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  1. 1. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives De l’importance des méthodes de suppression de fond pour la détection d’objets mobiles État de l’Art, Nouvelles Approches et Perspectives Thierry BOUWMANS Laboratoire MIA - Département d’Informatique Université de La Rochelle 14 Novembre 2014 Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 1 / 77
  2. 2. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 2 / 77
  3. 3. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 3 / 77
  4. 4. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Parcours Universitaire 1 Formation Doctorale 1997 : Doctorat de l’Université du Littoral Côte d’Opale (ULCO-Calais), mention très honorable. Apport de la logique floue dans un système d’analyse de scène en 3D par multivision. 2 Parcours Professionnel 1997-1999 : Contrat PRAG - Recherche post-doctorale (Univ. du Littoral Côte d’Opale, Calais) Fusion floue de données (intégrales floues) pour la multivision. 2000-2001 : ATER Section 61 (1 an) (Dept. Informatique, L3i, Univ. de La Rochelle) 01/02/2001-en cours : MCF (Section 61) (Dept. Informatique, L3i puis MIA, Univ. de La Rochelle) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 4 / 77
  5. 5. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 5 / 77
  6. 6. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités d’enseignements Disciplines Enseignées en Licence et/ou Master 1 Informatique d’usage et méthodologie universitaire. (Resp. en Licence 1 Sciences) - UE Transversales 2 Traitement, analyse et synthèse d’images. (Resp. en Licence 3) - Sections 27 et 61 3 Informatique et programmation . (Base de données, génie logiciel, C, C++) - Section 27 Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 6 / 77
  7. 7. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités d’enseignements Responsabilités Administratives et Pédagogiques (Partie 1) Formation Informatique DIRECTEUR DES ÉTUDES Licence IUP Génie Informatique 2iéme année (2002-2003, 1 an) RESPONSABLE PÉDAGOGIQUE PAR INTÉRIM Licence Informatique (01/01/2013-30/06/2013, 6 mois) Formation Jeux Vidéo et Média Interactifs (co-habilitation) DIRECTEUR DES ÉTUDES DESS Jeux Vidéo et Média Interactifs - Univ. La Rochelle (2001-2004, 3 ans) RESPONSABLE ADMINISTRATIF ET PÉDAGOGIQUE de la coloration "Image". MASTER JVMI (2004-2008, 4 ans) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 7 / 77
  8. 8. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités d’enseignements Responsabilités Administratives et Pédagogiques (Partie 2) Formations hors discipline (domaine "Lettres Modernes") RESPONSABLE PÉDAGOGIQUE DES ENSEIGNEMENTS D’INFORMATIQUE DEUG Lettres Modernes (2001-2004, 3 ans) 2 UEs (Informatique d’usage niveau 1 et niveau 2) RESPONSABLE PÉDAGOGIQUE DES ENSEIGNEMENTS D’INFORMATIQUE Licence Professionnelle Lettres, Cultures et Nouveaux Média (2002- en cours, 12 ans) 4 UEs (Environnement informatique, création et organisation de site web, etc...) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 8 / 77
  9. 9. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 9 / 77
  10. 10. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Domaine de Recherche Scientifique Détection d’objets mobiles par des méthodes de suppression de fond dans des séquences vidéos acquises dans des environnements complexes. Contributions scientifiques (seconde partie) : 1 États de l’art complets dans le domaine de la soustraction de fond. 2 Approche fondée sur les concepts flous. (Fida El Baf) 3 Approche fondée sur la réduction de dimension discriminative et mixte. (Diana Farcas et Cristina Marghes) 4 Approche fondée sur la décomposition de rang faible et parcimonieuse. (Charles Guyon) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 10 / 77
  11. 11. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (1) - Pourquoi je me suis intéressé aux méthodes de suppression de fond ? Projet Aqu@thèque (2000-2003) : Détection des poissons pour la reconnaissance de l’espèce sélectionnée par l’utilisateur. Détection de poissons (Aquarium La Rochelle). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 11 / 77
  12. 12. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (1) - Pourquoi je me suis intéressé aux méthodes de suppression de fond ? Challenges : Formes et couleurs très variées, variations lumineuses locales et globales, lentes et rapides, mouvement des algues... SG, MOG et KDE pas assez performants [SIGMAP 2007]. Nécessité de méthodes plus robustes aux variations lumineuses et aux fond dynamiques (seconde partie). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 12 / 77
  13. 13. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (2) Projet Voile (Société JPS et BSG DEVELOPPEMENTS, La Rochelle, 2000-2005). Optimisation des réglages de la forme de la voile (Entrainement). Base de données de réglages (Course). Comparaison entre entrainement et course. Détection de lignes (bandes) ajoutées dans la voile. Variations lumineuses très fortes (voile = surface réfléchissante). 3 Contrats (2 DEA, 1 Doctorat). Pas de publications possibles car projet confidentiel ! Détection de la forme de la voile. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 13 / 77
  14. 14. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (3) Projet Mertail (Verena Trenkel, IFREMER, Nantes, 2004-2007). Recensement des espèces halieutiques comme les langoustines. Environnement marin avec peu ou beaucoup de luminosité et déviation colorimétrique (couleur verte). Publication : 1 Conférence. Détection de langoustines. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 14 / 77
