiques du milieu diffusant. Nous avons montré que la large bande spectrale des signaux photoacoustiques permet d’améliorer la focalisation. Enfin, nous avons montré que l’utilisation d’une source de lumière cohérente permet de pallier certains artefacts de l’imagerie photoacoustique, ainsi que de franchir la limite de résolution acoustique.

Light focusing is a crucial requirement for high resolution optical imaging. In biological tissue though, refractive index inhomogeneities scatter light, preventing any focusing beyond one millimeter. Wavefront shaping techniques have been recently developed to partially compensate for light scattering after propagation through a scattering medium. These techniques require a measurement of the light intensity at the target point. These techniques hold much promise for performing wavefront correction in order to focus light deep inside scattering media. This would require a non-invasive measure of the light intensity at depth. In this PhD study, we propose to use the photoacoustic effect for such task. An optically absorbing structure under pulsed illumination indeed generates ultrasonic waves, whose amplitude is proportional to the absorbed light intensity. These ultrasounds mostly propagate in a ballistic way, and can therefore be detected with an external transducer. We have shown that photoacoustic imaging could be used to measure the transmission matrix of a scattering sample, enabling to focus light on absorbing structures as well as to retrieve mesoscopic properties of the medium. We have shown that the broadband spectral content of the photoacoustic signals can be harnessed to improve the focusing performances. Finally, we demonstrated that…

Advisors/Committee Members: Bossy, Emmanuel (thesis director), Gigan, Sylvain (thesis director).

▼ This thesis proposes a k-nearest-neighbor search method inspired by the grid space partitioning and the compact trie tree structure. A detailed implementation based on the Best-First-Nearest-Neighbor-Search scheme is presented and illustrated with sample data. Then k-nearest-neighbor search performance comparison is carried out among the proposed compact-trie-based method, the brute-force method, and the k-d tree based method, with one million two-dimensional spatial points and k up to 1000. The result of the comparison shows that the proposed method can perform up to 300 times better than the other two methods when k is small, suggesting that the proposed method might be suitable for low dimensions and location-dependent spatial queries in mobile computing.

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La microscopie à éclairements structurés(structured illumination microscopy, SIM) permet de dépasser la limite de résolution en microscopie optique due à la diffraction, en éclairant l’objet avec un ensemble de motifs périodiques parfaitement connus. Cependant, il s’avère difficile de contrôler exactement la forme des motifs éclairants. Qui plus est, de fortes distorsions de la grille de lumière peuvent être générées par l’échantillon lui-même dans le volume d’étude, ce qui peut provoquer de forts artefacts dans les images reconstruites. Récemment, des approches dites blind-SIM ont été proposées, où les images sont acquises à partir de motifs d’éclairement inconnus, non-périodiques, de type speckle,bien plus faciles à générer en pratique. Le pouvoir de super résolution de ces méthodes a été observé, sans forcément être bien compris théoriquement. Cette thèse présente deux nouvelles méthodes de reconstruction en microscopie à éclairements structurés inconnus (blind speckle-SIM) : une approche conjointe et une approche marginale. Dans l’approche conjointe, nous estimons conjointement l’objet et les motifs d’éclairement au moyen d’un modèle de type Basis Pursuit DeNoising (BPDN) avec une régularisation en norme lp,q où p=>1 et 0<q<=1. La norme lp,q est introduite afin de prendre en compte une hypothèse de parcimonie sur l’objet. Dans l’approche marginale, nous reconstruisons uniquement l’objet et les motifs d’éclairement sont traités comme des paramètres de nuisance. Notre contribution est double. Premièrement, une analyse théorique démontre que l’exploitation des statistiques d’ordre deux des données permet d’accéder à un facteur de super résolution de deux, lorsque le support de la densité spectrale du speckle correspond au support fréquentiel de la fonction de transfert du microscope. Ensuite, nous abordons le problème du calcul numérique de la solution. Afin de réduire à la fois le coût de calcul et les ressources en mémoire, nous proposons un estimateur marginal à base de patches. L’élément clé de cette méthode à patches est de négliger l’information de corrélation entre les pixels appartenant à différents patches. Des résultats de simulations et en application à des données réelles démontrent la capacité de super résolution de nos méthodes. De plus, celles-ci peuvent être appliquées aussi bien sur des problèmes de reconstruction 2D d’échantillons fins, mais également sur des problèmes d’imagerie 3D d’objets plus épais.

Conventional structured illumination microscopy (SIM) can surpass the resolution limit inoptical microscopy caused by the diffraction effect, through illuminating the object with a set of perfectly known harmonic patterns. However, controlling the illumination patterns is a difficult task. Even worse, strongdistortions of the light grid can be induced by the sample within the investigated volume, which may give rise to strong artifacts in SIM reconstructed images. Recently, blind-SIM strategies were proposed, whereimages are acquired through unknown, non-harmonic,speckle illumination patterns,…

Advisors/Committee Members: Idier, Jérôme (thesis director).

