Classification fine d'objets : identification d'espèces végétales

Fine-grained object categorization : plant species identification

• Auteur / Autrice : Asma Rejeb Sfar
• Direction : Nozha Ben Hajel-Boujemaa, Donald Geman
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique et réseaux
• Date : Soutenance le 10/07/2014
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Alain Trouvé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benoît Pochon, Françoise Prêteux, Hichem Sahbi
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : François Fleuret

Mots clés

Mots clés contrôlés

Estimation de paramètres

Classification automatique

Mots clés libres

Classification fine

Représentation hiérarchique

Ensemble de confiance

Identification de plantes

Fine-grained categorization

Hierarchical representation

Confidence set

Plant identification

Résumé

Nous étudions la problématique de classification dite fine en se concentrant sur la détermination des espèces botaniques à partir d’images de feuilles. Nous nous intéressons aussi bien à la description et la représentation de l’objet qu’aux algorithmes de classification et des scénarios d’identification utiles à l’utilisateur. Nous nous inspirons du processus manuel des botanistes pour introduire une nouvelle représentation hiérarchique des feuilles. Nous proposons aussi un nouveau mécanisme permettant d’attirer l’attention au tour de certains points caractéristiques de l’objet et d’apprendre des signatures spécifiques à chaque catégorie.Nous adoptons une stratégie de classification hiérarchique utilisant une série de classifieurs locaux allant des plus grossiers vers les plus fins; la classification locale étant basée sur des rapports de vraisemblance. L’algorithme fournit une liste d’estimations ordonnées selon leurs rapports de vraisemblance. Motivés par les applications, nous introduisons un autre scénario proposant à l’utilisateur un ensemble de confiance contenant la bonne espèce avec une probabilité très élevée. Un nouveau critère de performance est donc considéré : la taille de l’ensemble retourné. Nous proposons un modèle probabiliste permettant de produire de tels ensembles de confiance. Toutes les méthodes sont illustrées sur plusieurs bases de feuilles ainsi que des comparaisons avec les méthodes existantes.

We introduce models for fine-grained categorization, focusing on determining botanical species from leaf images. Images with both uniform and cluttered background are considered and several identification scenarios are presented, including different levels of human participation. Both feature extraction and classification algorithms are investigated. We first leverage domain knowledge from botany to build a hierarchical representation of leaves based on IdKeys, which encode invariable characteristics, and refer to geometric properties (i.e., landmarks) and groups of species (e.g., taxonomic categories). The main idea is to sequentially refine the object description and thus narrow down the set of candidates during the identification task. We also introduce vantage feature frames as a more generic object representation and a mechanism for focusing attention around several vantage points (where to look) and learning dedicated features (what to compute). Based on an underlying coarse-to-fine hierarchy, categorization then proceeds from coarse-grained to fine-grained using local classifiers which are based on likelihood ratios. Motivated by applications, we also introduce on a new approach and performance criterion: report a subset of species whose expected size is minimized subject to containing the true species with high probability. The approach is model-based and outputs a confidence set in analogy with confidence intervals in classical statistics. All methods are illustrated on multiple leaf datasets with comparisons to existing methods.