Background: The degradation of cellulose and hemicellulose molecules into simpler sugars such as ... more Background: The degradation of cellulose and hemicellulose molecules into simpler sugars such as glucose is part of the second generation biofuel production process. Hydrolysis of lignocellulosic substrates is usually performed by enzymes produced and secreted by the fungus Trichoderma reesei. Studies identifying transcription factors involved in the regulation of cellulase production have been conducted but no overview of the whole regulation network is available. A transcriptomic approach with mixtures of glucose and lactose, used as a substrate for cellulase induction, was used to help us decipher missing parts in the network of T. reesei Rut-C30. Results: Experimental results on the Rut-C30 hyperproducing strain confirmed the impact of sugar mixtures on the enzymatic cocktail composition. The transcriptomic study shows a temporal regulation of the main transcription factors and a lactose concentration impact on the transcriptional profile. A gene regulatory network built using BRANE Cut software reveals three sub-networks related to iq a positive correlation between lactose concentration and cellulase production, iiq a particular dependence of the lactose onto the β-glucosidase regulation and iiiq a negative regulation of the development process and growth. Conclusions: This work is the first investigating a transcriptomic study regarding the effects of pure and mixed carbon sources in a fed-batch mode. Our study expose a co-orchestration of xyr1 , clr2 and ace3 for cellulase and hemicellulase induction and production, a fine regulation of the β-glucosidase and a decrease of growth in favor of cellulase production. These conclusions provide us with potential targets for further genetic engineering leading to better cellulase-producing strains in industry-like conditions.
With the advent of microarrays, arose the need to analyze gene expression data. Tools for buildin... more With the advent of microarrays, arose the need to analyze gene expression data. Tools for building gene regulation networks are indeed of high interest for regulatory relationship sketching and gene interaction prediction. Given all pairwise gene regulation information available, we propose to determine the presence of edges in the final gene regulatory network by adopting a convex optimization formulation. Our energy minimization strategy includes a regularization term accounting for the difference of connectivity of particular genes (i.e. transcription factors), and we employ proximal methods to compute the optimal solution. The resulting algorithm, called "Brane relax", outperforms state-of-the-art methods while keeping a reduced computational cost.
La ville romaine d’Antibes (Antipolis) s’était dotée de deux aqueducs de longueurs et de profils ... more La ville romaine d’Antibes (Antipolis) s’était dotée de deux aqueducs de longueurs et de profils très différents. L’aqueduc de la Bouillide, à présent bien connu, parcours une quinzaine de kilomètres et compte plusieurs ouvrages d’art en élévation. L’aqueduc de la Font Vieille, plus court, restait encore mal localisé en raison de son parcours essentiellement enterré. Il avait cependant été redécouvert au XVIIIe siècle et avait été alors remis en fonction. Récemment, plusieurs opérations d’archéologie préventive ont permis d’en retrouver des tronçons importants et de caractériser les modes de construction et le fonctionnement de cette adduction. Les documents du XVIIIe siècle livrent également des informations sur l’état de l’ouvrage avant sa restauration et sur les matériaux employés pour celle-ci. Ces études de terrain et des documents d’archives permettent de dresser un premier bilan des connaissances acquises. Toutefois, plusieurs questions restent sans réponse comme celle de la ...
Generalized Lapped Orthogonal Transform GenLOT based image coder is used to compress 2-D seismic ... more Generalized Lapped Orthogonal Transform GenLOT based image coder is used to compress 2-D seismic data sets. Its performance is compared to the results using wavelet-based image coder. Both algorithms use the same state-ofthe-art zerotree coding for consistency and fair comparison. Several parameters such as lter length and objective cost function are varied to nd the best suited lter banks. It is found that for raw data, lter bank with long overlapping lters should be used for processing signals along the time direction whereas lter bank with short lters should be used for processing signal along the distance direction. This combination yields the best results.
The obtention of representative graphs is a key problem in an increasing number of fields, such a... more The obtention of representative graphs is a key problem in an increasing number of fields, such as computer graphics, social sciences, and biology to name a few. Due to the large number of possible solutions from the available amount of data, building meaningful graphs is often challenging. Nonetheless, enforcing a priori on the graph structure, such as a modularity, may reduce the underdetermination in the underlying problem. In this work, we introduce such a methodology in the context of Gene Regulatory Network inference. These networks are useful to visualize gene interactions occurring in living organisms: some genes regulate the expression of others, structuring the network into modules where they play a central role. Our approach consists in jointly inferring the graph and performing a clustering using the graph-Laplacianbased random walker algorithm. We validate our approach on the DREAM4 dataset, showing significant improvement over state-of-the-art GRN inference methods.
