Learning from unlabeled data is a topic of critical significance in machine learning, as the large datasets required to train ever-growing models are costly and impractical to annotate. Semi-Supervised Learning (SSL) methods aim to learn from a few labels and a large unlabeled dataset. In another approach, Domain Adaptation (DA) leverages data from a similar source domain to train a model for a target domain. This thesis focuses on Semi-Supervised Domain Adaptation (SSDA) for the dense task of semantic segmentation, where labels are particularly costly to obtain. SSDA has not received much attention yet, even though it has a great potential and represents a realistic scenario. The few existing SSDA methods for semantic segmentation reuse ideas from Unsupervised DA, despite the di↵erences between the two settings. This thesis proposes a new semantic segmentation framework designed particularly for the SSDA setting. The approach followed was to forego domain alignment and focus instead on enhancing clusterability of target domain features, an idea from SSL. The method is based on consistency regularization, combined with pixel contrastive learning and self-training. The proposed framework is found to be e↵ective not only in SSDA, but also in SSL. Ultimately, a unified solution for SSL and SSDA semantic segmentation is presented. Experiments were conducted on the target dataset of Cityscapes and source dataset of GTA5. The method proposed is competitive in both SSL and SSDA, and sets a new state-of-the-art for SSDA achieving a 65.6% mIoU (+4.4) on Cityscapes with 100 labeled samples. This thesis has an immediate impact on practical applications by proposing a new best-performing framework for the under-explored setting of SSDA. Furthermore, it also contributes towards the more ambitious goal of designing a unified solution for learning from unlabeled data. / Inlärning med hjälp av omärkt data är ett område av stor vikt inom maskininlärning. Detta på grund av att de stora datamängder som blivit nödvändiga för att träna konstant växande modeller både är kostsamma och opraktiska att implementera. Målet med Semi-Supervised Learning (SSL) är att kombinera ett fåtal etiketter med en stor mängd omärkt data för inlärning. Som ett annat tillvägagångssätt använder Domain Adaptation (DA) data från en liknande domän för att träna en annan måldomän. I Denna avhandling används Semi-Supervised Domain Adaptation (SSDA) för att utföra sådan semantisk segmentering, i vilken etiketter är särskilt kostsamma att erhålla. SSDA är ännu inte genererat mycket uppmärksamhet, även om det har en stor potential och representerar ett realistiskt scenario. De få metoder av SSDA som existerar för semantisk segmentering återanvänder idéer från Unsupervised DA, trots de olikheter som finns mellan de två modellerna. Denna avhandling föreslår ett nytt ramverk för semantisk segmentering, designat speciellt för SSDA modellen. Detta genom att försaka domänanpassning och i stället fokusera på att förbättra klusterbarheten av måldomänens egenskaper, en idé tagen från SSL. Metoden är baserad på konsistensregularisering, i kombination med pixelkontrastinlärning och självinlärning. Det föreslagna ramverket visar sig vara effektivt, inte bara för SSDA, men även för SSL. Till slut presenteras en enad lösning för semantisk segmentering med SLL och SSDA. Experiment utfördes på måldata från Cityscapes samt källdata från GTA5. Den föreslagna metoden är konkurrenskraftig både för SSL och SSDA, och blir världsledande för SSDA genom att uppnå 65,6% mIoU (+4,4) för Cityscapes med 100 märkta testdata. Denna avhandling har en omedelbar effekt gällande praktiska applikationer genom att föreslå ett nytt ”bäst resulterande” ramverk för dåligt utforskade inställningar av SSDA. Till yttermera visso bidrar avhandlingen även till det mer ambitiösa målet att designa en enad lösning för maskininlärning från omärkta data.

Cette thèse a pour objectif d'améliorer la classification d'objets sous-marins dans des images sonar haute résolution. En particulier, il s'agit de distinguer les mines des objets inoffensifs parmi une collection d'objets ressemblant à des mines. Nos recherches ont été dirigées par deux contraintes classiques en guerre de la mine : d'une part, le manque de données et d'autre part, le besoin de lisibilité des décisions. Nous avons donc constitué une base de données la plus représentative possible et simulé des objets dans le but de la compléter. Le manque d'exemples nous a mené à utiliser une représentation compacte, issue de la reconnaissance de visages : les Structural Binary Gradient Patterns (SBGP). Dans la même optique, nous avons dérivé une méthode d'adaptation de domaine semi-supervisée, basée sur le transport optimal, qui peut être facilement interprétable. Enfin, nous avons développé un nouvel algorithme de classification : les Ensemble of Exemplar-Maximum Excluding Ball (EE-MEB) qui sont à la fois adaptés à des petits jeux de données mais dont la décision est également aisément analysable / This thesis aims to improve the classification of underwater objects in high resolution sonar images. Especially, we seek to make the distinction between mines and harmless objects from a collection of mine-like objects. Our research was led by two classical constraints of the mine warfare : firstly, the lack of data and secondly, the need for readability of the classification. In this context, we built a database as much representative as possible and simulated objects in order to complete it. The lack of examples led us to use a compact representation, originally used by the face recognition community : the Structural Binary Gradient Patterns (SBGP). To the same end, we derived a method of semi-supervised domain adaptation, based on optimal transport, that can be easily interpreted. Finally, we developed a new classification algorithm : the Ensemble of Exemplar-Maximum Excluding Ball (EE-MEB) which is suitable for small datasets and with an easily interpretable decision function