Un syst`eme flou de fusion coop
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Un syst`eme flou de fusion coop'erative : application au ...

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THESE
presentee a
l’UNIVERSITE DE SAVOIE
pour obtenir
le grade de DOCTEUR
discipline : Electronique - Electrotechnique - Automatique
par
M. Lionel VALET
le 13 Decembre 2001
Un systeme flou de fusion cooperative :` ´
application au traitement d’images naturelles.
Preparee au LAMII et encadree par : M. Philippe BOLON
M. Gilles MAURIS
COMPOSITION DU JURY
Mr. Jean-Marc CHASSERY President
Mme. Isabelle BLOCH Rapporteur
Mme. Michele ROMBAUT Rapporteur
Mr. Alain APPRIOU Examinateur
Mr. Naamen KESKES
Mr. Philippe BOLON Directeur de these
Mr. Gilles MAURIS Codirecteur de these Remerciements
Cette these est l’aboutissement d’un travail realise au sein de l’equipe Traitement de l’Infor-
mation du LAMII (Universite de Savoie) dans le cadre d’une bourse MENRT, en partenariat
avec le GdR ISIS et la societe TotalFinaElf.
Je tiens a exprimer mes remerciements a Monsieur Jean-Marc Chassery, Directeur de Re-
cherche CNRS a l’INP de Grenoble, pour m’avoir fait l’honneur de presider le jury.
Que Madame Michele Rombaut, Professeur a l’IUT de Troyes, et Madame Isabelle Bloch,
Professeur a l’ENST de Paris, trouvent ici l’expression de ma gratitude pour avoir accepte de
rapporter sur ce memoire. Les remarques et critiques constructives qui accompagnerent leur
rapport ont ete, pour moi-m^eme et ce document, d’un grand bene ce. Mes remerciements vont
egalement a Monsieur Alain Appriou, Directeur de Recherche a l’ONERA de Ch^ atillon, qui a
bien voulu examiner ce travail apportant ainsi par ses ...

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Langue Français
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THESE presentee a l’UNIVERSITE DE SAVOIE pour obtenir le grade de DOCTEUR discipline : Electronique - Electrotechnique - Automatique par M. Lionel VALET le 13 Decembre 2001 Un systeme flou de fusion cooperative :` ´ application au traitement d’images naturelles. Preparee au LAMII et encadree par : M. Philippe BOLON M. Gilles MAURIS COMPOSITION DU JURY Mr. Jean-Marc CHASSERY President Mme. Isabelle BLOCH Rapporteur Mme. Michele ROMBAUT Rapporteur Mr. Alain APPRIOU Examinateur Mr. Naamen KESKES Mr. Philippe BOLON Directeur de these Mr. Gilles MAURIS Codirecteur de these Remerciements Cette these est l’aboutissement d’un travail realise au sein de l’equipe Traitement de l’Infor- mation du LAMII (Universite de Savoie) dans le cadre d’une bourse MENRT, en partenariat avec le GdR ISIS et la societe TotalFinaElf. Je tiens a exprimer mes remerciements a Monsieur Jean-Marc Chassery, Directeur de Re- cherche CNRS a l’INP de Grenoble, pour m’avoir fait l’honneur de presider le jury. Que Madame Michele Rombaut, Professeur a l’IUT de Troyes, et Madame Isabelle Bloch, Professeur a l’ENST de Paris, trouvent ici l’expression de ma gratitude pour avoir accepte de rapporter sur ce memoire. Les remarques et critiques constructives qui accompagnerent leur rapport ont ete, pour moi-m^eme et ce document, d’un grand bene ce. Mes remerciements vont egalement a Monsieur Alain Appriou, Directeur de Recherche a l’ONERA de Ch^ atillon, qui a bien voulu examiner ce travail apportant ainsi par ses questions pertinentes un eclairage mettant en lumiere des perspectives interessantes que j’ai h^ ate d’exploiter. Je tiens egalement a exprimer ma profonde gratitude et mes remerciements les plus sinceres a Monsieur Philippe Bolon, Professeur a l’Universite de Savoie, directeur de these et directeur du LAMII, et a Monsieur Gilles Mauris, Ma^ tre de Conference a l’Universite de Savoie egalement codirecteur de these, pour la con ance qu’ils m’ont accordee. Leurs experiences de la recherche, leurs conseils et encouragements ainsi que leurs amities m’ont ete tres precieux tout au long de ce travail. Perseverance et rigueur scienti que sont certainement les principaux enseignements qui m’ont ete communiques tout au long de cet apprentissage du metier de la recherche. J’adresse mes sinceres remerciements a Monsieur Naamen Keskes, directeur de recherche a TotalFinaElf, qui est a l’origine du partenariat dans lequel ce travail s’inscrit. Ses exigences quant aux resultats souhaites, son sens de l’innovation et de l’e cacite ont ete des moteurs dans l’accomplissement de ce projet. Je voudrais egalement remercier tous les membres de l’equipe sismage pour l’accueil qu’ils m’ont reserve a chacune de mes visites au sein de leurs locaux, et en particulier Sebastien Guillon pour sa disponibilite et ses precieux conseils relatifs a l’analyse des images sismiques. Je tiens egalement a remercier l’ensemble du personnel du laboratoire ainsi que de l’Ecole Superieure d’Ingenieurs d’Annecy pour leur soutien et les nombreuses discussions enrichissantes que nous avons pu avoir. En n, un grand merci a toute ma famille et a mes amis qui m’ont enormement soutenu tout au long de ce travail. Leurs encouragements m’ont ete d’une grande utilite. Merci en particulier a Sabine qui a reussi l’exploit de corriger les fautes de style et de syntaxe du manuscrit sans conna^ tre le jargon de la fusion d’informations et du traitement d’images. i ii Table des matieres Introduction 1 1 La fusion d’informations 5 1.1 Introduction a la fusion d’informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.1 Diversite du vocabulaire usite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.1.1 L’extraction d’informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.1.1.2 La representation de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.1.3 La combinaison des informations . