Analyse d’image geometrique et morphometrique par diagrammes de forme et voisinages adaptatifs generaux, Geometric and morphometric image analysis by shape diagrams and general adaptive neighborhoods

Séverine Rivollier

Description

Sous la direction de Jean-Charles Pinoli
Thèse soutenue le 05 juillet 2010: Ecole nationale supérieure des mines - Saint-Etienne
Les fonctionnelles de Minkowski définissent des mesures topologiques et géométriques d'ensembles, insuffisantes pour la caractérisation, des ensembles différents pouvant avoir les mêmes fonctionnelles. D'autres fonctionnelles de forme, géométriques et morphométriques, sont donc utilisées. Un diagramme de forme, défini grâce à deux fonctionnelles morphométriques, donne une représentation permettant d'étudier les formes d'ensembles. En analyse d'image, ces fonctionnelles et diagrammes sont souvent limités aux images binaires et déterminés de manière globale et mono-échelle. Les Voisinages Adaptatifs Généraux (VAG) simultanément adaptatifs avec les échelles d'analyse, structures spatiales et intensités des images, permettent de pallier ces limites. Une analyse locale, adaptative et multi-échelle des images à tons de gris est proposée sous forme de cartographies des fonctionnelles de forme à VAG.Les VAG, définis en tout point du support spatial d'une image à tons de gris, sont homogènes par rapport à un critère d'analyse représenté dans un modèle vectoriel, suivant une tolérance d'homogénéité. Les fonctionnelles de forme calculées pour chaque VAG de l'image définissent les cartographies des fonctionnelles de forme à VAG. Les histogrammes et diagrammes de ces cartographies donnent des distributions statistiques des formes des structures locales de l'image contrairement aux histogrammes classiques qui donnent une distribution globale des intensités de l'image. L'impact de la variation des critères axiomatiques des VAG est analysé à travers ces cartographies, histogrammes et diagrammes. Des cartographies multi-échelles sont construites, définissant des fonctions de forme à VAG.
-Diagrammes de forme
-Voisinages adaptatifs généraux (VAG)
-Fonctionnelles de Minkowski géométriques et morphométriques
-Diagrammes et histogrammes des cartographies des fonctionnelles de forme à VAG
-Analyse d'image locale Adapative et multi-échelle
Minkowski functionals define set topological and geometrical measurements, insufficient for the characterization, because different sets may have the same functionals. Thus, other shape functionals, geometrical and morphometrical are used. A shape diagram, defined thanks to two morphometrical functionals, provides a representation allowing the study of set shapes. In quantitative image analysis, these functionals and diagrams are often limited to binary images and achieved in a global and monoscale way. The General Adaptive Neighborhoods (GANs) simultaneously adaptive with the analyzing scales, the spatial structures and the image intensities, enable to overcome these limitations. The GAN-based Minkowski functionals are introduced, which allow a gray-tone image analysis to be realized in a local, adaptive and multiscale way.The GANs, defined around each point of the spatial support of a gray-tone image, are homogeneous with respect to an analyzing criterion function represented in an algebraic model, according to an homogeneity tolerance. The shape functionals computed on the GAN of each point of the spatial support of the image, define the so-called GAN-based shape maps. The map histograms and diagrams provide statistical distributions of the shape of the gray-tone image local structures, contrary to the classical histogram that provides a global distribution of image intensities. The impact of axiomatic criteria variations is analyzed through these maps, histograms and diagrams. Thus, multiscale maps are built, defining GAN-based shape functions.
-Shape diagrams
-General adaptive neighborhoods (GAN)
-Minkowski Geometrical and morphometrical functionals
-GAN-based shape functionals maps histograms and diagrams
-Multiscale locale and adaptive image analysis
Source: http://www.theses.fr/2010EMSE0575/document