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Quand une source de lumière cohérente éclaire un milieu présentant soit une rugosité de surface à l’échelle de la longueur d’onde de la lumière incidente, soit des variations d’indice de réfraction, les ondes diffusées se propagent suivant différents chemins optiques. Les ondelettes ainsi créées, toujours cohérentes, interfèrent entre elles dans un plan d’observation, créant un champ de speckle. Dans ce travail, nous couplons l’analyse du champ de speckle à l’analyse de la polarisation de la lumière en adoptant une approche multiparamètre regroupant des informations spatiales et temporelles. La capacité du speckle polarisé à caractériser des propriétés de milieux diffusants complexes est exploitée. Des informations liées à un changement de proportions de tailles de diffuseurs, de coefficient d’absorption, et de dynamique intrinsèque des diffuseurs sont extraites. Les méthodologies développées sont appliquées à la caractérisation d’échantillons biologiques, à la détection de phases préliminaires d’érosion dentaire, et au suivi de réactions de polymérisation.

When a coherent light source illuminates a random medium, having either surface roughness or refractive index variations, the scattered waves propagate following different optical paths. The coherent created wavelets interfere with each other in a certain observation plane, creating the speckle field. In this work, we simultaneously the analysis of the speckle field as well as the analysis of polarized light, in a multi-parameter approach combining spatial and temporal information. The capability of the polarized speckle field to characterize complex scattering media is investigated. Information related to changes in diffusers sizes and proportions, absorption coefficient, and intrinsic dynamics are extracted. The developed methodologies are applied to characterize biological samples, to diagnose early stages of dental erosion, and to monitor polymerization reactions.

Advisors/Committee Members: Le Brun, Guy (thesis director), Abboud, Marie (thesis director).

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L'échographie est aujourd'hui une technique d'imagerie de diagnostic répandue. Si l'imagerie dite ‘classique' basée sur la réponse linéaire des tissus est couramment utilisée, l'imagerie harmonique, basée sur la réponse non linéaire des tissus, est maintenant aussi utilisée en routine clinique. L'estimation du paramètre de non linéarité d'un milieu par une technique ultrasonore amène de nouvelles perspectives en termes d'imagerie et de diagnostic. Cependant, la méthode de mesure du paramètre de non linéarité est limitée par deux facteurs, la présence du speckle et la concentration de l'énergie à une profondeur donnée (la zone focale). Cette thèse a pour objectifs de répondre aux deux limitations mentionnées précédemment en proposant de nouvelles méthodes de lissage de l'image pour réduire le speckle et d'améliorer l'estimation du paramètre de non linéarité en mode écho par de nouvelles méthodes d'émission. Dans un premier temps, il a été proposé d'utiliser une méthode de filtrage spatiale basée sur des filtres orthogonaux (filtres de Thomson) lors de la formation de voie en réception pour lisser le speckle. Ce filtrage spatiale intervient après la transmission d'ondes planes sous différents angles pour améliorer la résolution spatiale et le contraste tout en accélérant la cadence d'imagerie. Dans un deuxième temps, l'estimation du paramètre de non linéarité est faite avec une méthode comparative. Le champ de pression du second harmonique d'une zone de référence est comparé avec le champ de pression d'une zone dont le paramètre de non linéarité est inconnu. Cependant, dans le cas des images échographiques, le champ de pression du second harmonique n'est pas accessible. Nous faisons l'hypothèse que la pression acoustique locale est liée à l'intensité de l'image échographique si le speckle est réduit et lissé. La transmission d'ondes planes et l'application de filtres orthogonaux permet de mieux délimiter le paramètre de non linéarité par rapport à une transmission focalisée

Nowadays, ultrasound imaging is a common diagnostic tool thanks to its non-invasive behavior and relatively cheap equipment. Classic medical echographic imaging is based on the linear response of the biological tissue. However harmonic imaging, based on the harmonic frequencies generated by the nonlinear properties of the tissue, is more and more used for clinical application. The quantification of nonlinearity is based on the evaluation of the nonlinearity parameter which strongly influences the harmonics generation. The nonlinearity parameter estimation using an echographic approach would bring new modalities for imaging and diagnosis. However the echographic method for nonlinearity estimation is limited by two factors: the presence of speckles in the image and the focalization used during transmission, which concentrates the energy at one particular depth. The objectives of this thesis work are developing novel approaches to reduce the speckle noise using original smoothing techniques and improving the nonlinearity parameter estimation in echo…

Advisors/Committee Members: Cachard, Christian (thesis director), Basset, Olivierf1963-.... (thesis director), Tortoli, Piero (thesis director).

