POS - Ixarm

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Domaine 1 de connecter des systèmes distants, indépendamment de la nature des informations transportées (voix, vidéo, données) et de celle des média utilisés (réseau filaire ou optique, hertzien, canal satellite, liaison sous-marine). Dans la réalité, il est évident que les techniques invoquées peuvent être extrêmement différentes. Toutefois, elles affichent en matière de Défense des exigences et des contraintes partagées : exigences par exemple de débit, compatibilité entre différents formats, robustesse face aux agressions volontaires ou non ; contraintes de discrétion, durée d’acheminement par tous temps et gestion intelligente de l’énergie, pour n’en citer que quelques unes. Bon nombre de points durs qui intéressent la Défense ont toutefois à voir avec les transmissions hertziennes : il s’agit d’abord du traitement et de l’intégration d’antennes, qu’on peut étendre au problème de la coopération entre capteurs ; on s’intéressera également aux nouvelles formes d’onde pour la radio-logicielle et à la radio cognitive, notamment pour le problème de gestion des fréquences. Le traitement du signal intervient notamment pour la modélisation du canal de transmission, avec comme réponses par exemple les techniques (FMT) qui permettent de compenser les chutes de propagation, et plus généralement les codages qui permettent de s’y adapter. Les avancées technologiques en matière de transmission induisent également des enjeux scientifiques, comme le développement de systèmes antennaires (MIMO, SIMO, antennes actives, etc.), la réduction des bandes spectrales et le partage des fréquences. Au-delà du traitement du signal, les mathématiques discrètes (notamment la combinatoire, la théorie des codes détecteurs et correcteurs d’erreurs) permettent de répondre aux questions portant sur l’intégrité des signaux transmis. En matière de réseaux tactiques, les besoins Défense se caractérisent par l’emploi de technologies de transmission radio sous des contraintes de mobilité et de flexibilité propres aux opérations militaires. En particulier, l’absence d’infrastructure fixe de télécommunication et l’évolution vers l’interconnexion des différents éléments du théâtre d’opération (en vue de leur exploitation, de leur mise à jour, etc.) engendrent des exigences d’interopérabilité qui s’ajoutent aux problématiques spécifiques au système de télécommunication (qualité de service, temps de latence, bande passante, routage et contraintes de mobilité) : ce besoin d’interopérabilité prend une importance accrue et requiert le développement de concepts, de langages et d’outils nouveaux. En-dehors des aspects opérationnels, des enjeux scientifiques importants concernent les problèmes de sécurité, qui vont aujourd’hui bien au-delà de l’utilisation du chiffrement : pour ne citer qu’un exemple, la « radio logicielle » a pour but de regrouper au sein d’un même poste des transmissions de voix et de données à divers niveaux de confidentialité ; cela induit des problèmes de sécurité complexes désignés par le terme « multi-niveau ». Pour répondre à ces problèmes, il sera nécessaire de disposer de nouvelles approches en sécurité informatique et en cryptographie, comme par exemple l’utilisation de nouveaux systèmes de chiffrement à clef publique homéomorphes. Un autre aspect, plus technologique, est de disposer de systèmes de chiffrement à haut débit et faible consommation au sein de ces nouvelles radios. Le thème des réseaux de capteurs est particulièrement intéressant pour la Défense. Ensembles de capteurs et d’effecteurs immergés dans l’environnement et qui assurent la transmission de données numérisées vers un système d’information, ils soulèvent des problèmes de gestion de l’énergie, de délai et de fiabilité de transmission, de reconfigurabilité, en plus de l’exploitation intrinsèque des données qu’ils recueillent. Les enjeux scientifiques concernent les couches basses entre l’acquisition et la transmission, les techniques de partage des ressources, le codage réseau, les approches MIMO virtuel et la problématique de la localisation et du routage. 2. TRAITEMENT DE L’INFORMATION Ce thème décline toutes les techniques permettant d’une part d’améliorer la qualité de l’information (en réduisant l’effet du bruit, par exemple), et d’autre part de l’abstraire (par exemple en transformant des mesures télémétriques en carte d’évitement) et d’en manipuler les abstractions. Les applications Défense sont légion mais visent toutes à conférer à un combattant ou à un poste de commandement, voire à un système (robot, système d’arme, etc.), une certaine supériorité : celle de voir, de savoir ou de connaître. Là encore, elles se démarquent des applications civiles similaires par des exigences liées à l’excellence. Lorsqu’il s’agit de voir, on veut par exemple procurer à un combattant la vision par tous les temps, en utilisant tous les modes disponibles (le visible, l’infra-rouge, l’intensification de lumière, l’imagerie active, la vibrométrie) séparément ou ensemble (par des techniques de fusion de données). Il doit également savoir quels sont les éléments en présence sur le théâtre des opérations en utilisant des moyens d’acquisition perfectionnés : multispectral, hyperspectral, radar (MTI, SAR, THR, multistatique, ISAR2D), sonar, réseaux de capteurs … et en disposant de moyens de représentation de l’information adéquats (fusion multi-modale, reconstruction 3D, … avec une réactivité optimale). Evidemment le traitement des données de chaque moyen d’acquisition doit être décliné pour chaque classe d’application particulière avec des exigences Défense (détection automatique performante, taux de fausse alarme très faible, adaptativité des traitements). Enfin, toutes ces informations doivent permettre de construire une représentation du théâtre d’opérations – en temps réel et avec une mise à jour continue, afin d’en donner aux différents acteurs 16 POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012

