Projet de fédération NormaSTIC Responsable : Stéphane Canu Document de travail

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1 Projet de fédération NormaSTIC Responsable : Stéphane Canu Document de travail 5 juillet 2010

2 Chapitre 1 Introduction 1.1 Objectifs La recherche en France comme en Europe est en pleine évolution. Des changements importants sont ainsi intervenus récemment avec la création de l Agence Nationale de la Recherche, de l Agence de l Innovation Industrielle et des pôles de compétitivité, et bientôt celle des pôles de recherche et d enseignement supérieur (PRES) et de l Agence d évaluation de la recherche et de l enseignement supérieur, dans le cadre des orientations du projet de loi sur la recherche. A l heure de cette restructuration de la recherche, au regard des nouveaux éléments d évaluation et de financement des équipes, la Fédération NormaSTIC, entend regrouper les laboratoires relevant des Sciences et Technologies de l Information et de la Communication (STIC) de Normandie. Stéphane pourrais tu ajouter qq mots sur la structuration de la recherche en bretagne, à Paris et dans le Nord? Ce projet de fédération, a un double objectif : structurer le potentiel de recherche Normand dans le domaine des sciences et technologies de l information et promouvoir des synergies scientifiques au sein des STIC normandes. Il vise à la fois à renforcer la visibilité, la lisibilité et l attractivité de la recherche Normande dans ses domaines d excellence en informatique au sens large. NormaSTIC a vocation à devenir un partenaire de référence pour les instances régionales (CPER, Conseils Régionaux, pôles de compétitivité, PRES). Ce projet repose sur un terreau fructueux. En effet, il existe déjà depuis plusieurs années des coopérations entre laboratoires Normands comme par exemple dans le domaine du document numérique et les systèmes de gestion de crise, nos laboratoires se connaissent aussi suite à des journées d échange. Certaines de ces coopérations ont déjà reçues des soutiens financiers nationaux et régionaux. En structurant ces activités relevant du domaine de l informatique au sens large en Normandie, ce projet va renforcer ces synergies et coopérations, en susciter d autres grâce à l apport d une nouvelle dynamique. 1.2 Acteurs Ce projet de fédération s inscrit dans le cadre stratégique du rapprochement des établissements du supérieur normand liés au PRES Normandie Université. Il implique les chercheurs du domaine issus des cinq établissements normands fondateurs du PRES : les Universités de Caen, du Havre et de Rouen, l ENSI Caen et l INSA de Rouen. Les laboratoires concernés sont le GREYC et le LITIS : Le laboratoire GREYC Le Groupe de Recherche en Informatique, Image, Automatique et Instrumentation de Caen (GREYC) est un laboratoire de recherche associé au CNRS sous la forme d une UMR (numéro 6072) rattachée à titre principale à l INS2I (Institut des Sciences Infor- 2

3 matiques et de leurs Interactions) et à titre secondaire à l INSIS (Institut des Sciences de l Ingénierie et des Systèmes). Les activités du GREYC sont centrées sur le domaine des STIC. Ses thématiques couvrent les principales disciplines du domaine, à savoir les différentes branches de l informatique et de l intelligence artificielle, le traitement de signal et d image, la sécurité informatique, l automatique, l électronique et les dispositifs. Le GREYC est dirigé par Etienne GRANDJEAN (directeur) et Mohammed M SAAD (directeur-adjoint). Il comprend plus de 200 membres permanents et non-permanents : 91 enseignants-chercheurs et 7 chercheurs CNRS, 16 personnels techniques ITA ou BIATOS 71 doctorants, environ 30 post-doctorants, ATER, PAST et ingénieurs contractuels, A renforcer Le laboratoire LITIS Le LITIS (Laboratoire d Informatique, de Traitement de l Information et des Systèmes - EA 4108 NormaSTIC à vocation à fédérer les chercheurs et enseignants-chercheurs actifs dans ces axes de recherche. 1.3 Potentiel Humain et scientifique Potentiel Humain L ensemble des laboratoires de NormaSTIC regroupe des moyens humains conséquents qui sont répartis de la façon suivante : 91+LITIS enseignants-chercheurs, 7 chercheurs CNRS, 16+LITIS personnels techniques et administratifs, 101 +LITIS doctorants et chercheurs non permanents (post-doc, chercheurs invités). Soit un total de personnels permanents de 154 et un total de personnels permanents et non permanents de plus de 250. A ceci on peut ajouter chaque année une cinquantaine de stagiaires de recherche de niveau MASTER. L ensemble des chercheurs relève du secteur Mathématiques, sciences et technologies de l information et de la communication (MSTIC) de la direction de la recherche du ministère délégué à l Enseignement supérieur et à la Recherche, correspondant aux Directions Scientifiques 1 Mathématiques et leurs interactions et 9 Sciences et Technologie de l Information et de la Communication de la Mission Scientifique, Technique et Pédagogique (MSTP). Les activités de la fédération s inscrivent également dans les départements Mathématiques, Informatique, Physique, Planète et Univers (MIPPU) et Ingénierie du CNRS. Enfin, les chercheurs dépendent essentiellement de la Section 07 Sciences et Technologies de l Information (informatique, automatique, signal et communication) et de la Section 08 Micro et nano-technologies, électronique, photonique, électromagnétisme, énergie électrique. En ce qui concerne les sections CNU concernées, il s agit des sections 27, 61 et Potentiel Scientifique La liste des savoir faire et des domaines d expertise des laboratoires associés NorMaS- TIC dans couvre un spectre large du domaine des STIC qui peut se traduire par les mots clés suivants : Traitement d images Méthodes stochastiques et variationelles, Méthodes aux différences finies sur graphes, 3

