Modélisation et étude de la transmission d'information par codes graphiques, Modelling and Study of Information Transmission with Graphical Codes

Karim Houni

Description

Sous la direction de Yves Delignon, Wadih Sawaya
Thèse soutenue le 07 février 2008: Lille 1
ALes codes graphiques tels que les codes-barres et les codes 2D sont une technologie majeure de l'identification et de l'EDI. L'affichage et la lecture de ces pictogrammes bicolores constituent un système singulier de communication numérique, ce qui nous a amené à conduire son analyse en nous axant sur la théorie de l'information. Nous avons proposé sur les bases radiométriques et optiques une modélisation du canal de transmission par un filtre linéaire bruité par un processus additif gaussien. Les paramètres du modèle sont ainsi fonction des caractéristiques du code, de son positionnement, de la puissance de rayonnement et des caractéristiques de la caméra. Les performances du système sont évaluées en calculant l'information mutuelle moyenne (IMM). Dans le cas 1D (codes-barres), l'IMM est estimée par une variante de l'étape Forward du BCJR en utilisant la markovianité du canal. L'IMM est alors une mesure objective à partir de laquelle nous définissons une profondeur de champ ainsi qu'une résolution spatiale théorique. Ces deux critères complètent et enrichissent leur pendant géométrique en tenant compte des distorsions et du bruit du canal. Dans le cas 2D, nous avons montré que le modèle implique que la distribution de probabilité des données émises sachant les observations (a posteriori) est celle d'un champ de Gibbs. Nous avons ainsi mis en évidence le lien entre l'estimation du flux d'information du système et celle de l'énergie libre du champ aléatoire. Parmi les perspectives des travaux: l'ajout de la couleur, l'application d'un codage canal et des principes turbo.
-Propagation de croyances
Graphical Codes such as barcodes and 2D codes are a leading technology in identification and EDI. Displaying and reading these black and white pictograrns is equivalent to a singular digital communication system such that we drove our study according to information theory. From radiometry and optics principles, we've proposed a transmission channel model as a linear filter with Gaussian noise. Model parameters are thus function of code and camera characteristics, positioning and radiating power. System performances are evaluated with the computation of average mutual information (AMI). ln the 1D case (barcodes), AMI is estimated with a version of the BCJR Forward recursion by using channel markovianity. AMI is then an objective measure from which we define a theoretic depth of field and spatial resolution. These two criteria complement their geometrical equivalent by considering channel distortions and noise. ln the 2D case, we've shown that the model imply that the probability distribution of data knowing observations (a posteriori) is a Gibbs random field. We have thus highlighted that the evaluation of system's information rate is equivalent to the estimation of the random field free energy. The perspectives of the works are: adding colour to the codes, channel coding and the application of turbo principles.
Source: http://www.theses.fr/2008LIL10002/document

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 73
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