une connaissance aussi complète que possible, d’aider à la décision et au suivi de la situation tactique. Au-delà, il s’agit de fournir des outils de formation à ces nouvelles technologies, l’entraînement des combattants pouvant devenir un problème en soi (domaine HS). En outre, les applications Défense concernent également le traitement des informations d’origine symbolique comme la parole, les documents écrits, les bases de données, la fusion de données et des images, le web et la prise en compte de l’homme dans la boucle (hors la dimension humaine qui relève du domaine « Homme et système »). Une interaction avec le domaine « Environnement » concerne des aspects liés à la géographie numérique comme la géolocalisation d’images, et le traitement de l’information sémantique pour la géographie. Pour toutes ces méthodes de traitement de haut niveau, il conviendra de poursuivre l’effort que la Défense a soutenu depuis de nombreuses années pour les techniques de plus bas niveau sur la problématique de l’évaluation objective des résultats, qui induit de très importants défis scientifiques. Si le traitement d’images visibles ou infra-rouges est un domaine étudié depuis plusieurs décennies, le traitement des images hyperspectrales, polarimétriques, radar, sonar, voit apparaître de nouvelles approches prometteuses. Des efforts mathématiques importants sont à poursuivre, notamment ceux faisant appel aux algèbres multilinéaires, aux méthodes stochastiques prenant en compte la géométrie, aux méthodes relevant de la géométrie de l’information (géométrie différentielle appliquée à l’information) ou encore aux nouvelles méthodes pour les problèmes inverses. Le traitement de la vidéo, rendu possible par des puissances de calcul embarquées suffisantes, se situe à mi-chemin entre le traitement d’images conventionnel et la compréhension de scènes. Les problématiques de compression, d’interprétation et d’indexation concentrent un nombre important de recherches. Pour le premier point, on retiendra les extensions aux modèles markoviens associés à des techniques d’optimisation, les nouvelles transformations redondantes permettant des représentations hiérarchiques des séquences compatibles avec l’extraction de descripteurs et les problèmes liés aux réseaux de capteurs. Concernant l’interprétation, on privilégiera des méthodes d’apprentissage incrémental et en ligne, associant étroitement actions et objets (représentation, apprentissage, reconnaissance) pour l’interprétation de scènes dynamiques ; on mettra notamment un accent sur les approches de détection et estimation conjointes (i.e. comportant un cadre de travail unifié). Enfin pour le dernier point, les approches nouvelles de reconnaissance et d’indexation multimodale seront soutenues, jusqu’à des approches permettant la compression et l’archivage des vidéos (et des images). Les efforts en traitement de la parole et du langage porteront sur la généralisation ou l’introduction de Photo d’un poinçon (1 cm de haut environ) qui va être acquis par scanner laser. Rendu de la surface reconstruite par méthode d’ensemble de niveau. Rendu de la surface reconstruite par maillage direct. Rendu de la surface reconstruite par SSM : tous les détails sont préservés. Figure 1.2 : Une méthode de maillage de surface (SSM : scale space meshing) à partir d’un nuage de points acquis par scanner haute précision a été développée. Les surfaces reconstruites conservent tous les détails et textures de l’objet acquis, en fusionnant les différents passages du scanner. Les nuages de points comptent jusqu’à 30 millions de points bruts que l’on réussit à visualiser sans lissage ni altération numérique (thèse DGA avec l’ENS/ CMLA). nouvelles techniques pour la reconnaissance et le suivi de thèmes de parole (notamment en reconnaissance multilingue), la reconnaissance de la langue et du locuteur, la reconnaissance d’entités spécifiques et de thèmes pour la recherche avancée de documents audio et textuel, la traduction automatique écrite et orale. Concernant l’analyse de documents écrits, les recherches doivent viser à étendre les bonnes performances des systèmes classiques de reconnaissance de caractères dactylographiés à la reconnaissance d’écriture manuscrite et de documents composites (mixte manuscrit, dactylographié, tableaux, etc.) ou dégradés. Le traitement d’informations diverses permet d’aborder la problématique de la sécurité globale. On s’intéressera aux techniques pour la biométrie, à l’analyse de comportement de personne et de foule, à la détection de changement dans des scènes, à la détection d’engins explosifs improvisés (IED), aux problèmes soulevés par les identifiants (tags, RFID), à la détection de signaux faibles, et pour l’anticipa- Domaine 1 POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012 17

