Le boosting est une approche largement utilisée pour résoudre les problèmes de classification et de régression. Sa force réside dans sa capacité à améliorer les performances de classificateurs individuels faibles pour en construire un puissant. La théorie du boosting est bien établie en tant que descente de gradient dans un espace de fonctions. Cependant, la conception d’un apprenant faible qui peut s’amplifier par boosting reste une question ouverte. Inspirés par les algorithmes Adaboost-MH et XGBoost, nous proposons une nouvelle famille d’apprenants faibles appelée Arbres de Hamming multi-classes à niveaux de confiance, où un arbre prenden charge l’encodage de la sortie, effectue un seul partitionnement disjoint de l’espace des instances, et prédit un vecteur de coefficients à valeurs réelles afin de mieux approximer le gradient fonctionnel négatif de la fonction objective. Nous proposons également un algorithme de boosting appelé QuadBoost-MHCR pour la minimisation de la perte quadratique multi-calsses avec encodage multi-classes de Hamming et avec des prédictions à niveaux de confiance. L’algorithme minimise une fonction de perte L2 multi-classes et il est facile de le généraliser, de manière analogue à XGBoost, pour minimiser toute fonction objective deux fois différentiable. / Boosting is a widely used approach for solving classification and regression problems. Its strength lies in its ability to improve the performance of individual weak classifiers to construct a strong one. The theory of boosting is well established as a gradient descent in functional space. However, the design of a boostable weak learner is still an open issue. Inspired by the algorithms Adaboost-MH and XGBoost, we propose a new family of weak learners called confidence rated multi-class Hamming trees where a tree supports output coding, performs a single disjoint partitioning of the input space, and outputs a real valued vector in order to better approximate the negative functional gradient of the cost function. We also propose ajoint boosting algorithm, called QuadBoost-MHCR for Quadratic Loss Boosting with Multi-class Hamming output encoding, and Confidence Rated predictions. The algorithm minimizes a multi-class L2-loss function, and it is easy to extend it, in an XGBoost fashion, to minimize any twice differentiable loss function.

Cette thèse s'intéresse à la détection et la reconnaissance du texte arabe incrusté dans les vidéos. Dans ce contexte, nous proposons différents prototypes de détection et d'OCR vidéo (Optical Character Recognition) qui sont robustes à la complexité du texte arabe (différentes échelles, tailles, polices, etc.) ainsi qu'aux différents défis liés à l'environnement vidéo et aux conditions d'acquisitions (variabilité du fond, luminosité, contraste, faible résolution, etc.). Nous introduisons différents détecteurs de texte arabe qui se basent sur l'apprentissage artificiel sans aucun prétraitement. Les détecteurs se basent sur des Réseaux de Neurones à Convolution (ConvNet) ainsi que sur des schémas de boosting pour apprendre la sélection des caractéristiques textuelles manuellement conçus. Quant à notre méthodologie d'OCR, elle se passe de la segmentation en traitant chaque image de texte en tant que séquence de caractéristiques grâce à un processus de scanning. Contrairement aux méthodes existantes qui se basent sur des caractéristiques manuellement conçues, nous proposons des représentations pertinentes apprises automatiquement à partir des données. Nous utilisons différents modèles d'apprentissage profond, regroupant des Auto-Encodeurs, des ConvNets et un modèle d'apprentissage non-supervisé, qui génèrent automatiquement ces caractéristiques. Chaque modèle résulte en un système d'OCR bien spécifique. Le processus de reconnaissance se base sur une approche connexionniste récurrente pour l'apprentissage de l'étiquetage des séquences de caractéristiques sans aucune segmentation préalable. Nos modèles d'OCR proposés sont comparés à d'autres modèles qui se basent sur des caractéristiques manuellement conçues. Nous proposons, en outre, d'intégrer des modèles de langage (LM) arabes afin d'améliorer les résultats de reconnaissance. Nous introduisons différents LMs à base des Réseaux de Neurones Récurrents capables d'apprendre des longues interdépendances linguistiques. Nous proposons un schéma de décodage conjoint qui intègre les inférences du LM en parallèle avec celles de l'OCR tout en introduisant un ensemble d’hyper-paramètres afin d'améliorer la reconnaissance et réduire le temps de réponse. Afin de surpasser le manque de corpus textuels arabes issus de contenus multimédia, nous mettons au point de nouveaux corpus manuellement annotés à partir des flux TV arabes. Le corpus conçu pour l'OCR, nommé ALIF et composée de 6,532 images de texte annotées, a été