N° d'ordre : 4097
Université des Sciences et Technologies de Lille
Ecole Doctorale des Sciences pour l'Ingénieur
Discipline : Microondes et Microtechnologies
Thèse
pour l'obtention du grade de
Docteur de lUni'versité des Sciences et Technologies de Lille
présentée et soutenue par
Karim HOUNI
Le 7 Février 2008
Modélisation et Etude de la Transmission
d'Information par Codes Graphiques
Composition du Jury:
Président :
Olivier COLOT, Professeur à l'Université des Sciences et Technologies de Lille
Rapporteurs :
Jean-Marc BOUCHER, Professeur à Télécom Bretagne
Pierre PELLAT-FINET, Professeur à l'Université de Bretagne Sud
Examinateur :
Didier RAMAGE, Responsable d'Unité R&D – Orange Labs
Directeur de thèse :
Yves DELIGNON, Professeur à Télécom Lille 1
Co-encadrant :
Wadih SAWAYA, Enseignant-Chercheur à Télécom Lille 1
12A mes parents,
à mes frères.
34Remerciements
J'adresse d'abord mes remerciements à Yves Delignon, mon directeur de thèse, ainsi qu'à
Wadih Sawaya, mon co-encadrant, pour leur suivi et leur supervision.
Je tiens également à remercier Didier Ramage, mon directeur scienti fique, pour ses conseils et
son soutien, ainsi que ses nombreuses qualités humaines et professionnelles.
Je remercie mes rapporteurs, Jean-Marc Boucher et Pierre Pellat-Finet, pour leur relecture
attentive de mon travail qui m'a permis de construire un exposé de thèse clair et concis.
Je remercie Olivier Colot d'avoir présidé mon jury de soutenance.
Je remercie France Télécom R&D, et plus particulièrement le site de Caen, de m'avoir
accueilli dans ses murs et dans ses équipes. J'y ai croisé de nombre uses personnes pour
lesquelles je souhaite étendre ces remerciements. J'emporte avec moi le souvenir de nombreux
échanges et partages, tant personnels que professionnels.
Je remercie Christophe Seguinot, responsable du département Systèmes de Co mmunication,
de m'avoir permis d'accomplir ce travail de thèse dans les meilleures condi tions possibles. Par
là même, j'étends ces remerciements aux autres membres du département, à tout le personnel
de Telecom Lille 1 et son directeur Bertrand Bonte pour la qualité de leur accueil.
Je souhaite également remercier mes compagnons de thèse, amis et doctorants du GRIF. Cette
aventure aura été le prétexte d'une rencontre, et je souhaite le meilleur pour chacun d'entre
eux.
Enfin, je remercie ma famille pour leur indéfectible soutien. Votre place fut centrale dans le
cheminement et l'aboutissement, c'est donc tout naturellement que ce doctorat vous est dédié.
56Table des matières
Chapitre 1
Introduction générale ................................................................................................................ 11 .
1.1 Les codes graphique....................................................................................................s 15 ..
1.1.1 Codes-barres ou codes 1D.................................................................. 15 ....................
1.1.2 Codes 2.....................................................................................D 17 ...........................
1.1.3 Lecture des codes graphi................................................................ques 19 .................
1.1.4 Etat de l'art sur les codes gra......................................................phiques 21 ................
1.2 Problématique et déma......................................................................rche 24 ......................
1.3 Organisation du rapport........................................................................................ 26 ..........
Chapitre 2
Radiométrie et Formation d'Im........................................................................ages 29 ..................
2.1 Radiomé..............................................................................................trie 30 ......................
2.1.1 Grandeurs fondamentale..............................................................s 31 ........................
2.1.1.1 Le fl................................................................................................ux 31 ............
2.1.1.2 L'inte.............................................................................................nsité 32 ..........
2.1.1.3 La luminance énergéti............................................................que 34 ..................
2.1.1.4 l'Eclairement énergé.....................................................................tique 36 ..........
2.1.1.5 L'Emittance énergéti..............................................................................que 37 ...
2.1.1.6 Récapitulatif 37 ............
2.1.2 Les sources de rayonneme.........................................................................nt 38 ..........
2.1.2.1 Principes fondamentaux - termi..........................................nologie 38 ................
2.1.2.1.1 Exemples de...................................................................... source 40 ...........
2.1.2.1.2 Sources singulières et leurs propri...............................étés 40.....................
2.1.2.1.2.1 Source cohérente et source incohéren............te .............40.................
2.1.2.1.2.2 Source ponctuelle isot.................................rope ...41..........................
2.1.2.1.2.3 Source étendue homogène .................................................. 42 .............
2.2 Formation d'i.......................................................................mages 43 ...................
2.2.1 Optique géométri...................................................................que 43 ...........................
2.2.2 Géométrie dans l........................................................................................'espace 47 ..
2.2.2.1 Repères et transforma........................................................................tions 47 ......
2.2.2.2 Profondeur de champ et flou...........................................................................50
2.2.3 Optique ondulatoire............................................................................ 51 ....................
2.3 Radiométrie d'un système opti..............................................................................que 55 ....
2.4 Acquisition d'.......................................................................................image 61 .................
2.5 Conclusion.............................................................................................................. 63 ........
Chapitre 3
Modélisation et analyse des transmissions par code...........................................-barres 65 ...........
3.1 Modélisation du canal de transmis.............................................sion 67.............................
3.1.1 Formation d'i................................................................................mage 67 ..................
3.1.2 Analyse radiométrique 69 ..............
3.1.3 Flou............................................................................................................ 69 .............
3.1.4 Intégration........................................................................................................ 70 .......
73.1.5 Equation du canal........................................................................ 70 ...........................
3.1.5.1 Construction du canal par symbole........................................................ 70 .........
3.2 Mesure des performances du systèm.............................................................e 73 ...............
3.2.1 Théorie de l'information – Information Mutuelle Moyenne.................. (IMM) 73 .....
3.2.2 Calcul de l.............................................................................................'IMM 75 .........
3.2.2.1 Entropie conditi.......................................................................onnelle 75 ............
3.2.2.2 Entrop..................................................................................................ie 75 ........
3.2.2.3 L'IMM comme mesure théorique de performance..........................s 80..............
3.3 Simulations et exploitation des.................................................. résultats 82 ......................
3.3.1 Configuration du système.......................................................................... 82 .............
3.3.2 Profondeur de Champ Théorique 83 ..
3.3.2.1 Caméra Longue Portée............................................................................... 84 .....
3.3.2.2 Caméra compacte Longue Porté.........................................e 85..........................
3.3.2.3 Caméra Courte Port......................................................................ée 86 ...............
3.3.2.4 Caméras et seuils d'IMM, t