Oil & Gas Science and Technology – Revue d’IFP Energies nouvelles, 2007
-Chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle pour l'analyse détaillée des produits pétrolie... more -Chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle pour l'analyse détaillée des produits pétroliers-La chromatographie gazeuse bidimensionnelle intégrale (CG×CG) représente une avancée majeure pour l'analyse détaillée des produits pétroliers. Cette technique est fondée sur deux dimensions orthogonales que forme l'association de deux colonnes de CG de sélectivités de séparation différentes. L'échantillonnage à haute fréquence à l'interface des deux colonnes permet que la totalité du produit soit transférée et analysée dans les deux dimensions. Ainsi, la capacité de pics et le pouvoir résolutif sont nettement accrus. En outre, les chromatogrammes 2D sont structurés en fonction des propriétés de volatilité et de polarité des hydrocarbures ce qui facilite leur identification. Dans cet article sont présentés les concepts et le principe de mise en oeuvre de la CG×CG. Un système prototype a été développé à l'IFP comprenant notamment un modulateur à double-jets de CO 2 et un logiciel de posttraitement pour la visualisation et l'intégration des chromatogrammes. Les exemples d'application choisis illustrent le potentiel de la technique pour la caractérisation détaillée de distillats moyens, la spéciation de composés soufrés dans les gazoles et l'analyse approfondie des effluents de procédés pétrochimiques.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jun 8, 2015
HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific re... more HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 29, 2017
HOGMep is a novel Bayesian method for joint restoration and clustering on generic multi-component... more HOGMep is a novel Bayesian method for joint restoration and clustering on generic multi-component graph data. First, it uses a finite mixture of Multivariate Exponential Power (MEP) distributions as a prior model for graph signals. The general MEP form is capable of modeling broad types of signals including Gaussian, Laplacian or sparser ones. Second, a general Higher-Order Graphical Model (HOGM) on labels, encompassing the widely-used Potts model, is used to incorporate spatial relationships between neighboring graph signals. The generality of our model can tackle a large variety of data structures. Third, in contrast with regularized minimization approaches often adopted in the literature, our algorithm reliably estimates regularization parameters from observations. Such modeling leads to a complex posterior distribution of unknown parameters. This problem is tackled by Variational Bayesian Approximation (VBA) whose goal is to provide accurate approximation of the posterior distribution allowing us to efficiently compute posterior mean estimates. We demonstrate the effectiveness of HOGMep on the joint deconvolution and segmentation of color images interpreted as graph signals. Experiments show that the proposed approach outperforms state-of-the-art methods in both restoration performance and segmentation accuracy.
Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, Jun 1, 2023
Relating a set of variables X to a response y is crucial in chemometrics. A quantitative predicti... more Relating a set of variables X to a response y is crucial in chemometrics. A quantitative prediction objective can be enriched by qualitative data interpretation, for instance by locating the most influential features. When highdimensional problems arise, dimension reduction techniques can be used. Most notable are projections (e.g. Partial Least Squares or PLS) or variable selections (e.g. lasso). Sparse partial least squares combine both strategies, by blending variable selection into PLS. The variant presented in this paper, Dual-sPLS, generalizes the classical PLS1 algorithm. It provides balance between accurate prediction and efficient interpretation. It is based on penalizations inspired by classical regression methods (lasso, group lasso, least squares, ridge) and uses the dual norm notion. The resulting sparsity is enforced by an intuitive shrinking ratio parameter. Dual-sPLS favorably compares to similar regression methods, on simulated and real chemical data.
Property analysis and quality assessment are fundamental needs in the study of complex mixtures, ... more Property analysis and quality assessment are fundamental needs in the study of complex mixtures, for instance petroleum fractions or biomass products. For the purpose of experimental efficiency in process development, finding cheaper alternatives is a rising trend with the development of high-throughput experiments (HTE). These units produce smaller sample volumes that are not compatible with the standard analytical process applied to determine petroleum cuts properties (Y) such as density, viscosity, etc. It is time-consuming (up to two days for some properties). An alternative for Y prediction is to combine analytical techniques (requiring a small volume of sample) with data mining. Given a subset of representative data (X), one strives to develop a predictive model P, such that P(X)~Y with sufficient precision compared to the standardized reference. Principal component regression (PCR) or Projection onto Latent Structures (PLS) prediction tools. Such chemometric models do not res...