▼ Abstract: New technologies and tools have being developed from the needs arising during process, which require power, precision and/or replications, everything to simplify as well as to facilitate these operations. During the development of alternative process for water treatment based on the application of Moringa oleifera seeds, it has been observed the need of developing a new method that simplifies the seeds processing for further application as natural coagulant. This way the introduction and application of the proposed alternative treatment would be considerably simplified. The aim of this research work was identified as to develop equipment to process the moringa seeds, removing the seeds shells. Initially, a detailed study of pods and seeds optical as well as mechanical properties was carried out, aiming to survey basic parameters to develop the proposed processing equipment. In parallel, it was also carried a research on shelling mechanisms as disclosed by the pertinent literature, aiming to select operating mechanisms suitable to this project. Finally it was developed the equipment project by means of software simulations and further construction of a prototype for real tests. Seeds physical characterization tests included 4 different seed development stages. As result, it was observed no significant difference of fat and protein contents. It was just observed variations in the color and moisture contents. Following, a correlation between moisture content and Moment of Inertia, obtained through the Biospeckle technique has been carried as well. These results and the evaluated parameters did not give support to make the correlation of Moment of Inertia with seed developing stage. The mechanical characterization revealed higher stress concentration on the seed edges for the four seed development stages. In that situation, shell breakup did not commit of internal portion of the seeds. The equipment idealization for seeds shelling included 3 different options. However all of them induced compressive as well as shear stress loadings. The shelling equipment options included: eccentric table, cylinders and parallel discs. The final decision was based on all advantages and inconveniences of each mechanism, after which the concentric table was selected. Despite the elected mechanism did not offer the easier construction, it was understood it was the one allowing the easier automation and control Advisors/Committee Members: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (CRUESP), Dal Fabbro, Inacio Maria, 1944- (advisor), Fabbro, Inacio Maria Dal, 1944- (advisor), Paterniani, José Euclides Stipp, 1957- (coadvisor), Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Agrícola (institution), Programa de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola (nameofprogram), Affonso, Eudir Alves (committee member), Muramatsu, Mikiya (committee member), Park, Kil Jin (committee member), Oliveira, Rafael Augustus de (committee member).

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Nous proposons dans cette thèse d’étudier une méthode d’imagerie qui s’adapte à la scène étudiée en utilisant des états polarimétriques choisis sur critères physiques pour optimiser le contraste polarimétrique en 2 zones aux propriétés polarimétriques différentes. En prenant en compte le bruit de Grenaille du détecteur, cette nouvelle technique d’imagerie à 2 canaux nommée APSCI montre un gain en contraste quantifié par la distance de Bhattacharyya pouvant atteindre un facteur 10 par rapport à l’imagerie de Mueller. D’autre part, elle utilise la totalité de l’information polarimétrique de la scène pour générer une seule image au contraste optimum ce qui la rend particulièrement performante pour distinguer deux zones aux propriétés polarimétriques légèrement différentes. La solution analytique complète de ce problème est proposée au chapitre suivant avec des illustrations associées. Le modèle proposé permet, en plus d’une interprétation physique, de quantifier les performances limites de la méthode APSCI en fonction des matrices de Mueller des 2 objets à discerner. Le chapitre suivant est consacré à l’étude des performances de cette méthode soumise au bruit optique de tavelure de cible. Les simulations numériques montrent que les performances de cette méthode en terme de contraste polarimétrique restent relativement robustes et souvent très supérieures à celles obtenues par l’imagerie de Mueller classique. Le dernier chapitre consiste à décrire l’implémentation expérimentale nécessaire à l’adaptation d’un imageur de Mueller en imageur APSCI en vue d’obtenir un imageur hybride Mueller/APSCI. La méthode APSCI nécessite de pouvoir utiliser en émission et en projection lors de la détection.

We propose in this thesis to study and imaging method which is adapted to the scene under investigation by the use of specific polarimetric excitations. The scenes under inversigation have two separate regions with different polarimetric properties. The specific fully polarized state of illumination is found by the physical criteria for oprimizing the polarimetric constrat in two aereas with different polarization properties. Taking into account the Shot noise of the detector, this new 2 channel imaging technique named APSCI, shows a gain in contrast quantified by the Bhattacharyya distance of up to a factor of 10 compared to what is achievable from classical Mueller imagnin. On the other hand, it uses the full polarimetric information of the scene to generate a single image at optimum contrast which makes it particularly effective to distinguish two distinct areas with slightly different polarization properties. The complete analytical solution of this problem is proposed in the next chapter with associated illustrations. The proposed model allows, in addition to a physical interpretation of the imaging problem, to quantify the limits of APSCI method based on evaluated Mueller matrices of the scene. Furthermore the relative performance of APSCI vs Classical Mueller Imaging (CMI) associated to polar decomposition has been studied…

Advisors/Committee Members: Orlik, Xavier (thesis director), Lacot, Éric (thesis director).

