Partitionnement non supervisé d'images hyperspectrales : application à l'identification de la végétation littorale

par Bai Yang Chen

Thèse de doctorat en Traitement du signal et télécommunications

Sous la direction de Kacem Chehdi.


  • Résumé

    La première partie de ce travail présente un état de l'art des principaux critères non supervisés, non paramétriques, d'évaluation d'une partition, des méthodes d'estimation préliminaires du nombre de classes, et enfin des méthodes de classification supervisées, semi-supervisées et non supervisées. Une analyse des avantages et des inconvénients de ces critères et méthodes est menée. L'analyse des performances des méthodes de classification et des critères d'évaluation a été également conduite via l'application visée dans cette thèse. Une approche de partitionnement non supervisée, non paramétrique et hiérarchique s'avère la plus adaptée au problème posé. En effet, ce type d'approche et plus particulièrement la classification descendante donne un partitionnement à plusieurs niveaux et met en évidence des informations plus détaillées d'un niveau à l'autre, ce qui permet une meilleure interprétation de la richesse d'information apportée par l'imagerie hyperspectrale et ainsi conduire à une meilleure décision. Dans ce sens, la deuxième partie de cette thèse présente, tout d'abord l'approche de classification descendante hiérarchique non supervisée (CDHNS) développée. Cette approche non paramétrique, permet l'obtention de résultats stables et objectifs indépendamment des utilisateurs finaux. Le second développement conduit, porte sur la sélection de bandes spectrales parmi celles qui composent l'image hyperspectrale originale afin de réduire la quantité d'information à traiter avant le processus de classification. Cette méthode est également non supervisée et non paramétrique. L'approche de classification et la méthode de réduction ont été expérimentées et validées sur une image hyperspectrale synthétique construite à partir des images réelles puis sur des images réelles dont l'application porte sur l'identification des différentes classes algales. Les résultats de partitionnement obtenus sans réduction montrent d'une part, la stabilité des résultats et, d'autre part, la discrimination des classes principales (végétation, substrat et eau) dès les premiers niveaux. Les résultats de la sélection des bandes spectrales font apparaître leur bonne répartition sur toute la gamme spectrale du capteur (visible et proche-infrarouge). Les résultats montrent aussi que le partitionnement avec et sans réduction sont globalement similaires. De plus, le temps de calcul est fortement réduit.

  • Titre traduit

    Unsupervised partitioning approach of hyperspectral image : application to the identification of the algal vegetation


  • Résumé

    The upstream location of the different algal species causing clogging in the EDF nuclear power plants cooling systems along the Channel coastline, by analyzing hyperspectral aerial image is today the most appropriate means. Indeed, hyperspectral imaging allows, through its spatial resolution and its broad spectral range covering the areas of visible and near infrared, the objective discrimination of plant species on the foreshore, necessarily yielding accurate maps on large coastal areas. To provide a solution to this problem and achieve the objectives, the work conducted within the framework of this thesis lies in the development of unsupervised partitioning approaches to data with large spectral and spatial dimensions. The first part of this work presents a state of the art of main unsupervised criteria, and nonparametric, for partitioning evaluation, the preliminary methods for estimating the number of classes, and finally, supervised, semi-supervised and unsupervised classification methods. An analysis of the advantages and drawbacks of these methods and criteria is conducted. The analysis of the performances of these classification methods and evaluation criteria was also conducted through the application targeted in this thesis. An unsupervised, nonparametric, hierarchical partitioning approach appears best suited to the problem. Indeed, this type of approach, and particularly the descending classification, gives a partitioning at several levels and highlights more detailed information from one level to another, allowing a better interpretation of the wealth of information provided by hyperspectral imaging and therefore leading to a better decision. In this sense, the second part of this thesis presents, firstly the unsupervised hierarchical descending classification (UHDC) approach developed. This nonparametric approach allows obtaining stable and objective results regardless of end users. The second development proposed concerns the selection of spectral bands from those that make up the original hyperspectral image, in order to reduce the amount of information to be processed before the classification process. This method is also unsupervised and nonparametric. The classification approach and the reduction method have been tested and validated on a synthetic hyperspectral image constructed from real images, and then on real images, with application to the identification of different algal classes. The partitioning results obtained without reduction show firstly, the stability of the results and, secondly, the discrimination of the main classes (vegetation, substrate and water) from the first levels. The results of the spectral bands selection method show that the retained bands are well distributed over the entire spectral range of the sensor (visible and near-infrared). The results also show that partitioning results with and without reduction are broadly similar. Moreover, the computation time is greatly reduced.



Le texte intégral de cette thèse sera accessible librement à partir du 02-12-2018

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