  15. 15. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (4) Projet "Analyse des jets d’air turbulents" (Amina Meslem, LEPTIAB, La Rochelle, 2007-2009). Détermination de la forme optimale de la buse pour optimiser le flux d’air dans les ventilations. Caractéristiques de formes (Calcul de surface, etc...). Contrat BQR (Bonus Qualité Recherche). Publications : 1 Journal, 1 Conférence, 1 Présentation GDR. Analyse des jets d’air turbulents par traitement d’images. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 15 / 77
  16. 16. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Projets de Recherche (5) Projet "Restauration de la continuité écologique" (Laurent David, LEA, Poitiers, 2007-2009). Etude des comportements des poissons dans les passes. Optimisation des passes pour des ouvrages de montaison sur les rivières. Détection des poissons par suppression de fond. Poissons peu visibles. Trajectoires. Détection de poissons dans des passes (Bassin d’expérimentation). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 16 / 77
  17. 17. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Encadrement Scientifique Thèses (4) : Fida El Baf (2005-2009), Charles Guyon (2010-2014), Andrews Sobral (2013- en cours) et Caroline Pacheco (2013- en cours). Stage niveau M2 (12) : 6 stages "recherche" et 7 mini projets de M2 Recherche/DEA. Stage ERASMUS (11) : Licence/Master/Doctorat (Roumanie, République Tchèque) dont Diana Farcas et Cristina Marghes. Stage d’étudiants étrangers hors Europe (5) : 2 (Islamic Azad University, Iran), 1 (Univ. Timisoara, Roumanie), Zhenjie Zhao (Nankai University, Chine), Sajid Javed (Kyungpook National University, Corée du sud). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 17 / 77
  18. 18. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Rayonnement Scientifique - (1) Aspect démarche structurante et fédératrice dans le domaine. 1 conférence invitée (BMC Workshop à ACCV 2012, Corée). 2 activités éditoriales (lead guest editor) : 1 1 numéro spécial dans MVA (12 papiers) - Juillet 2014. Faire émerger des approches nouvelles dans le domaine. 2 1 livre (handbook) avec CRC Press (25 Chapitres) - Juillet 2014. Regroupement des travaux des équipes leaders sur la dernière décennie. Accompagné d’un site web avec ressources mises à jour. 1 comité de programme (workshop international) : ARTEMIS 2010 (sous la demande de Jordi Gonzàlez, CVC, Espagne). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 18 / 77
  19. 19. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Rayonnement Scientifique - (2) Aspect service à la communauté scientifique. Relecteur pour des revues internationales : IEEE (PAMI, TIP, etc...), SPRINGER (IJCV, MVA, SVIP, etc...), ELSEVIER (CVIU, IVC, etc...) et IET-CV. 11 (2011), 15 (2012), 36 (2013), 55 (au 01/09/2014) Relecteur pour des conférences internationales : AVSS (3) , ICPR (3), ICIAP (3), ICIP (15) en 2014. Area Chair (méta-relecteur) : IEEE WACV 2015 (sous la demande de Fatih Porikli, NICTA, Australie). Participation à des jurys de thèse : 1 En France (3) : Univ. La Rochelle. 2 Hors France : Univ. Autonoma de Barcelona (Espagne) et Univ. of Utago (Nouvelle-Zélande). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 19 / 77
  20. 20. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Rayonnement Scientifique - (3) Aspect recherche collaborative et capitalisation des connaissances. Site web professionel : Toutes mes activités et mes publications. (https ://sites.google.com/site/thierrybouwmans/) 4 258 visites et 2 584 visiteurs différents (Source Google Analytics au 01/09/2014). Background Subtraction Website 1 : Environ 1500 publications recensées et classées + 20 datasets + 70 codes. 29 870 visites et 15 854 visiteurs différents (Source Google Analytics au 01/09/2014). BGSLibrary en C et OpenCV : 35 algorithmes de background subtraction (A. Sobral, 2012). LRSLibrary en Matlab : 70 algorithmes RPCA et tenseurs (A. Sobral, 2014). 1. https://sites.google.com/site/backgroundsubtraction/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 20 / 77
  21. 21. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. Activités de recherche Publications/ Diffusion des travaux Disponibles sur HAL et sur les réseaux sociaux "Recherche" Academia, Research Gate, Science Stage et Publication List. Catégorie Nombre Editorial 2 Chapitre de livre 6 Journaux internationaux 7 Conférences internationales 26 Total 41 Publications par type. All Since 2009 Citations 625 590 h-index 11 10 i10-index 12 11 Indices bibliométriques. (Source Google Scholar au 01/09/2014.) 6 sites web accompagnant chacune des approches développées avec les codes correspondants. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 21 / 77
  22. 22. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 22 / 77
  23. 23. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. De l’intérêt des méthodes de soustraction de fond Détection d’objets mobiles dans des vidéos acquises par des caméras fixes. 1 Multitudes d’applications : Vidéo surveillance intelligente (activités humaines, animales, protection d’environnement naturel), capture de mouvement optique, interaction Homme-Machine, codage et transmission vidéo, etc.. 2 Première étape avant suivi, reconnaissance ou reconstruction 3D de l’objet mobile. 3 Objets divers de formes, de couleurs et de textures très variées. 4 Scènes diverses d’intérieurs ou d’extérieurs avec une grande diversité d’environnements et de conditions d’éclairage. Multitude de challenges et de méthodes dans la littérature (plus de 1500 papiers recensés). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 23 / 77
