Publications of 2008

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5 Articles

1 - Incorporating generic and specific prior knowledge in a multi-scale phase field model for road extraction from VHR images. T. Peng and I. H. Jermyn and V. Prinet and J. Zerubia. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing, 1(2): pages 139--146, June 2008. Keywords : Dense urban areas, Geographic Information System (GIS), Multiscale, Road network, Variational methods, Very high resolution. Copyright : ©2008 IEEE. Personal use of this material is permitted. However, permission to reprint/republish this material for advertising or promotional purposes or for creating new collective works for resale or redistribution to servers or lists, or to reuse any copyrighted component of this work in other works must be obtained from the IEEE. @ARTICLE{Peng08b, author = {Peng, T. and Jermyn, I. H. and Prinet, V. and Zerubia, J.}, title = {Incorporating generic and specific prior knowledge in a multi-scale phase field model for road extraction from VHR images}, year = {2008}, month = {June}, journal = {IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing}, volume = {1}, number = {2}, pages = {139--146}, url = {http://dx.doi.org/10.1109/JSTARS.2008.922318}, pdf = {http://www-sop.inria.fr/members/Ian.Jermyn/publications/PengetalTGRS08.pdf}, keyword = {Dense urban areas, Geographic Information System (GIS), Multiscale, Road network, Variational methods, Very high resolution} } Abstract : This paper addresses the problem of updating digital road maps in dense urban areas by extracting the main road network from very high resolution (VHR) satellite images. Building on the work of Rochery et al. (2005), we represent the road region as a 'phase field'. In order to overcome the difficulties due to the complexity of the information contained in VHR images, we propose a multi-scale statistical data model. It enables the integration of segmentation results from coarse resolution, which furnishes a simplified representation of the data, and fine resolution, which provides accurate details. Moreover, an outdated GIS digital map is introduced into the model, providing specific prior knowledge of the road network. This new term balances the effect of the generic prior knowledge describing the geometric shape of road networks (i.e. elongated and of low-curvature) carried by a 'phase field higher-order active contour' term. Promising results on QuickBird panchromatic images and comparisons with several other methods demonstrate the effectiveness of our approach.

2 - Automatic Building Extraction from DEMs using an Object Approach and Application to the 3D-city Modeling. F. Lafarge and X. Descombes and J. Zerubia and M. Pierrot-Deseilligny. Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 63(3): pages 365-381, May 2008. Keywords : Building extraction, 3D reconstruction, Digital Elevation Model, Stochastic geometry. @ARTICLE{lafarge_jprs08, author = {Lafarge, F. and Descombes, X. and Zerubia, J. and Pierrot-Deseilligny, M.}, title = {Automatic Building Extraction from DEMs using an Object Approach and Application to the 3D-city Modeling}, year = {2008}, month = {May}, journal = {Journal of Photogrammetry and Remote Sensing}, volume = {63}, number = {3}, pages = {365-381}, pdf = {ftp://ftp-sop.inria.fr/ariana/Articles/2008_lafarge_jprs08.pdf}, keyword = {Building extraction, 3D reconstruction, Digital Elevation Model, Stochastic geometry} } Abstract : In this paper, we present an automatic building extraction method from Digital Elevation Models based on an object approach. First, a rough approximation of the building footprints is realized by a method based on marked point processes: the building footprints are modeled by rectangle layouts. Then, these rectangular footprints are regularized by improving the connection between the neighboring rectangles and detecting the roof height discontinuities. The obtained building footprints are structured footprints: each element represents a specific part of an urban structure. Results are finally applied to a 3D-city modeling process.

3 - Gap Filling of 3-D Microvascular Networs by Tensor Voting. L. Risser and F. Plouraboue and X. Descombes. IEEE Trans. Medical Imaging, 27(5): pages 674-687, May 2008. Copyright : @ARTICLE{xavTMI3, author = {Risser, L. and Plouraboue, F. and Descombes, X.}, title = {Gap Filling of 3-D Microvascular Networs by Tensor Voting}, year = {2008}, month = {May}, journal = {IEEE Trans. Medical Imaging}, volume = {27}, number = {5}, pages = {674-687}, pdf = {http://ieeexplore.ieee.org/iel5/42/4497376/04389807.pdf?isnumber=4497376&prod=JNL&arnumber=4389807&arSt=674&ared=687&arAuthor=Risser%2C+L.%3B+Plouraboue%2C+F.%3B+Descombes%2C+X.}, keyword = {} }