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Sep 5, 2017
-Nous présentons une technique originale de décomposition progressive en résolution pour maillage... more -Nous présentons une technique originale de décomposition progressive en résolution pour maillages hexaédriques structurés. Cette technique prend en compte les discontinuités géométriques potentiellement présentes dans les données issues des géosciences (failles, etc.), afin de préserver leur morphologie au travers des résolutions. Des ondelettes classiques et morphologiques permettent de décomposer un maillage hexaédrique complexe à différentes échelles, tout en maintenant une cohérence géométrique (notamment au niveau des failles) d'une résolution à l'autre.
sont traditionnellement découplées. Les formulations conjointes se révèlent souvent des problèmes... more sont traditionnellement découplées. Les formulations conjointes se révèlent souvent des problèmes inverses compliqués, mal posés. Nous proposons PENDANTSS pour l'isolation conjointe de tendance et la déconvolution, pour des signaux parcimonieux formés de pics. Il fusionne un a priori de parcimonie avec l'hypothèse qu'une tendance lisse et le bruit de mesure peuvent être séparés par un filtrage passe-bas. Pour ce faire, nous combinons l'algorithme de séparation de sources ternaire BEADS à des pénalités SOOT/SPOQ en rapports de normes ou quasi-normes ℓ p /ℓ q , promotrices de parcimonie. Un nouvel algorithme efficace est proposé, de type forward-backward alterné par blocs à métrique variable avec région de confiance. Il se révèle supérieur à des approches concurrentes pour des mesures classiques appliquées à la chimie analytique. Le code associé est mis à disposition : https://github.com/paulzhengfr/PENDANTSS.
Background: The degradation of cellulose and hemicellulose molecules into simpler sugars such as ... more Background: The degradation of cellulose and hemicellulose molecules into simpler sugars such as glucose is part of the second generation biofuel production process. Hydrolysis of lignocellulosic substrates is usually performed by enzymes produced and secreted by the fungus Trichoderma reesei. Studies identifying transcription factors involved in the regulation of cellulase production have been conducted but no overview of the whole regulation network is available. A transcriptomic approach with mixtures of glucose and lactose, used as a substrate for cellulase induction, was used to help us decipher missing parts in the network of T. reesei Rut-C30. Results: Experimental results on the Rut-C30 hyperproducing strain confirmed the impact of sugar mixtures on the enzymatic cocktail composition. The transcriptomic study shows a temporal regulation of the main transcription factors and a lactose concentration impact on the transcriptional profile. A gene regulatory network built using BRANE Cut software reveals three sub-networks related to iq a positive correlation between lactose concentration and cellulase production, iiq a particular dependence of the lactose onto the β-glucosidase regulation and iiiq a negative regulation of the development process and growth. Conclusions: This work is the first investigating a transcriptomic study regarding the effects of pure and mixed carbon sources in a fed-batch mode. Our study expose a co-orchestration of xyr1 , clr2 and ace3 for cellulase and hemicellulase induction and production, a fine regulation of the β-glucosidase and a decrease of growth in favor of cellulase production. These conclusions provide us with potential targets for further genetic engineering leading to better cellulase-producing strains in industry-like conditions.
With the advent of microarrays, arose the need to analyze gene expression data. Tools for buildin... more With the advent of microarrays, arose the need to analyze gene expression data. Tools for building gene regulation networks are indeed of high interest for regulatory relationship sketching and gene interaction prediction. Given all pairwise gene regulation information available, we propose to determine the presence of edges in the final gene regulatory network by adopting a convex optimization formulation. Our energy minimization strategy includes a regularization term accounting for the difference of connectivity of particular genes (i.e. transcription factors), and we employ proximal methods to compute the optimal solution. The resulting algorithm, called "Brane relax", outperforms state-of-the-art methods while keeping a reduced computational cost.
La ville romaine d’Antibes (Antipolis) s’était dotée de deux aqueducs de longueurs et de profils ... more La ville romaine d’Antibes (Antipolis) s’était dotée de deux aqueducs de longueurs et de profils très différents. L’aqueduc de la Bouillide, à présent bien connu, parcours une quinzaine de kilomètres et compte plusieurs ouvrages d’art en élévation. L’aqueduc de la Font Vieille, plus court, restait encore mal localisé en raison de son parcours essentiellement enterré. Il avait cependant été redécouvert au XVIIIe siècle et avait été alors remis en fonction. Récemment, plusieurs opérations d’archéologie préventive ont permis d’en retrouver des tronçons importants et de caractériser les modes de construction et le fonctionnement de cette adduction. Les documents du XVIIIe siècle livrent également des informations sur l’état de l’ouvrage avant sa restauration et sur les matériaux employés pour celle-ci. Ces études de terrain et des documents d’archives permettent de dresser un premier bilan des connaissances acquises. Toutefois, plusieurs questions restent sans réponse comme celle de la ...
Generalized Lapped Orthogonal Transform GenLOT based image coder is used to compress 2-D seismic ... more Generalized Lapped Orthogonal Transform GenLOT based image coder is used to compress 2-D seismic data sets. Its performance is compared to the results using wavelet-based image coder. Both algorithms use the same state-ofthe-art zerotree coding for consistency and fair comparison. Several parameters such as lter length and objective cost function are varied to nd the best suited lter banks. It is found that for raw data, lter bank with long overlapping lters should be used for processing signals along the time direction whereas lter bank with short lters should be used for processing signal along the distance direction. This combination yields the best results.