4 Méthodes de dématrissage, Reconnaissance de formes Méthodes de classification, Représentation structurelle, Indexation d images et de vidéos, Fouille de données, Algorithmique modèles de calculs, protection de l information, monoïdes libres, automates, systèmes polynomiaux, bioinformatique. Systèmes multi agents raisonnements sur l espace, coordination d agents, techniques de décisions. Traitement des langues Analyse multi-langue de documents, Biométrie Automatique Électronique 1.4 Axes structurants Construits après une analyse des activités de recherche en STIC en Normandie, ainsi qu une évaluation de leurs forces et faiblesses, le projet scientifique de cette fédération s articule en 5 axes dans lesquels les activités du GREYC et du LITIS s inscrivent. Du point de vue scientifique, l activité de NormaSTIC sera centrée sur les compétences reconnues de la Normandie dans le domaine des sciences et technologie de l information, regroupées en cinq axes scientifiques fédérateurs : L algorithmique et la combinatoire, Les Systèmes Intelligents et Autonomes Complexes (SIAC), La reconnaissance de formes, Le traitement et l analyse d images Ces activités s exerceront au travers de projets structurants menés dans ces quatre axes stratégiques. Chaque axe sera animé par un binôme. Ces 4 axes vont permettre de fédérer des compétences scientifiques pouvant donner lieu à des pôles de compétences, tel que, par exemple, le document numérique où la fédération disposera d un ensemble de savoir-faire allant de l étape d acquisition des données à leur interprétation sémantique en intégrant les liens avec l image et la découverte automatique de connaissances. Fonctionnement Chaque axe se déclinera en plusieurs thématiques structurées sous formes de groupes de travail. Ces groupes soutenus financièrement par la fédération ont pour vocation de mettre en oeuvre des actions communes précisées ci dessous. Le comité scientifique de la fédération composé des responsables d axes veillera également à faciliter l émergence d une réflexion collective autour de nouveaux thèmes porteurs. L axe transversal traitement de langue. 4

5 Chapitre 2 Politique scientifique de la fédération 2.1 Recherche et rayonnement A partir des acquis communs des laboratoires, le projet de la fédération PRIDES s articule autour de la mise en place d une politique d animation scientifique forte et l identification d axes scientifiques transverses originaux. Ceci se traduira par la production de résultats issus d actions prioritaires communes. Sur le plan académique, notre volonté sera ensuite de valoriser ces thématiques et les actions qui en relèvent au niveau national et international. Une communication sur les savoir-faire de la fédération NormaSTIC sera également entreprise au niveau des industriels de la région et chez nos partenaires habituels, permettant une valorisation des résultats. Les actions de la fédération comprendront notamment organise l émergence, l évaluation et le suivi de l activité scientifique de la fédération et en particulier des projets inter laboratoires correspondant aux axes de recherche identifiés. Pour ce faire, elle coordonne et anime la vie scientifique inter laboratoires : mise en évidence de projets de recherche, de projets d expérimentation avancée, colloques, écoles, séminaires ; Aider à l organisation de manifestations scientifiques. NormaSTIC aura un rôle d animation scientifique, avec l organisation de colloques, d écoles et de journées thématiques, de la journée des doctorants Normands et de rencontres d animations mettant en relation les chercheurs et le monde socio économique. L appui à la recherche. NormaSTIC assurera un rôle de soutien aux projets incitatifs devant déboucher sur des réponses à des appels d offre régionaux, nationaux et internationaux. Le renforcement des collaborations internationales et industrielles. NormaSTIC a enfin vocation à devenir partenaire officiel des pôles de compétitivité TES, Mov eo et Novalog, et à collaborer avec les partenaires industriels par le biais d actions de valorisation et de transfert de technologies. 2.2 Actions incitatives Dans le cadre des projets suivis par la fédération, celle ci financera ces projets par deux moyens 1. Réservation chaque année d une bourse dans chacun des deux laboratoires pour les thèses labélisées par la fédération. 2. bourses de master, 3. financement de matériel structurant. 5

6 Notons que les bourses pour des étudiants de master pourront également, sous réserve de dépot d un projet, permettre de co financer des projets ANR communs aux deux laboratoire afin de faire la jonction entre l acceptation du dossier et son démarage effectif par l ANR. Dans le cadre de l animation des axes scientifique de la fédération celle-ci financera la tenue de séminaires réguliers dans chacun des axes. Ces séminaires se tiendront alternativement à Rouen et à Caen. De plus, les deux laboratoires se proposent de coordonner leurs actions de recrutement afin de renforcer leur complémentarité. 6

7 Chapitre 3 Organisation et gouvernance La fédération se dotera d un comité de direction, constitué des directeurs de laboratoire, et du coordinateur, d un conseil scientifique interne formé avec les responsables d équipe des deux laboratoires et d un comité de suivi scientifique constitué de six experts reconnus dans les domaines scientifiques concernés qui accompagnera le comité de direction dans ses orientations. Le comité de direction se réunira aussi souvent que nécessaire et au moins tous les deux mois. Le conseil scientifique se réunira au moins trois fois par an, en utilisant si besoin est, les moyens de vidéoconférence existant sur les sites de Caen, de Rouen et du Havre. Une fois par an, il se réunira avec le comité de suivi dont les experts auront été consultés dès la phase de constitution de la fédération. Ainsi, la fédération : organise l émergence, l évaluation et le suivi de l activité scientifique de la fédération et en particulier des projets inter laboratoires correspondant aux axes de recherche identifiés. Pour ce faire, elle coordonne et anime la vie scientifique inter laboratoires : mise en évidence de projets de recherche, de projets d expérimentation avancée, formations doctorales, colloques, écoles, séminaires ; gère les moyens qui résultent : des attributions des tutelles, de la mise en commun de ressources par les unités de recherche de projets contractuels de la fédération ; assure en particulier la gestion des moyens logistiques mis en commun par les laboratoires (pages web, bases de données, matériels d acquisition, et moyens informatiques spécifiques, revues et abonnements électroniques...). 7

