Ontologies dans les images satellitaires : interprétation sémantique des images

Ontologies for semantic interpretation of satellite images

• Auteur / Autrice : Samuel Andrés
• Direction : Thérèse Libourel, Isabelle Mougenot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 13/12/2013
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ESPACE-DEV (Montpellier)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thérèse Libourel, Isabelle Mougenot, Nathalie Aussenac-Gilles, Jean-Paul Donnay, Olivier Strauss, Anne Puissant, Pierre Gançarski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Aussenac-Gilles, Jean-Paul Donnay

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géomatique

Système d'information géographique

Ontologie

Imagerie satellitaire

Satellites artificiels

Mots clés libres

Fossé sémantique

Images satellitaires

Ontologies

Télédétection

Connaissance

Géomatique

Semantic gap

Satellite image

Ontologies

Remote sensing

Knowledge

Geomatics

Résumé

Étant donnée l'évolution technologique des capteurs embarqués à bord des satellites, le potentiel d'images satellitaires accessible s'accroît de telle manière que se pose maintenant la question de son exploitation la plus efficace possible. C'est l'objectif du projet CARTAM-SAT que de fluidifier la chaîne de traitement depuis les satellites jusqu'aux utilisateurs des images. La thèse s'inscrit dans ce cadre. Les traitements relatifs aux images ont évolué au cours des années. Les images basse résolution étaient traitées par une approche dite pixel alors que la haute résolution a permis le développement d'une approche dite objet. Cette dernière s'attache à analyser non plus des pixels isolés, mais des groupes de pixels représentatifs d'objets concrets sur le terrain. Ainsi, en principe, ces groupes de pixels sont dotés d'une sémantique propre au domaine de la télédétection. La représentation des connaissances a évolué parallèlement aux images satellitaires. Les standards de représentation ont profité de l'expansion du web pour donner naissance à des standards comme OWL. Celui-ci repose en grande partie sur les logiques de description qui permettent l'utilisation de raisonneurs automatiques capables d'inférer une connaissance implicite.Cette thèse se place à la jonction de ces deux sciences et propose une approche ontologique d'analyse des images satellitaires. Il s'agit de formaliser différents types de connaissances et de conceptualisations implicitement utilisés par les logiciels de traitement d'image et par les experts en télédétection, puis de raisonner automatiquement sur la description d'une image pour en obtenir une interprétation sémantique.Ce principe général est susceptible de nombreuses déclinaisons techniques. La mise en œuvre a consisté en la réalisation d'un prototype alliant une bibliothèque d'analyse d'images satellitaires et un raisonneur basé sur les ontologies. L'implémentation proposée dans la thèse permet d'explorer quatre déclinaisons techniques du principe qui mènent à des discussions sur la complémentarité des paradigmes d'analyse pixel et objet, la représentation de certaines relations spatiales et la place de la connaissance par rapport aux traitements.

Given the technological development of embedded satellite sensors, the potential of available satellite images increases so that the question now arises of their most efficient exploitation possible. This is the purpose of the CARTAM-SAT project to fluidize the processing workflow from satellite images to users. The thesis is part of this framework.Processing operations relating to images have evolved over the years. Low-resolution images were processed by a so-called pixel approach while the high-resolution has allowed the development of a so-called object approach. The latter focuses on analysing not about the isolated pixels, but about groups of pixels representative of concrete objects on the ground. Thus, in principle, these are groups of pixels with a domain-specific remote sensing semantics.Along with satellite imagery, knowledge representation has evolved. The standards of representation have benefited from the expansion of the web to give rise to standards like OWL. This one is widely based on description logics that allow the use of automated reasoners able to infer implicit knowledge.This thesis is at the junction of these two sciences and provides an ontological approach for analysing satellite images. The aim is to formalize different types of knowledges and conceptualizations implicitly used by image processing programs and by remote sensing experts, and then reasoning automatically on an image description to obtain one semantic interpretation.This general principle may have numerous technical variations. The implementation consisted in a prototype combining a satellite image analysis library and an ontology-based reasoner. The implementation proposed in the thesis allows to explore four technical variations of the principle that lead to discussions on the complementarity of pixel and object analysis paradigms, the representation of some of the spatial relations and the role of knowledge in relation to processing.