The obtention of representative graphs is a key problem in an increasing number of fields, such a... more The obtention of representative graphs is a key problem in an increasing number of fields, such as computer graphics, social sciences, and biology to name a few. Due to the large number of possible solutions from the available amount of data, building meaningful graphs is often challenging. Nonetheless, enforcing a priori on the graph structure, such as a modularity, may reduce the underdetermination in the underlying problem. In this work, we introduce such a methodology in the context of Gene Regulatory Network inference. These networks are useful to visualize gene interactions occurring in living organisms: some genes regulate the expression of others, structuring the network into modules where they play a central role. Our approach consists in jointly inferring the graph and performing a clustering using the graph-Laplacianbased random walker algorithm. We validate our approach on the DREAM4 dataset, showing significant improvement over state-of-the-art GRN inference methods.
Oil & Gas Science and Technology – Revue d’IFP Energies nouvelles, 2007
-Chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle pour l'analyse détaillée des produits pétrolie... more -Chromatographie en phase gazeuse bidimensionnelle pour l'analyse détaillée des produits pétroliers-La chromatographie gazeuse bidimensionnelle intégrale (CG×CG) représente une avancée majeure pour l'analyse détaillée des produits pétroliers. Cette technique est fondée sur deux dimensions orthogonales que forme l'association de deux colonnes de CG de sélectivités de séparation différentes. L'échantillonnage à haute fréquence à l'interface des deux colonnes permet que la totalité du produit soit transférée et analysée dans les deux dimensions. Ainsi, la capacité de pics et le pouvoir résolutif sont nettement accrus. En outre, les chromatogrammes 2D sont structurés en fonction des propriétés de volatilité et de polarité des hydrocarbures ce qui facilite leur identification. Dans cet article sont présentés les concepts et le principe de mise en oeuvre de la CG×CG. Un système prototype a été développé à l'IFP comprenant notamment un modulateur à double-jets de CO 2 et un logiciel de posttraitement pour la visualisation et l'intégration des chromatogrammes. Les exemples d'application choisis illustrent le potentiel de la technique pour la caractérisation détaillée de distillats moyens, la spéciation de composés soufrés dans les gazoles et l'analyse approfondie des effluents de procédés pétrochimiques.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Jun 8, 2015
HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific re... more HAL is a multidisciplinary open access archive for the deposit and dissemination of scientific research documents, whether they are published or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L'archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d'enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), May 29, 2017
HOGMep is a novel Bayesian method for joint restoration and clustering on generic multi-component... more HOGMep is a novel Bayesian method for joint restoration and clustering on generic multi-component graph data. First, it uses a finite mixture of Multivariate Exponential Power (MEP) distributions as a prior model for graph signals. The general MEP form is capable of modeling broad types of signals including Gaussian, Laplacian or sparser ones. Second, a general Higher-Order Graphical Model (HOGM) on labels, encompassing the widely-used Potts model, is used to incorporate spatial relationships between neighboring graph signals. The generality of our model can tackle a large variety of data structures. Third, in contrast with regularized minimization approaches often adopted in the literature, our algorithm reliably estimates regularization parameters from observations. Such modeling leads to a complex posterior distribution of unknown parameters. This problem is tackled by Variational Bayesian Approximation (VBA) whose goal is to provide accurate approximation of the posterior distribution allowing us to efficiently compute posterior mean estimates. We demonstrate the effectiveness of HOGMep on the joint deconvolution and segmentation of color images interpreted as graph signals. Experiments show that the proposed approach outperforms state-of-the-art methods in both restoration performance and segmentation accuracy.
Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, Jun 1, 2023
Relating a set of variables X to a response y is crucial in chemometrics. A quantitative predicti... more Relating a set of variables X to a response y is crucial in chemometrics. A quantitative prediction objective can be enriched by qualitative data interpretation, for instance by locating the most influential features. When highdimensional problems arise, dimension reduction techniques can be used. Most notable are projections (e.g. Partial Least Squares or PLS) or variable selections (e.g. lasso). Sparse partial least squares combine both strategies, by blending variable selection into PLS. The variant presented in this paper, Dual-sPLS, generalizes the classical PLS1 algorithm. It provides balance between accurate prediction and efficient interpretation. It is based on penalizations inspired by classical regression methods (lasso, group lasso, least squares, ridge) and uses the dual norm notion. The resulting sparsity is enforced by an intuitive shrinking ratio parameter. Dual-sPLS favorably compares to similar regression methods, on simulated and real chemical data.