8 Chapitre 4 Axes de recherche 4.1 Algorithmique et Combinatoire Responsable GREYC : Brigitte Vallée Responsable LITIS : Florent Hivert Introduction Il est centré autour de trois équipes : une au GREYC, et deux au LITIS. Ses effectifs au total comprennent une trentaine de permanents, et, actuellement, une douzaine de doctorants. Voici les trois équipes concernées : l équipe AMACC du GREYC Algorithmique, Modèles de Calcul, Aléa, Cryptographie, Complexité, via ses Thèmes 2 et 3. L effectif intéressé est : 1 DR CNRS, 1 CR CNRS, 7 MC, et, actuellement, 4 doctorants. l équipe COMBALG Combinatoire et Algorithmes du LITIS. Les effectifs totaux de l équipe sont : 5 PR, 14 MC, (dont 5 HdR), et, actuellement, 4 doctorants. une partie de l équipe TIBS Traitement de l Information en Biologie Santé, désignée ici par ALGOTIBS, formée des algorithmiciens qui travaillent en combinatoire des mots et génomique. Effectif intéressé : 1 PR, 4 MC et actuellement 4 doctorants Présentation des équipes impliquées L équipe AMACC du GREYC se retrouve d abord autour de deux concepts génériques, l algorithme et la complexité, symbolisés par le premier A et le dernier C, qui sous-tendent toutes ses activités. Elle y adopte des points de vue complémentaires. Le Thème 1 étudie les modèles de calcul ou la notion de complexité, dans le pire des cas via les classes de complexité (le M pour Modèles de Calcul), tandis que le Thème 3 travaille dans un cadre aléatoire, avec des modèles probabilistes (le second A pour Aléa). le Thème 2 travaille en Protection de l Information, notamment en codage et cryptographie (le premier C), avec une activité algorithmique amont en théorie de l information et arithmétique, où il élabore des algorithmes et les analyse. L équipe s ouvre aussi à d autres thématiques de la sécurité, comme l internet des objets ou l environnement embarqué sécurisé. L équipe COMBALG du LITIS étudie les aspects fondamentaux des algorithmes, en se focalisant sur les structures qui modélisent l information (mots, monoïdes libres) ou les aspects fondamentaux du calcul (automates, séries génératrices), notamment dans leurs aspects algébriques (systèmes polynomiaux). Le groupe ALGOTIBS développe des méthodes et des outils pour rechercher, indexer et extraire des informations pertinentes dans des données biologiques (génomes et expression des génomes). L équipe travaille à améliorer la compacité, l efficacité et la dynamicité des structures de données sous-jacentes à l algorithmique du texte, et tout particulièrement, la principale, l arbre des suffixes, et ses variantes, les vecteurs de suffixes et les tableaux de suffixes. 8

9 4.1.3 Synergies au sein de l axe Ils reposent sur des objets et des concepts partagés en théorie de l information, en combinatoire des mots, en algorithmique du texte, en algorithmique mathématique, en systèmes dynamiques. Les objets sont partagés et les points de vue sont complémentaires. Une bonne synergie à l intérieur du GdR Informatique Mathématique Les membres des équipes se rencontrent assez régulièrement dans le cadre de journées organisées dans le cadre du GdR Im (Informatique Mathématique). Ils y partagent aussi d importantes responsabilités : la direction est assurée par B. Vallée (Caen), F. Hivert a été responsable d un des groupes de travail de ce GdR, le groupe CombAlg Combinatoire algébrique de 2006 À 2009, tandis que T. Lecroq est responsable depuis 2009 du Groupe de travail Comatege Combinatoire des mots, algorithmique du texte et du génome. Des questions génériques sur l algorithme. Il y a deux approches complémentaires pour étendre les modèles classiques sous-jacents à la définition des algorithmes et à leur analyse. Le Thème 3 Structures aléatoires et analyse d algorithmes de l équipe AMACC est centré sur l analyse probabiliste des structures aléatoires et des algorithmes. Dans son volet méthodologique, il développe un cadre réaliste pour la modélisation des algorithmes, où cellui-ci est vu comme un système dynamique. La série génératrice associée à l algorithme est alors étendue en un opérateur générateur (associé au système dynamique) Le Thème combinatoire algébrique du l équipe CombAlgo du LITIS étudie d autres généralisations des séries génératrices, en des séries non commutatives. Théorie de l information et combinatoire des mots. Beaucoup de questions, qui se posent dans la combinatoire des mots ou sur les automates, peuvent se généraliser quand les symboles ne sont plus équiprobables ou indépendants. Les propriétés probabilistes de la source qui produit les mots jouent alors un rôle important dans l analyse de ces principaux phénomènes. Algorithmique du texte : implémentation et analyse. L équipe rouennaise a une activité créatrice sur les structures de données, tandis que les caennais ont une expertise pour analyser les propriétés probabilistes de ces structures. Arithmétique et Calcul formel. Il y a un réel intérêt partagé pour les algorithmes travaillant sur des structures mathématiques, de nature algébrique (polynômes), ou arithmétique (nombres entiers), avec une culture commune sur ces domaines, même si les caennais sont plus arithméticiens et les rouennais plus algébristes. De plus, les deux équipes partagent une expertise sur l analyse probabiliste de ces algorithmes (sur les nombres à caen, sur les systèmes polynomiaux, à Rouen) Systèmes dynamiques. Les systèmes dynamiques sont là encore un objet d étude commun, avec des points de vue complémentaire, plus symbolique à Rouen, plus analytique ou probabiliste à Caen. Il faut noter que ce sujet peut faire l objet d une collaboration entre les deux fédérations, NORMASTIC et Normandie-Mathématiques. Cryptanalyse algébrique. Les deux équipes se retrouvent sur le sujet : À Caen, l équipe cherche à cryptanalyser des algorithmes cryptographiques basés sur les codes correcteurs d erreur, tandis que l équipe de Rouen est experte dans la cryptanalyse des systèmes fondés sur des systèmes polynomiaux Thématiques déjà développées en commun Dans ce qui précède, il apparaît que beaucoup de sujets sont partagés par les deux laboratoires, avec très souvent des points de vue complémentaires : les objets ou concepts sont les mêmes, les questions poséees sont souvent proches, et les réponses sont souvent diverses. Tous les éléments sont donc présents pour de potentielles collaborations fructueuses. La question se pose alors : Pourquoi ne pas avoir déjà lancé de telles collaborations? Elle se pose d autant plus que les équipes se connaissent déjà et ont l occasion de 9

