HAL Id: tel-00391141
https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00391141
Submitted on 3 Jun 2009
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Application à la reconnaissance de paysages agricoles
Ludmila Mangelinck
To cite this version:
Ludmila Mangelinck. Représentation et classification de structures spatiales – Application à la re- connaissance de paysages agricoles. Informatique [cs]. Université Henri Poincaré - Nancy I, 1998.
Français. �tel-00391141�
Departementde formation dotorale en informatique Eole dotorale IAE+ M
UFR STMIA
Representation et lassiation de
strutures spatiales {
Appliation a la reonnaissane de
paysages agrioles
TH
ESE
presentee etsoutenue publiquement le19 otobre 1998
pourl'obtention du
Dotorat de l'universite Henri Poinare { Nany 1
(speialite informatique)
par
Ludmila Mangelink
Composition du jury
President et rapporteur: Jean-ClaudePaul, Professeura Nany
Rapporteurs: Robert Jeansoulin,Charge de Reherhe CNRS
Jean-Franois Perrot,Professeura l'universite de ParisVI
Examinateurs: Jean-PaulHaton, Professeura l'Universite HenriPoinare
FloreneLe Ber,Chargee deReherhe INRA
LaureVieu,Chargee de Reherhe CNRS
Invites: Jean-PierreDeontaines, Direteurde Reherhe INRA
JeanBahaou, Charge de Reherhe INRA
AmedeoNapoli,Charge deReherhe CNRS
INRACentredeNany{LIAB
Dans ette thèse, nous nous intéressons à la représentation et à la lassiation de
struturesspatialesdansleadredelareonnaissanedemodèlesdepaysagesagriolessur
des imagessatellites.Nous avons déni,lorsd'unephase d'aquisition des onnaissanes,
des modèles de paysages sous forme de lasses dans un système de représentation des
onnaissanes par objets. Les lasses sont reliées entre elles par des relations spatiales
qualitatives.Lesrelationsspatialessontdeslassesdontlesinstaneslientd'autreslasses.
Leslasses de relationssontorganisées dansune hiérarhieayant une struturede treillis
permettant de représenter la spéialisation,l'impliation,la disjontionet laonjontion
derelations.NousavonshoisiuntreillisdeGaloisquipermetdemettreenévidenelelien
entre relationsetonditionsnéessaires àlavériationdes relationssur l'image.Grâe à
ettestruture,nousavonsproposéunalgorithmedereherhedel'ensembleminimumdes
onditions qui permetde réduire lenombre d'opérationssur les images.Des algorithmes
ont été aussi proposés pour représenter les propriétés mathématiquesdes relations.Nous
proposonsd'ajouteraulangagequatrefaettespermettantdereprésenterlaquantiation
des relationsspatiales.Nousavons modié l'opérationquiassoieun modèle àune entité
pourprendre enomptelaquantiationdesrelationsdanslalassiationdesstrutures
spatiales.Lesystèmede reonnaissane aétéimplantédanslelangageYafooletmisen
÷uvre sur des artes de la régionLorraine.
Mots-lés:raisonnementspatial,lassiation,reonnaissane de formes,représentation
qualitativede l'espae, système de représentation des onnaissanes par objets,treillis.
Abstrat
Weareinterestedintherepresentationandlassiationofspatialstruturesinobjet
based representation systems allowing us to reognize landsape patterns from satellite
data. Inour system,somelassesdenotepatternsoflandsapeandothersdenotequalita-
tivespatialrelations. Theinstanes ofthe latterarelinkingthe formertogetherand both
of them are organized into a speialization hierarhy. The hierarhy of spatial relations
is organized as a Galois lattie that allows us to represent the onjuntion, disjuntion,
impliation and also how the onditions on spatial entities are linked to the validity of
spatial relations. In this work, we give an algorithm that omputes the minimal set of
onditions for eah spatial relation and redues therefore the number of omputations
needed on the images. Additionally, this lattie allow us to represent the mathematial
proprieties of topologialrelationssuh as the impliation,omposition,reexivity, sym-
metrialimpliationand soon. In order todenelandsapepatterns, we need torestrit
theardinalityoftherelationsbetween spatialentities. Thusweaddedfournewfaets in
the objet based representation system we used, namely Yafool. The semanti of eah
faet isdened and inluded in the lassiation algorithm. This algorithm was used on
image of Lorraineregion.
Keywords: Qualitativerepresentation of spae, spatialreasonning, pattern reognition,
lattie, lassiation,objetbased representation system.
Remeriements
Je tiens àremerier l'ensemble de elles et eux qui ont ontribué à ette thèse:
mesdames etmessieurs lesmembres du jury
mesdames et messieurs lesmembres du omité de thèse
la région Lorrainequi anané
lesreleteurs du mémoire
lesorreteurs de la soutenane
lessouteneurs de moral
les fournisseurs de vins et de omté
les onseilleurs en tout genre
lesorpailleurs
lespartiipantset organisateursde Hibs
les serétaires
les ollèguesde bureau
Je remerie plus partiulièrement:
Angelia
António
Arnaud
Arnaud
Bah
M. Benoît
Bertrand
E. Bienaimé
J.-M. Briot
Corinne
Carlos
J.-P. Deontaines
Eri
Evelyne
Frank
J.-P. Haton
Imed
Jean
Jean-François
Jean-Lu
R. Jeansoulin
Laurene
F. Le Ber
Linda
Makram
Manu
Manu
Marie-Frane
Marie-Pierre
C. Mignolet
Moural
P. Monestiez
A. Napoli
Nio
Olivier
Olivier
Olivier
Orlando
J.-C. Paul
J.-F. Perrot
Philippe
Pierre
Raphaël
R. Riela
Sandrine
Sophie
Sylvie
L. Vieu
Vinent
Yann
à Carlos.