Property analysis and quality assessment are fundamental needs in the study of complex mixtures, ... more Property analysis and quality assessment are fundamental needs in the study of complex mixtures, for instance petroleum fractions or biomass products. For the purpose of experimental efficiency in process development, finding cheaper alternatives is a rising trend with the development of high-throughput experiments (HTE). These units produce smaller sample volumes that are not compatible with the standard analytical process applied to determine petroleum cuts properties (Y) such as density, viscosity, etc. It is time-consuming (up to two days for some properties). An alternative for Y prediction is to combine analytical techniques (requiring a small volume of sample) with data mining. Given a subset of representative data (X), one strives to develop a predictive model P, such that P(X)~Y with sufficient precision compared to the standardized reference. Principal component regression (PCR) or Projection onto Latent Structures (PLS) prediction tools. Such chemometric models do not res...
HAL (Le Centre pour la Communication Scientifique Directe), Sep 5, 2017
-Nous présentons une technique originale de décomposition progressive en résolution pour maillage... more -Nous présentons une technique originale de décomposition progressive en résolution pour maillages hexaédriques structurés. Cette technique prend en compte les discontinuités géométriques potentiellement présentes dans les données issues des géosciences (failles, etc.), afin de préserver leur morphologie au travers des résolutions. Des ondelettes classiques et morphologiques permettent de décomposer un maillage hexaédrique complexe à différentes échelles, tout en maintenant une cohérence géométrique (notamment au niveau des failles) d'une résolution à l'autre.
sont traditionnellement découplées. Les formulations conjointes se révèlent souvent des problèmes... more sont traditionnellement découplées. Les formulations conjointes se révèlent souvent des problèmes inverses compliqués, mal posés. Nous proposons PENDANTSS pour l'isolation conjointe de tendance et la déconvolution, pour des signaux parcimonieux formés de pics. Il fusionne un a priori de parcimonie avec l'hypothèse qu'une tendance lisse et le bruit de mesure peuvent être séparés par un filtrage passe-bas. Pour ce faire, nous combinons l'algorithme de séparation de sources ternaire BEADS à des pénalités SOOT/SPOQ en rapports de normes ou quasi-normes ℓ p /ℓ q , promotrices de parcimonie. Un nouvel algorithme efficace est proposé, de type forward-backward alterné par blocs à métrique variable avec région de confiance. Il se révèle supérieur à des approches concurrentes pour des mesures classiques appliquées à la chimie analytique. Le code associé est mis à disposition : https://github.com/paulzhengfr/PENDANTSS.
Les mesures physico-chimiques expérimentales sont parfois altérées par des perturbations stochast... more Les mesures physico-chimiques expérimentales sont parfois altérées par des perturbations stochastiques ou systémiques, inhérentes aux protocoles expérimentaux et aux méthodes d'acquisition. Nous nous intéressons ici à la séparation de trois "composantes" souvent présentes dans les données analytiques : une mesure d'intérêt formée d'une combinaison de "pics" positifs (à quantifier), une dérive ou ligne de base, et du bruit.
Nous présentons BEADS, une méthode d'optimisation permettant d'extraire conjointement la mesure d'intérêt, débruitée et corrigée de la ligne de base. En l'absence de modèles paramétriques naturels pour cette dernière, nous adoptons une modélisation globale légère, s'appuyant sur l'aspect "positif" des pics, et sur la parcimonie de leurs dérivées.
Le problème de filtrage de la ligne de base et de débruitage est alors reformulé comme la minimisation d'une fonction comportant un terme de fidélité aux données et de pénalités promotrices de positivité et de parcimonie. Les performances seront illustrées notamment sur des chromatogrammes 1D et 2D, en évoquant d'autres usages récents (spectrométie de masse, Raman, XAS/XRD). Des perspectives en déconvolution seront enfin abordées.
Le filtrage adaptatif est une pièce importante des méthodes de suppression de multiples. Elle pe... more Le filtrage adaptatif est une pièce importante des méthodes de suppression de multiples. Elle permet de réduire les décalages et des différences d'amplitude entre des modèles de multiples et les multiples réels, permettant de réduire leur contamination des données sismiques. Etant très corrélés avec les formes d'ondes présentes dans les primaires, l'enjeu est d'atténuer les multiples sans distordre les données primaires. Afin de simplifier le calcul de filtres adaptés sur une bande de fréquence large, une trame d'ondelettes complexes découpe le signal en voies à bande de fréquence étroite. Cette représentation permet d'effectuer la soustraction adaptative en une passe, avec de simples filtres de Wiener unaires, c'est-à-dire réduits à un unique coefficient complexe. Afin de tenir compte des non-stationnarités, le calcul s'effectue dans le plan temps-échelle complexe, le long de fenêtres glissantes.
Chaque filtre unaire compense des écarts d'amplitude et des décalages faibles et plus importants, via des corrections de phase et de délai entier, dans une bande de fréquence très étroite. Cette approche simplifie grandement l'estimation du filtre adapté, et fournit, même en 1D, des résultats comparables à des approches 2D classiques, à un coût de calcul très compétitif.