10 se rencontrer assez souvent dans des structures nationales. De fait, c est une organisatiion de rencontres dans la vie scientifique de tous les jours qui manque à ces deux groupes. Et c est là-dessus que doit porter leur effort. Nous donnons ici quelques pistes : Organiser des journées de rencontre, avec à chaque fois un des sujets précis d accroche décrit ci dessus, et deux exposés complémentaires, de chacun des deux pôles géographiques, qui pourraient aussi être proposés aux étudiants des Masters. Proposer des sujets de stage en co-direction dans les Masters 2 Dans le domaine de la théorie de l information, profiter des diverses relations existantes : dans le milieu caennais entre mathématiciens et informaticiens (groupe de travail sur l entropie) ; des relations internes à la Fédération de Mathématiques entre Caen et Rouen (relations étroites) ; et des points de vue variés sur les systèmes dynamiques entre les informaticiens de Caen et de Rouen. On pourrait ainsi refermer le quadrilatère entre mathématiciens et informaticiens de Caen et Rouen. 4.2 Systèmes Intelligents et Autonomes Complexes (SIAC) Responsable GREYC : Maroua Bouzid Responsable LITIS : Introduction Cyrille Bertelle La modélisation des systèmes complexes est une thématique de recherche à laquelle contribuent sur plusieurs aspects des chercheurs du GREYC et du LITIS. Les intérêts croisés de ces chercheurs couvrent à la fois des domaines de recherche conceptuelle sur le développement de méthodologies et d algorithmes innovants sur la détection d organisations et leur représentation multi-échelle dans des systèmes organisationnels. Des approches d intelligence artificielle distribuée, de type multi-agents ou encore bio-inspirées des mécanismes d auto-organisation chez les insectes sociaux sont au cœur de ces approches conceptuelles. Les chercheurs développent également des domaines d applications voisins ou complémentaires notamment en simulation spatiale pour des systèmes géographiques, pour la prise de décision en environnement incertain ou en ordonnancement flexible qui trouvent des terrains d applications en robotique, en véhicule intelligent, en logistique ou en gestion du risque. Nous souhaitons nous focaliser, dans un premier temps, sur deux domaines d applications, à savoir le véhicule intelligent et la gestion du risque. Dans le premier cas, il s agit de développer des systèmes intelligents capables de contrôler, de manière autonome, de tels véhicules et parfois en interaction avec l humain (voiture et son conducteur). Dans le deuxième cas, l utilisation des systèmes multiagents permet la conception d environnements pour la modélisation et la simulation de phénomènes en vue d aider à la décision d aménagement, de sauvetage ou de protection des populations dans le cadre de risques technologiques urbains, par exemple. L objectif de cet échange est de construire une information globale de l espace nécessaire pour produire des décisions fiables et adaptatives à la dynamique du système, et notamment formaliser un comportement humain. Deux objectifs principaux seront autour des systèmes décisionnels autonomes et autour des systèmes multi-agent spatio-temporels pour l aide à la décision et la simulation Présentation des équipes impliquées Cet axe fédérateur concerne principalement les équipes MAD du GREYC et RI2C du LITIS qui ont collaboré jusqu à maintenant via des soumissions de projets ANR ou l organisation d ateliers. Il intègre aussi des activités de l équipe MIU sur la simulation de situations d urgences ainsi que l équipe STI du LITIS et particulièrement sur le premier objectif relatif au véhicule intelligent. Les équipes RI2C et MIU travaillent sur la 10

