Méthodes de vision non supervisée basées sur les informations de perception de l'image

Unsupervised vision methods based on image perceptual information

• Auteur / Autrice : Eric Bazan
• Direction : Petr Dokladal, Eva Dokladalova
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Morphologie mathématique
• Date : Soutenance le 30/06/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de morphologie mathématique (Fontainebleau, Seine et Marne)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Passat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Petr Dokladal, Eva Dokladalova, Gerardo Ramón Flores Colunga, Valery Naranjo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Géraud, Petr Matula

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement optique de l'information

Traitement d'images

Drones

Mots clés libres

Primitives de bas Niveau

Perception humaine

Segmentation

Détection

Méthodes non supervisées

Compréhension de scène

Traitement d'image

Apprentissage automatique

Drone

Low-level primitives

Human perception

Segmentation

Detection

Unsupervised methods

Scene understanding

Image processing

Machine learning

UAV

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l'extraction de caractéristiques et de primitives de bas niveau à partir des informations perceptuelles de l'image pour comprendre des scènes. Motivés par les besoins et les problèmes de la navigation basée sur la vision des véhicules aériens sans pilote (UAV), nous proposons de nouvelles méthodes en nous concentrant sur les problèmes de compréhension de l'image. Ce travail explore trois informations principales dans une image: l'intensité, la couleur et la texture. Dans le premier chapitre du manuscrit, nous travaillons les informations d'intensité à travers les contours de l'image. Nous combinons ces informations avec des concepts issus de la perception humaine, tels que le principe de Helmholtz et les lois de la Gestalt, pour proposer un cadre non supervisé pour la détection et l'identification des objets. Nous validons cette méthodologie dans la dernière étape de la navigation par drone, juste avant l'atterrissage. Dans les chapitres suivants du manuscrit, nous explorons les informations de couleur et de texture contenues dans les images. Tout d'abord, nous présentons une analyse de la couleur et de la texture en tant que distributions globales d'une image. Cette approche nous amène à étudier la théorie du transport optimal et ses propriétés comme véritable métrique de comparaison des distributions de couleur et de texture. Nous passons en revue et comparons les mesures de similarité les plus populaires entre les distributions pour montrer l'importance d'une métrique avec les propriétés correctes, telles que la non-négativité et la symétrie. Nous validons ces concepts dans deux systèmes de récupération d'images basés sur la similitude de la distribution des couleurs et de la distribution de l'énergie des textures. Enfin, nous construisons une représentation d'image qui exploite la relation entre les informations de couleur et de texture. La représentation de l'image résulte de la décomposition spectrale de l'image, que l'on obtient par convolution avec une famille de filtres de Gabor. Nous présentons en détail les améliorations apportées au filtre Gabor et les propriétés des espaces colorimétriques complexes. Nous validons notre méthodologie avec une série d'algorithmes de détection des limites et de segmentation basés sur l'espace des caractéristiques perceptuelles calculé.

This thesis work deals with extracting features and low-level primitives from perceptual image information to understand scenes. Motivated by the needs and problems in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) vision-based navigation, we propose novel methods focusing on image understanding problems. This work explores three main pieces of information in an image : intensity, color, and texture. In the first chapter of the manuscript, we work with the intensity information through image contours. We combine this information with human perception concepts, such as the Helmholtz principle and the Gestalt laws, to propose an unsupervised framework for object detection and identification. We validate this methodology in the last stage of the drone navigation, just before the landing. In the following chapters of the manuscript, we explore the color and texture information contained in the images. First, we present an analysis of color and texture as global distributions of an image. This approach leads us to study the Optimal Transport theory and its properties as a true metric for color and texture distributions comparison. We review and compare the most popular similarity measures between distributions to show the importance of a metric with the correct properties such as non-negativity and symmetry. We validate such concepts in two image retrieval systems based on the similarity of color distribution and texture energy distribution. Finally, we build an image representation that exploits the relationship between color and texture information. The image representation results from the image’s spectral decomposition, which we obtain by the convolution with a family of Gabor filters. We present in detail the improvements to the Gabor filter and the properties of the complex color spaces. We validate our methodology with a series of segmentation and boundary detection algorithms based on the computed perceptual feature space.