Raisonnement approximatif pour la détection et l'analyse de changements

Approximate reasoning for the detection and analysing of changes

• Auteur / Autrice : Fatma Haouas
• Direction : Basel Solaiman, Khaled Bsaïes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 25/09/2019
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département lmage et Traitement Information
• Jury : Président / Présidente : Ali Khenchaf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Basel Solaiman, Khaled Bsaïes, Jean-Paul Haton, Imed Riadh Farah, Dorra Sellami-Masmoudi
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Paul Haton, Imed Riadh Farah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Algorithmes flous

Théorie de Dempster-Shafer

Mots clés libres

Détection de changements

Théorie de Dempster-Shafer

Algorithme de clustering multicentroïdes

Indice de validité de clustering

Distribution de masse

Conflit évidentiel

Mesure de changements CM

Carte binaire de changements

Change detection

Dempster-Shafer Theory

Multi-centroid clustering algorithm

Clustering Validity Index

Mass distribution

Evidential conflict

Change Measure CM

Binary change map

Résumé

Cette thèse est le fruit de l’interaction de deux disciplines qui sont la détection de changements dans des images multitemporelles et le raisonnement évidentiel à l’aide de la théorie de Dempster-Shafer (DST). Aborder le problème de détection et d’analyse de changements par la DST nécessite la détermination d’un cadre de discernement exhaustif et exclusif. Ce problème s’avère complexe en l’absence des informations a priori sur les images. Nous proposons dans ce travail de recherche un nouvel algorithme de clustering basé sur l’algorithme Fuzzy-C-Means (FCM) afin de définir les classes sémantiques existantes. L’idée de cet algorithme est la représentation de chaque classe par un nombre varié de centroïdes afin de garantir une meilleure caractérisation de classes. Afin d’assurer l’exhaustivité du cadre de discernement, un nouvel indice de validité de clustering permettant de déterminer le nombre optimal de classes sémantiques est proposé. La troisième contribution consiste à exploiter la position du pixel par rapport aux centroïdes des classes et les degrés d’appartenance afin de définir la distribution de masse qui représente les informations. La particularité de la distribution proposée est la génération d’un nombre réduit des éléments focaux et le respect des axiomes mathématiques en effectuant la transformation flou-masse. Nous avons souligné la capacité du conflit évidentiel à indiquer les transformations multi-temporelles. Nous avons porté notre raisonnement sur la décomposition du conflit global et l’estimation des conflits partiels entre les couples des éléments focaux pour mesurer le conflit causé par le changement. Cette stratégie permet d’identifier le couple de classes qui participent dans le changement. Pour quantifier ce conflit, nous avons proposé une nouvelle mesure de changement notée CM. Finalement, nous avons proposé un algorithme permettant de déduire la carte binaire de changements à partir de la carte de conflits partiels.

This thesis is the interaction result of two disciplines that are the change detection in multitemporal images and the evidential reasoning using the Dempster-Shafer theory (DST). Addressing the problem of change detection and analyzing by the DST, requires the determination of an exhaustive and exclusive frame of discernment. This issue is complex when images lake prior information. In this research work, we propose a new clustering algorithm based on the Fuzzy-C-Means (FCM) algorithm in order to define existing semantic classes. The idea of this algorithm is the representation of each class by a varied number of centroids in order to guarantee a better characterization of classes. To ensure the frame of discernment exhaustiveness, we proposed a new cluster validity index able to identify the optimal number of semantic classes. The third contribution is to exploit the position of the pixel in relation to class centroids and its membership distribution in order to define the mass distribution that represents information. The particularity of the proposed distribution, is the generation of a reduced set of focal elements and the respect of mathematical axioms when performing the fuzzy-mass transformation. We have emphasized the capacity of evidential conflict to indicate multi-temporal transformations. We reasoned on the decomposition of the global conflict and the estimation of the partial conflicts between the couples of focal elements to measure the conflict caused by the change. This strategy allows to identify the couple of classes that participate in the change. To quantify this conflict, we proposed a new measure of change noted CM. Finally, we proposed an algorithm to deduce the binary map of changes from the partial conflicts map.