  24. 24. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Challenges Problématiques applicatives (1) - Caractéristiques et contraintes visuelles. Bruit, ajustement des paramètres de la caméra, vibration de la caméra, variations lumineuses, fond peu visible ou pas, camouflage en couleur, trous dans l’objet mobile, objet du fond déplacé ou inséré, fonds dynamiques, reprise ou arrêt d’un objet mobile, taille des objets mobiles et ombres. Fausses détections (fonds dynamiques). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 24 / 77
  25. 25. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Processus Commun. Problématiques applicatives (2) - Caractéristiques et contraintes algorithmiques. Autres points clés : Caractéristiques (descripteurs) : Couleur, texture,.... Stratégies : Multi-caractéristiques, multi-échelles, .... Contraintes de temps-réel et d’encombrement mémoire limité. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 25 / 77
  26. 26. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Historique. Evolution du domaine. 1990-1999 : Différence consécutive entre deux voire trois images, ou modélisation du fond par moyenne, médiane et histogramme temporel. Capacité de calcul limitée des ordinateurs. 2000-2005 : Modélisations plus élaborées avec les modèles statistiques comme les MOG (255), KDE (90) et PCA (30). Puis apparition des modèles flous [Zhang et Xu (2006)][El Baf et al. (2008)] (51), des modèles par ACP robustes [Candès et al. (2009)] (190), et des modèles à bases de tenseurs [Wu et al. (2011)] (10). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 26 / 77
  27. 27. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Contexte. Constat et analyse du domaine en 2005. 1 Manque d’un cadre commun : Développées dans des contextes différents, les méthodes n’étaient pas systématiquement explicitées et abordées de façon optimale avec le même formalisme. 2 Manque de progrès scientifique : Recherches seulement sur les modèles (MOG, KDE et PCA), et les autres modèles étaient souvent peu ou pas examinés. 3 Manque d’une base de données commune suffisamment large pour couvrir tous les challenges possibles et possédant la vérité-terrain pour toutes les images de chaque séquence. Depuis 2012, ChangeDetection.net (2012 et 2014) et BMC 2012 (BMC 2014). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 27 / 77
  28. 28. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. États de l’art. Contribution structurante dans le domaine. Classification originale des méthodes suivant le modèle mathématique utilisé. Différents états de l’art portant sur : 1 Toutes les catégories de modèles : Revue sur plus de 330 papiers (1) Tous les modèles [COSREV 2014] [Handbook CRC Press 2014 Chapter 1 et 2] 2 Une catégorie de modèles : (2) Modèles flous (50) sous la demande de Lucia Maddalena (ICAR, Italie) [Handbook 2012 Chapter 5], (3) décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse (190) [en rédaction], (4) modèles statistiques (360) [RPCS 2011][Handbook 2010 Chapter 3]. 3 Une sous-catégorie de modèles : (5) Mélange de Gaussiennes (250) [RPCS 2008], (6) réduction de dimension (60) [RPCS 2009], (7) ACP robustes (70) [CVIU 2014][INTECH 2012]. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 28 / 77
  29. 29. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 29 / 77
  30. 30. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approches fondées sur les concepts flous Prise en compte de l’imprécision et de l’incertitude. Travaux de thèse de Fida El Baf (2005-2009). Directeur de thèse : Bertrand Vachon (10%). Encadrant Scientifique : Thierry Bouwmans (90%). Modélisation floue du fond [ISVC 2008][OTCBVS 2009]. Classification floue des pixels en fond/objets mobiles [WIAMIS 2008][FUZZ-IEEE 2008][OTCBVS 2008]. Mise à jour adaptive floue de l’image du fond [ICIP 2008]. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 30 / 77
  31. 31. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Modélisation floue du fond. Publication [ISVC 2012] Estimation des paramètres des MOG peut être faussée à cause de données manquantes ou du bruit. Approche proposée : Introduction d’un facteur d’incertitude sur la moyenne et la variance pour les MOG par les ensembles flous de Type-2 proposée par Zheng et al. (2008). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 31 / 77
  32. 32. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Modélisation floue du fond. Publication [ISVC 2012] Distribution des mélanges de Gaussiennes floues : 1 Incertitude autour de la moyenne (T2F-MOG-UM) : η (Xt , ˜µ, ) = 1 (2π) 3 2 | | 1 2 c∈{R,V,B} exp − 1 2 Xt,c − ˜µc σc 2 avec ˜µc ∈ µc , µc 2 Incertitude autour de la variance (T2F-MOG-UV) : η Xt , µ, ˜ = 1 (2π) 3 2 | | 1 2 c∈{R,V,B} exp − 1 2 Xt,c − µc ˜σc 2 avec ˜σc ∈ [σc, σc] Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 32 / 77
  33. 33. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Modélisation floue du fond. Publication [ISVC 2012] Les facteurs km et kν déterminent les intervalles dans lesquelles les paramètres du mélange de gaussiennes varient : µ = µ − kmσ, µ = µ + kmσ, km ∈ [0, 3] , (1) σ = kνσ, σ = 1 kν σ, kν ∈ [0.3, 1] . (2) car 99% des données sont dans l’intervalle [µ − 3σ, µ + 3σ]. Résultats optimaux pour les valeurs (expérimentales) : km = 2 et kv = 0.9. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 33 / 77
  34. 34. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Modélisation floue du fond. Publication [ISVC 2012] Classification Fond/Objets Mobiles La longueur H (X) = ln (h (X)) − ln h (X) qui décrit l’incertitude de l’entrée X au T2-EF. H minimum quand incertitude minimale. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 34 / 77
