Apprentissage et exploitation de représentations sémantiques pour la classification et la recherche d'images

Learning and exploiting semantic representations for image classification and retrieval

• Auteur / Autrice : Maxime Bucher
• Direction : Frédéric Jurie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 27/11/2018
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Precioso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Jurie, Frédéric Precioso, Nicolas Thome, Céline Hudelot, Stéphane Herbin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nicolas Thome, Céline Hudelot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recherche d'images par le contenu

Sémantique

Plongements (mathématiques)

Classification

Mots clés libres

Classification zero-shot

Attribapprentissage de métriqueuts

Goulot d'étranglement sémantique

Zero-shot learning

Attributes

Embedding,

Metric learning

Semantic bottleneck

Retrieval

Résumé

Dans cette thèse nous étudions différentes questions relatives à la mise en pratique de modèles d'apprentissage profond. En effet malgré les avancées prometteuses de ces algorithmes en vision par ordinateur, leur emploi dans certains cas d'usage réels reste difficile. Une première difficulté est, pour des tâches de classification d'images, de rassembler pour des milliers de catégories suffisamment de données d'entraînement pour chacune des classes. C'est pourquoi nous proposons deux nouvelles approches adaptées à ce scénario d'apprentissage, appelé <<classification zero-shot>>.L'utilisation d'information sémantique pour modéliser les classes permet de définir les modèles par description, par opposition à une modélisation à partir d'un ensemble d'exemples, et rend possible la modélisation sans donnée de référence. L'idée fondamentale du premier chapitre est d'obtenir une distribution d'attributs optimale grâce à l'apprentissage d'une métrique, capable à la fois de sélectionner et de transformer la distribution des données originales. Dans le chapitre suivant, contrairement aux approches standards de la littérature qui reposent sur l'apprentissage d'un espace d'intégration commun, nous proposons de générer des caractéristiques visuelles à partir d'un générateur conditionnel. Une fois générés ces exemples artificiels peuvent être utilisés conjointement avec des données réelles pour l'apprentissage d'un classifieur discriminant. Dans une seconde partie de ce manuscrit, nous abordons la question de l'intelligibilité des calculs pour les tâches de vision par ordinateur. En raison des nombreuses et complexes transformations des algorithmes profonds, il est difficile pour un utilisateur d'interpréter le résultat retourné. Notre proposition est d'introduire un <<goulot d'étranglement sémantique>> dans le processus de traitement. La représentation de l'image est exprimée entièrement en langage naturel, tout en conservant l'efficacité des représentations numériques. L'intelligibilité de la représentation permet à un utilisateur d'examiner sur quelle base l'inférence a été réalisée et ainsi d'accepter ou de rejeter la décision suivant sa connaissance et son expérience humaine.

In this thesis, we examine some practical difficulties of deep learning models.Indeed, despite the promising results in computer vision, implementing them in some situations raises some questions. For example, in classification tasks where thousands of categories have to be recognised, it is sometimes difficult to gather enough training data for each category.We propose two new approaches for this learning scenario, called <<zero-shot learning>>. We use semantic information to model classes which allows us to define models by description, as opposed to modelling from a set of examples.In the first chapter we propose to optimize a metric in order to transform the distribution of the original data and to obtain an optimal attribute distribution. In the following chapter, unlike the standard approaches of the literature that rely on the learning of a common integration space, we propose to generate visual features from a conditional generator. The artificial examples can be used in addition to real data for learning a discriminant classifier. In the second part of this thesis, we address the question of computational intelligibility for computer vision tasks. Due to the many and complex transformations of deep learning algorithms, it is difficult for a user to interpret the returned prediction. Our proposition is to introduce what we call a <<semantic bottleneck>> in the processing pipeline, which is a crossing point in which the representation of the image is entirely expressed with natural language, while retaining the efficiency of numerical representations. This semantic bottleneck allows to detect failure cases in the prediction process so as to accept or reject the decision.