Optimisation des réseaux de neurones par l`AIS pour le traitement

Université des sciences et de la technologie d'Oran Mohamed Boudiaf
Faculté de mathématique et informatique
Département d’informatique
Mémoire présenté par:
NOUICER Imene Eps. MADJOUB
Pour l'obtention du diplôme de MAGISTER
Thème:
Optimisation des réseaux de neurones par l’AIS
pour le traitement des données optiques
Soutenu publiquement le: 19 / 01 / 2014 (à 14h00 la salle des soutenances)
Devant le jury:
Président
Mr BENYETTOU Abdelkader
Professeur
USTO(MB)
Rapporteur
Mme FIZAZI Hadria
professeur
USTO(MB)
Examinateur
Mr BELKADI Khaled
Maitre de conférences
USTO(MB)
Examinatrice
Mme CHOURAQUI Samira
Maitre de conférences
USTO(MB)
Examinateur
Mr YOUCEFI Djaffar
Chargé de recherche
C.T.S (ARZEW)
Spécialité: Informatique
Option : Télédétection, Analyse et
Traitement Informatique des
Données Spatiales

Table des matières
Introduction générale
Chapitre I :Télédétection et classification
1. Introduction .................................................................................................. 3
2. Définition de la télédétection ....................................................................... 3
3. Terme Essentielles En Télédétection ........................................................... 3
3.1. Capteurs .............................................................................................................. 3
3.2. Image ................................................................................................................... 4
3.3. Image numérique ................................................................................................ 4
3.4. Image multi spectrale ......................................................................................... 4
3.5. Pixel ..................................................................................................................... 4
3.6. Source .................................................................................................................. 4
4. Principe de la télédétection .......................................................................... 4
4.1. La source d’énergie ............................................................................................ 5
4.2. La cible ................................................................................................................ 5
4.3. Le vecteur ............................................................................................................ 5
5. Le processus de la télédétection ................................................................... 5
5.1. Emission d’un rayonnement .............................................................................. 5
5.2. Interaction avec l’atmosphère ........................................................................... 5
5.3. Interaction avec la cible ..................................................................................... 6
5.4. Enregistrement de l’énergie par le capteur ..................................................... 6
5.5. Transmission de l’énergie .................................................................................. 6
5.6. Interprétation et analyse .................................................................................... 6
5.7. Application .......................................................................................................... 6
6. Le rayonnement électromagnétique ............................................................ 7
6.1. Définition ............................................................................................................. 7
6.2. Le champ électrique (E) ..................................................................................... 7
6.3. Le champ magnétique (M) ................................................................................ 7
6.4. Les caractéristiques du REM ............................................................................ 7
6.5. Propriétés des rayonnements électromagnétique ............................................ 8
7. Le spectre électromagnétique..................................................................... 10
8. La signature spectrale ................................................................................ 12
9. Type des Systèmes d’acquisition ................................................................ 12
9.1. Télédétection passive (visible, infrarouge) ..................................................... 12
9.2. Télédétection passive (infrarouge et micro-onde) ......................................... 12
9.3. Télédétection actif ............................................................................................ 13
10. Les satellites ................................................................................................ 13
10.1. Satellite géostationnaire ................................................................................... 13
10.2. Satellite héliosynchrone ................................................................................... 14

11. Données optiques ........................................................................................ 16
12. Image satellitaire ........................................................................................ 17
12.1. Caractéristique des images satellitaires ......................................................... 17
13. Prétraitement .............................................................................................. 19
13.1. Réduction de bruit ............................................................................................ 19
13.2. Rehaussement ................................................................................................... 20
13.3. Transformation de l’image .............................................................................. 20
14. Traitement ................................................................................................... 20
14.1. Segmentation ..................................................................................................... 20
14.2. Classification ..................................................................................................... 20
15. Conclusion .................................................................................................. 21
Chapitre II : Les réseaux de neurones
1. Introduction ................................................................................................ 22
2. Le modèle neurophysiologique .................................................................. 22
3. Le modèle mathématique ........................................................................... 23
4. Structures d'interconnexion ...................................................................... 25
4.1. Réseau multicouches ........................................................................................ 25
4.2. Réseau à connexions locales ............................................................................ 26
4.3. Réseau à connexions récurrentes .................................................................... 26
4.4. Réseau à connexion complète .......................................................................... 27
5. Apprentissage.............................................................................................. 27
5.1. Notion d’apprentissage .................................................................................... 27
5.2. Apprentissage supervisé .................................................................................. 27
5.3. Apprentissage non supervisée ......................................................................... 28
5.4. Les règles d’apprentissage ............................................................................... 28
6. Généralisation ............................................................................................ 29
7. Le modèle MLP .......................................................................................... 29
7.1. Algorithme du MLP ......................................................................................... 30
7.2. Domaine d’application ..................................................................................... 32
8. Conclusion .................................................................................................. 32
Chapitre III : Les systèmes immunitaires
1. Introduction ................................................................................................ 33
2. Système immunitaire naturel ..................................................................... 34
2.1. Immunité naturelle ........................................................................................... 34
2.2. Définition d’antigène ........................................................................................ 34
2.3. Composant du système immunitaire naturel ................................................. 35
2.4. Fonctionnement ................................................................................................ 38
2.5. Les maladies du système immunitaire ............................................................ 39