une connaissance aussi complète que possible, d’aider<br />

à la décision et au suivi de la situation tactique.<br />

Au-delà, il s’agit de fournir des outils de formation<br />

à ces nouvelles technologies, l’entraînement des<br />

combattants pouvant devenir un problème en soi<br />

(domaine HS).<br />

En outre, les applications Défense concernent également<br />

le traitement des informations d’origine<br />

symbolique comme la parole, les documents écrits,<br />

les bases de données, la fusion de données et des<br />

images, le web et la prise en compte de l’homme<br />

dans la boucle (hors la dimension humaine qui relève<br />

du domaine « Homme et système »). Une interaction<br />

avec le domaine « Environnement » concerne<br />

des aspects liés à la géographie numérique comme<br />

la géolocalisation d’images, et le traitement de l’information<br />

sémantique pour la géographie. Pour<br />

toutes ces méthodes de traitement de haut niveau,<br />

il conviendra de poursuivre l’effort que la Défense<br />

a soutenu depuis de nombreuses années pour les<br />

techniques de plus bas niveau sur la problématique<br />

de l’évaluation objective des résultats, qui induit de<br />

très importants défis scientifiques.<br />

Si le traitement d’images visibles ou infra-rouges<br />

est un domaine étudié depuis plusieurs décennies,<br />

le traitement des images hyperspectrales, polarimétriques,<br />

radar, sonar, voit apparaître de nouvelles<br />

approches prometteuses. Des efforts mathématiques<br />

importants sont à poursuivre, notamment<br />

ceux faisant appel aux algèbres multilinéaires, aux<br />

méthodes stochastiques prenant en compte la géométrie,<br />

aux méthodes relevant de la géométrie de<br />

l’information (géométrie différentielle appliquée à<br />

l’information) ou encore aux nouvelles méthodes<br />

pour les problèmes inverses.<br />

Le traitement de la vidéo, rendu possible par des<br />

puissances de calcul embarquées suffisantes, se<br />

situe à mi-chemin entre le traitement d’images<br />

conventionnel et la compréhension de scènes. Les<br />

problématiques de compression, d’interprétation et<br />

d’indexation concentrent un nombre important de<br />

recherches. Pour le premier point, on retiendra les<br />

extensions aux modèles markoviens associés à des<br />

techniques d’optimisation, les nouvelles transformations<br />

redondantes permettant des représentations<br />

hiérarchiques des séquences compatibles avec<br />

l’extraction de descripteurs et les problèmes liés aux<br />

réseaux de capteurs. Concernant l’interprétation,<br />

on privilégiera des méthodes d’apprentissage incrémental<br />

et en ligne, associant étroitement actions et<br />

objets (représentation, apprentissage, reconnaissance)<br />

pour l’interprétation de scènes dynamiques ;<br />

on mettra notamment un accent sur les approches<br />

de détection et estimation conjointes (i.e. comportant<br />

un cadre de travail unifié). Enfin pour le dernier<br />

point, les approches nouvelles de reconnaissance et<br />

d’indexation multimodale seront soutenues, jusqu’à<br />

des approches permettant la compression et l’archivage<br />

des vidéos (et des images).<br />

Les efforts en traitement de la parole et du langage<br />

porteront sur la généralisation ou l’introduction de<br />

Photo d’un poinçon<br />

(1 cm de haut environ)<br />

qui va être acquis par<br />

scanner laser.<br />

Rendu de la surface<br />

reconstruite par méthode<br />

d’ensemble de<br />

niveau.<br />

Rendu de la surface<br />

reconstruite par<br />

maillage direct.<br />

Rendu de la surface<br />

reconstruite par SSM :<br />

tous les détails sont<br />

préservés.<br />

Figure 1.2 : Une méthode de maillage de surface<br />

(SSM : scale space meshing) à partir d’un<br />

nuage de points acquis par scanner haute précision<br />

a été développée. Les surfaces reconstruites<br />

conservent tous les détails et textures<br />

de l’objet acquis, en fusionnant les différents<br />

passages du scanner. Les nuages de points<br />

comptent jusqu’à 30 millions de points bruts<br />

que l’on réussit à visualiser sans lissage ni<br />

altération numérique (thèse DGA avec l’ENS/<br />

CMLA).<br />

nouvelles techniques pour la reconnaissance et le<br />

suivi de thèmes de parole (notamment en reconnaissance<br />

multilingue), la reconnaissance de la langue<br />

et du locuteur, la reconnaissance d’entités spécifiques<br />

et de thèmes pour la recherche avancée de<br />

documents audio et textuel, la traduction automatique<br />

écrite et orale. Concernant l’analyse de documents<br />

écrits, les recherches doivent viser à étendre<br />

les bonnes performances des systèmes classiques<br />

de reconnaissance de caractères dactylographiés à<br />

la reconnaissance d’écriture manuscrite et de documents<br />

composites (mixte manuscrit, dactylographié,<br />

tableaux, etc.) ou dégradés.<br />

Le traitement d’informations diverses permet<br />

d’aborder la problématique de la sécurité globale.<br />

On s’intéressera aux techniques pour la biométrie, à<br />

l’analyse de comportement de personne et de foule,<br />

à la détection de changement dans des scènes, à la<br />

détection d’engins explosifs improvisés (IED), aux<br />

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