Adaptive multiple subtraction with wavelet-based complex unary Wiener filters, S. Ventosa, S. Le Roy, Irène Huard, A. Pica, H. Rabeson, P. Ricarte, L. Duval, Geophysics, number 77, vol. 183, p. 183-192, Nov.-Dec. 2012
http://arxiv.org/abs/1108.4674
The quest for "optimal" representations in image processing and computer vision remains an very a... more The quest for "optimal" representations in image processing and computer vision remains an very active area. The standard tasks of compression, denoising, restoration, require decompositions that trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The inherent notion of scale in images has been satisfactorily captured by the large family of wavelets and pyramidal structures. Its most recent heirs (e.g. contourlets, curvelets, shearlets, dual-tree complex wavelets, etc.), born in the past 15 years, share a hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. Such transforms typically exhibit redundancy, to improve sparsity in the transformed domain, and sometimes invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). This talk presents a panorama of these recent works on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. [Joint work with Laurent Jacques, Caroline Chaux, Gabriel Peyré]
Additional information:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165168411001356
Estimateurs statistiques standard de tendance centrale, décompositions en ondelettes et bancs de ... more Estimateurs statistiques standard de tendance centrale, décompositions en ondelettes et bancs de filtres suréchantillonnés directionnels, applications en débruitage par seuillage SURE (Stein unbiaised risk estimation)
La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurteà ... more La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurteà la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelés aux tâches de séparation de zones régulières, de contours, de textures,à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué un rôle important en l'analyse d'images. La dernière décennie a ainsi vu apparaître une série de méthodes efficaces, combinant des aspects multi-échelleà des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation deséléments d'intérêt des images (curvelets, contourlets et autres shearlets). Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-invariantes pour certaines transformations usuelles (translation, rotation). Ces méthodes sont la motivation d'un panorama thématique. Quelques liens avec des outils plus proches de la morphologie mathématique seront evoqués. FIGURE 1 -Middle : Szeged University Memorial plaque in honor of A. Haar and F. Riesz : A szegedi matematikai iskola világhírű megalapítói (The world-wide famous founders of the mathematical school in Szeged) ; left and right : dyadic dual-tree wavelet decompositions, from [2, 3, 4].
La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à... more La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).
The richness of natural images makes the quest for optimal La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).representations in image processing and computer vision challenging. The latter observation has not prevented the design of image representations, which trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The most recent ones, proposed in the past decade, share an hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. This paper presents a panorama of the aforementioned literature on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. They typically exhibit redundancy to improve sparsity in the transformed domain and sometimes its invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). Oriented multiscale dictionaries extend traditional wavelet processing and may offer rotation invariance. Highly redundant dictionaries require specific algorithms to simplify the search for an efficient (sparse) representation. We also discuss the extension of multiscale geometric decompositions to non-Euclidean domains such as the sphere or arbitrary meshed surfaces. The etymology of panorama suggests an overview, based on a choice of partially overlapping "pictures". We hope that this paper will contribute to the appreciation and apprehension of a stream of current research directions in image understanding.
"La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte ... more "La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).
The richness of natural images makes the quest for optimal La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).representations in image processing and computer vision challenging. The latter observation has not prevented the design of image representations, which trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The most recent ones, proposed in the past decade, share an hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. This paper presents a panorama of the aforementioned literature on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. They typically exhibit redundancy to improve sparsity in the transformed domain and sometimes its invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). Oriented multiscale dictionaries extend traditional wavelet processing and may offer rotation invariance. Highly redundant dictionaries require specific algorithms to simplify the search for an efficient (sparse) representation. We also discuss the extension of multiscale geometric decompositions to non-Euclidean domains such as the sphere or arbitrary meshed surfaces. The etymology of panorama suggests an overview, based on a choice of partially overlapping "pictures". We hope that this paper will contribute to the appreciation and apprehension of a stream of current research directions in image understanding. "
Multiple attenuation is one of the greatest challenges in seismic processing. Due to the high cro... more Multiple attenuation is one of the greatest challenges in seismic processing. Due to the high cross-correlation between primaries and multiples, attenuating the latter without distorting the former is a complicated problem. We propose here a joint multiple model-based adaptive subtraction, using single-sample unary filters estimation in a complex wavelet transformed domain. The method offers more robustness to incoherent noise through redundant decomposition. It is first tested on synthetic data, then applied on real-field data, with a single-model adaptation and a combination of several multiple models.
