Modélisation des relations spatiales entre objets en mouvement

par Nadeem Salamat

Thèse de doctorat en Informatique et applications

Sous la direction de El-Hadi Zahzah.

Soutenue le 07-10-2011

à La Rochelle , dans le cadre de Sciences et Ingénierie pour l'Information .

Le président du jury était Carl Frélicot.

Le jury était composé de El-Hadi Zahzah, Carl Frélicot, John Puentes, François Brémond.

Les rapporteurs étaient John Puentes.


  • Résumé

    Les relations spatiales entre les différentes régions dans une image sont utiles pour la compréhension et l'interprétation de la scène représentée. L'analyse Spatio-temporelle d'une scène implique l'intégration du temps dans des relations spatiales entre les objets en mouvement. Les relations spatio-temporelles sont définies dans un intervalle de temps utilisant la géométrie 3D ou l'extension de la géométrie 2D à la dimension temporelle. La modélisation des relations spatiales dynamiques prend en compte la position relative des objets et leurs relations directionnelles, ceci implique les relations topologiques, directionnelles et de distance. Ces relations sont étendues au domaine temporel. Dans notre travail, on décrit une méthode de combinaison d’information topologique et directionnelle où les relations d'Allen floues 1D sont appliquées au domaine spatial. La méthode proposée intègre le flou au niveau des relations. La méthode très gourmande initialement en temps de calcul en raison de l’approximation des objets ainsi qu'à l'algorithme de fuzzification des segments des sections longitudinales est améliorée en utilisant une approximation polygonale adaptée sur les objets considérés. L'algorithme du fuzzification des segments d'une section longitudinale inclut des opérateurs d'agrégation floue. Dans la méthode proposée, Les relations topologiques 2Dsont représentées par un histogramme. Les relations floues n'étant pas exhaustives, un algorithme de défuzzification des relations spatiales a été proposé pour réaliser un ensemble JEPD de relations spatiales. Cet ensemble de relations spatiales est représenté par un graphe de voisinage où chaque nœud du graphe représente la relation topologique et directionnelle. Cette méthode définit des relations spatio-temporelles en utilisant le modèle de données Espace-Temps. Un ensemble de relations spatio-temporelles est également fourni à l'aide de la stabilité topologique. Afin de valider le modèle, nous avons développé des applications fondées sur le raisonnement spatio-temporel proposé. Celui-ci a permit la création de tables de composition pour les relations spatiales topologiques structurées en sous-tables. Les entités de ces sous-tables sont liées les unes aux autres par des relations spatiales. Dans une seconde application, nous avons proposé une méthode de prédiction des évènements entre objets en mouvement fondée sur le même raisonnement spatio-temporel. Les objets en mouvement changeant de position à chaque instant, la prédiction de la nouvelle position spatiale d'un objet tient compte des états de relations spatiales calculées précédemment.

  • Titre traduit

    Modeling spatial relations between moving objects


  • Résumé

    Spatial relations between different image regions are helpful in image understanding, interpretation and computer vision applications. Spatio-temporal analysis involves the integration of spatial relations changing over time between moving objects of a dynamic scene. Spatio-temporal relations are defined for a selected time interval using 3D geometry or extension of 2D object geometry to the time dimension with sequence occurrence of primitive events for each snapshot. Modeling dynamic spatial relations takes into account the relative object position and their directional relations; this involves the topological, directional and distance relations and their logical extension to the temporal domain. In this thesis, a method for combining topological and directional relations information is discussed where 1D temporal fuzzy Allen relations are applied in spatial domain. Initially, the method has a high computational cost. This computing cost is due to the object approximation and the fuzzification algorithm of segments. The computing time has been using polygonal object approximation. Fuzzification algorithm is replaced with fuzzy aggregation operators for segments of a longitudinal section. In this method, two dimensional topological relations are represented in a histogram. The representation method for two dimensional spatial relations has been changed. These fuzzy relations are not Jointly Exhaustive and Pairwise Disjoint (JEPD). An algorithm for defuzzification of spatial relations is proposed to realize JEPD set of spatial relations, these JEPD spatial relations are represented in a neighborhood graph. In this neighborhood graph, each node represents the topological and directional relation. This method is further extended for defining spatio-temporal relations using space and time data model, a set of spatio-temporal relations are also elaborated using the stability property in topology. In an application, a method for spatio-temporal reasoning based on this new model is developed. Spatio-temporal reasoning consists of developing the composition tables for spatial relations. Composition table for topological relations are rearranged into sub-tables. Entities in these sub-tables are related to each other and mathematical rules are defined for composition of spatial relations which elaborate the relation between entities of sub-tables. In another application, we propose a method for motion event predictions between moving objects. It is a similar process to the spatio-temporal reasoning. Dynamic objects occupy different places at different time points, these objects have multiple choices for subsequent positions and a unique history. Prediction about motion events take into account the history of a moving object and predict about the semantics of a motion event.


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