4 - A marked point process of rectangles and segments for automatic analysis of Digital Elevation Models.. M. Ortner and X. Descombes and J. Zerubia. IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence, 2008. Keywords : Image procressing, Poisson point process, Stochastic geometry, Dense urban area, Digital Elevation Model, land register. Copyright : @ARTICLE{ortner08, author = {Ortner, M. and Descombes, X. and Zerubia, J.}, title = {A marked point process of rectangles and segments for automatic analysis of Digital Elevation Models.}, year = {2008}, journal = {IEEE Trans. Pattern Analysis and Machine Intelligence}, pdf = {http://hal.inria.fr/docs/00/27/88/82/PDF/ortner08.pdf}, keyword = {Image procressing, Poisson point process, Stochastic geometry, Dense urban area, Digital Elevation Model, land register} }

5 - The Gibbs fields approach and related dynamics in image processing. X. Descombes and E. Zhizhina. Condensed Matter Physics, 11(2(54)): pages 293-312, 2008. Copyright : Institute for Condensed Matter @ARTICLE{LNA08, author = {Descombes, X. and Zhizhina, E.}, title = {The Gibbs fields approach and related dynamics in image processing}, year = {2008}, journal = {Condensed Matter Physics}, volume = {11}, number = {2(54)}, pages = {293-312}, keyword = {} }

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4 PhD Thesis and Habilitations

1 - New higher-order active contour models, shape priors, and multiscale analysis: their application to road network extraction from very high resolution satellite images. T. Peng. PhD Thesis, Universite de Nice Sophia Antipolis, November 2008. Keywords : Higher-order active contour, Phase Field, Prior, Multiresolution, Road network, Very high resolution. Copyright : @PHDTHESIS{Peng08d, author = {Peng, T.}, title = {New higher-order active contour models, shape priors, and multiscale analysis: their application to road network extraction from very high resolution satellite images}, year = {2008}, month = {November}, school = {Universite de Nice Sophia Antipolis}, pdf = {http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00349768/fr/}, keyword = {Higher-order active contour, Phase Field, Prior, Multiresolution, Road network, Very high resolution} } Résumé : L'objectif de cette thèse est de développer et de valider des approches robustes d'extraction semi-automatique de réseaux routiers en zone urbaine dense à partir d'images satellitaires optiques à très haute résolution (THR). Nos modèles sont fondés sur une modélisation par champs de phase des contours actifs d'ordre supérieur (CAOS). Le probléme est difficile pour deux raisons principales : les images THR sont intrinsèquement complexes, et certaines zones des réseaux peuvent prendre une topologie arbitraire. Pour remédier à la complexité de l'information contenue dans les images THR, nous proposons une modélisation statistique multi-résolution des données ainsi qu'un modèle multi-résolution contraint a priori. Ces derniers permettent l'intégration des résultats de segmentation de résolution brute et de résolution fine. De plus, dans le cadre particulier de la mise à jour de réseaux routiers, nous présentons un modèle de forme a priori spécifique, dérivé d'une ancienne carte numérique issue d'un SIG. Ce terme spécifique a priori équilibre l'effet de la connaissance a priori générique apportée par le modèle de CAOS, qui décrit la forme géométrique générale des réseaux routiers. Cependant, le modèle classique de CAOS souffre d'une limitation importante : la largeur des branches du réseau est contrainte à d'être similaire au maximum du rayon de courbure des branches du réseau, fournissant ainsi un modèle non satisfaisant dans le cas de réseaux aux branches droites et étroites ou aux branches fortement incurvées et larges. Nous résolvons ce problème en proposant deux nouveaux modèles : l'un contenant un terme additionnel, nonlocal, non-linéaire de CAOS, et l'autre contenant un terme additionnel, nonlocal, linéaire de CAOS. Ces deux termes permettent le contrôle séparé de la largeur et de la courbure des branches, et fournissent une meilleure prolongation pour une même largeur. Le terme linéaire a plusieurs avantages : d'une part il se calcule plus efficacement, d'autre part il peut modéliser plusieurs largeurs de branche simultanément. Afin de remédier à la difficulté du choix des paramètres de ces modèles, nous analysons les conditions de stabilité pour une longue barre d'une largeur donnée décrite par ces énergies, et montrons ainsi comment choisir rigoureusement les paramètres des fonctions d'énergie. Des expériences sur des images satellitaires THR et la comparaison avec d'autres modèles démontrent la supériorité de nos modèles. Abstract : The objective of this thesis is to develop and validate robust approaches for the semi-automatic extraction of road networks in dense urban areas from very high resolution (VHR) optical satellite images. Our models are based on the recently developed higher-order active contour (HOAC) phase field framework. The problem is difficult for two main reasons: VHR images are intrinsically complex and network regions may have arbitrary topology. To tackle the complexity of the information contained in VHR images, we propose a multiresolution statistical data model and a multiresolution constrained prior model. They enable the integration of segmentation results from coarse resolution and fine resolution. Subsequently, for the particular case of road map updating, we present a specific shape prior model derived from an outdated GIS digital map. This specific prior term balances the effect of the generic prior knowledge carried by the HOAC model, which describes the geometric shape of road networks in general. However, the classical HOAC model suffers from a severe limitation: network branch width is constrained to be similar to maximum network branch radius of curvature, thereby providing a poor model of networks with straight narrow branches or highly curved, wide branches. We solve this problem by introducing two new models: one with an additional nonlinear nonlocal HOAC term, and one with an additional linear nonlocal HOAC term. Both terms allow separate control of branch width and branch curvature, and furnish better prolongation for the same width, but the linear term has several advantages: it is more efficient from a computational standpoint, and it is able to model multiple widths simultaneously. To cope with the difficulty of parameter selection of these models, we analyze the stability conditions for a long bar with a given width described by these energies, and hence show how to choose rigorously the parameters of the energy functions. Experiments on VHR satellite images and comparisons with other approaches demonstrate the superiority of our models.