  35. 35. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Modélisation floue du fond. Publication [ISVC 2012] Test de correspondance d’appartenance aux Gaussiennes H (Xt ) < kσ où k = 2.5 est un seuil constant déterminé expérimentalement. Mise à jour des Gaussiennes floues Processus identique aux MOG de Stauffer et Grimson (1999). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 35 / 77
  36. 36. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Classification floue des pixels en fond/objet. Publication [FUZZ-IEEE 2008] Combinaison de résultats venant de différentes caractéristiques (Couleur, contour, texture, mouvement, stéréoscopique). Approches traditionnelles : "OU" ou "ET" logique, moyenne, etc... Première approche floue proposée par Zhang et Xu (2006) avec l’intégrale de Sugeno (Echelle ordinale). Agrégation non linéaire de tous les résultats et prise en compte de la fiabilité de la source. Approche proposée : Agrégation avec l’intégrale de Choquet (Echelle cardinale) car les pixels n’ont pas de relation d’ordre entre eux mais plutôt une relation d’ensemble. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 36 / 77
  37. 37. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Classification floue des pixels en fond/objet. Publication [FUZZ-IEEE 2008] Agrégation de caractéristiques couleur et texture avec l’intégrale de Choquet (Cµ (x, y)) pour plus de robustesse aux variations lumineuses. Couleur : RGB, HSV, YCrCb, Ohta, etc.. Texture : LBP, STLBP, ELBP, etc... Classification des pixels : Si Cµ (x, y) < T alors pixel (x, y) est classé en "objet mobile". T est un seuil fixe. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 37 / 77
  38. 38. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Mise à jour adaptive floue de l’image du fond. Publication [ICIP 2008] 1 Mise à jour non sélective (Blind update) : Bt+1 (x, y) = (1 − α) Bt (x, y) + αIt (x, y) (3) où α est un coefficient d’apprentissage compris entre 0 et 1. Pollution par les pixels "objets mobiles" ! 2 Mise à jour sélective (Selective update) : Bt+1 (x, y) = (1 − α) Bt (x, y) + αIt (x, y) (4) si pixel (x, y) ∈ Fond Bt+1 (x, y) = Bt (x, y) si pixel (x, y) ∈ Objets Mobiles Décision binaire. Si fausse classification, fausse détection renforcée ! Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 38 / 77
  39. 39. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Mise à jour adaptive floue de l’image du fond. Publication [ICIP 2008] Approche proposée : Mise à jour adaptive suivant le degré de classification à la classe "fond" ou "objets mobiles" en utilisant le résultat de l’intégrale de Choquet comme suit : Bt+1 (x, y) = µF Bt (x, y) + (5) µB ((1 − α) Bt (x, y) + αIt (x, y)) où µF = 1 − µB. µF et µB sont les degrés d’appartenance du pixel (x, y) aux classes fond/objets mobiles. µB est une fonction de la valeur de Cµ (x, y) avec : µB = 1 pour Max (Cµ (x, y)) µB = 0 pour Min (Cµ (x, y)) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 39 / 77
  40. 40. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Concepts flous : quelques résultats qualitatifs. Evaluation sur la base de données I2R. Plus de résultats sur le site T2FMOG 2 . Image Originale MOG Stauffer T2-FMOG-UM T2-FMOG-UV (1999) El Baf et al.(2008) El Baf et al. (2008) Cas de vibrations de la caméra - moins de faux positifs. 2. http://sites.google.com/site/t2fmog/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 40 / 77
  41. 41. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Concepts flous : quelques résultats qualitatifs. Evaluation sur la base de donnée PETS 2006 et Wallflower disponible à l’époque. Plus de résultats sur le site Fuzzy Foreground Detection 3 et Fuzzy Background Maintenance. Image Originale Vérité terrain Sugeno-Ohta Choquet-YCrCb Xu et Zhang (2006) El Baf et al. (2008) 1) Classification floue - Silhouettes mieux détectées, moins de faux positifs Image Originale Vérité terrain Selective Adaptative floue 2) Mise à jour floue - Silhouette mieux détectée (tête). 3. http://sites.google.com/site/fuzzyforegrounddetection/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 41 / 77
  42. 42. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Concepts flous : quelques résultats quantitatifs. Modélisation Floue en termes de faux positifs (FP) et faux négatifs (FN). Méthode Type Image Image Image Image Total Moyenne Moyenne d’erreurs d’erreurs 271 373 410 465 d’erreurs d’erreurs sur toute la séquence MOG FN 0 1120 4818 2050 Stauffer et Grimson FP 2093 4124 2782 1589 18576 4644 12512 T2-FMOG-UM FN 0 1414 6043 2520 El Baf et al. FP 203 153 252 46 10631 2657 1400 T2-FMOG-UV FN 0 957 2217 1069 El Baf et al. FP 3069 1081 1119 1158 10670 2667 2624 Classification floue par intégrale de Choquet avec mesure de similarité de Li (2004) (Coefficient de Jacquard). Intégrale Sugeno (Ohta, LBP) Choquet (Ohta, LBP Choquet (HSV, LBP) Choquet (YCrCb, LBP) Zhang et Xu El Baf et al. El Baf et al. El Baf et al. S (A, B) % 27 44 34 46 Evaluation plus complète dans Sobral et Vacavant [CVIU 2014]. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 42 / 77
  43. 43. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Concepts flous : quelques temps de calcul. Implémentations en C avec la librairie OpenCV. Temps de calcul acceptables ou améliorables par implémentation GPU. Algorithme Images par seconde MOG 20 T2-FMOG-UM 11 T2-FMOG-UV 12 "OU" Logique 40 Intégrale de Sugeno 22 Intégrale de Choquet 31 Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 43 / 77