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Le syndrome métabolique (SM) est une entité clinique caractérisée par le regroupement d’un ensemble de facteurs de risque, dont l’accumulation contribue à un accroissement de la morbi-mortalité cardiovasculaire. Sa prévalence n’a cessé de croître au cours de ces dernières décennies au niveau de la population mondiale, en lien notamment avec des changements du style de vie incluant une plus grande sédentarité et une alimentation riche en graisses. Le SM est classiquement associé à un remodelage et à des anomalies diastoliques qui concernent le coeur gauche ; et des travaux récents ayant eu recours à l’imagerie de déformation témoignent également d’une dysfonction régionale systolique précoce. Le coeur droit est très peu documenté et pour l’ensemble de la pompe cardiaque les mécanismes explicatifs des atteintes fonctionnelles restent largement inexpliqués. Nos connaissances quant à l’impact de mesures hygiéno-diététiques sur la fonction myocardique régionale, gauche comme droite, sont également très pauvres. Ainsi, les objectifs majeurs du présent travail sont d’évaluer dans le SM l'effet d’une intervention reposant sur une diète alimentaire couplée à un programme d’activités physiques sur la fonction myocardique régionale ventriculaire droite et gauche, et d'étudier les interrelations, à l’inclusion et en réponse aux modifications du style de vie, entre les principaux facteurs du SM et la fonction myocardique régionale. La population est composée de 100 sujets SM asymptomatiques répartis aléatoirement en 3 groupes selon la modalité d‘exercice physique (dominante « résistance » ou « endurance à intensité élevée, mixte à intensité modérée), la restriction calorique (de 500 à 700 kcal/j) étant commune à tous les patients. Un groupe témoin (n=40) apparié en âge et sexe est également étudié. Le recours à l’échographique transthoracique en mode « speckle tracking imaging » permet l’évaluation des déformations longitudinales myocardiques du ventricule gauche (VG) et de la paroi libre du ventricule droit (VD). Nos résultats confirment les anomalies régionales diastoliques et systoliques VG mais démontrent pour la première fois qu’elles concernent également le coeur droit. Notre programme interventionnel réduit la prévalence du SM et de ses facteurs individuels, et améliore significativement la fonction régionale VG et VD, tant systolique que diastolique. Le tissu adipeux viscéral, et en particulier le tissu adipeux épicardique, l’inflammation systémique, impliquant à la fois les adipocytokines pro- (PAI-1, TNF-α) et anti-inflammatoires (adiponectine) et l’hyperglycémie chronique, facteurs impactés par le SM et améliorés en réponse à l’intervention, apparaissaient comme des contributeurs indépendants importants de la dysfonction régionale droite et gauche. Le rôle du tissu adipeux épicardique semble central, potentiellement via des effets autocrines et paracrines, ce tissu devrait ainsi constituer une cible thérapeutique future d'intérêt majeur dans le traitement des maladies cardiométaboliques.

The metabolic syndrome…

Advisors/Committee Members: Obert, Philippe (thesis director).

▼ Abstract: A study of new photorefractive materials was performed through the techniques of wa-velength resolved photoconductivity and Speckle-photo-fem. Among this materials are the titanosillenites with different dopants and the group II-IV Photorefractive materials like the Cadmium telluride (CdTe) and the Zinc telluride (ZnTe), also doped, which are interesting for having a band gap smaller than that of the sillenites, and for being a lot faster than the sillenites. The mathematical model that describes the Photo-emf effect with an oscillating and high amplitude speckle pattern was developed, becoming the most complete model in existence. The new model predicts the presence of a maximum in the signal of speckle-photo-emf for a determined value of the amplitude normalized over the size of the speckle d , in conformity with the experimental results. Was also verified that the position of this maximum is strongly depen-dent on the relation between the dark conductivity and photoconductivity (Rd). Through the technique of wavelength resolved photoconductivity the samples of pure and doped BTO, CdTe and ZnTe were studied and it was possible to identify some localized states inside the band gap of those materials. From that, some crystals like the BTO, CdTe:V and CdTe:Ge were se-lected for the experiments on transversal vibration measurement using the Speckle-photo-emf technique. The speckle-photo-emf experiments were, for the first time, used to characterize photorefractive materials, from the determination of the response time and the estimate of their dark conductivity. Advisors/Committee Members: UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS (CRUESP), Frejlich, Jaime, 1946- (advisor), Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Física Gleb Wataghin (institution), Programa de Pós-Graduação em Física (nameofprogram), Carvalho, Jesiel Freitas (committee member), Donatti, Dario Antonio (committee member), Cordeiro, Cristiano Monteiro de Barros (committee member), Cescato, Lucila Helena Deliesposte (committee member).