Informations

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Extrait

N d’ordre : 2010 EMSE 0575
THESE
Présentée par
Séverine RIVOLLIER
pour obtenir le grade de
Docteur de l’Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint-Etienne
Spécialité : Image, Vision, Signal
ANALYSE D’IMAGE
GEOMETRIQUE ET MORPHOMETRIQUE
PAR DIAGRAMMES DE FORME
ET VOISINAGES ADAPTATIFS GENERAUX
Soutenue à Saint-Etienne le 5 juillet 2010
Membres du jury :
Président : Gérard THOMAS Professeur, ENSMSE, Saint-Etienne
Rapporteurs : Laurent NAJMAN Professeur, ESIEE, Paris
Peter HAWKES Directeur de Recherche, CNRS, CEMES, Toulouse
Examinateurs : Maria HERNANDEZ CIFRE Assistant Professor, Universidad de Murcia, Espagne
Kiên KIEU Chargé de Recherche, INRA, Jouy-en-Josas
Frederic GRUY Maître de Recherche, ENSMSE, Saint-Etienne
Co-encadrant : Johan DEBAYLE Chargé de Recherche, ENSMSE, Saint-Etienne
Directeur : Jean-Charles PINOLI Professeur, ENSMSE, Saint-EtienneSpécialités doctorales : Responsables :
SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX J. DRIVER Directeur de recherche Centre SMS
MECANIQUE ET INGENIERIE A. VAUTRIN Professeur Centre SMS
GENIE DES PROCEDES G. THOMAS Professeur Centre SPIN
SCIENCES DE LA TERRE B. GUY Maître de recherche Centre SPIN
SCIENCES ET GENIE DE L’ENVIRONNEMENT J. BOURGOIS Professeur Centre SITE
MATHEMATIQUES APPLIQUEES E. TOUBOUL Ingénieur Centre G2I
INFORMATIQUE O. BOISSIER Professeur Centre G2I
IMAGE, VISION, SIGNAL JC. PINOLI Professeur Centre CIS
GENIE INDUSTRIEL P. BURLAT Professeur Centre G2I
MICROELECTRONIQUE P. COLLOT Professeur Centre CMP
Enseignants-chercheurs et chercheurs autorisés à diriger des thèses de doctorat (titulaires d’un doctorat d’Etat ou d’une HDR)
AVRIL Stéphane MA Mécanique & Ingénierie CIS
BATTON-HUBERT Mireille MA Sciences & Génie de l’environnement SITE
BENABEN Patrick PR 1 Sciences & Génie des Matériaux CMP
BERNACHE-ASSOLANT Didier PR 0 Génie des Procédés CIS
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BOISSIER Olivier PR 1 Informatique G2I
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GRUY Frédéric MR Génie des Procédés SPIN
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GUYONNET René DR Génie des Procédés SPIN
HERRI Jean-Michel PR 2 Génie des Procédés SPIN
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KLÖCKER Helmut DR Sciences & Génie des Matériaux SMS
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LONDICHE Henry MR Sciences & Génie de l’Environnement SITE
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MOLIMARD Jérôme MA Mécanique & Ingénierie SMS
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PIJOLAT Michèle PR 1 Génie des Procédés SPIN
PINOLI Jean-Charles PR 0 Image, Vision, Signal CIS
STOLARZ Jacques CR Sciences & Génie des Matériaux SMS
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Glossaire : Centres :
PR 0 Professeur classe exceptionnelle SMS Sciences des Matériaux et des Structures
PR 1 Professeur 1ère catégorie SPIN Sciences des Processus Industriels et Naturels
PR 2 Professeur 2ème catégorie SITE Sciences Information et Technologies pour l’environnement
MA(MDC) Maître assistant G2I Génie Industriel et Informatique
DR Directeur de recherche CMP Centre de Microélectronique de Provence
Ing. Ingénieur CIS Centre Ingénierie et Santé
MR(DR2) Maître de recherche
CR Chargé de recherche
EC Enseignant-chercheur
IGM Ingénieur général des mines
Dernière mise à jour le : 9 mars 2010A mes parents.Remerciements
Mes remerciements s’adressent tout d’abord au directeur de cette thèse, Jean-Charles Pinoli, pour
m’avoirfaitconfianceenmeproposantcesujet.Toutaulongdecesannées,ils’estmontrédisponibleet
a su orienter mes recherches en me guidant, m’inspirant, me conseillant et surtout en m’encourageant.
Mes remerciements s’adressent également à Johan Debayle, co-encadrant, pour tout le temps qu’il
m’a consacré et l’aide qu’il m’a apportée. Il a également beaucoup contribué à l’amélioration de mes
connaissances en traitement d’image.
Ces deux personnes m’ont ouvert les portes du monde de la recherche. Elles ont rendu ces quelques
années enrichissantes et constructives, et m’ont aidée à prendre confiance en moi dans les moments
difficiles. Je les en remercie sincèrement.
Je remercie Gérard Thomas pour m’avoir fait l’honneur de présider le jury de soutenance. Je
remercie également Peter Hawkes et Laurent Najman d’avoir accepté d’être les rapporteurs de cette
thèse, Maria Hernandez Cifre, Kiên Kieu et Frédéric Gruy d’avoir examiné ce travail. Ils ont tous
contribué par leurs jugements, analyses, remarques et suggestions à enrichir et ouvrir de nombreuses
perspectives sur ces travaux de thèse. Je leur en suis très reconnaissante.
Je remercie mes collègues de l’équipe Imagerie et Morphologie - Yann Gavet*, Laurent Navarro,
MathieuFernandes,MartheLagarrigue,BenoîtPreslesetHélèneGouinaud-pourleursréponsesàmes
nombreuses questions et sollicitations, pour leurs encouragements et les discussions que nous avons pu
avoir ensemble. Je remercie également Jérémie et Emilie Pourchez et David Marchat. Je les remercie
tous pour leur sympathie et leur bonne humeur et leur souhaite une bonne continuation dans leurs vies
personnelles et professionnelles.
Je remercie Françoise Bresson, Jérôme Mancuso et Andrée-Aimée Toucas pour leur disponibilité et
par conséquent pour l’aide qu’ils m’ont apportée.
D’une manière plus générale, mes remerciements s’adressent à tous les membres des centres SPIN
et CIS de l’EMSE que j’ai eu le plaisir de côtoyer quotidiennement durant cette thèse.
Je remercie mes parents et mes frères pour leurs encouragements, leur confiance et leur assistance
morale qui ont grandement contribué à la réalisation de cette thèse. Je mentionnerai particulièrement
ma mère pour ce qu’elle a toujours dit qui m’a incitée à faire de longues études. Je remercie également
ma belle-famille pour son soutien.
* Ces remerciements ne seraient pas complets sans une dédicace particulière à mon futur époux,
Yann, également collègue de l’équipe Imagerie et Morphologie. Je le remercie pour son aide profession-
nelle, pour ses conseils, idées, suggestions et remarques pertinentes, pour la lecture de ce manuscrit,
et en ce qui concerne la partie informatique de ce travail, pour sa participation à l’implémentation des
algorithmes. Je le remercie également de m’avoir accompagnée et aidée dans cette aventure, pour le
soutien et les encouragements