Les travaux de recherche de l’équipe TCI portent sur l’Image, comme représentation spatiale, temporelle, et/ou spectrale d’un phénomène physique. L’équipe s’intéresse aux modèles et méthodes pour le traitement et l’interprétation des images dans trois domaines : l’imagerie médicale, la télédétection et la langue des signes Française (LSF).
Dans ces trois domaines, l’image comme objet d’étude est abordée en formulant des problèmes de traitement d’images, tels que :
- reconstruction, restauration, super-résolution
- segmentation, classification
- recalage, détection de changements, analyse de mouvement, fusion
Dans tous ces problèmes, les membres de l’équipe s’intéressent à un ensemble de défis communs inhérents à la formation des images et aux phénomènes physiques qu’elle représentent, en particulier :
- la qualité et la variabilité des données : 1) bruit, artefacts, données manquantes ; 2) variabilité inter-régions, de scènes, et inter-patients
- les multiples contraintes : 1) spatiales, temporelles, fréquentielles ; 2) régularité, singularité, parcimonie
- malédiction de la dimension : 1) très grand nombre de paramètres ; 2) données insuffisantes
- la multi-modalité : 1) cohérence et complémentarité ; 2) incompatibilité des échelles spatiales, temporelles, fréquentielles
Pour traiter ces défis, l’équipe développe des outils méthodologiques de modélisation et de résolution, en particulier :
- modélisation : statistiques, géométrie, graphes, EDP, méthodes Bayésiennes
- résolution : optimisation, échantillonnage, calcul parallèle, régularisation
La spécificité des recherches de l’équipe TCI réside dans l’approche unifiée par laquelle les membres traitent les images dans les trois domaines d’application. En effet, une approche scientifique cohérente est adoptée pour les trois domaines (imagerie médicale, télédétection et LSF) en développant des modèles et des méthodes fondées sur les phénomènes physiques (représentés par les images). Ainsi, l’équipe vise à développer des outils méthodologiques partagés entre les trois domaines. Cette spécificité est illustrée par ces exemples de sujets de recherche actuels :
- Méthodes Bayésiennes et de simulation stochastique, approches variationnelles et optimisation convexe pour le traitement d’images médicales et de télédétection
- Méthodes parallèles itératives pour le filtrage d’images TEP dynamiques avec des modèles par EDP fortement non-linéaires de convection-diffusion
- Géométrie de l’information pour le pré-conditionnement de problèmes d’optimisation appliqués à l’estimation de paramètres et à la segmentation
- Traitement d’images optiques et radar (satellite, capteurs embarqués) pour le guidage automatique de groupes de véhicules (drones, voitures…)
- Élaboration de lexiques de signes domaine-spécifiques et reconnaissance de gestes pour LSF
Imagerie médicale
Dans le domaine de l’imagerie médicale, l’équipe s’intéresse aux images anatomiques (TDM, IRM, HFUS, OCT, Microscopie confocale) et fonctionnelles (TEP, IRMf, IRMs, EEG). Les domaines d’application fréquemment abordés sont l’oncologie et les processus cérébraux. En oncologie, les problèmes actuellement visés concernent l’étude de l’hétérogénéité pour la caractérisation des tissus tumoraux, la segmentation d’organes et de tumeurs, l’évaluation et le suivi thérapeutiques, la prédiction de réponse et de rechute de cancer, la compensation des mouvements physiologiques… Dans le domaine du fonctionnement cérébral, l’équipe travaille sur des projets liés à l’épilepsie et à la prédiction du réveil chez les traumatisés comateux … La dimension temporelle des images et l’imagerie fonctionnelle multimodale sont des sujets activement étudiés.
Télédétection
En télédétection, l’équipe s’intéresse à la multimodalité pour les problèmes de détection de changements, le démélange d’images hyperspectrales, et le guidage de groupe de véhicules. Les modalités d’images actuellement étudiées concernent le radar (SAR et GPR), l’imagerie hyperspectrale, optique, infrarouge…
Langue des signes Française
La langue des signes Française est un champ large de recherche qui couvre des domaines différents et complémentaires, tel qu’illustré sur la figure suivante :
Dans ce domaine l’équipe TCI s’intéresse à l’analyse et l’interprétation des attitudes et des gestes de communication émis par des personnes observées par un système de vision. Il s’agit donc de détecter et de suivre les différents composants corporels (mains, buste, visage), de reconstruire la posture 3D des personnages, d’analyser leurs expressions et d’interpréter ces éléments en termes langagiers afin de reconstruire le sens de l’énoncé. Pour prendre en compte la variabilité du corps humain et la complexité de la langue des signes, on doit représenter et exploiter des connaissances a priori à tous les niveaux de la chaîne de traitements et introduire des contraintes. Nos travaux portent donc d’une part sur l’étude de modèles dynamiques de gestes et d’expressions faciales et sur la modélisation de la langue des signes et d’autre part sur l’exploitation de ces modèles par un système d’interprétation. Les travaux de l’équipe portent aussi sur la conception de lexiques de signes spécifiques à des domaines, comme les mathématiques.