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COSTA, Ricardo Marques da. Statistic Techniques applied in dynamic speckle images. 2009. 83 p. Dissertation (Mastering in Systems Engineering) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG. Analysis of materials through laser beams and application of statistical analysis techniques are now fundamentally important in several science-related fields. In spite of the wide range of methods which enable for the capture and analyses of material data, the speckle technique does stand out. Such technique consists of studying the effects of laser-emitted light beam interaction over a creased surface, called a speckle pattern, which may be biological material or otherwise. For the purpose of speckle pattern analyses, one of the possible approaches consists of the use of a secondary image, formed from successive speckle images of a certain piece of material, known as STS matrix (spatial temporal speckle). A large number of techniques and procedures may be used for obtaining information during such STS analyses. However, a great deal of effort in the sense of improving data interpretation has been observed. Taking this into consideration, this piece of work aimed at applying the temporal series methodology and the techniques of multi-varied statistical grouping analysis on a set of living cells, so as to enable for an easier interpretation of results generated by the bio-speckle technique, besides watching relations among the data through an exploratory analysis of some of the lines which compose each matrix, so as to identify whether behaviors, such as tendency and loss of activity, will or not occur in each formed conglomerate. Results allowed to verifying that the application of the temporal series and the multi-varied analysis techniques were successful as for the living-cells set, as they allowed for the reduction in structures dimension and enabled for an easier interpretation of the analyses by building clusters which comprise a smaller amount of information.

COSTA, Ricardo Marques da. TÃcnicas estatÃsticas aplicadas em imagens do speckle dinÃmico. 2009. 83 p. DissertaÃÃo (Mestrado em Engenharia de Sistemas) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, MG. A anÃlise de materiais por meio da iluminaÃÃo laser e a aplicaÃÃo de tÃcnicas estatÃsticas de anÃlise sÃo de fundamental importÃncia para diversos campos da ciÃncia. Apesar da gama de mÃtodos que possibilitam a captura e a anÃlise dos dados de materiais, a tÃcnica do speckle se destaca. Esta tÃcnica consiste em estudar os efeitos da interaÃÃo da luz, emitida por um laser, em uma superfÃcie rugosa chamada de padrÃo de speckle, que pode ser de material biolÃgico ou nÃo. Para a anÃlise do padrÃo de speckle, uma das abordagens à a utilizaÃÃo de uma imagem secundÃria, formada a partir de imagens sucessivas do speckle de um material, conhecida por matriz STS (spatial temporal speckle). Na anÃlise destes STSs, vÃrias podem ser as tÃcnicas e os procedimentos para a obtenÃÃo de informaÃÃes. Todavia, observam-se muitos esforÃos no sentido de incrementar a interpretaÃÃo dos dados.…

Advisors/Committee Members: Roberto Alves Braga JÃnior, Thelma SÃfadi, JoÃo Domingos Scalon.

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La performance des cibles du Laser LMJ est très sensible à l'uniformité de la tache focale du laser. La technique utilisée à ce jour pour éviter les inhomogénéités est de rendre le faisceau partiellement incohérent, ce qui a pour conséquence la fluctuation de points chauds (speckles) au cours du temps, avec un effet de moyenne. De nombreux travaux ont d'ores et déjà été menés concernant l'étude de ces points chauds dans le cadre d'un faisceau unique au plan focal. Dans cette thèse, on s'intéresse à ces points chauds lorsqu'il sont issus de la superposition de faisceaux multiples, et plus particulièrement aux points chauds dans le cas de la configuration du LMJ. On a établi une équation analytique permettant de calculer la taille des points chauds dans le cas d'un speckle généré par des faisceaux multiples. Cette formule est en parfait accord avec les différents résultats obtenus par simulations numériques grâce au code PARAX. On a ainsi pu prédire la taille du grain de speckle LMJ en fonction de différentes configurations LMJ telle qu'une configuration à deux ou trois cônes et pour des choix de polarisations différents. Il en ressort que l'impact de la polarisation est assez faible sur les caractéristiques du speckle LMJ. Toutefois la double polarisation est la plus adaptée aux critères d'uniformité requis pour une bonne interaction laser-plasma. D'autre part on a montré que les grains de speckle LMJ sont de l'ordre de la longueur d'onde.Dans la seconde partie de cette thèse, on a établi les formules des contraste, temps de vie, trajectoires et vitesses des points chauds deux techniques de lissage : Lissage par Dispersion Spectrale Transverse (LDST) et Longitudinal (LDSL). Ces derniers sont respectivement utilisés sur le NIF et prochainement sur le LMJ. On a ainsi montré que quels que soient le nombre de cône et le choix des polarisations faites sur le LMJ, la durée de vie d'un point chaud LMJ est environ de 2 ps et le contraste intégré sur des temps infinis est approximativement de 15%. Les vitesses sont également très faibles (10-6c) et faiblement influencées par le choix des polarisations.