11 morpho-dynamique des réseaux d interaction et les méthodes d intelligence collective ou en essaim pour détecter des organisations ou des structures dynamiques, avec applications à la gestion du territoire, notamment pour les problématiques du risque et de la logistique. L équipe STI travaille sur l aspect des sciences et technologies de l information pour l aide à la conduite de véhicules, grâce à des systèmes de visions intelligents, des systèmes de gestion temps réels de données géolocalisées et des systèmes de communication intervéhicules. L équipe MAD développe une recherche autour de la problématique générale de la modélisation d un ou de plusieurs agents décisionnels capables d évoluer dans des environnements dynamiques pour réaliser des missions complexes de manière rationnelle et autonome. Les agents considérés disposent de ressources limitées et ont des comportements incertains à cause de la complexité des situations dans lesquelles ils peuvent être plongés. Il est donc difficile de construire leur modèle de manière précise. Sous ces contraintes, l équipe MAD s intéresse à : 1.l élaboration de modèles de représentation et de raisonnement dans de tels environnements, en particulier des modèles de représentation et de raisonnement sur l espace 2.l étude de l interaction pour la coordination des agents, en particulier la coordination spatiale des agents pour une mission de sauvetage. Chaque agent évolue dans une zone dont il n a qu une visibilité partielle qui rend la coordination avec les autres agents difficile. 3.l étude de techniques de décision afin de définir des stratégies ou des politiques de comportement adéquates aux agents et à l environnement Synergies au sein de l axe Les équipes MAD et RI2C développent, chacune de leur côté, des collaborations assez étroites avec des géographes déjà regroupés en Normandie dans l UMR IDEES (équipe GEOSYSCOM en Basse-Normandie partenaire avec MAD du projet ANR blanc CRI- TERE accepté en juin 2010 ; équipe MTG en Haute-Normandie partenaire avec RI2C du projet RISC dans le cadre du FEDER et GRR TLTI démarrant en octobre 2010). Par ces croisements scientifiques féconds, de nombreux échanges ont déjà vu le jour et ont permis de dégager les complémentarités des deux équipes au niveau des simulations spatiales pour l aide à la décision. RI2C propose des approches de modélisation basées sur des réseaux d interaction avec des processus d auto-organisation construit sur des entités réactives (de type insecte sociaux), MAD s intéresse quant à elle à des modèles de plus haut niveau afin de concevoir des agents capables d évoluer dans des environnements dynamiques et incertains et de raisonner pour décider. La première approche permet notamment d aborder les aspects de flexibilité en ordonnancement de processus alors que la deuxième permet de s intéresser à la représentation de l environnement, la modélisation du raisonnement et à la prise de décision notamment avec des processus décisionnels de Markovs. L ensemble de ces techniques se complètent pour aborder le thème de l intelligence territoriale, un domaine d application phare sur lequel les équipes souhaitent contribuer, en s appuyant notamment sur la dynamique récente mise en place grâce à l Institut Normand sur les systèmes complexes auquel les membres des équipes du GREYC et du LITIS contribuent fortement au niveau de son animation Thématiques déjà développées en commun Les équipes du GREYC et du LITIS ont déjà collaboré depuis plusieurs années au niveau du réseau inter-régional Hum@niSTIC qui s appuyait sur le PUN et où ont participé Cyrille Bertelle et Maroua Bouzid (tous les deux membres du comité de pilotage de ce réseau) afin de développer une action sur la gestion du risque. Dans ce cadre, plusieurs rencontres ont été organisées à Caen ou au Havre et regroupant, entre autres, des membres du GREYC, du LITIS et de l UMR IDEE autour de la modélisation spatio-temporelle du risque et des systèmes complexes. Une école thématique du CNRS a été organisées en Juillet 2008, au Havre, sur ce sujet, avec l ensemble de ces partenaires. Des participations croisées à des jurys de thèse ont eu lieu (Maroua Bouzid a été 11

12 membre du jury de la thèse de Fahem Kebair, fin 2009, dirigée par Cyrille Bertelle et Frédéric Serin, par exemple). Des participations croisées ont également été développées autour de l animation de conférences telles que, par exemple, la conférence internationale ICCSA 2009, organisée du 29 juin au 2 juillet 2009, à l université du Havre avec les invitations de personnalités internationales de très grande notoriété en complexité et théorie du Chaos et la participation de membres du GREYC pour l animation de sessions satellites (Maroua Bouzid, Estelle Cherrier,...). Suite aux différentes rencontres organisées entres les membres du GREYC, des membres du LITIS et des géographes de l UMR IDEE, un projet de recherche a été mis en place sous la forme d une plate-forme de collaboration. Celui-ci concerne l organisation émergente pour les systèmes géographiques. Il s intéresse à la compréhension, à la modélisation et à l analyse des phénomènes d auto-organisation, d adaptation et de régulation en géographie urbaine ou territoriale. Il s agit d un sujet important et sur lequel l approche systèmes complexes est susceptible d apporter de nouveau questionnements, angles d attaque et outils de compréhension. Ce projet est en cours d élaboration pour une soumission à un appel de l ANR Les thématiques envisagées L animation scientifique de cet axe est permise par l identification des 3 objectifs communs à savoir : 1. Une thématique porteuse entre les équipes du GREYC et du LITIS concerne l intelligence territoriale intégrant les réseaux de transports et de logistique et la gestion spatialisée du risque. On s intéressera non seulement à la représentation des situations complexes mais également aux systèmes de décision. Des partenariats économiques et industriels sont associés tels que la CODAH, les pôles Nov@log et Move o. 2. Les systèmes décisionnels et autonomes : Le paradigme des systèmes autonomes permettre d introduire la capacité d un système à decider seul sans l intervention de l humain ou decider de faire intervenir l humain. Il s agit pour ce deuxième cas de l autonomie adjustable. Cet objectif sera animé autour des problèmes du véhicule intelligent et systèmes de transports intelligents. Approche décisionnelles pour l autonomie d un système ou d un groupe de systèmes en interaction. Les équipes qui peuvent être impliquées sont MAD, RI2C et MIU. Architecture générale perceptiondécision-action permettant de faire interagir des modules de perception et de decision pour le véhicule intelligent. Les équipes qui peuvent être impliquées sont MAD et STI. 3. Les systèmes multi-agents spatio-temporels et simulation : Le paradigme des systèmes multi-agents permet de formaliser des acteurs en interaction. Il est nécessaire de l enrichir par un système d informations géographiques. Celui-ci permet de fournir un paradigme général capable de gérer des systèmes complexes d aménagement où un des aspects de l interaction se fait sur la base d informations pouvant être imprécises (près de l usine), quantitative (tous les 10 mètres,... ) ou de différents degrés de granularité (à 100km d ici, il y a des victimes tous les 5 mètres). Cet objectif scientifique sera animé autour des problèmes de gestions de risques. Les équipes impliquées sont MAD et RI2C. 4.3 Reconnaissance de formes Responsable GREYC : Luc Brun Responsable LITIS : Stéphane Canu 12

