11 propositions de Projet, M2 SIS Imagerie Numérique 2011 – 2012 M2 Imagerie Nu… · Responsable : Marc Daniel ([email protected]) Résumé : Une des difficultés de

11 propositions de Projet, M2 SIS Imagerie Numérique 2011 – 2012

1) Amélioration d'une solution semi-automatique de segmentation dans un volume IRM (sujet en binôme) ; responsable : M-E Bellemare

2) Interfaçage d'un simulateur de la dynamique des organes pelviens (sujet en binôme) ; responsable : M-E Bellemare

3) Projection de données volumiques d'IRM fonctionnelle sur la surface du cortex par résolution d'un problème inverse (sujet en monôme) ; responsable : Olivier Coulon

4) Interaction 3D et surfaces à pôles (sujet en binôme) ; responsable : Marc Daniel

5) Dissimuler de l’information confidentielle dans des images médicales (sujet en binôme) ; responsables : B. Fertil, Y. Wazaefi

6) Editeur multiplateforme de modèles CityGML (sujet en binôme) ; responsable : Gilles Gesquière

7) Implémentation d’algorithmes de subdivision de maillages (sujet en binôme) ; responsable : Dimitri Kudelski

8) Autour d’une conjecture géométrique (sujet en monôme) ; responsable : Julien Lefèvre

9) Estimation de courbures sur les maillages réguliers – Application à la cornée (sujet en binôme) ; responsables : J-L. Mari, K. Kudelski

10) Classification d'image par transformation "Diffusion" (scattering transform) (sujet en monôme) ; responsable : Sébastien Paris

11) Caractérisation de formes spécifiques dans un nuage de points au moyen des alpha-formes (sujet en binôme) ; responsable : Jean Sequeira

Projet n° 1, M2 SIS Imagerie Numérique 2011 – 2012

Titre : !"#$%&'()%&*+,-.*/+0&$.)%&*+0/"%1(.)&"()%2./+,/+0/3"/*)()%&*+,(*0+.*+4&$."/+5678

Encadrant : Marc-Emmanuel Bellemare ([email protected])

Résumé

!"#$%&'%(")*'%)+,#%-*./'0%)'%*'(1'*(1'%(.#('*#"#0%&"%2.)3&4$"04.#%)'$%.*5"#'$%-'&64'#$%

7324#4#$8%#.,$%)4$-.$.#$%)+42"5'$% 9:;%'#%$3<,'#('% 0'2-.*'&&'%=!%'0%)'$% 42"5'$% 9:;%

6.&,24<,'$%>100-?@@2.)A-'B&$4$B.*5CB%

D"%$'52'#0"04.#%)'$%.*5"#'$%E%&+4#03*4',*%)'%('$%42"5'$%'$0%"(0,'&&'2'#0%*3"&4$3'%-"*%&'$%

'F-'*0$%(&4#4(4'#$B%

G.,$% )4$-.$.#$% "(0,'&&'2'#0% )+,#'% $.&,04.#% $'24H",0.2"04<,'% )'% $'52'#0"04.#% )'$%

.*5"#'$% )"#$% &'% 6.&,2'% 9:;B% I&&'% *'-.$'% $,*% &'% &.54(4'&% J.-'#% $.,*('J% 9KLHMGNO%

>100-?@@PPPB40Q$#"-B.*5@C%'0%,#'%2301.)'%R"$3'%$,*%&'$%S%D'6'&H$'0$%TB%G.,$%$.,1"40.#$%

)424#,'*%&'%-&,$%-.$$4R&'%&'%#.2R*'%)'%-"*"2U0*'$%&"4$$3$%",%5*3%)'%&+,04&4$"0',*B%9&%$+"540%%

'#% -"*04(,&4'*% )'% *'-*'#)*'% &'$% 3&32'#0$% '$$'#04'&$% )'% ('% (.)'% -.,*% &'$% ")"-0'*%

$-3(474<,'2'#0%",%-*./'0B%G.0"22'#08%&+30,)'%)'%&"%(.#6'*5'#('%)'$%"&5.*4012'$%'0%)'$%

(*40U*'$%)+"**V0% '$0% ,#'%-*'24U*'% 30"-'%)+"23&4.*"04.#B% 9&% 7",)*"%-*.-.$'*% '#$,40'%,#'%

4#404"&4$"04.#% )'$% "&5.*4012'$% &"% -&,$% ",0.2"04$3'% -.$$4R&'% '#% )30'*24#"#0% &'$% (*40U*'$%

-'*04#'#0$B%

D'$%)36'&.--'2'#0$%$'*.#0%*3"&4$3$%'#%WXX@Y0B%

D'%-*./'0%-.,**"%V0*'%*3"&4$3%)"#$%&'$%&.(",F%),%DM9M%$40,3$%E%M0%Z3*[2'B%

%


Titre : Interfaçage d'un simulateur de la dynamique des organes pelviens.