Introdution 1
1 Représentation de onnaissanes 7
1.1 Prinipes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1.1 Les graphes oneptuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.2 Les logiques terminologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.1.3 Les représentations de onnaissanes par objets . . . . . . . . . . . 11
1.2 Classiation dans lessystèmes à objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.1 Classiation hiérarhique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.2 Classiation d'instanes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.3 Les relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.3.1 Dans les systèmesde représentation de onnaissanes . . . . . . . . 18
1.3.2 Des relations partiulières . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.4 Yafool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.1 Les onepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4.2 La réexivité dans Yafool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.4.3 Les relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5 Conlusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2 Représentation qualitative de l'espae 27 2.1 Introdution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Représentation de l'espae basée sur des intervalles . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.1 Pour les bases de données image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.2.2 Le modèle de Mukerjee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.2.3 Conlusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3 Relations spatiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.1 Les relationstopologiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.3.2 Systèmes etobjetsde référene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.3.3 Orientation par le sens de parours . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.4 Orientation et topologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.3.5 Ladistane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.3.6 Conlusion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4 Lesraisonnements spatiaux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.1 Lesopérations sur lesrelations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.4.2 Voisinageoneptuel de relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4.3 Lestables de omposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.4.4 Propagation de ontraintes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.4.5 Lalogique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.4.6 Desriptionde formes qualitatives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5 Appliations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.6 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3 Reonnaissane de paysages agrioles 49 3.1 Lesdonnées etles onnaissanes disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1.1 Unearte d'oupation du sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.1.2 Des modèles prédénis par les experts. . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.1.3 Des objets extraits de l'image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Formalisationd'expertise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.1 Unedémarhe irulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.2.2 Exemple du disours d'un expert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.2.3 Lesindies retenuspour ladesription des objets . . . . . . . . . . 57
3.2.4 Desriptionomplète des modèles de territoire . . . . . . . . . . . . 60
3.3 Lesbesoinsen représentation eten raisonnement . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.1 Entités et strutures àreprésenter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.3.2 Synthèse des besoins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
3.4 Choix d'une représentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.4.1 Représentation de modèles par des graphesoneptuels . . . . . . . 67
3.4.2 Représentation par des logiques terminologiques . . . . . . . . . . . 68
3.4.3 Représentation par objets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
4 Représentation par objets des relations topologiques 75
4.1 Les relationset lesonepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.1 Classe ou relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.2 Les relations:lasses ouinstanes? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.3 Validité des relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.1.4 Spéialisation de relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.1.5 Les propriétés des lasses de relations . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.2 La vériationdes relations sur des images . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2.1 Des opérations ensemblistes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
4.2.2 Mémorisation des onditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4.2.3 Spéialisation etonditions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3 Conlusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5 Un treillis de relations topologiques 91 5.1 Dénition du treillis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.2 Trois types de treillis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
5.2.1 Le treillis omplet. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2.2 Constrution par la fermeturede Galois . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.2.3 Extension de l'ensembledes relations pour la omposition. . . . . . 100
5.3 Étude du treillisde Galois . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
5.3.1 Équivalene d'une onjontion et d'unedisjontion . . . . . . . . . 103
5.3.2 Caratérisation de l'opérateur t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.3.3 Caratérisation des relations-onditions . . . . . . . . . . . . . . . . 107
5.3.4 Propriétés des relationstopologiques dans letreillis . . . . . . . . . 109
5.3.5 Un treillis de Galois basé sur d'autres primitives . . . . . . . . . . . 112
5.3.6 A propos de l'extensiondu treillis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
5.3.7 Conlusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.4 Algorithmeset implantation en Yafool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.4.1 Classe générique de relation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.4.2 Propriétés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.5 Conlusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6 Classiation 125 6.1 Quantiationdes relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.1.2 Rles et relationsdans leslogiques terminologiques . . . . . . . . . 126
6.1.3 Desriptiondes faettes ajoutées. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
6.1.4 Sémantique des faettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
6.1.5 Exemples d'utilisationdes faettes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
6.2 Lalassiation de strutures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.2.1 Prinipe de fontionnement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
6.2.2 Interprétation des méthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2.3 Exemple de dénition de hiérarhie . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
6.2.4 Problèmeposé par la spéialisationde relations . . . . . . . . . . . 138
6.3 Expérimentations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
6.3.1 Desriptiondes indiesutilisés et des modèles . . . . . . . . . . . . 139
6.3.2 Résultatsde lalassiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.3.3 Conlusions expertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
6.4 Conlusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
7 Conlusions et Perspetives 149
A Preuve des propriétés du treillis de Galois 155
Bibliographie 169
Liste des publiations 177