The growing complexity of Cyber-Physical Systems (CPS), together with increasingly available par-... more The growing complexity of Cyber-Physical Systems (CPS), together with increasingly available par-allelism provided by multi-core chips, fosters the parallelization of simulation. Simulation speed-ups are expected from co-simulation and parallelization based on model splitting into weak-coupled sub-models, as for instance in the framework of Functional Mockup Interface (FMI). However, slackened synchronization between sub-models and their associated solvers running in parallel introduces integration errors, which must be kept inside acceptable bounds. CHOPtrey denotes a forecasting framework enhancing the performance of complex system co-simulation, with a trivalent articulation. First, we consider the framework of a Computationally Hasty Online Prediction system (CHOPred). It allows to improve the trade-off between integration speed-ups, needing large communication steps, and simulation precision, needing frequent updates for model inputs. Second, smoothed adaptive forward prediction improves co-simulation accuracy. It is obtained by past-weighted extrapolation based on Causal Hopping Oblivious Polynomials (CHOPoly). And third, signal behavior is segmented to handle the discontinuities of the exchanged signals: the segmentation is performed in a Contextual & Hierarchical Ontology of Patterns (CHOPatt). Implementation strategies and simulation results demonstrate the framework ability to adaptively relax data communication constraints beyond synchronization points which sensibly accelerate simulation. The CHOPtrey framework extends the range of applications of standard Lagrange-type methods, often deemed unstable. The embedding of predictions in lag-dependent smoothing and discontinuity handling demonstrates its practical efficiency.
Reconstruction and clustering with graph optimization and priors on gene networks and images
The... more Reconstruction and clustering with graph optimization and priors on gene networks and images
The discovery of novel gene regulatory processes improves the understanding of cell phenotypic responses to external stimuli for many biological applications, such as medicine, environment or biotechnologies. To this purpose, transcriptomic data are generated and analyzed from DNA microarrays or more recently RNAseq experiments. They consist in genetic expression level sequences obtained for all genes of a studied organism placed in different living conditions. From these data, gene regulation mechanisms can be recovered by revealing topological links encoded in graphs. In regulatory graphs, nodes correspond to genes. A link between two nodes is identified if a regulation relationship exists between the two corresponding genes. Such networks are called Gene Regulatory Networks (GRNs). Their construction as well as their analysis remain challenging despite the large number of available inference methods.
In this thesis, we propose to address this network inference problem with recently developed techniques pertaining to graph optimization. Given all the pairwise gene regulation information available, we propose to determine the presence of edges in the final GRN by adopting an energy optimization formulation integrating additional constraints. Either biological (information about gene interactions) or structural (information about node connectivity) a priori have been considered to restrict the space of possible solutions. Different priors lead to different properties of the global cost function, for which various optimization strategies, either discrete and continuous, can be applied. The post-processing network refinements we designed led to computational approaches named BRANE for \Biologically-Related A priori for Network Enhancement". For each of the proposed methods --- BRANE Cut, BRANE Relax and BRANE Clust --- our contributions are threefold: a priori-based formulation, design of the optimization strategy and validation (numerical and/or biological) on benchmark datasets from DREAM4 and DREAM5 challenges showing numerical improvement reaching 20%.
In a ramification of this thesis, we slide from graph inference to more generic data processing such as inverse problems. We notably invest in HOGMep, a Bayesian-based approach using a Variational Bayesian Approximation framework for its resolution. This approach allows to jointly perform reconstruction and clustering/segmentation tasks on multi-component data (for instance signals or images). Its performance in a color image deconvolution context demonstrates both quality of reconstruction and segmentation. A preliminary study in a medical data classification context linking genotype and phenotype yields promising results for forthcoming bioinformatics adaptations.
Uploads
Papers by Laurent Duval
Nous présentons BEADS, une méthode d'optimisation permettant d'extraire conjointement la mesure d'intérêt, débruitée et corrigée de la ligne de base. En l'absence de modèles paramétriques naturels pour cette dernière, nous adoptons une modélisation globale légère, s'appuyant sur l'aspect "positif" des pics, et sur la parcimonie de leurs dérivées.
Le problème de filtrage de la ligne de base et de débruitage est alors reformulé comme la minimisation d'une fonction comportant un terme de fidélité aux données et de pénalités promotrices de positivité et de parcimonie. Les performances seront illustrées notamment sur des chromatogrammes 1D et 2D, en évoquant d'autres usages récents (spectrométie de masse, Raman, XAS/XRD). Des perspectives en déconvolution seront enfin abordées.
Chaque filtre unaire compense des écarts d'amplitude et des décalages faibles et plus importants, via des corrections de phase et de délai entier, dans une bande de fréquence très étroite. Cette approche simplifie grandement l'estimation du filtre adapté, et fournit, même en 1D, des résultats comparables à des approches 2D classiques, à un coût de calcul très compétitif.
