Fusion de données, un aperçu
Mir Abolfazl Mostafavi
Centre de recherche en géomatique
Université Laval
Automne 2001
Plan de la présentation
• Contexte et problématique
• Définition de fusion
• Sources de données
• Conflits
• Méthodes de fusion
• Applications
• Discussion
Contexte et problématique
• Accroissement du nombre de sources d'information
– Développement de nouveaux capteurs (ex : imagerie
médicale)
– Développements de nouveaux algorithmes
• Besoin en information de haut niveau de précision
• Conditions opérationnelles souvent difficiles
• Délais de réaction de plus en plus courts
Exemples
L'homme dispose d'un système de fusion multicapteur
• Toucher
• Odorat
• Ouïe
• Vue
• Goût
Exemples
Applications militaires : • Détection, identification et suivi de cibles• Surveillance des champs de batailles
Exemples
Applications météorologiques
Définition
La fusion de données constitue un cadre formel dans lequel s’expriment les moyens et techniques permettant l’alliance des données provenant de sources diverses. Elle vise à obtention d’information de plus grande qualité ; La définition de la qualité dépend de l’application.
Information
de grande
qualitéss
ssss Fusion
sources diverses
Termes utilisés
Français Anglais
Fusion
Intégration
couplage
Révision
Agrégation
Mise à jour
Fusion
Merging,
Combination
Integration,
Concatenation
Assimilation
Revision
Updating
La fusion est un sous-ensemble de l’intégration
« intégration totale »
Source d’information
• Capteurs physiques : • Type images : caméra, télémètre, radar, images IRM,
images ultrason,
• Type signaux : température, vitesse, accélération, temps de
vol…
• Capteurs logiques (analogiques ou numériques):• Modules de traitement de signaux
• Modules de traitement d'images
Source d’information (suite)
• Connaissances a priori :
• Objets et leurs caractéristiques
• Scène observée (cartes, atlas,...)
• Règles d'évolution, ...
Architecture de fusion• Niveau de fusion :
– Niveau signal / pixel– Niveau attribut– Niveau objet– Niveau décision
• Choix du formalisme– Probabilité – Possibilité– Évidence – Réseaux de neurones – Autres, ...
53%
20%
19%
8%
signal
décision
attributs
général
33%
23%
18%
15%
11%
flous et possibilités
probabilités
évidence
autres
réseaux de neurones
Avantages et inconvénients• Probabilité :
– Problèmes d'interprétation de la probabilité– Pas de modélisation de la méconnaissance
• Possibilité : – Bien adapté à la modélisation de l'imprécision– Problème de choix d'opérateur de combinaison
• Évidence :– Bonne modélisation de la connaissance– Bonne modélisation de la méconnaissance– Problème d'explosion combinatoire
Méthodologie
Méthodologie pour le développement d'application de fusion
• Bilan des informations:– Connaissances a priori– Mesures
• Définition des objectifs– Rôle de la fusion
• Améliorer la qualité
• Compléter la connaissance
Méthodologie (suite)
• Choix du formalisme– Probabilité, possibilité, évidence, réseaux de neurones,
autres,...
• Gestion adaptée des conflits– Spatiaux– Temporels– Sémantiques
• Utilisation des informations issues de la fusion– Prise de décision– …
Méthodes de fusion
Fusion Méthode générale Technique spécifique
Niveau 1 Association faible FOM (figure of merit)
Filtres de Kalman
Niveau 2 Inférence forte Méthode Bayesienne
Dempster shefer
Réseaux neurones
Niveau 3 Recommandations à l’usager
(IA) Systèmes experts
Logique floue
Application géomatique
Écart non-spatial
–Changements: coupes forestières, feu forestiers, autres
– Incertitude: confusion entre des classes
Écart spatial
–Changements: coupes forestières, feux forestiers, croissance différentielle, …
–Incertitude: superficie du polygone, longueur d’une frontière, type droite/gauche de la frontière, …
De Groeve 2000
Mise-à-jour de données de haute incertitude spatialeApplication à des données forestières
ConflitsSources potentielles de conflits• Conflits de systèmes de référence spatial
– Systèmes de coordonnées– Systèmes de référence géodésique– Systèmes de référence altimétrique– Ellipsoïde de référence– Projection cartographique
• Conflits de systèmes de référence temporel– Différences dans les dates de relevé– Dates de mise à jour– Évolution
Conflits– Conflits d’échelle– Conflits d’échelles de mesure– Conflits de structures géométriques (raster, vecteur)– Conflits d’unités, formes, orientations, résolutions
(raster)– Conflits de précision – Conflits de types et de formats de données– Conflit de types et de formats de fichier (logiciel)– Conflits de langages– Conflits de traitements – Conflits de topologie
Représentation• Plusieurs méthodes de fusion disponibles en mode raster
– Fusion indirecte (passage en mode raster)
– Fusion directe des données vecteur
Raster à Vecteur Vecteur à Raster
Application topographique
A B
• Courbes de niveaux• Lacs
Filtre Kalman
estimation a priorie des paramètres.
estimation a priori de covariance des erreurs
calcul de ‘gain de Kalman’
estimation a posteriori des parametres.
estimation a posteriori de covariance des erreurs
Valeurs initiales
Résidus
Prediction Correction
x A x B uk k k
1
P AP A Qk kT
1
K P H HP H Rk kT
kT
( ) 1
x x K z Hxk k k k k
( )
P I K H Pk k k ( )
P I K H Pk k k ( )
Exemple de formalisation• Application de filtre Kalman
– Définition de courbes de niveaux en tant que formes fermées
– Définition des cours d’eau– Définition des lacs– Pas d’intersection entre les courbes de niveaux– Identification de la précision de chaque entité– Les routes coupent les cours d’eau uniquement au
niveau de ponts– Les routes ne peuvent pas traverser des lacs– Autre …
Comment adopter ce formalisme?
Projets fusion de donnéesDeux projets en cours
• Dans le cadre de mon stage post-doctoral– Problématique: fusion de données spatiales en général– Fusion de données géométriques en particulier
• Dans le cadre du projet ENV#19 du réseau GEOIDE– Problématique: gestion de désastres naturels, opérations
de sauvetage– Fusion de données de différentes sources dans le but de
prendre une décision rapide et efficace
• Définition du problème de fusion
• Définition des contraintes
• Choix de méthodes de fusion appropriées
• Mise en place d’une méthode de détection de
conflits
• Action
• Décision
Étapes de réalisation du stage
• Problèmes pratiques de fusion de données à CITS
• Exploration de la possibilité de contribution de CITS dans les projets
Discussion