Assimilation de données images : application au suivi de courbes et de champs de vecteurs

This thesis presents the use of sequential and variational methods for tracking applications in image sequences. These techniques aim at estimating a system state from a dynamical model and a set of noisy and sparse observations. Sequential methods are usually used in computer vision community but limited to small dimensional state spaces. In metorology or oceanography, data assimilation methods are often considered. These approaches enable to deal with high dimensional state spaces. In order to consider the imperfection of complex dynamics visualised in image plane (due to 3D/2D projection), we study the use of imperfect modeling in data assimilation. In our applications, the observations are obtained directly or indirectly from images. We first apply these methods to various tracking problems of computer vision (with an imperfect modelisation of the dynamical model) : curve tracking, fluid motion estimation and joint tracking of curve and motion. We thus show that data assimilation enables to deal with complete data occlusions. Two particular applications where an accurate modelisation of the dynamic can be considered are finally studied : atmospheric layer motion estimation from satellite imagery and control of low order dynamical system from experimental visualisation.Cette thèse traite de l'utilisation de méthodes séquentielles et variationnelles de suivi pour des problèmes de suivi dans des séquences d'images. Ces méthodes cherchent à estimer l'état d'un système à partir d'un modèle d'évolution dynamique et d'un ensemble d'observations bruitées et généralement incomplètes de l'état. Ces techniques sont appliquées à divers problèmes de vision par ordinateur: le suivi de courbe, l'estimation de champs de mouvement fluide et le suivi couplé de courbe et de champs de vecteurs. Nous montrons comment l'assimilation de données permet de gérer des occultations totales pendant le suivi d'objets sur une séquence d'images. Nous nous intéressons enfin à l'estimation de mouvement de couches atmosphériques à partir d'images satellitaires, puis étudions l'estimation de coefficients associés à des systèmes dynamiques réduits associés à la visualisation d'écoulements expérimentaux