Adaptive multiple subtraction with wavelet-based complex unary Wiener filters, S. Ventosa, S. Le Roy, Irène Huard, A. Pica, H. Rabeson, P. Ricarte, L. Duval, Geophysics, number 77, vol. 183, p. 183-192, Nov.-Dec. 2012
http://arxiv.org/abs/1108.4674
Additional information:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165168411001356
The richness of natural images makes the quest for optimal La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).representations in image processing and computer vision challenging. The latter observation has not prevented the design of image representations, which trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The most recent ones, proposed in the past decade, share an hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. This paper presents a panorama of the aforementioned literature on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. They typically exhibit redundancy to improve sparsity in the transformed domain and sometimes its invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). Oriented multiscale dictionaries extend traditional wavelet processing and may offer rotation invariance. Highly redundant dictionaries require specific algorithms to simplify the search for an efficient (sparse) representation. We also discuss the extension of multiscale geometric decompositions to non-Euclidean domains such as the sphere or arbitrary meshed surfaces. The etymology of panorama suggests an overview, based on a choice of partially overlapping "pictures". We hope that this paper will contribute to the appreciation and apprehension of a stream of current research directions in image understanding.
The richness of natural images makes the quest for optimal La quête de représentations optimales en traitement d'images et vision par ordinateur se heurte à la variété de contenu des données bidimensionnelles. De nombreux travaux se sont cependant attelées à la tâche de séparation de zones régulières, de contours et de textures, à la recherche d'un compromis entre complexité et efficacité de représentation. La prise en compte des aspects multi-échelles, dans le siècle de l'invention des ondelettes, a joué pour l'analyse d'images un rôle important. La dernière décennie a vue apparaître une série de méthodes efficaces, combinant l'aspect multi-échelle à des aspects directionnels et fréquentiels, permettant de mieux prendre en compte l'orientation des éléments d'intérêt des images. Leur fréquente redondance leur permet d'obtenir des représentations plus parcimonieuses et parfois quasi-équivariantes pour certaines transformations. Ces méthodes sont la motivation d'une revue thématique incluant quelques incursions dans des domaines non-euclidiens (sphère, maillages).representations in image processing and computer vision challenging. The latter observation has not prevented the design of image representations, which trade off between efficiency and complexity, while achieving accurate rendering of smooth regions as well as reproducing faithful contours and textures. The most recent ones, proposed in the past decade, share an hybrid heritage highlighting the multiscale and oriented nature of edges and patterns in images. This paper presents a panorama of the aforementioned literature on decompositions in multiscale, multi-orientation bases or dictionaries. They typically exhibit redundancy to improve sparsity in the transformed domain and sometimes its invariance with respect to simple geometric deformations (translation, rotation). Oriented multiscale dictionaries extend traditional wavelet processing and may offer rotation invariance. Highly redundant dictionaries require specific algorithms to simplify the search for an efficient (sparse) representation. We also discuss the extension of multiscale geometric decompositions to non-Euclidean domains such as the sphere or arbitrary meshed surfaces. The etymology of panorama suggests an overview, based on a choice of partially overlapping "pictures". We hope that this paper will contribute to the appreciation and apprehension of a stream of current research directions in image understanding. "
The discovery of novel gene regulatory processes improves the understanding of cell phenotypic responses to external stimuli for many biological applications, such as medicine, environment or biotechnologies. To this purpose, transcriptomic data are generated and analyzed from DNA microarrays or more recently RNAseq experiments. They consist in genetic expression level sequences obtained for all genes of a studied organism placed in different living conditions. From these data, gene regulation mechanisms can be recovered by revealing topological links encoded in graphs. In regulatory graphs, nodes correspond to genes. A link between two nodes is identified if a regulation relationship exists between the two corresponding genes. Such networks are called Gene Regulatory Networks (GRNs). Their construction as well as their analysis remain challenging despite the large number of available inference methods.
In this thesis, we propose to address this network inference problem with recently developed techniques pertaining to graph optimization. Given all the pairwise gene regulation information available, we propose to determine the presence of edges in the final GRN by adopting an energy optimization formulation integrating additional constraints. Either biological (information about gene interactions) or structural (information about node connectivity) a priori have been considered to restrict the space of possible solutions. Different priors lead to different properties of the global cost function, for which various optimization strategies, either discrete and continuous, can be applied. The post-processing network refinements we designed led to computational approaches named BRANE for \Biologically-Related A priori for Network Enhancement". For each of the proposed methods --- BRANE Cut, BRANE Relax and BRANE Clust --- our contributions are threefold: a priori-based formulation, design of the optimization strategy and validation (numerical and/or biological) on benchmark datasets from DREAM4 and DREAM5 challenges showing numerical improvement reaching 20%.
In a ramification of this thesis, we slide from graph inference to more generic data processing such as inverse problems. We notably invest in HOGMep, a Bayesian-based approach using a Variational Bayesian Approximation framework for its resolution. This approach allows to jointly perform reconstruction and clustering/segmentation tasks on multi-component data (for instance signals or images). Its performance in a color image deconvolution context demonstrates both quality of reconstruction and segmentation. A preliminary study in a medical data classification context linking genotype and phenotype yields promising results for forthcoming bioinformatics adaptations.