2 - Algorithmes rapides d'optimisation convexe. Application à la reconstruction d'images et à la détection de changements. P. Weiss. PhD Thesis, Universite de Nice Sophia Antipolis, November 2008. Keywords : Convex optimization, nesterov scheme, Sparse representations, Total variation, Change detection, level lines. Copyright : @PHDTHESIS{These_Pweiss, author = {Weiss, P.}, title = {Algorithmes rapides d'optimisation convexe. Application à la reconstruction d'images et à la détection de changements}, year = {2008}, month = {November}, school = {Universite de Nice Sophia Antipolis}, pdf = {http://www.math.univ-toulouse.fr/~weiss/Publis/These_PWEISS_Compressee.pdf}, keyword = {Convex optimization, nesterov scheme, Sparse representations, Total variation, Change detection, level lines} } Résumé : Cette thèse contient des contributions en analyse numérique et en vision par ordinateur. Dans une première partie, nous nous intéressons à la résolution rapide, par des méthodes de premier ordre, de problèmes d'optimisation convexe. Ces problèmes apparaissent naturellement dans de nombreuses tâches telles que la reconstruction d'images, l'échantillonnage compressif ou la décomposition d'images en texture et en géométrie. Ils ont la particularité d'être non différentiables ou très mal conditionnés. On montre qu'en utilisant des propriétés fines des fonctions à minimiser on peut obtenir des algorithmes de minimisation extrêmement efficaces. On analyse systématiquement leurs taux de convergence en utilisant des résultats récents dûs à Y. Nesterov. Les méthodes proposées correspondent - à notre connaissance - à l'état de l'art des méthodes de premier ordre. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons au problème de la détection de changements entre deux images satellitaires prises au même endroit à des instants différents. Une des difficultés principales à surmonter pour résoudre ce problème est de s'affranchir des conditions d'illuminations différentes entre les deux prises de vue. Ceci nous mène à l'étude de l'invariance aux changements d'illuminations des lignes de niveau d'une image. On caractérise complètement les scènes qui fournissent des lignes de niveau invariantes. Celles-ci correspondent assez bien à des milieux urbains. On propose alors un algorithme simple de détection de changements qui fournit des résultats très satisfaisants sur des images synthétiques et des images Quickbird réelles.

3 - Détection et classification de changements sur des scènes urbaines en télédétection. A. Fournier. PhD Thesis, Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace, October 2008. Keywords : détection de changements, Satellite images, lignes de niveau, Classification, Urban areas, statistiques directionnelles. @PHDTHESIS{Fournier08, author = {Fournier, A.}, title = {Détection et classification de changements sur des scènes urbaines en télédétection}, year = {2008}, month = {October}, school = {Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace}, url = {http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00463593/fr/}, keyword = {détection de changements, Satellite images, lignes de niveau, Classification, Urban areas, statistiques directionnelles} } Résumé : Cette thèse aborde le problème de la détection de changements sur des images de scènes urbaines en télédétection. Les expériences ont été menées sur des couples d'images satellitaires panchromatiques haute résolution (< 1 m). À travers ce thème général, plusieurs problématiques, correspondant aux divers niveaux d'une chaîne de traitement, sont abordés, depuis la création d'un masque de changements jusqu'au raisonnement à un niveau objet. Dans ce manuscrit, nous abordons premièrement le problème de la détermination d'un masque de changements. Après avoir étudié les limites d'un algorithme de détection de changements, fondé sur l'analyse en composantes principales, nous proposons un algorithme tirant parti de l'invariance des lignes de niveau, fondé sur un modèle d'illumination et des hypothèses sur la régularité de la scène. Par la suite, nous abordons la classification des zones détectées comme changées au cours de l'étape précédente. D'abord, nous nous fondons uniquement sur les radiométries des couples de pixels. Enfin, nous étudions l'intérêt d'une composante géométrique dans la classification. Plus précisément, nous appliquons un algorithme d'approximation polygonale sur les zones connexes issues de la classification précédentes, puis nous classifions les formes obtenues compte tenu des orientations des côtés des polygones obtenus. Abstract : This thesis addresses the problem of change detection on remotely sensed urban scenes. experiences were run on couples of high resolution (<1m) panchromatic satellite images. Through this general theme, different problems, corresponding to different levels of a processing chain were addressed, from the determination of a change mask to an object level reasoning. In this work, we first address the problem of determining a change mask. We study the assets and limits of a change detection algorithm based on a Principal Component Analysis. We then propose a new algorithm that relies on the invariance of the level lines. It is based on a simple illumination model and some hypotheses on the scene regularity. Then we address the classification of the zones detected as changed during our first step. This is done by only considering the radiometries of each pixel couple. Finally, we study the interest of a geometric component in our classification. More precisely, we apply a polygonal approximation algorithm on the connected zones generated by the first classification, then we classify the obtained shapes according to the orientations of the polygon edges.