13 4.3.1 Introduction Les forces Normandes dans le domaine de la RdF Le GREYC et LITIS développent des activités fondamentales et appliquées en reconnaissance des formes. Ces travaux sont reconnus internationalement et publiés dans les meilleures revues et conférences Présentation des équipes impliquées la méthode : construction de descripteur - extraction de caractéristiques - extraction et codage de l information. outils et méthodes pour la reconnaissance des formes - fouille et classification application / articulations des compétences en extraction de caractéristiques ou plus généralement d analyse des objets manipulés et des compétences en apprentissage /fouille avec des approches statistiques et algorithmique. Activités du GREYC L. Brun, F. Jurie outils et méthodes pour la reconnaissance des formes B. Cremilleux D un point de vue applicatif l équipe Image a une forte activité de collaboration dans le domaine médical, la sécurité et le multimédia en liaison avec de nombreux partenaires régionaux(chu de Caen, Centre François Baclesse, Cyceron, CHR de Cherbourg, NXP, FT R&D..) et nationaux (Sagem, Thalès). L équipe est également impliqué au niveau international par des relations académiques. Le groupe biométrie et sécurité travaille sur la définition de descripteurs pour la biométrie combinés à des techniques de classification. Le groupe est très impliqué au niveau régional et a noué de nombreuses collaborations au niveau national et international. Les activités en reconnaissance de formes du GREYC sont menées par l équipe Image et le groupe Biométrie. Les activités de l équipe Image dans ce domaine se situent essentiellement en amont et en aval des méthodes de classification. Les recherches amont concernent une activité sur l optimisation non convexe qui intervient dans la conception de nombreuses méthodes de classification ou de régression. Les recherches aval (ou amont selon le point de vue) sont basées sur la définition de descripteurs pertinents combinés à des méthodes de classification. Ces activités de recherche comprennent la reconnaissance structurelle de formes, la classification et la recherche d images, la détection et la reconnaissance d objets dans les images. A compléter Le rayonnement des activités de l équipe Image et du laboratoire GREYC, se traduisent notamment par les prises de responsabilités suivantes au sein d organismes internationaux et nationaux : Direction du comité technique n 15 de l IAPR chargé de promouvoir au niveau mondial la recherche pour la reconnaissance de formes par graphes (L. Brun). Présidence de l AFRIF (F. Jurie), Directeurs scientifiques adjoints de deux thèmes du GdR ISIS (F. Jurie et J. Fadili) Participation au CA du pôle TES (C. Rosenberger). Activités du LITIS Extraction et codage de l information T. paquet fouille et classification S. Canu application / articulations Images - documents - BCI Equipes Image du Greyc et Document et apprentissage du LITIS sont reconnues internationalement dans le domaine Les équipes monétique (Greyc), Quantif - imagerie 13

14 médicale fonctionnelle (LITIS) et système de transport intelligent (LITIS) offrent des domaines d applications pour lesquels des synergies sont avérées Le pole de compétitivité TES La participation au réseau d excellence (NoE) Pascal Synergies au sein de l axe Comme on peut le voir dans les paragraphes qui précèdent, les laboratoires GREYC et LITIS développent une activité importante dans les méthodes d extraction et de codage de descripteurs ainsi que dans les méthodes d apprentissage et de données. Les descripteurs images développés par le laboratoire GREYC ne prennent leur sens que combinés avec des méthodes d apprentissage statistiques qui constituent un point fort du laboratoire LITIS. La synergie entre les deux laboratoires sur ce point est donc évidente. De même, les descripteurs de documents scannés développés au LITIS, de nature plus symbolique peuvent être efficacement combinées avec les méthodes de fouille de nature symbolique développées au GREYC. D un point de vue applicatif les domaines dans lesquels les deux laboratoires peuvent trouver des synergies sont les suivants : Les activités en sécurité de l équipe Image et du Groupe biométrie utilisent de nombreuses techniques d apprentissage qui pourraient bénéficier de l expertise du LITIS. Enfin, les fortes compétences de l équipe Image du GREYC en indexation d images et du LITIS en structuration de documents démontre une claire complémentarité dans le cadre de l analyse de documents combinant du texte et de l image Thématiques déjà développées en commun Les principaux thèmes sur lesquels il existe déjà des actions communes peuvent être structurés en deux groupes. D une part les problèmes fondamentaux associés au cœur de la problématique de la reconnaissance des formes et d autre part les domaines d applications spécifiques souvent révélateurs des difficultés fondamentales de la reconnaissance des formes. Aspects fondamentaux de la reconnaissance des formes RdF et graphes Le GREYC et le LITIS ont déposé un projet d ANR (ANR RASED) en collaboration avec le laboratoire Ceremade, l entreprise ADCIS et l équipe biomédicale GIN à Grenoble. Le but de ce projet est d analyser la forme d épines dendritiques (protubérances des dendrites assurant la connexion dendrite/axone) afin d évaluer l impact de différents protocoles expérimentaux sur ces épines. Le laboratoire GREYC est responsable de la restauration et la reconstruction des images ainsi que de la définition de noyaux sur graphes pour caractériser la forme des épines. Le laboratoire LITIS développera de nouvelles méthodes d apprentissage multi classe. RdF et optimisation non convexe Reconstruction 3d Domaines d application de la reconnaissance des formes Nous avons identifié trois domaines d application dans lesquels il existe déjà des collaborations entre Bas et Haut Normands : Reconnaissance des formes pour la sécurité : biométrie ANR ASAP Pour les 2 derniers points, il y a sans doute du potentiel mais a ma connaissance pas vraiment de collaborations. Peut être ne faut il pas séparer le fondamental et les applications. 14