publié a des fins de recherche. Nos systèmes ont été développés et évalués sur ces corpus. L’étude des résultats a permis de valider nos approches et de montrer leurs efficacité et généricité avec plus de 97% en taux de détection, 88.63% en taux de reconnaissance mots sur le corpus ALIF dépassant ainsi un des systèmes d'OCR commerciaux les mieux connus par 36 points. / This thesis focuses on Arabic embedded text detection and recognition in videos. Different approaches robust to Arabic text variability (fonts, scales, sizes, etc.) as well as to environmental and acquisition condition challenges (contrasts, degradation, complex background, etc.) are proposed. We introduce different machine learning-based solutions for robust text detection without relying on any pre-processing. The first method is based on Convolutional Neural Networks (ConvNet) while the others use a specific boosting cascade to select relevant hand-crafted text features. For the text recognition, our methodology is segmentation-free. Text images are transformed into sequences of features using a multi-scale scanning scheme. Standing out from the dominant methodology of hand-crafted features, we propose to learn relevant text representations from data using different deep learning methods, namely Deep Auto-Encoders, ConvNets and unsupervised learning models. Each one leads to a specific OCR (Optical Character Recognition) solution. Sequence labeling is performed without any prior segmentation using a recurrent connectionist learning model. Proposed solutions are compared to other methods based on non-connectionist and hand-crafted features. In addition, we propose to enhance the recognition results using Recurrent Neural Network-based language models that are able to capture long-range linguistic dependencies. Both OCR and language model probabilities are incorporated in a joint decoding scheme where additional hyper-parameters are introduced to boost recognition results and reduce the response time. Given the lack of public multimedia Arabic datasets, we propose novel annotated datasets issued from Arabic videos. The OCR dataset, called ALIF, is publicly available for research purposes. As the best of our knowledge, it is first public dataset dedicated for Arabic video OCR. Our proposed solutions were extensively evaluated. Obtained results highlight the genericity and the efficiency of our approaches, reaching a word recognition rate of 88.63% on the ALIF dataset and outperforming well-known commercial OCR engine by more than 36%.

Cette thèse porte sur les méthodes de super-résolution (SR) pour l’amélioration des performances des systèmes de reconnaissance automatique (OCR, reconnaissance faciale). Les méthodes de Super-Résolution (SR) permettent de générer des images haute résolution (HR) à partir d’images basse résolution (BR). Contrairement à un rééchantillonage par interpolation, elles restituent les hautes fréquences spatiales et compensent les artéfacts (flou, crénelures). Parmi elles, les méthodes d’apprentissage automatique telles que les réseaux de neurones artificiels permettent d’apprendre et de modéliser la relation entre les images BR et HR à partir d’exemples. Ce travail démontre l’intérêt des méthodes de SR à base de réseaux de neurones pour les systèmes de reconnaissance automatique. Les réseaux de neurones à convolutions sont particulièrement adaptés puisqu’ils peuvent être entraînés à extraire des caractéristiques non-linéaires bidimensionnelles pertinentes tout en apprenant la correspondance entre les espaces BR et HR. Sur des images de type documents, la méthode proposée permet d’améliorer la précision en reconnaissance de caractère de +7.85 points par rapport à une simple interpolation. La création d’une base d’images annotée et l’organisation d’une compétition internationale (ICDAR2015) ont souligné l’intérêt et la pertinence de telles approches. Pour les images de visages, les caractéristiques faciales sont cruciales pour la reconnaissance automatique. Une méthode en deux étapes est proposée dans laquelle la qualité de l’image est d’abord globalement améliorée, pour ensuite se focaliser sur les caractéristiques essentielles grâce à des modèles spécifiques. Les performances d’un système de vérification faciale se trouvent améliorées de +6.91 à +8.15 points. Enfin, pour le traitement d’images BR en conditions réelles, l’utilisation de réseaux de neurones profonds permet d’absorber la variabilité des noyaux de flous caractérisant l’image BR, et produire des images HR ayant des statistiques naturelles sans connaissance du modèle d’observation exact. / This thesis is focussed on super-resolution (SR) methods for improving automatic recognition system (Optical Character Recognition, face recognition) in realistic contexts. SR methods allow to generate high resolution images from