  44. 44. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Concepts flous appliqués à la suppression de fond. Impact scientifique. 51 publications recensées en 2014 dont 15 fondées sur les travaux de thèse de Fida El Baf. 1 Modélisation floue - T2-FMOG (2 papiers) : Utilisation (personne), Champ de Markov. 2 Classification floue - Intégrale de Choquet (11 papiers) : HSI, Texture (ULBP), Mesure de similarité, Fusion de trois caractéristiques (contour, mouvement), utilisation (véhicule) 3 Mise à jour floue (3 papiers) : Utilisation de la règle de mise à jour floue, α déterminé par système d’inférence flou. Perspectives : 1 Toutes les méthodes statistiques avec paramétres peuvent avoir une version floue ! 2 Autres concepts flous : Histogramme flou, filtre estimateur flou, descripteurs flous, post-traitements flous, etc... Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 44 / 77
  45. 45. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 45 / 77
  46. 46. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approches fondées sur les méthodes de réduction reconstructives, discriminatives et mixtes Prise en compte de l’aspect reconstructif versus discriminatif. Travaux de master "Recherche" ERASMUS de Diana Farcas et Cristina Marghes (2009). Encadrant Scientifique : Thierry Bouwmans (100%). État de l’art complet sur les méthodes de réduction [RPCS 2009]. Modélisation/Mise à jour du fond par une méthode discriminative (IMMC) [MVA 2012]. Modélisation/Mise à jour du fond du fond par une méthode mixte (IPCA-LDA) [IPCV 2012]. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 46 / 77
  47. 47. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approches fondées sur des méthodes de réduction de dimension reconstructive. Publication [RPCS 2009] Réduction de dimension reconstructive : Analyse en composantes principales (ACP), analyse en composantes indépendantes (ACI) et IRT sont les plus utilisées. Hypothèse : Information principale contenue dans la séquence d’apprentissage correspond au fond et les objets mobiles ont une contribution faible. Hypothèse vérifiée que si les objets mobiles sont petits ou loins de la caméra. Aspect non supervisé (initialisation avan./inconv.) et beaucoup de versions incrémentales (mise à jour). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 47 / 77
  48. 48. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approche fondée sur une réduction de dimension discriminative Publication [MVA 2012] Réduction de dimension discriminative : Analyse discriminante linéaire (ADL) est la plus utilisée. Avantages : 1 Plus efficace et donne de meilleurs résultats sur les aspects classification. 2 Initialisation supervisée robuste de l’image de fond. Inconvénients : 1 Aspect supervisé (vérité-terrain nécessaire à l’initialisation) 2 Peu ou pas de versions incrémentales (mise à jour) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 48 / 77
  49. 49. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approche fondée sur une réduction de dimension discriminative Publication [MVA 2012] Réduction de dimension (ADL) par Incremental Maximum Margin Criterion (IMMC) développée par Yan et al. (2004). 1 Matrice inter-classe : Sb = c i=1 pi (mi − m)(mi − m)T (6) 2 Matrice intra-classe : Sw = c i=1 pi E(ui − mi )(ui − mi )T (7) c nombre de classes, m moyenne sur toutes les données, mi moyenne sur les données appartennant à la classe i, pi probabilité a priori d’une donnée d’appartenir à la classe i. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 49 / 77
  50. 50. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approche fondée sur une réduction de dimension discriminative Publication [MVA 2012] Minimisation de la fonction suivante : J(W) = WT (Sb − Sw )W (8) où W est obtenue en résolvant la décomposition en vecteurs propres (Sb − Sw )w = λw. Mise à jour incrémentale des p premières valeurs et p premiers vecteurs propres. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 50 / 77
  51. 51. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approche fondée sur une réduction de dimension discriminative Publication [MVA 2012] Classification des pixels comme suit : Mt (x, y) = 1, si d (It (x, y), Bt (x, y)) > T 0, sinon (9) où It (x, y), Bt (x, y) et Mt (x, y) sont l’image courante, l’image de fond et le masque des objets mobiles à l’instant t. T est un seuil constant déterminé expérimentalement. d(., .) est une distance. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 51 / 77
  52. 52. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Approche fondée sur une réduction de dimension mixte. Publication [IPCV 2012] Combiner les avantages complémentaires des méthodes reconstructives et discriminatives (Algorithme IPCA-LDA). Modélisation du fond par une méthode reconstructive (ACP) : p premiers vecteurs (fond). Information discriminative dans les (c − 1) vecteurs additionnels (LDA) avec c = 2 au moins. Mise à jour de la structure mixte : 1 IPCA pour la partie reconstructive. 2 ILDA pour la partie discriminative. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 52 / 77
  53. 53. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Réduction de dimension discriminative et mixte : quelques résultats qualitatifs. Evaluation sur la base de donnée Wallflower disponible à l’époque. Plus de résultats sur le site IMMC Foreground Detection 5 . IMMC et IPCA-LDA - Silhouettes mieux détectées 5. http://sites.google.com/site/immcforegrounddetection/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 53 / 77
