Méthodes non conventionnelles de traitement du signal et des images inspirées des systèmes non linéaires : intégration électronique macroscopique

par Brice Nofiele

Thèse de doctorat en Instrumentation et informatique de l'image. Traitement du signal et électronique

Sous la direction de Patrick Marquié et de Saverio Morfu.

Soutenue en 2008

à Dijon .


  • Résumé

    Les travaux menés pendant cette thèse avaient pour objectifs le développement de méthodes non conventionnelles de traitement du signal et des images à partir de systèmes non linéaires bio-inspirés. Les systèmes non linéaires utilisés pour développer ces nouvelles méthodes de traitement sont essentiellement construits sous forme de réseaux cellulaires non linéaires, plus connus sous l’acronyme CNNs (Cellular Nonlinear Networks) introduit par Chua et Yang. En fait, ce sont des ensembles de cellules dynamiques dans une grille rectangulaire, qui sont interconnectées ou non, avec une architecture fortement parallèle. Pendant cette thèse, deux modèles de CNN ont été étudiés. Le premier est décrit par des équations de réaction-diffusion tandis que le second est régi par des équations de type inertielles. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés aux systèmes décrits par des équations de réaction-diffusion. Dans le cas où la fonction non linéaire est bistable, nous montrons qu’il est impossible de réaliser une segmentation d’images avec plus de deux classes. Suite aux limitations du modèle bistable, nous avons introduit une fonction non linéaire multistable pour qu’une segmentation d’images soit possible. Le couplage fixe entre les cellules du CNN peut cependant entraîner la perte des contours d’une image. Pour régler le problème nous avons complété le modèle étudié en ajoutant un couplage anisotrope. Une intégration électronique des cellules élémentaires des CNNs bistable et multistable a été proposée afin de montrer que les méthodes de traitement développées pouvaient être réalisées dans des dispositifs hardware. Le CNN décrit par des équations inertielles est essentiellement constitué d’oscillateurs non linéaires et non couplés. Nous avons établi que les oscillateurs constituant le CNN avaient une plage de fonctionnement dans laquelle une amplification de la condition initiale était possible. Cette propriété a permis le réhaussement de contraste d’images. Par ailleurs, la forte sensibilité des oscillateurs aux faibles variations d’amplitude a permis de crypter une information. Des analyses de performance du système de cryptage ont également été proposées. L’intégration électronique de la cellule élémentaire de ce CNN a également été réalisée.

  • Titre traduit

    Unconventional methods of signal and image processing based on bio-inspired nonlinear systems : macroscopic electronic integration


  • Résumé

    The development of unconventional methods of signal and image processing based on bio-inspired nonlinear systems was the main goal of the work done during this thesis. We study the nonlinear systems to develop these new processing methods which are mainly built in the form of Cellular Nonlinear Networks, known on the acronym of CNNs introduced by Chua and Yang. In fact, the CNNS are sets of dynamic cells in a rectangular grid, which are interconnected or not, with a highly parallel architecture. Two models of CNN were studied during this thesis. The one first is described by the equations of reaction-diffusion while the second is governed by the inertial equations type. In the first part of the work, we study the systems described by the reaction-diffusion equations with a bistable nonlinear function. We show that with this system, it is not possible to achieve an image segmentation with more than two classes. Following this limitations of the bistable model, we introduced a new multistable nonlinear function which allows image segmentation with more than two classes. A fixed coupling between the cells of the CNN can cause the loss of the contours of an image. To solve this problem, we propose to add an anisotropic coupling between the cells, which provides a contour preservation. To finish this study, an electronic integration of an elementary cell of the bistable and multistable CNNs is proposed to show the ability of an electronic integration of the processing methods in hardware devices. In the second part of the work, we study the CNN described by inertial equations type which is mainly built with uncoupled nonlinear oscillators. We have established that these nonlinear oscillators in an operating range allow an amplification of the weak initial condition. This property of amplification can provide the contrast enhancement of the images. Moreover, the high sensitivity of the oscillators amplitude has allowed a new scheme for signal and image encryption. Some performances analysis criteria of this encryption scheme have also been proposed. Finally, the electronic integration of an elementary cell of the proposed CNN is also realised.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(152-[15] p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 143-152, [120] réf.

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  • Bibliothèque : Université de Bourgogne. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TDDIJON/2008/34
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