Encadrant : Marc-Emmanuel Bellemare ([email protected])

Résumé

Nous disposons d'un code de simulation physique dynamique reposant sur un modèle masse-ressort.

Une interface permettant de rejouer les simulations calculées a été développée. Nous souhaitons développer cette interface pour intégrer la prise en charge globale de la simulation. Il s'agit donc de permettre : le chargement des différents objets entrant en jeu; la détermination des paramètres de la simulation; le lancement et le suivi de la simulation. Ce développement sera réalisé en Qt/C++ et nécessitera notamment la conception des classes nécessaires à partir du code de calcul existant écrit en langage C.

Le projet pourra être réalisé dans les locaux du LSIS situés à St Jérôme.

Figure - Interface actuelle du module de lecture des simulations calculées


Titre : Projection de données volumiques d'IRM fonctionnelle sur la surface du cortex par résolution d'un problème inverse

Lieu : ESIL - Case 925, 163, av de Luminy 13288 Marseille

Équipe de recherche : Image – LSIS (http://www.lsis.org/spip.php?id_rubrique=99)

Responsable : Olivier Coulon ([email protected])

Résumé :

L'idée de ce projet est d'implémenter une méthode de projection de données volumiques sur la surface du cortex, représentée par un maillage triangulaire. Il est possible d'acquérir, avec une IRM, des données fonctionnelles qui reflètent l'activité du cerveau. L'acquisition se fait dans un volume qui englobe la boite crânienne, alors que l'activité est en grande partie restreinte, au cortex, que l'on représente par une surface située sur tout le contour externe du cerveau. Il s'agit alors, pour effectuer des analyses pertinentes, de projeter les mesures du volume sur le maillage triangulaire du cortex. Cette projection n'est pas triviale et il existe déjà plusieurs méthodes plus ou moins satisfaisantes. nous avons proposé, dans la thèse de Grégory Operto, une méthode par inversion d'un problème linéaire qui représente le lien entre données volumiques (vecteur V) et surfaciques (vecteur S) sous la forme: V=A.S. A est une matrice qui contient le modèle anatomique expliquant le passage de S à V. La seule limite à l'implémentation directe d'un tel modèle est la taille de A qui dépasse largement la mémoire d'une machine courante (plusieurs Go). Hors A est une matrice largement creuse (la plupart de ses éléments sont nuls), une spécificité à prendre en compte. Dans le cadre du projet, il s'agira d'implémenter ce problème, et de procéder à son inversion par une méthode des moindres carrés, dans le langage Python, un langage haut niveau facile d'approche, en utilisant en particulier la librairie SciPy qui fournit des outils dédiés à la manipulation de matrices creuses. L'environnement logiciel, les outils de visualisation, et les données, seront fournis par l'encadrant.


Titre : Interaction 3D et surfaces à pôles


Responsable : Marc Daniel ([email protected])

Résumé :

Une des difficultés de la manipulation d'objets en 3D est l'absence d'outil de visualisation et de désignation en 3D. Un des défis probable des prochaines années est l'immersion de l'utilisateur dans son modèle dans le cadre de la réalité virtuelle.

Il s'agit donc d'un projet exploratoire d'une application de réalité virtuelle avec des moyens légers disponibles (à l'ESIL). Une surface à pôles (Bézier, B-splines, NURBS) est définie par un réseau de pôles qui définit un maillage et en plus de ce maillage est visualisée soit par un réseau de lignes isoparamétriques, soit par une discrétisation conduisant à un ensemble de facettes. L'objectif est d'arriver à manipuler la surface (via ses pôles) pour interagir avec le modèle. Il faut être capable d'afficher le réseau de pôles et la surface associée, de désigner un pôle, de le déplacer dans l'espace et de réafficher la surface "en temps réel". Les algorithmes sur les surfaces à pôles sont disponibles et ne doivent pas être entièrement redéveloppés. Si le projet avance vite, on pourra s'interroger sur la façon de combiner aussi des interactions dans des menus classiques (par exemple pour fixer les degrés des surfaces)

