Contributions au clustering collaboratif et à ses potentielles applications en imagerie à très haute résolution

Contributions to collaborative clustering and its potential applications on very high resolution satellite images

• Auteur / Autrice : Jérémie Sublime
• Direction : Antoine Cornuéjols, Younès Bennani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique appliquée
• Date : Soutenance le 09/11/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Agriculture, Alimentation, Biologie, Environnement, Santé (Paris ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mathématiques et Informatique Appliquées (Paris) - Mathématiques et Informatique Appliquées
• Jury : Président / Présidente : François Yvon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Younès Bennani, François Yvon, Pascale Kuntz-Cosperec, Michaël Aupetit
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascale Kuntz-Cosperec, Michaël Aupetit

Mots clés

Mots clés contrôlés

Travail collaboratif

Travail collaboratif

Mots clés libres

Apprentissage non-Supervisé

Clustering collaboratif

Segmentation d'image

Unsupervised learning

Collaborative clustering

Image segmentation

Résumé

Cette thèse présente plusieurs algorithmes développés dans le cadre du projet ANR COCLICO et contient deux axes principaux :Le premier axe concerne l'introduction d'un algorithme applicable aux images satellite à très haute résolution, qui est basé sur les champs aléatoires de Markov et qui apporte des notions sémantiques sur les clusters découverts. Cet algorithme est inspiré de l'algorithme Iterated conditional modes (ICM) et permet de faire un clustering sur des segments d'images pré-traitées. La méthode que nous proposons permet de gérer des voisinages irréguliers entre segments et d'obtenir des informations sémantiques de bas niveau sur les clusters de l'image traitée.Le second axe porte sur le développement de méthodes de clustering collaboratif applicables à autant d'algorithmes que possible, ce qui inclut les algorithmes du premier axe. La caractéristique principale des méthodes proposées dans cette thèse est leur applicabilité aux deux cas suivants : 1) plusieurs algorithmes travaillant sur les mêmes objets dans des espaces de représentation différents, 2) plusieurs algorithmes travaillant sur des données différentes ayant des distributions similaires. Les méthodes que nous proposons peuvent s'appliquer à de nombreux algorithmes comme l'ICM, les K-Moyennes, l'algorithme EM, ou les cartes topographiques (SOM et GTM). Contrairement aux méthodes précédemment proposées, notre modèle permet à des algorithmes très différents de collaborer ensemble, n'impose pas de contrainte sur le nombre de clusters recherchés et a une base mathématique solide.

This thesis presents several algorithms developed in the context of the ANR COCLICO project and contains two main axis: The first axis is concerned with introducing Markov Random Fields (MRF) based models to provide a semantic rich and suited algorithm applicable to images that are already segmented. This method is based on the Iterated Conditional Modes Algorithm (ICM algorithm) and can be applied to the segments of very high resolution (VHR) satellite pictures. Our proposed method can cope with highly irregular neighborhood dependencies and provides some low level semantic information on the clusters and their relationship within the image. The second axis deals with collaborative clustering methods developed with the goal of being applicable to as many clustering algorithms as possible, including the algorithms used in the first axis of this work. A key feature of the methods proposed in this thesis is that they can deal with either of the following two cases: 1) several clustering algorithms working together on the same data represented in different feature spaces, 2) several clustering algorithms looking for similar clusters in different data sets having similar distributions. Clustering algorithms to which these methods are applicable include the ICM algorithm, the K-Means algorithm, density based algorithms such as DB-scan, all Expectation-Maximization (EM) based algorithms such as the Self-Organizing Maps (SOM) and the Generative Topographic Mapping (GTM) algorithms. Unlike previously introduced methods, our models have no restrictions in term of types of algorithms that can collaborate together, do not require that all methods be looking for the same number of clusters, and are provided with solid mathematical foundations.