Analyse de formes et de textures : application à l'authentification et à la gradation de pièces de monnaies

Shape and texture analysis : application to coin identification and coin grading

• Auteur / Autrice : Xingyu Pan
• Direction : Laure Tougne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 05/06/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon (2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire d'InfoRmatique en Images et Systèmes d'information (Ecully, Rhône)
• Partenaire(s) de recherche : etablissement opérateur d'inscriptions : Université Lumière (Lyon ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'InfoRmatique en Image et Systèmes d'information / LIRIS
• Jury : Président / Présidente : Véronique Eglin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Crouzil
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Desbarats, Sylvie Treuillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Informatique -- Recherche

Expertise

Évaluation

Collections de monnaies

Reconnaissance optique des formes (informatique)

Mots clés libres

Pièces de monnaie

Segmentation

Identification

Reconnaissance de chiffres

Gradation

Coins

Segmentation

Identification

Digit recognition

Grading

Résumé

Objets de collection depuis les temps anciens, de nos jours les pièces de monnaie constituent un marché de plus en plus important. L’évaluation par des experts de l’état de conservation des pièces de monnaie, que nous nommons gradation, joue un rôle important pour déterminer leur valeur sur le marché. Dans le but de grader des pièces de monnaie de manière efficace et objective, la société GENI collabore avec le laboratoire LIRIS, afin d’automatiser le processus de gradation à partir de photos de pièces de monnaie.L’objectif principal de cette thèse est de fournir une aide à la gradation des pièces de monnaie à partir des photos de qualité. Le projet est composé de quatre phases : segmentation des monnaies, identification du type monétaire, détection et reconnaissance du millésime et gradation des monnaies.Dans la première phase, la pièce de monnaie est segmentée de sa photo de manière précise à l’aide d’un modèle paramétrique déformable. Ce dernier permet également d’extraire des caractéristiques de la pièce de monnaie telles que sa taille, son nombre de coins, de pans, etc.Lors de la deuxième phase, nous cherchons dans une base de données le type monétaire de référence correspondant à la pièce de monnaie requête à l’aide de scores de similarité basés sur des graphes. Le premier score se base sur des caractéristiques locales des contours en relief, et le second, qui est semi-global, permet de mettre en évidence des différences de motifs.La troisième phase concerne la reconnaissance du millésime. Il s’agit d’un sujet difficile car les caractères, dans ce contexte, ont un premier plan de couleur très similaire à l’arrière-plan. Après avoir localisé la zone du millésime et l’avoir découpée en imagettes de chiffres, nous proposons une méthode de reconnaissance de chiffres à l’aide de caractéristiques « topologiques ».Enfin, concernant la gradation des monnaies, nous proposons une méthode se basant sur une quantification des « éléments inattendus » comme les rayures et les taches. La pièce de monnaie est d’abord recalée sur une monnaie de référence, puis, nous détectons les « éléments inattendus » significatifs sur des zones d’intérêt. Enfin, concernant les « éléments inattendus » ténus difficiles à repérer individuellement, nous détectons les zones granuleuses à l’aide du Deep Learning. Le résultat obtenu par cette méthode, proche de ce que l’expert réalise « à la main », servira d’aide aux numismates.

Coins have been collected and studied since ancient times. Today, coin collection has become a hobby for anyone who wants to participate in. Coin grading is a way of determining the physical condition of a coin to provide an indicator for its market value. For grading coins on a large scale and in a relatively objective way, the GENI company cooperates with the laboratory LIRIS to automate the process by using coin photos.The main objective of this thesis is to grade coins from well-conditioned photos. The project is composed of four steps: coin segmentation from raw photos, monetary type identification, coin date detection and recognition and, coin grading.The first step is to extract coins from raw photos with a high precision. With a deformable geometric model, we segment precisely round coins, many-sided coins, wavy edged coins and holed coins by recognizing their shapes.The second step consists of coin recognition or monetary type identification. We match the query coin to the most identical type reference by using two similarity scores. The first similarity score is based on local features of relief contours. The second similarity score is a semi-global measure that highlights the difference between relief patterns.The third step is to detect and recognize coin dates. However, the fact that such characters have the same color as the background makes traditional optical character recognition methods difficult to apply. After extracting the date zone and cropping it into digit images, we propose a learning-free method to recognize those digits by analyzing their “topological” features.In the last step, the grading process is carried out by quantification of "unexpected elements" such as scratches and dirty marks. The coin to grade is registered to a reference coin. Then, large “unexpected elements” are detected in some regions of interest. However, some “micro-scratches” are difficult to extract individually but all together make a "grainy" surface. To deal with it, we use Deep Learning techniques to classify those grainy zones containing such “micro-scratches”. The result of our system, which is close to the manual expert one, is considered as a useful help for numismatists.