  54. 54. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Réduction de dimension discriminative et mixte : quelques résultats quantitatifs. Evaluation sur la base de donnée Wallflower disponible à l’époque. Plus de résultats sur le site IMMC Foreground Detection 5 . Challenges Type MO TD LS WT C B FA Total Algorithmes Erreurs Errors (TE) SG False neg 0 949 1857 3110 4101 2215 3464 Wren et al. (1998) False pos 0 535 15123 357 2040 92 1290 35133 MOG False neg 0 1008 1633 1323 398 1874 2442 Stauffer et al. (1999) False pos 0 20 14169 341 3098 217 530 27053 KDE False neg 0 1298 760 170 238 1755 2413 Elgammal et al. (2000) False pos 0 125 14153 589 3392 933 624 26450 PCA False neg 0 879 962 1027 350 304 2441 Oliver et al. (1999) False pos 1065 16 362 2057 1548 6129 537 17677 IMMC (30) False neg 0 1336 2707 4307 1169 2677 2640 Farcas et al. (MVA 2012) False pos 0 11 16 6 136 506 203 15714 IMMC (100) False neg 0 626 711 4106 1167 2175 2320 Farcas et al. (MVA 2012) False pos 0 10 15 5 135 503 201 11974 IPCA-LDA False neg 0 443 1107 1426 922 2380 2025 Marghes et al. (IPCV 2012) False pos 0 103 49 958 204 142 576 10335 5. http://sites.google.com/site/immcforegrounddetection/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 54 / 77
  55. 55. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Réduction de dimension discriminative et mixte : quelques temps de calcul - perspectives. Temps de calcul en fps (Implémentation en C) : 1 Modèles Gaussiens : SG (71 fps), MOG (33 fps), KDE (11 fps). 2 Modèles reconstructifs : PCA (3 fps), IRT (5 fps). 3 Modèles discriminatifs et mixtes : IMMC (7 fps), IPCA-LDA (9 fps). Perspectives : 1 Seuillage adaptatif [Xu et al. OE 2008]. 2 Régularisation par champ de Markov. 3 Implémentation temps réel sur carte graphique (GPU). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 55 / 77
  56. 56. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Plan de la Présentation 1 Partie Curriculum Vitae Parcours universitaire/professionel. Activités d’enseignements. Activités de recherche. 2 Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. 3 Conclusions/Perspectives Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 56 / 77
  57. 57. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Prise en compte de l’aspect rang faible et parcimonieux. Travaux de thèse de Charles Guyon (2010-2014). Directeur de thèse : El-Hadi Zahzah (50%). Encadrant Scientifique : Thierry Bouwmans (50%). État de l’art complet sur les méthodes de décomposition et validation [CVIU 2014][ICIP 2012][ICIAR 2012][ISCV 2012]. ACP robuste via Iterative Reweighted Least Squares [ISVC 2012][ICPR 2012][ACCV-BMC 2012]. ACP robuste polynomiale non linéaire [en rédaction]. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 57 / 77
  58. 58. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Principe. ACP employée par Oliver et al. (1999) : Pas robuste aux données aberrantes (outliers). ACP robuste par Candes et al. (2009) : Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. La matrice observation A est ainsi décomposée comme suit : A = L + S (10) où L est une matrice de rang faible et S est une matrice parcimonieuse contenant une faible partie de ces coefficients qui sont non nuls. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 58 / 77
  59. 59. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Illustration sur la séparation Fond/Objets Mobiles. FIGURE: Décomposition (Source : University of Illinois 6 ) FIGURE: Application à la séparation fond/objets mobiles. 6. http://perception.csl.illinois.edu/matrix-rank/home.html Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 59 / 77
  60. 60. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Adéquation avec l’application de séparation Fond/Objets Mobiles. Outliers considérés comme bruit avec répartition uniforme mais pas le cas des objets mobiles qui sont localisés. Temps de calcul et occupation mémoire importants. Seuls des résultats visuels fournis et pas d’évaluation quantitative comme dans la communauté "background modeling". Pas de prise en compte des aspects spatio-temporels. Pas temps-réel. Pour 200 images, 40 minutes ! Pas incrémentale pour la mise à jour mais seulement algorithme de type "Batch". Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 60 / 77
  61. 61. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. État de l’art et évaluation [CVIU 2014]. Vrai engouement de la communauté ACP robuste et de celle de la soustraction de fond. Ouverture vers d’autres méthodes que les MOG et KDE. Notre contribution : État de l’art sur plus de 70 articles portant sur l’ACP robuste [CVIU 2014]. Evaluation de 19 algorithmes sur la base de données BMC 2012 [CVIU 2014]. Performance et robustesse meilleure que les MOG mais pas d’algorithmes à la fois incrémental et temps réel. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 61 / 77
  62. 62. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robuste par Iteratively Reweighted Least Square (IRLS). Publications [ISVC 2012][ICPR 2012][ACCV-BMC 2012] Ajout d’un troisième terme pour modéliser le bruit. Ajout de la contrainte spatiale lors de la minimisation. Problème de minimisation avec A matrice dictionnaire et b vecteur colonne : argmin x ||Ax − b||α + µ||grad(s)φ(E)||1, E = |b − Ax| (11) où grad(s) est le gradient spatial. L’erreur doit avoir une forme connexe. Minimisée par la mesure de Variation Totale. Problème convexe pour α > 1 résolu par l’algorithme IRLS. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 62 / 77
  63. 63. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robuste polynomiale non-linéaire. Publication [en rédaction] Prise en compte des effets non linéaires locaux dans le voisinage des pixels. Variations lumineuses soudaines, variations des paramètres de la caméra (auto-ajustements) et bruit lors de l’acquisition. Aspect additif de certaines variations et aspect multiplicatif d’autres variations. Norme mixte ||.||α,β et l’algorithme IRLS. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 63 / 77