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1.1.4 L’interpretation de l’information combinee . . . . . . . . . . . . 9 1.1.2 Les di erentes de nitions generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.1.3 La de nition generale retenue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2 Analyse statistique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.1 Presentation des documents analyses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.2.2 Les caracteristiques des systemes de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.3 Description des di erentes caracteristiques et analyse statistique . . . . . 15 1.2.3.1 Les domaines d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1.2.3.1.1 Le domaine militaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.3.1.2 La geoscience . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 1.2.3.1.3 La robotique et les vehicules intelligents . . . . . . . . . 17 1.2.3.1.4 Le domaine medical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.2.3.1.5 Le industriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.3.1.6 La repartition des documents . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.2.3.2 Objectifs et performances de la fusion . . . . . . . . . . . . . . . 20 1.2.3.2.1 Reduction de la dimensionnalite . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.3.2.2 Precision et certitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2.3.2.3 Robustesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.3.2.4 Repartition des documents . . . . . . . . . . . . . . . . 22 1.2.3.3 L’organisation de la fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 iii iv TABLE DES MATIERES 1.2.3.3.1 Le niveau de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 1.2.3.3.2 Repartition des documents . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.2.3.3.3 L’architecture materielle . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2.3.3.4 Repartition des documents . . . . . . . . . . . . . . . . 26 1.2.3.4 Les outils mathematiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 1.2.3.4.1 Les probabilites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.3.4.2 La theorie de l’evidence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.2.3.4.3 La theorie des sous-ensembles ous et des possibilites . 29 1.2.3.4.4 Les reseaux de neurones . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.2.3.4.5 Repartition des documents . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.2.4 Bilan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.3 Aide a la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.3.1 Le probleme de la conception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.3.2 Utilisation de l’analyse bibliographique pour l’aide a la conception . . . . 33 1.3.3 Proposition d’une demarche d’aide pour la conception d’un systeme de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.3.4 Etude des dependances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34 1.3.4.1 Lien entre les objectifs de la fusion et les domaines d’application 36 1.3.4.2 Lien entre les outils mathematiques et les objectifs de la fusion . 37 1.3.4.3 Lien entre les niveaux de fusion et les objectifs de la fusion . . . 37 1.3.4.4 Lien entre les architectures de fusion et les objectifs de la fusion 38 1.4 En resume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2 Un systeme ou de fusion cooperative 41 2.1 Presentation du probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2.1.1 La prospection petroliere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 2.1.2 La sismique re exion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.1.3 Les problematiques de l’exploration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.1.3.1 L’interpretation structurale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.1.3.2 L’interpretation stratigraphique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.1.3.3 Les objectifs applicatifs de l’etude . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 2.2 Conception d’un systeme de fusion d’attributs sismiques . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.1 Objectifs et contraintes lies a l’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.2.2 Les caracteristiques du systeme de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.2.1 Le domaine d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.2.2.2 Objectifs et performances du systeme de fusion . . . . . . . . . . 51 2.2.2.3 Choix de l’outil mathematique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 TABLE DES MATIERES v 2.2.2.4 Justi cation de l’organisation de la fusion . . . . . . . . . . . . . 