low resolution ones. Unlike upsampling methods such as interpolation, they restore spatial high frequencies and compensate artefacts such as blur or jaggy edges. In particular, example-based approaches learn and model the relationship between low and high resolution spaces via pairs of low and high resolution images. Artificial Neural Networks are among the most efficient systems to address this problem. This work demonstrate the interest of SR methods based on neural networks for improved automatic recognition systems. By adapting the data, it is possible to train such Machine Learning algorithms to produce high-resolution images. Convolutional Neural Networks are especially efficient as they are trained to simultaneously extract relevant non-linear features while learning the mapping between low and high resolution spaces. On document text images, the proposed method improves OCR accuracy by +7.85 points compared with simple interpolation. The creation of an annotated image dataset and the organisation of an international competition (ICDAR2015) highlighted the interest and the relevance of such approaches. Moreover, if a priori knowledge is available, it can be used by a suitable network architecture. For facial images, face features are critical for automatic recognition. A two step method is proposed in which image resolution is first improved, followed by specialised models that focus on the essential features. An off-the-shelf face verification system has its performance improved from +6.91 up to +8.15 points. Finally, to address the variability of real-world low-resolution images, deep neural networks allow to absorb the diversity of the blurring kernels that characterise the low-resolution images. With a single model, high-resolution images are produced with natural image statistics, without any knowledge of the actual observation model of the low-resolution image.

La lecture automatique de plaques d’immatriculation de véhicule est considérée comme une approche de surveillance de masse. Elle permet, grâce à la détection /localisation ainsi que la reconnaissance optique, d’identifier un véhicule dans les images ou les séquences d’images. De nombreuses applications comme le suivi du trafic, la détection de véhicules volés, le télépéage ou la gestion d’entrée / sortie des parkings utilise ce procédé. Or malgré d’important progrès enregistré depuis l’apparition des premiers prototypes en 1979 accompagné d’un taux de reconnaissance parfois impressionnant, notamment grâce aux avancés en recherche scientifique et en technologie des capteurs, les contraintes imposés pour le bon fonctionnement de tels systèmes en limitent les portées. En effet, l’utilisation optimale des techniques de localisation et de reconnaissance de plaque d’immatriculation dans les scénarii opérationnels nécessite des conditions d’éclairage contrôlées ainsi qu’une limitation dans de la pose, de vitesse ou tout simplement de type de plaque. La lecture automatique de plaques d’immatriculation reste alors un problème de recherche ouvert. La contribution majeure de cette thèse est triple. D’abord une nouvelle approche robuste de localisation de plaque d’immatriculation dans des images ou des séquences d’images est proposée. Puis, l’amélioration de la qualité des plaques localisées est traitée par une adaptation de technique de super-résolution. Finalement, un modèle unifié de localisation et de super-résolution est proposé permettant de diminuer la complexité temporelle des deux approches combinées. / Automatic reading of vehicle license plates is considered an approach to mass surveillance. It allows, through the detection / localization and optical recognition to identify a vehicle in the images or video sequences. Many applications such as traffic monitoring, detection of stolen vehicles, the toll or the management of entrance/ exit parking uses this method. Yet in spite of important progress made since the appearance of the first prototype sin 1979, with a recognition rate sometimes impressive thanks to advanced science and sensor technology, the constraints imposed for the operation of such systems limit laid. Indeed, the optimal use of techniques for localizing and recognizing license plates in operational scenarios requiring controlled lighting conditions and a limitation of the pose, velocity, or simply type plate. Automatic reading of vehicle license plates then remains an open research problem. The major contribution of this thesis is threefold. First, a new approach to robust license plate localization in images or image sequences is proposed. Then, improving the quality of the plates is treated with a localized adaptation of super-resolution technique. Finally, a unified model of location and super-resolution is proposed to reduce the time complexity of both approaches combined.