  64. 64. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robuste polynomiale non-linéaire. Publication [en rédaction] Problème de minimisation formulée comme suit : min B,C rank(φ(B)C) + λ||S|| s.t. A = BC + S det(CC ) = 1 (12) φ() est une fonction non linéaire de Rp à Rq avec p < q. L’algorithme IRLS est utilisé pour minimiser de façon alternative cette équation pour obtenir les matrices φ(B) et C. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 64 / 77
  65. 65. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robustes : quelques résultats qualitatifs. Evaluation sur la base de données ChangeDetection.net 2012. Vidéos réelles. Plus de résultats sur le site RPCA Foreground Detection 6. Image originale, vérité terrain, RPCA-BPCP, RPCA-PCP (LADMAP), RPCA-PCP(LSADM), GRASTA et RPCA-IRLS Guyon et al. (2012). Application à la séparation fond/objets mobiles - moins de faux positifs. 6. http://sites.google.com/site/rpcaforegrounddetection/ Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 65 / 77
  66. 66. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robustes : quelques résultats quantitatifs. Evaluation sur la base de données BMC 2012 (F-mesure). Vidéos réelles. Méthodes Algorithmes Mesures Vidéos réelles Moyenne 001 002 003 004 005 006 007 008 009 RPCA-PCP EALM Recall 0.723 0.765 0.878 0.839 0.660 0.800 0.739 0.670 0.748 - Candès et al. Lin et al. Precision 0.554 0.855 0.958 0.844 0.543 0.729 0.899 0.728 0.965 - F-mesure 0.628 0.807 0.916 0.842 0.596 0.763 0.811 0.698 0.843 0.697 IALM Recall 0.847 0.664 0.909 0.840 0.785 0.792 0.583 0.767 0.856 - Lin et al. Precision 0.735 0.873 0.947 0.827 0.632 0.793 0.833 0.781 0.957 - F-mesure 0.787 0.754 0.928 0.833 0.701 0.792 0.686 0.774 0.904 0.794 ADM Recall 0.840 0.653 0.886 0.831 0.780 0.790 0.577 0.758 0.863 - (LRSD)Yuan and Yang Precision 0.751 0.876 0.946 0.820 0.633 0.782 0.828 0.781 0.952 - F-mesure 0.793 0.749 0.915 0.825 0.699 0.786 0.680 0.769 0.906 0.791 LADMAP Recall 0.840 0.671 0.887 0.831 0.774 0.794 0.573 0.754 0.863 - Lin et al. Precision 0.751 0.865 0.945 0.818 0.634 0.782 0.840 0.791 0.952 - F-mesure 0.793 0.756 0.915 0.824 0.697 0.788 0.681 0.772 0.906 0.792 BLWS Recall 0.726 0.767 0.842 0.811 0.688 0.805 0.752 0.676 0.705 - Lin and Wei Precision 0.549 0.846 0.963 0.835 0.528 0.714 0.898 0.635 0.959 - F-mesure 0.625 0.805 0.899 0.823 0.598 0.757 0.818 0.655 0.812 0.839 RPCA-SPCP NSA Recall 0.838 0.765 0.934 0.875 0.660 0.805 0.599 0.771 0.748 - Zhou et al. Aybat et al. Precision 0.664 0.855 0.951 0.877 0.543 0.805 0.843 0.781 0.965 - F-mesure 0.741 0.807 0.942 0.876 0.596 0.805 0.700 0.776 0.843 0.787 RPCA-QPCP TFOCS Recall 0.840 0.655 0.900 0.843 0.793 0.795 0.585 0.763 0.856 - Becker et al. Becker et al. Precision 0.736 0.879 0.948 0.823 0.633 0.792 0.833 0.795 0.956 - F-mesure 0.785 0.751 0.923 0.833 0.704 0.793 0.687 0.779 0.904 0.794 RPCA-BPCP ALM Recall 0.723 0.765 0.878 0.839 0.660 0.800 0.749 0.670 0.748 - Tang and Nehorai Tang and Nehorai Precision 0.554 0.855 0.958 0.844 0.543 0.729 0.900 0.728 0.965 - F-mesure 0.628 0.807 0.916 0.842 0.596 0.763 0.817 0.698 0.843 0.767 ACP robuste via IRLS spatiale et temporelle IRLS Recall 0.913 0.878 0.965 0.955 0.910 0.900 0.911 0.865 0.930 - Guyon et al. [ACCV 2012] Guyon et al. Precision 0.717 0.865 0.812 0.718 0.558 0.772 0.840 0.671 0.823 - F-mesure 0.803 0.872 0.882 0.820 0.692 0.831 0.874 0.755 0.874 0.822 ACP robuste polynomiale IRLS Recall 0.821 0.649 0.903 0.835 0.781 0.801 0.583 0.756 0.835 - Guyon et al. [En rédaction] Guyon et al. Precision 0.668 0.851 0.949 0.825 0.626 0.796 0.823 0.775 0.956 - F-mesure 0.737 0.737 0.925 0.830 0.695 0.798 0.682 0.765 0.892 0.784 BLWS : 0.839, ACP-IRLS : 0.822, ACP polynomiale : 0.784. ACP robuste via IRLS spatiale et temporelle (second score) mieux que RPCA-BPCP. ACP robuste polynomiale (score moyen). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 66 / 77
  67. 67. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Problèmatique des méthodes de soustraction de fond. Approches fondées sur les concepts flous. Réduction de dimension discriminative et mixte. Décomposition en matrices de rang faible et parcimonieuse. ACP robustes : quelques temps de calcul - perspectives Temps de calcul en fps (Implémentation en C) : en cours dans la thèse de Charles Guyon. Impact scientifique : 1 Total Variation Regularized RPCA (IEEE T-Cybernetics), 1 spatial RPCA (IEEE TIP). Perspectives : 1 ACP robustes, suivi de sous-espaces, et minimisation en rang faible : Plus de 190 articles depuis 2009 et recensés à ce jour. 2 État de l’art et évaluation complète de plus de 30 algorithmes. 3 Version temps-réel et incrémentale ACP robuste via IRLS et ACP robuste polynomiale. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 67 / 77
  68. 68. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Conclusions Contributions scientifiques - Partie 1 Trois nouvelles approches proposées dans le domaine lors d’encadrement de thèses/masters "recherche" : 1 Approche fondée sur les concepts flous : 1) Modélisation Type-2 FMOG , 2) Classification avec l’intégrale de Choquet et 3) Mise à jour adaptive floue. (1 Chapitre, 1 Journal, 9 Conférences) 2 Approche de réduction discriminative et mixte : 1) Initialisation robuste du fond et 2) Mise à jour incrémentale du fond. (1 Journal, 3 Conférences) 3 Approche par ACP robuste : 1) Evaluation exhaustive, 2) ACP robuste via IRLS et 3) ACP robuste polynomiale non-linéaire. (1 Chapitre, 6 Conférences) Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 68 / 77