!"#$%&'()'*+',-'./.'/012%"3%'4506"375%'-899':'-89-''

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`!AG4A*!(4A;*!B*;)G77*!K4*!)G7!3*)A67(A(6;*F!!%^GJ\*_A6R! 3*! _*! )A(=*! *)A! 3^65B<Y5*7A*;! *A! 3*! A*)A*;! 3*)! 5YA@G3*)! 3*!)AY=(7G=;(B@6*! *7! _G7\G7_A6G7! (2*_! 47*! 5YA@G3*! 3*! _;8BAG=;(B@6*! BG4;!())G_6*;! 47! 3G))6*;!5Y36_(<! _G7R63*7A6*<! `! 3*)! 65(=*)! 3*! A45*4;)! 7G6;*)! 3*! <(!B*(4F! %*! 3G))6*;! 5Y36_(<! 3^47! B(A6*7A! )*;(! 3(7)! 47! B;*56*;! A*5B)! _;8BAY.!_G72*;A6!*7!aZP!_G3*^!<46!5b5*!67AY=;Y!3(7)!<^65(=*!_G7_*;7Y*!B(;!47*!5YA@G3*!3*!)AY=(7G=;(B@6*F!!c7! 4A6<6A(6;*! GBY;(A6G77*<! )*;(! _G7)A;46;*! BG4;! ;Y(<6)*;! _*)! GBY;(A6G7)! 3^47*!5(76d;*!A;(7)B(;*7A*!BG4;!<^4A6<6)(A*4;F!!@1//2#))2/3&)!&$!31*:5$&/3&)!%&9+#)&)!'!!e*)!_G77(6))(7_*)!*7! 67RG;5(A6K4*!*A!*7! 65(=*;6*.!47! 67AY;bA!BG4;! <^(7(<8)*!3*!3G77Y*)!*)A!)G4@(6A(J<*F!%*)!3Y2*<GBB*5*7A)!5YA@G3G<G=6K4*)!)*;G7A!*RR*_A4Y)!`!<^(63*!3*!!"!##F!!A/32-%&*&/$!'!!%[YA436(7A!)*;(!*7_(3;Y!B(;!N*;7(;3!O"PQ$%!?36;*_A*4;!3*!;*_@*;_@*!(4!'fP#M!*A!T(7(<!UVWV"O$!?3G_AG;(7A!`!%#$#M!BG4;!<(!B(;A6*!5YA@G3G<G=6K4*F!%*!)A(=*!)*;(!;Y(<6)Y! BG4;! <^*))*7A6*<! 3(7)! <^YK46B*! $5(=*! 34! %#$#.! )6A4Y! )4;! <*! '(5B4)! 3*!%45678!`!:(;)*6<<*F!!


Titre : Editeur multiplateforme de modèles CityGML.

Responsable : Gilles Gesquière (LSIS/ Université Aix Marseille) Mail : [email protected] Téléphone : 06 25 91 07 81

Résumé :

Emergeant de l'Open Geospatial Consortium (OGC), CityGML fait partie des nouveaux standards dédiés à la représentation et à l'échange de données urbaines. Ce dernier permet notamment d'agglomérer des données géométriques 2D/3D et données sémantiques via un formalisme XML. Fort d'un engouement grandissant, de nombreux acteurs académiques Allemands et Français ainsi que des industriels (Autodesk, Bentley) s'intéressent à ce standard et proposent depuis peu des solutions logicielles supportant le format CityGML. Néanmoins, il n'existe pas à ce jour d'éditeur libre permettant de générer ou d'enrichir des données géométriques existantes. Le sujet de ce projet concerne donc la conception et l'implémentation d'un outil de modélisation 3D dédié à ce type d'opérations. Il s'agira de construire un prototype logiciel permettant la modélisation géométrique et sémantique des objets supportés par le standard CityGML (l'étude sera limitée pour des raisons de temps aux objets de type modèle de terrain, bâtiment, route). Cela sous entendra de réaliser des fonctions basiques d'exploration et de sélection des objets de la scène, ainsi que des fonctions d'édition et de modification des champs sémantiques liés (e.g. la hauteur d'un bâtiment, ou le nom d'une route).

Ce travail reposera sur à une interface préexistante de lecture/écriture de données au format CityGML, dont les fonctionnalités pourront être enrichies en fonction des besoins de l'éditeur (voir figure 1). Des premiers développements obtenus dans le cadre du projet SIMFOR liant des entreprises et le laboratoire LSIS serviront de à ce projet.

