Segmentation d'images par combinaison adaptative couleur-texture et classification de pixels. : Applications à la caractérisation de l'environnement de réception de signaux GNSS

par Dhouha Attia

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Cyril Meurie, Yassine Ruichek et de Juliette Marais.

Soutenue le 03-10-2013

à Belfort-Montbéliard , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; Dijon ; Belfort) , en partenariat avec IRTES. SET (laboratoire) .

Le président du jury était Pierre Gouton.

Le jury était composé de Cyril Meurie, Yassine Ruichek, Juliette Marais, Pierre Gouton, Denis Hamad, Amel Benazza, Sébastien Lefebvre.

Les rapporteurs étaient Denis Hamad, Fadi Dornaika.


  • Résumé

    En segmentation d’images, les informations de couleur et de texture sont très utilisées. Le premier apport de cette thèse se situe au niveau de l’utilisation conjointe de ces deux sources d’informations. Nous proposons alors une méthode de combinaison couleur/texture, adaptative et non paramétrique, qui consiste à combiner un (ou plus) gradient couleur et un (ou plus) gradient texture pour ensuite générer un gradient structurel utilisé comme image de potentiel dans l’algorithme de croissance de régions par LPE. L’originalité de notre méthode réside dans l’étude de la dispersion d’un nuage de point 3D dans l’espace, en utilisant une étude comparative des valeurs propres obtenues par une analyse des composantes principales de la matrice de covariance de ce nuage de points. L’approche de combinaison couleur/texture proposée est d’abord testée sur deux bases d’images, à savoir la base générique d’images couleur de BERKELEY et la base d’images de texture VISTEX. Cette thèse s’inscrivant dans le cadre des projets ViLoc (RFC) et CAPLOC (PREDIT), le deuxième apport de celle-ci se situe au niveau de la caractérisation de l’environnement de réception des signaux GNSS pour améliorer le calcul de la position d’un mobile en milieu urbain. Dans ce cadre, nous proposons d’exclure certains satellites (NLOS dont les signaux sont reçus par réflexion voir totalement bloqués par les obstacles environnants) dans le calcul de la position d’un mobile. Deux approches de caractérisation, basées sur le traitement d’images, sont alors proposées. La première approche consiste à appliquer la méthode de combinaison couleur/texture proposée sur deux bases d’images réelles acquises en mobilité, à l’aide d’une caméra fisheye installée sur le toit du véhicule de laboratoire, suivie d’une classification binaire permettant d’obtenir les deux classes d’intérêt « ciel » (signaux LOS) et « non ciel » (signaux NLOS). Afin de satisfaire la contrainte temps réel exigée par le projet CAPLOC, nous avons proposé une deuxième approche basée sur une simplification de l’image couplée à une classification pixellaire adaptée. Le principe d’exclusion des satellites NLOS permet d’améliorer la précision de la position estimée, mais uniquement lorsque les satellites LOS (dont les signaux sont reçus de manière direct) sont géométriquement bien distribués dans l’espace. Dans le but de prendre en compte cette connaissance relative à la distribution des satellites, et par conséquent, améliorer la précision de localisation, nous avons proposé une nouvelle stratégie pour l’estimation de position, basée sur l’exclusion des satellites NLOS (identifiés par le traitement d’images), conditionnée par l’information DOP, contenue dans les trames GPS.

  • Titre traduit

    Image segmentation by adaptive color/texture combination and classification of pixels : Application to characterization of the reception environment of GNSS signals


  • Résumé

    Color and texture are two main information used in image segmentation. The first contribution of this thesis focuses on the joint use of color and texture information by developing a robust and non parametric method combining color and texture gradients. The proposed color/texture combination allows defining a structural gradient that is used as potential image in watershed algorithm. The originality of the proposed method consists in studying a 3D points cloud generated by color and texture descriptors, followed by an eigenvalue analysis. The color/texture combination method is firstly tested and compared with well known methods in the literature, using two databases (generic BERKELEY database of color images and the VISTEX database of texture images). The applied part of the thesis is within ViLoc project (funded by RFC regional council) and CAPLOC project (funded by PREDIT). In this framework, the second contribution of the thesis concerns the characterization of the environment of GNSS signals reception. In this part, we aim to improve estimated position of a mobile in urban environment by excluding NLOS satellites (for which the signal is masked or received after reflections on obstacles surrounding the antenna environment). For that, we propose two approaches to characterize the environment of GNSS signals reception using image processing. The first one consists in applying the proposed color/texture combination on images acquired in mobility with a fisheye camera located on the roof of a vehicle and oriented toward the sky. The segmentation step is followed by a binary classification to extract two classes « sky » (LOS signals) and « not sky » (NLOS signals). The second approach is proposed in order to satisfy the real-time constraint required by the application. This approach is based on image simplification and adaptive pixel classification. The NLOS satellites exclusion principle is interesting, in terms of improving precision of position, when the LOS satellites (for which the signals are received directly) are well geometrically distributed in space. To take into account the knowledge of satellite distribution and then increase the precision of position, we propose a new strategy of position estimation, based on the exclusion of NLOS satellites (identified by the image processing step), conditioned by DOP information, which is provided by GPS data.


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