53 2.3 Description du systeme realise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.3.1 Gestion des aspects ssion/fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.3.1.1 Le mecanisme de combinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.3.1.2 La base de regles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.3.1.3 Les signi cations linguistiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.3.1.4 La regle d’inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 2.3.1.5 Les operateurs de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3.1.6 Illustration de la fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 2.3.2 Evaluation de la qualite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.3.2.1 De nition de la qualite du resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.3.2.2 Exemples d’operateur pour l’evaluation de la qualite . . . . . . . 65 2.3.2.2.1 Mesure elementaire sur les regions . . . . . . . . . . . . 66 2.3.2.2.2 La distance de Baddeley . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 2.3.2.2.3 Mesures d’inclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.3.2.2.4 Illustration des mesures de qualite . . . . . . . . . . . . 70 2.3.3 Comprehension du fonctionnement du systeme de fusion . . . . . . . . . . 70 2.3.3.1 La theorie de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.3.3.2 Analyse du systeme de fusion au moyen de la theorie de l’infor- mation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 2.3.3.2.1 Le systeme de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 2.3.3.2.2 E et sur la segmentation globale . . . . . . . . . . . . . 75 2.3.3.2.3 Impact par type de facies . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 2.3.3.2.4 Mesure de con ance sur les resultats . . . . . . . . . . . 78 2.4 En resume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 3 Application 83 3.1 Projet POCASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 3.1.1 Les deux types de parametres du systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.1.1.1 Les parametres xes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.1.1.2 Les parametres ajustables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.1.2 Principe d’utilisation de POCASS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 3.1.2.1 Etape d’initialisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 3.1.2.2 Etape d’ajustement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.1.2.3 Visualisation du resultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 3.1.2.4 Ajustement n du contour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 3.1.2.5 Outils d’evaluation de la qualite . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 vi TABLE DES MATIERES 3.2 Application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.2.1 Resultats de detection de facies sismiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.2.1.1 Bloc 1 : un cas d’ecole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 3.2.1.2 Bloc 2 : Une zone chaotique complexe . . . . . . . . . . . . . . . 100 3.2.2 D^ omes de sel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.2.2.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 3.2.2.2 Detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 3.2.2.3 Analyse du systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 3.2.2.4 Coe cient de con ance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 3.2.2.5 Bloc 3 : autre cas de detection d’un d^ ome de sel . . . . . . . . . 109 3.2.3 Application a la detection des failles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.2.3.1 Presentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 3.3 Zones de deforestation dans les images RSO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.3.1 Presentation du probleme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.3.2 Les attributs utilises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 3.3.3 Resultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Conclusions et perspectives 119 A Gestion de la bibliographie 123 A.1 La base de donnees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 A.2 liste des journaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 A.3 Lien entre les domaines d’application et les outils mathematiques . . . . . . . . . 128 A.4 Correlation d’ordre superieur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 B Algorithme d’ajustement multi-parametres 131 C Calcul des attributs sismiques 135 D Les operateurs d’evaluation 139 D.1 Illustration des mesures elementaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 D.1.1 Mesure du nombre de regions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 D.1.2 Mesure du nombre de trous dans les regions . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 D.2 Experimentation de la distance de Baddeley . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 E La theorie de l’information 143 E.1 Les notions de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 E.2 Application aux systemes de fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 E.3 Les etapes de calcul . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 TABLE DES MATIERES vii E.4 Illustration du calcul sur une application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Publications de l’auteur 151 Bibliographie 166 viii TABLE DES MATIERES
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