Vers un système interactif de structuration des index pour une recherche par le contenu dans des grandes bases d'images

par Hien Phuong Lai

Thèse de doctorat en Informatique et applications

Sous la direction de Alain Boucher et de Jean-Marc Ogier.

Soutenue le 02-10-2013

à La Rochelle , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018) , en partenariat avec Laboratoire Informatique, Image et Interaction (laboratoire) .

Le président du jury était Bernard Merialdo.

Le jury était composé de Alain Boucher, Matthieu Cord, Muriel Visani.

Les rapporteurs étaient Christophe Garcia, Florence Sèdes.


  • Résumé

    Cette thèse s'inscrit dans la problématique de l'indexation et la recherche d'images par le contenu dans des bases d'images volumineuses. Les systèmes traditionnels de recherche d'images par le contenu se composent généralement de trois étapes : l'indexation, la structuration et la recherche. Dans le cadre de cette thèse, nous nous intéressons plus particulièrement à l'étape de structuration qui vise à organiser, dans une structure de données, les signatures visuelles des images extraites dans la phase d'indexation afin de faciliter, d'accélérer et d'améliorer les résultats de la recherche ultérieure. A la place des méthodes traditionnelles de structuration, nous étudions les méthodes de regroupement des données (clustering) qui ont pour but d'organiser les signatures en groupes d'objets homogènes (clusters), sans aucune contrainte sur la taille des clusters, en se basant sur la similarité entre eux. Afin de combler le fossé sémantique entre les concepts de haut niveau sémantique exprimés par l'utilisateur et les signatures de bas niveau sémantique extraites automatiquement dans la phase d'indexation, nous proposons d'impliquer l'utilisateur dans la phase de clustering pour qu'il puisse interagir avec le système afin d'améliorer les résultats du clustering, et donc améliorer les résultats de la recherche ultérieure. En vue d'impliquer l'utilisateur dans la phase de clustering, nous proposons un nouveau modèle de clustering semi-supervisé interactif en utilisant les contraintes par paires (must-link et cannot-link) entre les groupes d'images. Tout d'abord, les images sont regroupées par le clustering non supervisé BIRCH (Zhang et al., 1996). Ensuite, l'utilisateur est impliqué dans la boucle d'interaction afin d'aider le clustering. Pour chaque itération interactive, l'utilisateur visualise les résultats de clustering et fournit des retours au système via notre interface interactive. Par des simples cliques, l'utilisateur peut spécifier les images positives ainsi que les images négatives pour chaque cluster. Il peut aussi glisser les images entre les clusters pour demander de changer l'affectation aux clusters des images. Les contraintes par paires sont ensuite déduites en se basant sur les retours de l'utilisateur ainsi que les informations de voisinage. En tenant compte de ces contraintes, le système réorganise les clusters en utilisant la méthode de clustering semi-supervisé proposée dans cette thèse. La boucle d'interaction peut être répétée jusqu'à ce que le résultat du clustering satisfasse l'utilisateur. Différentes stratégies pour déduire les contraintes par paires entre les images sont proposées. Ces stratégies sont analysées théoriquement et expérimentalement. Afin d'éviter que les résultats expérimentaux dépendent subjectivement de l'utilisateur humain, un agent logiciel simulant le comportement de l'utilisateur humain pour donner des retours est utilisé pour nos expérimentations. En comparant notre méthode avec la méthode de clustering semi-supervisé la plus populaire HMRF-kmeans (Basu et al., 2004), notre méthode donne de meilleurs résultats.

  • Titre traduit

    Towards an interactive index structuring system for content-based image retrieval in large image databases


  • Résumé

    This thesis deals with the problem of Content-Based Image Retrieval (CBIR) on large image databases. Traditional CBIR systems generally rely on three phases : feature extraction, feature space structuring and retrieval. In this thesis, we are particularly interested in the structuring phase, which aims at organizing the visual feature descriptors of all images into an efficient data structure in order to facilitate, accelerate and improve further retrieval. The visual feature descriptor of each image is extracted from the feature extraction phase. Instead of traditional structuring methods, clustering methods which aim at organizing image descriptors into groups of similar objects (clusters), without any constraint on the cluster size, are studied. In order to reduce the “semantic gap” between high-level semantic concepts expressed by the user and the low-level features automatically extracted from the images, we propose to involve the user in the clustering phase so that he/she can interact with the system so as to improve the clustering results, and thus improve the results of further retrieval. With the aim of involving the user in the clustering phase, we propose a new interactive semi-supervised clustering model based on pairwise constraints (must-link and cannot-link) between groups of images. Firstly, images are organized into clusters by using the unsupervised clustering method BIRCH (Zhang et al., 1996). Then the user is involved into the interaction loop in order to guide the clustering process. In each interactive iteration, the user visualizes the clustering results and provide feedback to the system via our interactive interface. With some simple clicks, the user can specify the positive and/or negative images for each cluster. The user can also drag and drop images between clusters in order to change the cluster assignment of some images. Pairwise constraints are then deduced based on the user feedback as well as the neighbourhood information. By taking into account these constraints, the system re-organizes the data set, using the semi-supervised clustering proposed in this thesis. The interaction loop can be iterated until the clustering result satisfies the user. Different strategies for deducing pairwise constraints are proposed. These strategies are theoretically and experimentally analyzed. In order to avoid the subjective dependence of the clustering results on the human user, a software agent simulating the behaviour of the human user for providing feedback to the system is used in our experiments. By comparing our method with the most popular semi-supervised clustering HMRF-kmeans (Basu et al., 2004), our method gives better results.


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