Bibliographie :

- Présentation en Français de CityGML : http://georezo.net/blog/geointerop/2011/09/08/citygml!un! standard!federateur!de!modelisation!et!d%E2%80%99echange!de!donnees!urbaines!3d/ - CityGML Web Site : http://kugel.bv.tu!berlin.de/typo3!igg/index.php?id=1524 - Podcasts de presentation de CityGML : http://itunes.apple.com/fr/podcast/the!citygeography! markup/id366672189


Titre : Implémentation d’algorithmes de subdivision de maillages Lieu : ESIL - Case 925, 163, av de Luminy 13288 Marseille

Encadrant : Dimitri Kudelski : ([email protected])

Résumé : Les surfaces de subdivision occupent une place prépondérante en modélisation géométrique et en rendu. Elles ont été développées dans le but d’obtenir une représentation lisse d’un maillage depuis des sschémas de calcul récursifs. Un exemple célèbre de l’utilisation de tels procédés se retrouve dans les films du studio Pixar avec le fameux Geri’s Game.

Ce projet a pour objectif de mettre en place un programme permettant de prendre en entrée un maillage quelconque et de produire en sortie une représentation lisse à la suite d’un traitement par surfaces de subdivision. Les schémas de subdivision à prendre en compte sont regroupés selon deux familles : – les schémas d’interpolation (Catmull-Clark, Doo-Sabin, Loop, Mid-Edge, √3) ; – les schémas d’approximation (Butterfly, Mid-Edge, Kobbelt).

En outre, plusieurs contraintes doivent être prises en compte, notamment : – la triangulation d’un maillage lorsque le schéma le requiert ; – les cas particuliers comme les sommets de bord. L’interface développée offrira également la possibilité́ de visualiser un maillage, gérer un historique de subdivision et sauvegarder un maillage après plusieurs subdivisions. Enfin, certaines méthodes de subdivision pourront optionnellement être portées sur GPU afin d’effectuer des calculs en temps réel.

Mots Clés : modélisation géométrique ; surfaces de subdivision ; schéma d’interpolation ; schéma d’approximation Références : http ://fr.wikipedia.org/wiki/Surface de subdivision http ://www.multires.caltech.edu/teaching/courses/subdivision/ http ://mrl.nyu.edu/publications/subdiv-course2000/ http ://www.irit.fr/ David.Vanderhaeghe/dlyr.fr/Ens/2010/M2SI/M2SI-Modelisation-2.pdf http ://www.limsi.fr/Individu/jacquemi/IG-TR-POLYS/Cours-7-8-9.pdf


Titre : Autour d’une conjecture géométrique.


Équipe de recherche : Image – LSIS (http://www.lsis.org/spip.php?id_rubrique=99)

Responsable : Julien Lefèvre ([email protected])

Résumé :

Etant donné une surface triangulée, on peut définir l’équivalent d’un filtre laplacien associé à cette surface [1]. Si l'on calcule les vecteurs propres et valeurs propres de cet opérateur, il existe une conjecture mathématique [2] qui stipule que les deux points extrema du deuxième vecteur propre (champ de Fiedler qu’on peut représenter comme sur la figure 1) sont les deux points les plus éloignés entre eux sur la surface, si celle ci est sans bords et sans trous. Cette conjecture sert par exemple à calculer une longueur intrinsèque à la surface.

Figure 1: 4 surfaces de mâchoires et leur champ de Fiedler [2].

Dans ce projet, il s’agira : 1) de calculer le champ de Fiedler sur une surface. On conseillera fortement d’utiliser les librairies LAPACK et ARPACK pour le calcul matriciel. 2) de comparer la distance géodésique de ses extrema avec toutes les distances possibles entre deux points (dans la mesure où les surfaces ne sont pas trop échantillonnées). Le calcul de la distance géodésique pourra se faire à l’aide de l’algorithme de Dijkstra ou du Fast-Marching, plus précis. 3) La comparaison des deux approches pourra se faire sur des surfaces de références ou mieux sur une famille de surfaces paramétriques. Ce travail pourra donner lieu à la soumission d’une publication dans une conférence internationale.