The future French Laser Megajoule (LMJ) is a multiple laser beam facility built to achieve Inertial confinement Fusion (ICF). It is mainly designed for an indirect drive scheme using X-rays conversion. In this scheme, the target in the center of the hohlraum is irradiated and then compressed by the X-rays more uniformly than what it would be in a direct drive schemes. However, a high of uniformity is still needed to reach ignition since the propagation of intense laser beams in an under-critical plasma can generate laser-plasma instabilities (LPI). The control of LPI is of crucial importance for the success of ICF. By breaking both spatial and temporal coherences, the use of optical smoothing techniques, such as smoothing by spectral dispersion (SSD), often dramatically reduces LPI and also ensures the reproducibility of laser conditions from one shot to another. An accurate description of the speckle pattern in the hohlraum…

Advisors/Committee Members: Bercu, Bernard (thesis director), Del Moral, Pierre (thesis director).

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Les techniques polarimétriques ont connu un récent essor, notamment dans le domaine de l'imagerie satellitaire ou du biomédical. Ces techniques se sont étendues au cas des milieux désordonnés. Dans ce contexte, des théories unifiées sont apparues, mêlant cohérence temporelle et spatiale, dépolarisation...L'équipe CONCEPT de l'Institut Fresnel, est aujourd'hui étroitement impliquée dans l'étude de la polarisation dans le speckle de la lumière diffusée. Des résultats nouveaux ont été mis en évidence, comme la dépolarisation spatiale multi-échelle, les phénomènes de repolarisation temporelle, la dépolarisation spectrale. La prédominance de ces effets est naturellement liée à l'origine du speckle (surface, volume), mais aussi aux niveaux d'absorption et aux propriétés structurelles (rugosités, hétérogénéités) des milieux désordonnés.La plupart de ces études sont de nature théorique. Ce constat est lié à l'extrême difficulté de mesurer avec précision la polarisation de la lumière à l'échelle du grain de speckle. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse avaient ainsi pour but de remédier à cette lacune, et nous ont amenés à développer une procédure optique pour extraire les états de polarisation, et le degré de polarisation (DOP), à l'échelle du grain de speckle. En conséquence la polarisation est ici extraite pour chaque pixel d'une matrice CCD, ce qui amène tout d'abord à mettre en évidence des nuages de points plus ou moins étendus sur la sphère de Poincaré. Les histogrammes de DOP sont ensuite utilisés comme véritables signatures des milieux désordonnés.

Polarimetric techniques knew a recent rise, especially in the field of satellite imaging andbiomedical, optics. These techniques are extended to the case of the disordered media, for applications related to the imaging scattering medium. In this context the unified theories appeared, combiningtemporal and spatial coherence, and depolarization...The team CONCEPT at Fresnel Institute, established in 2012, is now closely involved in the study of the polarization state of the scattered light within the speckle size. New results have been highlighted, such as the multi-scale spatial depolarization, the temporal enpolarization phenomena, and the spectral depolarization. The predominance of these effects is naturally related to the speckle origin (surface, bulk), but also to the absorption levels and the structural properties (roughness, heterogeneities) of disordered media.However, most of these studies are theoretical, and few experiments were previously able to reinforce the predictions. This statement is related to the extreme difficulty of accurately measuring the polarization of light across the speckle grain. Our thesis had the aim to address this gap in, and we were able to develop a procedure to extract the optical polarization states, and the degree of polarization (DOP), inside of the speckle grain.Consequently, the polarization is here extracted for each pixel of a CCD matrix, which leads first to highlight a cloud of points more or less extended on…

Advisors/Committee Members: Amra, Claude (thesis director), Zerrad, Myriam (thesis director).

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Lorsqu'une tumeur grossit, elle exerce une pression sur les tissus environnants et est comprimée en retour. Des expériences sur un modèle de tumeur in vitro, appelé sphéroïde, ont montré que cette pression influence largement le devenir du tissu cancéreux, notamment en freinant sa croissance, mais aussi en le rendant plus invasif. Pour mieux comprendre ce dernier effet, nous avons cherché à étudier le comportement migratoire des cellules à l'intérieur d'un sphéroïde sous pression. Observer l'intérieur d'un sphéroïde pose cependant un problème technique car les méthodes usuelles d'imagerie ne sont pas utilisables dans des tissus épais (> 100 μm). L'imagerie classique étant limitée en profondeur à cause de la diffusion de la lumière, nous nous sommes tournés vers une méthode qui utilise justement celle-ci : la diffusion dynamique de lumière ou DLS (Dynamic Light Scattering). Nous avons développé son application à la migration cellulaire, afin d'obtenir la distribution des déplacements relatifs des cellules au cours du temps. Cette mesure est faite sans utiliser de marqueurs spécifiques et est applicable à des sphéroïdes allant jusqu'à 400 μm de diamètre. Nous avons ainsi mis en évidence une organisation radiale du sphéroïde en termes de mobilité, avec des cellules rapides en surface et plus lentes au centre. Nous avons aussi montré qu'en appliquant une contrainte au sphéroïde, la vitesse moyenne diminue jusqu'à être réduite de moitié pour des pressions supérieures à 15kPa. Une autre équipe a mesuré par ailleurs une augmentation de la vitesse des cellules en surface suite à une compression, ce qui indique que l'organisation radiale se retrouve dans la réponse à la pression. Nous avons montré que cette sensibilité à la pression est une propriété qui émerge de l'organisation 3D du tissu, dans laquelle la matrice extracellulaire joue un rôle primordial. Enfin, pour explorer les possibilités qu'offre notre technique, nous l'avons appliquée à une autre question : comment la migration des macrophages est-elle affectée par les signaux provenant de cellules apoptotiques ? Les résultats ont montré que les cellules apoptotiques précoces augmentent la vitesse des macrophages tandis que les cellules apoptotiques tardives la réduisent. D'un cas à l'autre, la longueur de persistance du mouvement est conservée.