15 4.3.5 Les thématiques envisagées Bien que de nombreuses collaborations puissent être envisagées, le GREYC et le LITIS entendent structurer l activité en reconnaissance de formes de la fédération autour d un nombre restreint d axes forts. A discuter 1. La combinaison de descripteurs avancés (noyaux sur graphes, sacs hiérarchiques de mots,...) et de nouvelles techniques d apprentissage (collaboratifs, incrémental, avec a priori,..). Les domaines d applications envisagés comprennent l indexation et la classification d images ainsi que la sécurité. 2. articulation avec l équipe image L axe reconnaissance des formes de fédération NormaStic sera structuré autour de séminaires communs et de bourses de stage master réservées à des co encadrements. Ces deux derniers points serviront de terreau à des collaborations à plus grande échelle dans le cadre de thèses en co encadrement. L achat de matériel en commun est également envisagé Le séminaire RdF Normandie J. P. Vert Antoniadis/Nikolova (grenoble) Partenariat industriel Thales 4.4 Traitement et analyse d images Responsable GREYC : Olivier Lezoray Responsable LITIS : Introduction Su Ruan Dans le domaine du traitement et analyse d images, les chercheurs du GREYC et du LITIS développent des méthodologies et des algorithmes innovants, ainsi que des applications concrètes notamment dans le domaine médical. Les intérêts croisés de ces chercheurs permettent la construction de synergies avec des compétences complémentaires faisant ainsi progresser la recherche dans ce domaine Présentation des équipes impliquées Le projet est centré autour de deux équipes : l équipe Image du GREYC et L équipe Quantif du LITIS. Les effectifs totaux de l équipe Image du GREYC sont : 5 PR, 8 MC (dont 2 HDR), 2 CR, et actuellement 14 doctorants. Les effectifs totaux de l équipe Quantif du LITIS sont : 1 PR, 4 PU-PH, 1 MCU-PH, 2 MC, 3 praticiens hospitaliers, 3 physiciens médicaux, 2 informaticiens, 1 radio-pharmacien, et actuellement 5 doctorants. Les activités de l équipe Image du GREYC sont centrées sur le développement de nouvelles méthodes de traitement et d analyse d images, qui sont confrontées à la résolution de problèmes concrets. Son expertise porte d une part sur la mise en œuvre de modèles de 15