Bibliographie :

[1] Desbrun, M., Meyer, M., Schröder, P., Barr, A.H., Implicit fairing of irregular meshes using diffusion and curvature flow, Proceedings of the 26th annual conference on Computer graphics and interactive techniques, 317-324, 1999 [2] Chung, M., Seo, S., Adluru, N., Vorperian, H., Hot spots conjecture and its application to modeling tubular structures, Machine Learning in Medical Imaging, 225-232, 2011


Titre : Estimation de courbures sur les maillages réguliers – Application à la cornée

Encadrant : Jean-Luc Mari ([email protected]), Dimitri Kudelski([email protected])

Mots Clés : modélisation géométrique, maillages, octree, surface sketching, préservation topologique. Ce projet s’effectue en collaboration avec Jean Meunier (Département d'Informatique et de Recherche Opérationnelle, Université de Montréal).

Résumé : L’objectif de ce projet est d’implémenter et de comparer plusieurs approches d’estimation de courbures sur des maillages réguliers (i.e. dont la valence est la même pour tous les sommets). Il existe principalement deux familles d’approches pour calculer les courbures : d’une part les estimateurs qui utilisent une approximation locale du maillage par une surface continue et connue analytiquement (carreau de Bézier, polynôme bi-cubique, etc.), et d’autre part les estimateurs qui reposent sur des opérateurs discrets et qui procèdent à une approximation du tenseur de courbures afin de déterminer les courbures et directions principales (voir la référence [1] pour plus de détails sur le sujet). L’étude sera effectuée dans le contexte de maillages caractérisant la cornée. Des cartes de courbures (moyennes, gaussiennes, ou tangentielles i.e. courbures normales par rapport aux méridiens de l’œil) seront construites et comparées à celles produites par les imageurs oculaires standards (tels que l’OrbScan, voir figures 1 et 2).

Références : [1] Gatzke T, Grimm C M. Estimating Curvature on Triangular Meshes. In International Journal of Shape Modeling 12.1 (2006), pp. 1–28. [2] Laliberté JF, Meunier J, Chagnon M, Kieffer JC, Brunette I. Construction of a 3D Atlas of corneal shape. Invest Ophtalmol Vis Sci. 2007;48:1072-1078. [3] Meunier J, Brunette I, A Computerized 3D Atlas of the Human Corneal Shape. In: Current topography devices and clinical use. 2011. Edited by Dr. Cynthia Roberts and Dr. Aylin.


Titre : Classification d'image par transformation "Diffusion" (scattering transform)

Encadrant : Sébastien PARIS ([email protected])

Résumé :

La transformée de "diffusion" permet une représentation non-linéaire d'un signal, adaptée à la classification, tout en étant invariant aux translations, rotations et d'autres familles de transformation.

Cette transformation est basée sur une architecture de réseau de neurones convolutif profond (CDBN) itérant sur des décompositions d'ondelettes et calculs de modules complexes.

Grâce à ces propriétés d'invariance et de continuité, la transformation de diffusion peut modéliser des signaux complexes recentrés dans des espaces de petites dimensions. La classification sur ces signaux transformés peut être réalisée par un simple hyperplan séparateur du type LSVM.

L'objectif de ce projet est de :

i) Comprendre la théorie associée à cette transformation.

ii) Ré-écrire une API C++ de cette transformation (avec binding Matlab si possible)

iii) Valider les performances de classification d'images via cette transformation pour différentes bases d'images à différente valeur sémantique : textures, objets, scènes.

Référence:

http://www.cmap.polytechnique.fr/scattering/


Titre : Caractérisation de formes spécifiques dans un nuage de points au moyen des alpha-formes

Encadrant : Jean Sequeira ([email protected])

Résumé : Nous nous intéressons ici aux applications de l’utilisation des alpha formes pour analyser la structure d’un nuage de points. Les alpha-formes ont été étudiées l’an dernier dans le cadre du cours de « Reconnaissance des Formes » (et présentées comme s’appuyant sur la triangulation de Delaunay). L’objet de ce projet sera tout d’abord de mettre en œuvre la triangulation de Delaunay et les alpha-formes en 2D, pour ensuite passer au niveau du 3D en étudiant et en mettant en œuvre des algorithmes performants qui vous seront proposés (ou, si vous préférez, que vous aurez trouvés). Ayant effectué cela, nous nous intéresserons alors à ce que produit en 3D l’analyse d’un nuage de points au moyen des alpha-formes. Nous verrons, en particulier, que cela aura des conséquences surprenantes et très intéressantes comme la possibilité d’analyser l’espace couleur (qui est un espace 3D) et en conséquence de compresser les images couleurs, ou le recalage de nuages de points 3D.

Documents

11 propositions de Projet, M2 SIS Imagerie Numérique 2011 – 2012 M2 Imagerie Nu… · Responsable : Marc Daniel ([email protected]) Résumé : Une des difficultés de