As a tumor grows, it exerts a mechanical pressure on its surrounding tissue and is compressed back as a reaction. Recent experiments on an in vitro tumor model, called spheroid, have shown that this pressure is crucial for the fate of the cancerous tissue. In particular, the pressure slows down its growth, but makes it more invasive. To further understand the latter effect, we decided to study the migration of cells inside spheroids under pressure. However, imaging the inside of a spheroid is technically challenging as usual microscopy methods do not work on thick tissues (> 100 μm). Standard imaging methods are limited in terms of depth penetration because of light scattering. For this reason, we decided to take advantage…

Advisors/Committee Members: Cappello, Giovanni (thesis director).

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Ce travail de thèse cherche à mieux caractériser le comportement des matériaux hétérogènes sous cisaillement avec une approche multi-échelles (macro-méso-microscopique).Cela est rendu possible en développant un montage innovant qui couple un rhéomètre à un système d’imagerie de speckle résolue spatialement et temporellement (RheoSpeckle). Nous montrons la validation de notre expérience en l’appliquant sur deux matériaux parfaits : un solide et un liquide. Sur le solide, on mesure le champ de déplacement sur les images de speckle avec une résolution meilleure que 1 µm. Puis on prouve l’élasticité du matériau à l’échelle microscopique. Sur le liquide, la taille des nanoparticules est déterminée avec un excellent accord avec la spécification du fabriquant. Le champ de vitesse dans l’entrefer du Couette est calculé avec une bonne précision sur un temps inférieur à 1 s et avec une résolution spatiale de 100 µm sur 5mm. La dynamique microscopique d’une solution brownienne est étudiée et l’influence du cisaillement sur la décorrélation est déterminée. Nous montrons les capacités de notre expérience à étudier des matériaux hétérogènes en l’appliquant sur une solution concentrée de micelles géantes. La rhéologie linéaire est étudiée en rhéometrie classique mais aussi en utilisant l’imagerie du speckle. La rhéologie non linéaire de ce matériau est déterminé en rhéometrie (macro) mais aussi en calculant le champ de vitesse et l’intensité des images de speckle (méso) ou on caractérise les bandes de cisaillement qui se forment à partir d’un cisaillement critique. En fin la relaxation spatio-temporelle des bandes de cisaillement (micro) est caractérisée. On observe pour la première fois l’existence de deux temps de relaxation après l’arrêt du cisaillement et que la relaxation des bandes est relativement lente.

This work tries to better characterize the behavior of homogeneous and heterogeneous materials under shear with a multi-scale approach (macro-meso-micro-scopic). To do that, we have developed an innovative setup by coupling a rheometer to a speckle imaging geometry witch is spatially and temporally resolved (RheoSpeckle). We validate our experience using two perfect materials: a solid and a pure viscous fluid. On a solid sample, we calculate the displacement field on the speckle images with a resolution better than 1 µm. we demonstrate than, the microscopic elasticity of this material. On a pure viscous fluid, we measured the nanoparticle’s size with excellent accuracy. When a constant shear rate is applied, the velocity profile is measured with a time less than 1 s with a spatial resolution of 100 µm over 5 mm. The microscopic dynamic of a Brownian solution under shear is probed and the shear induced on the decorrelation of the intensity correlation function is studied. We show the capabilities of our experience using a concentrated solution of wormlike micelles. The linear rheology is studied using rheometric measurements and our speckle imaging system. Nonlinear rheology is studied using rheometric measurements…

Advisors/Committee Members: Roux, Denis (thesis director), Caton, François (thesis director).