4 - Détection de zones brûlées après un feu de forêt à partir d'une seule image satellitaire SPOT 5 par techniques SVM. O. Zammit. PhD Thesis, Universite de Nice Sophia Antipolis, September 2008. Keywords : Classification, Satellite images, Burnt areas, Forest fires, Support Vector Machines, Region Growing. Copyright : @PHDTHESIS{zammit_these_08, author = {Zammit, O.}, title = {Détection de zones brûlées après un feu de forêt à partir d'une seule image satellitaire SPOT 5 par techniques SVM}, year = {2008}, month = {September}, school = {Universite de Nice Sophia Antipolis}, url = {http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345683/fr/}, keyword = {Classification, Satellite images, Burnt areas, Forest fires, Support Vector Machines, Region Growing} } Résumé : Cette thèse aborde le problème de cartographie de zones brûlées à partir d'images satellitaires haute résolution. Nos modèles reposent sur le traitement d'une seule image SPOT 5, acquise après le feu afin de détecter automatiquement les zones brûlées. Le modèle est fondé sur les Séparateurs à Vaste Marge (SVM), une technique de classification supervisée qui a démontré une meilleure précision et une meilleure capacité de généralisation que les algorithmes de classification plus traditionnels. Concernant notre problème de détection, les différentes zones brûlées possèdent des caractéristiques spectrales assez similaires, au contraire des zones non brûlées (végétation, routes, eau, zones urbaines, nuage, ombre...) dont les caractéristiques spectrales varient énormément. Nous proposons donc d'utiliser les One-Class SVM, une technique qui dérive des SVM mais qui n'utilise que des exemples de pixels brûlés pour les phases d'apprentissage et de classification. Afin de prendre en compte l'information spatiale de l'image, l'algorithme OC-SVM est utilisé comme une technique de croissance de régions, ce qui permet de diminuer les fausses alarmes et d'améliorer les contours des zones brûlées. De plus, la base d'exemple de pixels brûlés nécessaire à l'apprentissage des techniques SVM est déterminée automatiquement à partir de l'histogramme de l'image. Finalement, la méthode de classification proposée est testée sur plusieurs images satellitaires afin de valider son efficacité selon le type de végétation et la surface des zones brûlées. Les zones brûlées obtenues sont comparées aux vérités de terrain fournies par le CNES, Infoterra France, le SERTIT, les Services Départementaux d'Incendies et de Secours ou l'Office National des Forêts.

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20 Conference articles

1 - Phase diagram of a long bar under a higher-order active contour energy: application to hydrographic network extraction from VHR satellite images. A. El Ghoul and I. H. Jermyn and J. Zerubia. In International Conference on Pattern Recognition (ICPR), Tampa, Florida, December 2008. Keywords : Phase diagram, Higher-order actif contours, Shape, river extraction. @INPROCEEDINGS{ElGhoul08b, author = {El Ghoul, A. and Jermyn, I. H. and Zerubia, J.}, title = {Phase diagram of a long bar under a higher-order active contour energy: application to hydrographic network extraction from VHR satellite images}, year = {2008}, month = {December}, booktitle = {International Conference on Pattern Recognition (ICPR)}, address = {Tampa, Florida}, url = {https://hal.inria.fr/inria-00316619}, pdf = {http://hal.inria.fr/docs/00/31/66/19/PDF/icpr08aymenelghoul.pdf}, keyword = {Phase diagram, Higher-order actif contours, Shape, river extraction} } Abstract : The segmentation of networks is important in several imaging domains, and models incorporating prior shape knowledge are often essential for the automatic performance of this task. Higher-order active contours provide a way to include such knowledge, but their behaviour can vary significantly with parameter values: e.g. the same energy can model networks or a ‘gas of circles’. In this paper, we present a stability analysis of a HOAC energy leading to the phase diagram of a long bar. The results, which are confirmed by numerical experiments, enable the selection of parameter values for the modelling of network shapes using the energy. We apply the resulting model to the problem of hydrographic network extraction from VHR satellite images.

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