  69. 69. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Conclusions Contributions scientifiques - Partie 2 Trois nouvelles approches proposées dans le domaine lors d’encadrement de thèses/masters "recherche" : Plus robustes aux principaux challenges (que les MOG) : Fonds dynamiques, variations lumineuses, bootstrapping, taille des objets,... Impact scientifique : Approches floues (15) et RPCA (2). Applications dans des projets : 1 Projet Aqu@thèque (El Baf et al. [FUZZ-IEEE 2008]). 2 Détection de personnes (Alimi et al. [SoCPaR 2014]). 3 Détection de véhicules (Lu et al. [FUZZ-IEEE 2014]). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 69 / 77
  70. 70. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Conclusions Rayonnement scientifique Activités structurantes dans le domaine : 1 11 états de l’art (5 Chapitres, 6 Journaux) portant sur environ 1500 articles. Plus de 150 méthodes classées en catégories et sous-catégories par type de modèles employés. 2 Numéro spécial (MVA) avec 12 articles. Background Modeling for Foreground Detection in real-world dynamic scenes" avec J. Gonzalez, C. Shan, M. Piccardi et J. Davis. 3 Livre (Handbook-CRC Press) avec 25 chapitres (600 pages). "Background Modeling and Foreground Detection for Video Surveillance" avec F. Porikli, B. Höferlin et A. Vacavant. 4 Site de réference Background Subtraction Website. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 70 / 77
  71. 71. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives à court/moyen terme Domaine des méthodes de suppression de fond. A la poursuite de la méthode "idéale"... Initialisation du fond peu étudiée (Cas fond peu visible dans les séquences courtes). Modélisation à base de tenseurs (Thèse Andrews Sobral). (1 Chapitre, 2 Conférences) + 2 librairies (BGS et LRS) Sélection de caractéristiques (Thèse Carolina Pacheco E. Da Silva). (1 Conférence en soumission) Méthode "idéale" : Plusieurs modèles puis sélection du modèle adapté aux challenges détectés. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 71 / 77
  72. 72. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives à court/moyen terme Activités structurantes. Proposition Workshop à ICCV 2015. "When robust subspace learning meet background modeling" avec B. Wohlberg (Los Alamos University, USA), J. Wright (Columbia University, USA) et N. Vaswani (Iowa State University, USA). Rencontres 2 communautés. Livre complet sur la modélisation de fond (WSPC Computer Vision Series, 2016). "Background Subtraction for Moving Object Detection : Theory and Practices" avec A. Sobral et E. Zahzah. Livre pédagogique complet. Livre (Handbook) sur ACP robustes (25 chapitres, CRC Press, 2015). "Robust Decomposition in Low Rank and Sparse Matrices in its application in Image and Video Processing" avec N. Aybat (Pennsylvania State University, USA) et E. Zahzah. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 72 / 77
  73. 73. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives à moyen/long terme Recherche scientifique Cas des caméras fixes : Systèmes multi-capteurs (caméra couleur, caméra IR et caméra RGB-D). Informations exogènes (position GPS, conditions climatiques) Informations contextuelles (forme et/ou couleur). Extension au cas des caméras mobiles : Caméras embarquées (automobile, etc...), smartphone, etc... Compensation de mouvement, reconstruction d’image de fond panoramique, approche géométrique (stéréovision). Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 73 / 77
  74. 74. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives à moyen/long terme Collaborations internationales CVC, Universitat Autònoma de Barcelona, Espagne avec Jordi Gonzàlez (Professeur associé) A. Sobral (ACI 3 mois en 2014), C. Pacheco (ACI 3 mois en 2015) - Etude du comportement (ACP robustes, Descripteurs). Kyungpook National University (KNU), Corée du sud avec Sajid Javed (Doctorant) et Soon Ki Jung (Professeur). co-encadrement de thèse en cours (1 publication commune ACCV 2014) - Suppression de fond par ACP robustes. Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, Colombie avec Santiago Giraldo (Doctorant), Andres Alvarez (Professeur associé) et Cesar Castellanos Dominguez (Professeur, Directeur de "Grupo de Control y Procesamiento Digital de Señales"). Projet "Universal Background Subtraction" déposé à COLCIENCIAS (Agence pour la recherche en Colombie). Possibilité co-encadrement de thèse. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 74 / 77
  75. 75. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Remerciements Merci pour votre attention ! ! ! Thank you ! Muchas gracias por venir ! Obrigado ! Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 75 / 77
  76. 76. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives Pour questions. Système multi-modèles : Détection du type de challenges et sélection du modèle approprié. Modèles Fonds dynamiques Variations lumineuses MOG oui - T2F-MOG oui - ACP robustes - oui TABLE: Performance suivant les challenges. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 76 / 77
  77. 77. Partie Curriculum Vitae Partie Recherche (Contributions Scientifiques) Conclusions/Perspectives Perspectives Pour questions. Systéme multi-caractéristiques (multi-descripteurs) : Détection du type de challenges et sélection de la caractéristique appropriée. Caractéristiques Fonds dynamiques Variations lumineuses Couleur oui - Texture oui - Stéreoscopique - oui Contours - oui Mouvement oui - TABLE: Performance suivant les challenges. Thierry BOUWMANS Habilitation à Diriger des Recherches 14/11/2014 77 / 77

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