3. Le système immunitaire artificiel .............................................................. 40
3.1. Les notions de bases du système immunitaire artificiel ................................ 40
3.2. Les algorithmes du système immunitaire artificiel ....................................... 42
4. Conclusion .................................................................................................. 51
Chapitre IV : Conception et Implémentations
1. Introduction ................................................................................................ 52
2. Ressource et matériels utilisées ................................................................. 52
3. Données expérimentale .............................................................................. 52
4. Approche hybride proposé ......................................................................... 53
4.1. Introduction ...................................................................................................... 53
4.2. Population ......................................................................................................... 53
4.3. Mesure d’affinité .............................................................................................. 53
4.4. Le clonage .......................................................................................................... 54
4.5. Mutation ............................................................................................................ 54
4.6. Evaluation de la nouvelle population ............................................................. 55
4.7. Les opérations du MLP : ................................................................................. 55
5. Déroulement de l’algorithme ..................................................................... 56
6. Schéma de l’application ............................................................................. 57
6.1. Chargement des images brutes ....................................................................... 58
6.2. Coloration de l’image ....................................................................................... 58
6.3. Amélioration de l’image ................................................................................... 58
6.4. Échantillonnage ................................................................................................ 58
6.5. L’apprentissage par l’AIS ............................................................................... 58
6.6. L’apprentissage par MLP ............................................................................... 58
6.7. La classification ................................................................................................ 58
7. Application et Résultats .............................................................................. 58
7.1. Influence des paramètres ................................................................................. 60
7.2. Hybridation MLP-AIS ………………………………….……………………63
7.2. Hybridation MLP-CLONCLASS ................................................................... 67
8. Conclusion .................................................................................................. 73
Conclusion générale
Bibliographie

Table des figures et tableaux
Chapitre I : Télédétection et classification
Figure I. 1: Le principe de la télédétection ............................................................................. 5
Figure I. 2: Les étapes du processus de la télédétection ......................................................... 6
Figure I. 3: Le rayonnement électromagnétique .................................................................... 8
Figure I. 4:Interactions du rayonnement électromagnétique avec la matière. (Absorption,
réflexion, transmission)............................................................................................................. 9
Figure I. 5 :Phénomène de réfraction ................................................................................... 10
Figure I. 6: Le spectre électromagnétique ............................................................................ 10
Figure I. 7: La signature spectrale des surfaces naturelles. ................................................ 12
Figure I. 8: Utilisation du rayonnement électromagnétique en télédétection ..................... 13
Figure I. 9: Satellite géostationnaire ..................................................................................... 14
Figure I. 10: Satellite héliosynchrone ................................................................................... 14
Figure I. 11: Résolution spatiale des images du Quickbird (Document Digital Globe 2008) ..... 18
Figure I. 12: Résolution radiométrique des images(Document CCRS/CCT) ...................... 19
Tableau I. 1: Caractéristiques et applications des bandes spectrales du capteur TM. ......... 16
Chapitre II : Les réseaux de neurones
Figure II. 1: Neurone biologique avec son arborisation dendritique [Net 3] ....................... 23
Figure II. 2 : Neurone artificiel .............................................................................................. 24
Figure II. 3: Neurone formel .................................................................................................. 24
Figure II. 4: Différents types de fonctions de transfert pour le neurone artificiel. [1] ........ 25
Figure II. 5: Réseau multicouches ......................................................................................... 25
Figure II. 6: Réseau à connexions locales ............................................................................. 26
Figure II. 7: Réseau à connexions récurrentes ..................................................................... 26
Figure II. 8 : Réseau à connexion complète .......................................................................... 27
Figure II. 9: Apprentissage Supervisé .................................................................................... 28
Figure II. 10: Apprentissage non Supervisé .......................................................................... 28
Figure II. 11: Architecture D’un Perceptron Multicouches avec deux couches cachées. ... 30
Tableau II . 2 :La loi de Hebb ................................................................................................. 29
Tableau II . 3 : La règle de delta ............................................................................................ 29
Chapitre III : Les systèmes immunitaires
Figure III. 1: Les cellules du système immunitaire naturel ................................................. 35
Figure III. 2: Cellule granulocytes ........................................................................................ 35
Figure III. 3: Cellule monocyte.……………………………………………………………36
Figure III. 4: Cellule macrophage ........................................................................................ 36
Figure III. 5: Cellule lymphocyte B ...................................................................................... 36
Figure III. 6: Cellule lymphocyte T ....................................................................................... 36
Figure III. 7 : Structure D’un Anticorps .............................................................................. 37