Détection et classification des pollens allergisants basée sur l'image

Image-based detection and classification of allergenic pollen

• Auteur / Autrice : Gildardo Lozano Vega
• Direction : Franck Marzani, Frank Boochs, Yannick Benezeth
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation et informatique de l'image
• Date : Soutenance le 18/06/2015
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Electronique, Informatique et Image (LE2i) (Dijon, Côte d'Or ; Auxerre, Yonne ; Chalon-sur-Saône, Saône-et-Loire ; Le Creusot, Saône-et-Loire ; 1996-2018)
• Jury : Président / Présidente : Christian Daul
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ronald Rösch
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joachim Ohser, Bruno Emile

Mots clés

Mots clés contrôlés

Traitement d'images -- Techniques numériques

Palynologie

Reconnaissance des formes (informatique)

Mots clés libres

Reconnaissance de formes

Classification

Extraction de caractéristiques

Sélection de caractéristiques

Extraction d’objets

Sac-de-mots

Palynologie

Apertures

Pattern recognition

Classification

Feature extraction

Feature selection

Object extraction

Bag of words

Palynology

Apertures

Résumé

Le traitement médical des allergies nécessite la caractérisation des pollens en suspension dans l’air. Toutefois, cette tâche requiert des temps d’analyse très longs lorsqu’elle est réalisée de manière manuelle. Une approche automatique améliorerait ainsi considérablement les applications potentielles du comptage de pollens. Les dernières techniques d’analyse d’images permettent la détection de caractéristiques discriminantes. C’est pourquoi nous proposons dans cette thèse un ensemble de caractéristiques pertinentes issues d’images pour la reconnaissance des principales classes de pollen allergènes. Le cœur de notre étude est l’évaluation de groupes de caractéristiques capables de décrire correctement les pollens en termes de forme, texture, taille et ouverture. Les caractéristiques sont extraites d’images acquises classiquement sous microscope, permettant la reproductibilité de la méthode. Une étape de sélection des caractéristiques est appliquée à chaque groupe pour évaluer sa pertinence.Concernant les apertures présentes sur certains pollens, une méthode adaptative de détection, localisation et comptage pour différentes classes de pollens avec des apparences variées est proposée. La description des apertures se base sur une stratégie de type Sac-de-Mots appliquée à des primitives issues des images. Une carte de confiance est construite à partir de la confiance donnée à la classification des régions de l’image échantillonnée. De cette carte sont extraites des caractéristiques propres aux apertures, permettant leur comptage. La méthode est conçue pour être étendue de façon modulable à de nouveaux types d’apertures en utilisant le même algorithme mais avec un classifieur spécifique.Les groupes de caractéristiques ont été testés individuellement et conjointement sur les classes de pollens les plus répandues en Allemagne. Nous avons montré leur efficacité lors d’une classification de type SVM, notamment en surpassant la variance intra-classe et la similarité inter-classe. Les résultats obtenus en utilisant conjointement tous les groupes de caractéristiques ont abouti à une précision de 98,2 %, comparable à l’état de l’art.

The correct classification of airborne pollen is relevant for medical treatment of allergies, and the regular manual process is costly and time consuming. An automatic processing would increase considerably the potential of pollen counting. Modern computer vision techniques enable the detection of discriminant pollen characteristics. In this thesis, a set of relevant image-based features for the recognition of top allergenic pollen taxa is proposed and analyzed. The foundation of our proposal is the evaluation of groups of features that can properly describe pollen in terms of shape, texture, size and apertures. The features are extracted on typical brightfield microscope images that enable the easy reproducibility of the method. A process of feature selection is applied to each group for the determination of relevance.Regarding apertures, a flexible method for detection, localization and counting of apertures of different pollen taxa with varying appearances is proposed. Aperture description is based on primitive images following the Bag-of-Words strategy. A confidence map is built from the classification confidence of sampled regions. From this map, aperture features are extracted, which include the count of apertures. The method is designed to be extended modularly to new aperture types employing the same algorithm to build individual classifiers.The feature groups are tested individually and jointly on of the most allergenic pollen taxa in Germany. They demonstrated to overcome the intra-class variance and inter-class similarity in a SVM classification scheme. The global joint test led to accuracy of 98.2%, comparable to the state-of-the-art procedures.