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Le mécanisme d'endommagement le plus facilement observable lors d'un essai de traction est la micro-fissuration des plis. Ces fissures sont parallèles à la direction des fibres et s'étendent sur toute l'épaisseur du pli. L'apparition et la croissance du nombre de ces fissures engendrent une réduction progressive de la rigidité globale du composite. Lorsque le composite est sollicité mécaniquement, les concentrations de contraintes en pointe de fissures peuvent favoriser la création d'une zone où le pli fissuré et le pli adjacent sont décollés (phénomène de délamination). Il est évident que l'apparition de cette nouvelle forme d'endommagement modifiera la dépendance de l'ouverture et du glissement des lèvres des fissures avec le chargement appliqué. Il est donc nécessaire de trouver un moyen de mesure permettant l'estimation expérimentale des valeurs de l'ouverture moyenne et du glissement moyen des lèvres des fissures. L'objectif principal de cette thèse est de caractériser l'endommagement des matériaux composites (Fibre de carbone/époxy et fibre de verre/époxy) utilisés dans le domaine aéronautique. En utilisant l'interférométrie de speckle (ESPI), des mesures de plein champs de déplacements aux bords des échantillons et dans différentes couches du stratifié ainsi que des études par élément finis ont été effectuées dans le but de calculer l'ouverture et le glissement des lèvres des fissures. L'effet des propriétés élastiques des matériaux sur l'endommagement aussi bien que l'effet d'interaction entre les fissures ont été déterminés. Une discussion essais/calculs est enfin réalisée afin de juger la validité des hypothèses retenues

The macroscopic failure of composite laminates subjected to tensile increasing load is preceded by initiation and evolution of several microdamage modes. The most common damage mode and the one examined in this thesis is intralaminar cracking in layers. Due to this kind of microdamage the laminate undergoes stiffness reduction when loaded in tension. The degradation of the elastic properties of these materials is caused by reduced stress in the damaged layer which is mainly due to two parameters: crack opening displacement (COD) and crack sliding displacement (CSD). The first objective of this thesis is to investigate the effect of crack interaction on COD using FEM and to describe the identified dependence on crack density in a simple and accurate form by introducing an interaction function dependent on crack density. The application of this function to more complex laminate lay-ups is demonstrated. All these calculations are performed assuming that cracks are equidistant. Using FEM, we assume linear elastic material with ideal crack geometry. Fiber bridging over the crack surface is possible which can affect COD and CSD. The only correct way to validate these assumptions is through experiments. The second objective is to measure these parameters for different laminate lay-ups in this way providing models with valuable information for validation of used assumptions and for defining…

Advisors/Committee Members: Ayadi, Zoubir (thesis director), Varna, Janis (thesis director).

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Dans cette thèse, différents aspects de la propagation de lumière en milieux hétérogènes sont abordés. Dans un premier temps, les concepts et les outils fondamentaux de la propagation des ondes en milieux désordonnés sont rappelés.Ensuite, le régime de localisation d'Anderson est abordé pour des systèmes bidimensionnels ouverts. La localisation est mise en évidence de manière simple à partir du calcul de la figure de speckle transmis par une réalisation unique du désordre et en faisant varier les conditions d'illumination. Les régimes localisé et diffusif sont alors nettement différenciés, permettant d'introduire un nouveau critère pour la localisation.Puis, un régime dilué dans lequel les corrélations du désordre jouent un rôle important est étudié. En particulier, l'étude se concentre sur les milieux hyperuniformes, qui permettent de montrer de manière spectaculaire comment les corrélations peuvent changer les propriétés de diffusion d'un milieu jusqu'à le rendre totalement transparent. L'influence des corrélations du désordre sur le coefficient d'absorption d'un milieu désordonné est également envisagée, elle s'avère être modérée.La dernière partie s'intéresse aux fluctuations du taux d'émission d'un émetteur de type molécule fluorescente enfoui dans un milieu désordonné en fonction de sa position. Cette corrélation spatiale d'un nouveau genre permet d'obtenir de manière découplée des informations sur les détails microscopiques du milieu (corrélations) et l'environnement local de la source.

In this thesis, different aspects of wave propagation in complex media are adressed. First, basicconcepts and tools of the propagation of waves in disordered media are reminded.Then, the Anderson localization regime is tackled for two-dimensional open systems. The localization is highlighted in a simple way from a calculation of the transmitted speckle pattern for a single configuration of the disorder with varying illumination conditions. Localized and diffused regimes are clearly differenciated, allowing to introduce a new critria for localization.Next, a weak scattering regime for which correlations of the disorder play a significant role is investigated. Namely, the study is focused on hyperuniform materials, where correlations are such that they are transparent compared with their uncorreleted equivalent. The influence of the correlations of the disorder on the absorption coefficient is also considered, but it is found to be moderated.The final part is dedicated to the fluctuations of the decay rate of an emitter, (e. g. fluorescentmolecule), embedded in a disordered medium as a function of its position. This new type of spatialcorrelation allows to extract information on the microscopic details of the medium (correlations) and the local environment of the source in an uncoupled way.

Advisors/Committee Members: Carminati, Rémi (thesis director).