Neuro-inspired Architectures for the Acquisition and Processing of Visual Information

par Ala Aboudib

Thèse de doctorat en Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication

Sous la direction de Gilles Coppin.

Soutenue le 02-12-2016

à Télécom Bretagne , dans le cadre de Santé, Information-Communications, Mathématiques, Matière , en partenariat avec Laboratoire en sciences et techniques de l'information, de la communication et de la connaissance (laboratoire) et de Laboratoire des sciences et techniques de l'information- de la communication et de la connaissance / Lab-STICC (laboratoire) .

Le président du jury était Gérard Berry.

Le jury était composé de Fan Yang Song, Vincent Gripon, Claude Berrou.

Les rapporteurs étaient Olivier Le Meur, Jean Ponce.

  • Titre traduit

    Architectures neuro-inspirées pour l'acquisition et le traitement de l'information visuelle


  • Résumé

    L'apprentissage automatique et la vision par ordinateur sont deux sujets de recherche d'actualité. Des contributions clés à ces domaines ont été les fruits de longues années d'études du cortex visuel et de la fonction des réseaux cérébraux. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception des architectures neuro-inspirées pour le traitement de l'information sur trois niveaux différents du cortex visuel. Au niveau le plus bas, nous proposons un réseau de neurones pour l'acquisition des signaux visuels. Ce modèle est étroitement inspiré par le fonctionnement et l'architecture de la retine et les premières couches du cortex visuel chez l'humain. Il est également adapté à l'émulation des mouvements oculaires qui jouent un rôle important dans notre vision. Au niveau le plus haut, nous nous intéressons à la mémoire. Nous traitons un modèle de mémoire associative basée sur une architecture neuro-inspirée dite `Sparse Clustered Network (SCN)'. Notre contribution principale à ce niveau est de proposer une amélioration d'un algorithme utilisé pour la récupération des messages partiellement effacés du SCN. Nous suggérons également une formulation générique pour faciliter l'évaluation des algorithmes de récupération, et pour aider au développement des nouveaux algorithmes. Au niveau intermédiaire, nous étendons l'architecture du SCN pour l'adapter au problème de la mise en correspondance des caractéristiques d'images, un problème fondamental en vision par ordinateur. Nous démontrons que la performance de notre réseau atteint l'état de l'art, et offre de nombreuses perspectives sur la façon dont les architectures neuro-inspirées peuvent servir de substrat pour la mise en oeuvre de diverses tâches de vision.


  • Résumé

    Computer vision and machine learning are two hot research topics that have witnessed major breakthroughs in recent years. Much of the advances in these domains have been the fruits of many years of research on the visual cortex and brain function. In this thesis, we focus on designing neuro-inspired architectures for processing information along three different stages of the visual cortex. At the lowest stage, we propose a neural model for the acquisition of visual signals. This model is adapted to emulating eye movements and is closely inspired by the function and the architecture of the retina and early layers of the ventral stream. On the highest stage, we address the memory problem. We focus on an existing neuro-inspired associative memory model called the Sparse Clustered Network. We propose a new information retrieval algorithm that offers more flexibility and a better performance over existing ones. Furthermore, we suggest a generic formulation within which all existing retrieval algorithms can fit. It can also be used to guide the design of new retrieval approaches in a modular fashion. On the intermediate stage, we propose a new way for dealing with the image feature correspondence problem using a neural network model. This model deploys the structure of Sparse Clustered Networks, and offers a gain in matching performance over state-of-the-art, and provides a useful insight on how neuro-inspired architectures can serve as a substrate for implementing various vision tasks.


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