Modèles probabilistes indexés par les arbres : application à la détection de la peau dans les images couleur

Skin detection or segmentation is considered as an important preliminary process in a number of existing systems ranging over face detection, filtering Internet images, and diverse human interaction areas. Nevertheless, there are two skin segmentation challenges: the pattern variability and the scene complexity. This thesis is devoted to define a new approach for modeling the skin probability distribution. ln the aim of dealing with the skin detection problem, we investigate the models of probability trees to approximate skin and non-skin probabilities. These models can represent a joint distribution in an intuitive and efficient way. Hence, we have proposed three main approaches to seek a perfect tree model estimating the skin probability distribution: (1) the model of dependency tree that approximates the skin and the non skin probability distribution together, (2) the mixture of trees' model, and (3) the combination of trees' model. The first proposed model is based on the optimal spanning tree principle combined to an appropriate relevant criterion that we have defined. The contribution takes into account both the interclass and the intra class between skin and non skin classes, and the interactions between a given pixel and its neighbors. The rationale behind proposing the second model is that in sorne cases the approximation of true class probability given by an optimal spanning tree (OST) is not unique and might be chosen randomly, while this model will take the advantages of the useful information represented on each OST. The mixture of trees' model consists in mixing the structures of the OSTs and their probabilities with the aim of seeking a perfect spanning tree. This latter emphasizes the dependencies' degrees of data, and approximates effectively the true probability distribution. Finally, the third model is defined to deal with a particular kind of multiple OSTs. This model is a parallel combination of different classifiers based on the OSTs. A mathematical theory, proving and specifying the appropriate approach to be used (mixture of trees or combination of trees) depending on the considered OSTs' kind, is presented in this thesis. In addition to experimental results, on the Compaq database, showing the effectiveness and the high reliability of our three approaches.La détection de la peau constitue une phase primordiale de prétraitement dans plusieurs applications telles que la vidéo surveillance et le filtrage d'Internet. Toutefois, c'est une tâche difficile à accomplir étant donné la diversité des couleurs de la peau et la variété des conditions de prise de vue. Dans l'objectif de surmonter ces dernières contraintes, nos travaux de thèse consistent à définir un modèle robuste de la distribution de la peau capable de différencier les pixels de peau de ceux de non-peau dans des images variées. Notre modélisation est fondée sur le concept des modèles graphiques probabilistes connus par leur intuitivité et efficacité pour la représentation d'une distribution jointe de probabilités sur un ensemble de variables aléatoires, plus particulièrement les arbres indexant des probabilités. En vue de définir le modèle de l'arbre idéal indexant la distribution de la peau, nous avons proposé trois approches différentes : le modèle d'arbre de dépendances à b probabilité peau et non peau, le modèle de mélange des arbres et celui de leur combinaison. Le modèle d'arbre de dépendances à bi-probabilité peau et non peau proposé, exploite les propriétés d'interclasse et d'intra classe entre les deux classes peau et non peau ainsi que les interactions entre un pixel et ses voisins que nous traduisons par un arbre de dépendance optimal. L'arbre élaboré est un arbre idéal unique indexant conjointement les distributions de probabilités peau et non peau. Le modèle de mélange des arbres est proposé pour remédier à la multiplicité des arbres de dépendances optimaux possibles sur un graphe. L'entité du mélange proposée concerne aussi bien les structures des arbres considérés que les probabilités portées par ces dernières. Ainsi, l'arbre idéal indexant probabilité peau est l'arbre résultant du mélange portant la probabilité du mélange. Quant au modèle de combinaison des arbres élaboré, il constitue une approche alternative au mélange proposé visant l'exploitation des différent informations emmagasinées dans les différents arbres de dépendances optimaux possibles. Un fondement théorique est présenté dans cette thèse pour déterminer la meilleure approche à adopter, le mélange des arbres ou la combinaison des arbres, et ce en fonction des arbres de dépendances optimaL considérés. Les expérimentations réalisées sur la base Compaq montrent l'efficacité et la faisabilité de nos approches. En outre, des études comparatives entre n< modèles de peau et l'existant prouvent qu'en termes de qualité et de quantité des résultats obtenus, les modèles proposés permettent de discriminer les pixels de peau et ceux de non peau dans des images couleurs variées