Rachid Deriche, trois vies scientifiques en une

En 1979, fraîchement diplômé de Télécom Paris, Rachid Deriche entre chez Inria à Rocquencourt pour y étudier le traitement numérique et l’analyse mathématique des images. « J’étais séduit par le fait de considérer une image comme un objet mathématique, à traiter avec des modèles et des équations. »

L’informatique est alors à ses balbutiements. Une image de 256 x 256 pixels suffit parfois à saturer la mémoire des rares ordinateurs disponibles ! Il faut inventer des techniques de filtrage rapides et peu gourmandes en puissance de calcul. Le jeune chercheur s’y consacre avec un certain succès. Il développe une classe de filtres mis en œuvre très astucieusement de manière récursive, afin de traiter les images avec une complexité de calcul réduite et constante, quelle que soit la taille du filtre.

L’application d’un de ces filtres (connu depuis comme le « filtre de Deriche ») au problème de l’extraction des contours lui permet de développer un algorithme rapide et optimal en termes de robustesse et de localisation, toujours utilisé et qui a été repris pour des exécutions en temps réel par différents processeurs.

En 1988, Rachid Deriche rejoint le nouveau centre Inria de Sophia Antipolis, où il axe ses travaux sur le domaine de la vision par ordinateur et ses applications en robotique. Double difficulté : pour observer leur environnement en 3D les robots sont équipés de deux ou plusieurs caméras; et ces caméras filment, donc produisent de longues séries d’images.

« Avec mes collègues de l’équipe-projet Robotvis, en particulier Olivier Faugeras, nous avons défriché plusieurs questions, raconte le chercheur. Par exemple, comment calibrer et/ou auto-calibrer une caméra ? Comment reconstituer une image 3D à partir de deux ou plusieurs images 2D ? Comment suivre et analyser le mouvement à partir d’une séquence d’images ? ».

Beaucoup de ces tâches sont naturelles pour l’œil humain. Mais les reproduire avec un ordinateur est bien plus difficile. Rachid Deriche s’y consacre avec passion, publie beaucoup, invente, avec ses collègues, le concept clé de « matrice fondamentale », qui contient toute l’information géométrique disponible et permet de mettre plus facilement en correspondance deux images 2D, de suivre des objets et d’auto-calibrer.

En 1997, il développe aussi un des tout premiers algorithmes de « mosaïcking», c’est-à-dire d’assemblage de vues en 2D d’une même scène sous différents angles pour créer sa représentation panoramique, processus utilisé aujourd’hui dans la plupart de nos smartphones. Cette innovation, ainsi que celles liées au développement de la 3D, a donné naissance en 1998 à la société Realviz (lire encadré) et à ses logiciels d’effets spéciaux pour l’industrie de production d’images numériques.

Nouveau virage, majeur celui-là, en l’an 2000 : le chercheur décide de se consacrer à la neuro-imagerie, au sein de l’équipe Odyssée. « Le cerveau, c’est fascinant, et malgré des avancées remarquables, c’est le continent inexploré de notre temps. »

Faire ce pari, c’est quitter une communauté scientifique où il jouit d’une renommée internationale, pour en intégrer une où il est inconnu, et où les systèmes d’acquisitions et la physique de la formation des images sont tout autres.

Mais Rachid Deriche a soif de nouveauté et de liberté.« Je me suis attaqué à un ensemble de nouveaux problèmes en neuro-imagerie pour créer des outils innovants. Ils permettent d’aider à mieux explorer et comprendre le cerveau via l’ensemble de ses connectivités structurelles et fonctionnelles. »

En 20 ans, le chercheur s’est fait un nom dans ce domaine. Au sein de l’équipe Athena, qu’il a créée puis dirigée jusqu’en 2022, et en collaboration avec plusieurs laboratoires et hôpitaux français et étrangers, il a signé de remarquables avancées en connectomique cérébrale.

 « L’idée que chaque aire cérébrale n’est spécialisée que dans une tâche spécifique a vécu. En réalité, plusieurs aires se mettent en réseau pour chaque tâche, et ces réseaux sont dynamiques et évoluent. D’où l’importance de développer des modèles, des algorithmes et des logiciels pour les reconstruire, les analyser et au-delà, étudier leur dynamique. »

Pour reconstruire et analyser le réseau des connectivités structurelles et fonctionnelles, Rachid Deriche et ses collègues de l’équipe-projet Athena (Maureen Clerc, Théo Papadopoulo et Samuel Deslauriers-Gauthier) associent l’IRM de diffusion, l’IRM fonctionnelle, la MEG et l’EEG. Ces techniques produisent des signaux complexes et hétérogène à des résolutions spatiales et temporelles différentes. La difficulté, c’est de les acquérir rapidement, de les traiter et les analyser correctement et de les combiner au mieux pour améliorer les solutions recherchées.

Les travaux développés, en particulier en IRM de diffusion, ont été utilisés tant à des fins de recherche que de clinique et notamment transférés à la société Olea Médical, pour leurs outils de post-traitement avancé des images IRM. En révélant le réseau des connectivités aux neurochirurgiens, ces techniques permettent d’accroître la précision des interventions chirurgicales pour le traitement ou l’ablation complète de tumeurs cérébrales, comme l’ont démontré le Pr Maxime Descoteaux, son ancien doctorant, et le neurochirurgien David Fortin à l’université et au CHU de Sherbrooke (Canada).

• Page Wikipédia de Rachid Deriche (en anglais)
•  Interview de Rachid Deriche sur ses différents domaines de recherche (vidéo), Inria, 18/11/2014.
• « Du traitement numérique des images et de la vision par ordinateur à la neuro-imagerie : Un voyage dans la modélisation géométrique », conférence de Rachid Deriche, Canal-U, 18/12/2013.