16 représentation d images (géométriques, topologiques, statistiques, fonctionnels, par analyse harmonique, symboliques) et d autre part sur l extraction et la gestion des connaissances en traitement et analyse d images (classification, ingénierie des connaissances). Les activités de l équipe Quantif du LITIS sont centrées sur a) l amélioration de la quantification et de la caractérisation des tissus sains et pathologiques par imagerie multimodalité in vivo chez l homme et le petit animal, b) l étude du thorax et des organes en mouvement. Le groupe développe des outils d analyse à partir d études sur fantômes (physiques et numériques), de simulations numériques (Monte Carlo), et d acquisitions réalisées chez l animal, chez l homme sain et malade Synergies au sein de l axe Parallèlement à ses activités de développement de méthodes formelles de traitement et d analyse d images, l équipe Image du GREYC développe depuis de nombreuses années une forte activité en matière d imagerie médicale et biomédicale. Ces recherches concernent les domaines de l imagerie du cerveau et de l imagerie en biologie et en pathologie, à travers différentes modalités dans une optique d aide au diagnostic du cancer (du sein, du poumon, tumeurs cérébrales). Les méthodes développées au sein de l équipe Quantif du LITIS portent également sur différentes modalités d imagerie médicale dans une optique d aide au diagnostic. La quantification et la caractérisation des tissus sont obtenues à travers de la segmentation des objets d intérêt (tumeurs thoraciques, ventricule cardiaque, etc.) et leurs suivis dans le temps à partir de l imagerie multimodalité. L équipe Quantif développe des méthodes de segmentation basées sur la fusion de données, notamment des fonctions de croyance, et des méthodes de classification basées sur SVM. L analyser des images de microscopie confoncale est aussi un des sujets développés au sein de l équipe afin de caractériser les pathologies du poumon. Les deux équipes développant des activités en imagerie médicale, de nombreuses thématiques sont développées en commun. Le premier aspect commun est relatif aux applications et modalités considérées (IRM cardiaque, scanner, microscopie confocale). L équipe Image du Greyc mène des recherches, depuis sa création en 1995, dans le traitement de l analyse de données médicale. Ces recherches concernent les domaines de l imagerie du cerveau, l imagerie en biologie et en pathologie, l imagerie cardiaque, l imagerie radiologique à travers différentes modalités IRM, IRMf, IRM de diffusion, microscopies confocaux, scanner, ultrasons, rayons X dans différentes optiques médicales : cancers du sein, cancer du poumon, maladies cardiovasculaires, tumeurs cérébrales, etc. Quant à l équipe Quantif, les applications sont autours des trois domaines : imagerie cardiovasculaire et rénale, microscopie confocale fibrée et l imagerie anatomique et fonctionnelle dans le ciblage par radiothérapie des tumeurs pulmonaires. L équipe dispose également des plateaux techniques, tels que Plate-forme d imagerie du petit animal : IRM 4.7T, gamma caméra couplée à un scanner, IRM (dont dédiée à la recherche), TDM, TEP-TDM, SPECT TDM, Echographie, Radiothérapie. Le deuxième aspect commun est relatif au développement de méthodes de segmentation, de classification et de fusion des images médicales. L équipe Image du Greyc développe des méthodes de segmentation basées sur différentes techniques, telles que modèles de contours actifs, modèle de forme statistique, et le graph pour nombreuses applications y compris des application médicales. L équipe Quantif utilise des techniques d apprentissage pour résoudre des problèmes de segmentation, classification et fusion des images médicales. Elle tente de rapprocher et trouver la synergie entre la question médicale et la réponse algorithmique. En plus l équipe dispose des expertises médicales (4 PU-PH) permettant de valider les méthodes de traitement d images dédiées aux applications concernées. Si l activité de l équipe Image du GREYC est principalement centrée sur la conception 16

17 de méthodes, celles de l équipe Quantif du LITIS le sont sur les applications. La synergie entre les deux laboratoires sur le thème de l imagerie médicale est donc évidente Thématiques déjà développées en commun L équipe Image du Greyc a privilégié les partenaires locaux dans le domaine médical, tels que CHU de Caen, Cycéron, Centre François Baclesse. Cette démarche de proximité était jusqu à présent suffisantepour valider les méthodes mises au point par l équipe. Pour l équipe Qnantif, elle travaille avec des partenaires nationaux etinternationaux plutôt dans le milieu médical et clinique. Dans leparagraphe précédent, il apparait que beaucoup de thématiques sontpartagées par les deux équipes. Celles ci n ont toutefois pas encore menées des actions de collaboration. Cette abscence de collaboration, pourtant natureelle, s explique en grande partie par l absence d une structure commune pour animer la recherche sur ces thématiques et l absenced actions incitatives donnant des moyens spécifiques pour ce type decollaboration. La fédération des deux laboratoires Greyc etlitis devrait permettre aux deux équipes de développer des thématiques en commun. Dans le paragraphe suivant, nous donnons les thématiques qui peuvent être envisagées par les deux équipes. Lesactions communes peuvent être réalisées sous forme de codirection de thèses etde stages de master, par l élaboration conjointe de projets régionaux,nationaux, voire internationaux. Des séminaires pourront être organisésrégulièrement pour faciliter les échanges scientifiques entre les deuxéquipes Thématiques envisagées De nombreuses collaborations peuvent donc être envisagées en commun entre le GREYC et le LITIS dans le (vaste) domaine de l imagerie médicale. Segmentation des images Les deux équipes peuvent travailler conjointement sur le développement des méthodes de segmentation. L équipe Image du Greyc continuera le développement des méthodologies et des algorithmes innovants. L équipe Quantif utilisera ces méthodes en prenant en compte les spécificités des images médicales et les organes à segmenter. Dans le domaine médical, nous avons souvent des connaissances à priori. La modélisation et l exploitation des connaissances a priori permet d améliorer considérablement les résultats de la segmentation. L équipe Quantif travaillera sur l intégration de ces connaissances dans ses méthodes de segmentation. Analyse des images La caractérisation des images par des descripteurs (ou des attributs) appropriés permet d offrir des informations précieuses pour l aide au diagnostic. L équipe Image du Greyc travaille déjà sur le sujet dans le contexte de la caractérisation des images vidéo. Quant à l équipe Qnantif, elle s intéresse à l analyse des images en microscopie confocale fibrée dans l étude de thorax. L objectif de cette thématique est de trouver des caractéristiques appropriés et des méthodes d analyse adéquates pour caractériser des pathologies de manière efficace et précise. Les deux équipes pourront renforcer cette thématique avec une teinte image médicale. Fusion de données Les images 3D anatomiques (scanner, IRM) et fonctionnelles (TEP et MonoPhotonique (TEMP)) sont autant de sources d informations contributives à la prise de décision médicale. Chacune d elles est porteuse d une information présentant son propre degré de pertinence et de fiabilité. La prise en compte des informations hétérogènes nécessite une modélisation en adéquation avec la problématique posée, suivie d une fusion d informations pour en unifier la cohérence et l interprétation. Les travaux développés sur cette thématique par l équipe Image du Greyc concernent les théories des ensembles flous et des possibilités, tandis que l équipe Quantif travaille plutôt sur la théorie de 17

18 l évidence et des fonctions de croyance. Ces travaux complémentaires permettent d ouvrir de nombreuses perspectives en analyse de données. 18