L'extraction de structures logiques de documents est un défi du fait de leur complexité inhérente et du fossé existant entre les observations extraites de l'image et leur interprétation logique. La majorité des approches proposées par la littérature sont dirigées par le modèle et ne proposent pas de solution générique pour des documents complexes et bruités. Il n'y a pas de modélisation ni d'explication sur les liens permettant de mettre en relation les blocs physiques et les étiquettes logiques correspondantes. L'objectif de la thèse est de développer une méthode hybride, à la fois dirigée par les données et par le modèle appris, capable d'apprentissage et de simuler la perception humaine pour effectuer la tâche de reconnaissance logique. Nous avons proposé le Réseau de Neurones Dynamique Perceptif qui permet de s'affranchir des principales limitations rencontrées dans les précédentes approches. Quatre points principaux ont été développés : - utilisation d'une architecture neuronale basée sur une représentation locale permettant d'intégrer de la connaissance à l'intérieur du réseau. La décomposition de l'interprétation est dépliée à travers les couches du réseau et un apprentissage a été proposé pour déterminer l'intensité des liaisons ; - des cycles perceptifs, composés de processus ascendants et descendants, accomplissent la reconnaissance. Le réseau est capable de générer des hypothèses, de les valider et de détecter les formes ambigües. Un retour de contexte est utilisé pour corriger les entrées et améliorer la reconnaissance ; - un partitionnement de l'espace d'entrée accélérant la reconnaissance. Des sous-ensembles de variables sont créés automatiquement pour alimenter progressivement le réseau afin d'adapter la quantité de travail à fournir en fonction de la complexité de la forme à reconnaître ; - l'intégration de la composante temporelle dans le réseau permettant l'intégration de l'information de correction pendant l'apprentissage afin de réaliser une reconnaissance plus adéquate. L'utilisation d'un réseau à décalage temporel permet de tenir compte de la variation des entrées après chaque cycle perceptif tout en ayant un fonctionnement très proche de la version statique.

Les récents progrès dans la numérisation des collections de documents patrimoniaux ont ravivé de nouveaux défis afin de garantir une conservation durable et de fournir un accès plus large aux documents anciens. En parallèle de la recherche d'information dans les bibliothèques numériques ou l'analyse du contenu des pages numérisées dans les ouvrages anciens, la caractérisation et la catégorisation des pages d'ouvrages anciens a connu récemment un regain d'intérêt. Les efforts se concentrent autant sur le développement d'outils rapides et automatiques de caractérisation et catégorisation des pages d'ouvrages anciens, capables de classer les pages d'un ouvrage numérisé en fonction de plusieurs critères, notamment la structure des mises en page et/ou les caractéristiques typographiques/graphiques du contenu de ces pages. Ainsi, dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche permettant la caractérisation et la catégorisation automatiques des pages d'un ouvrage ancien. L'approche proposée se veut indépendante de la structure et du contenu de l'ouvrage analysé. Le principal avantage de ce travail réside dans le fait que l'approche s'affranchit des connaissances préalables, que ce soit concernant le contenu du document ou sa structure. Elle est basée sur une analyse des descripteurs de texture et une représentation structurelle en graphe afin de fournir une description riche permettant une catégorisation à partir du contenu graphique (capturé par la texture) et des mises en page (représentées par des graphes). En effet, cette catégorisation s'appuie sur la caractérisation du contenu de la page numérisée à l'aide d'une analyse des descripteurs de texture, de forme, géométriques et topologiques. Cette caractérisation est définie à l'aide d'une représentation structurelle. Dans le détail, l'approche de catégorisation se décompose en deux étapes principales successives. La première consiste à extraire des régions homogènes. La seconde vise à proposer une signature structurelle à base de texture, sous la forme d'un graphe, construite à partir des régions homogènes extraites et reflétant la structure de la page analysée. Cette signature assure la mise en œuvre de nombreuses applications pour gérer efficacement un corpus ou des collections de livres patrimoniaux (par exemple, la recherche d'information dans les bibliothèques numériques en fonction de plusieurs critères, ou la catégorisation des pages d'un même ouvrage). En comparant les différentes signatures structurelles par le biais de la distance d'édition entre graphes, les similitudes entre les pages d'un même ouvrage en termes de leurs mises en page et/ou contenus peuvent être déduites. Ainsi de suite, les pages ayant des mises en page et/ou contenus similaires peuvent être catégorisées, et un résumé/une table des matières de l'ouvrage analysé peut être alors généré automatiquement. Pour illustrer l'efficacité de la signature proposée, une étude expérimentale détaillée a été menée dans ce travail pour évaluer deux applications possibles de catégorisation de pages d'un même ouvrage, la classification non supervisée de pages et la segmentation de flux de pages d'un même ouvrage. En outre, les différentes étapes de l'approche proposée ont donné lieu à des évaluations par le biais d'expérimentations menées sur un large corpus de documents patrimoniaux. / Over the last few years, there has been tremendous growth in digitizing collections of cultural heritage documents. Thus, many challenges and open issues have been raised, such as information retrieval in digital libraries or analyzing page content of historical books. Recently, an important need has emerged which consists in designing a computer-aided characterization and categorization tool, able to index or group historical digitized book pages according to several criteria, mainly the layout structure and/or typographic/graphical characteristics of the historical document image content. Thus, the work conducted in this thesis presents an automatic approach for characterization and categorization of historical book pages. The proposed approach is applicable to a large variety of ancient books. In addition, it does not assume a priori knowledge regarding document image layout and content. It is based on the use of texture and graph algorithms to provide a rich and holistic description of the layout and content of the analyzed book pages to characterize and categorize historical book pages. The categorization is based on the characterization of the digitized page content by texture, shape, geometric and topological descriptors. This characterization is represented by a structural signature. More precisely, the signature-based characterization approach consists of two main stages. The first stage is extracting homogeneous regions. Then, the second one is proposing a graph-based page signature which is based on the extracted homogeneous regions, reflecting its layout and content. Afterwards, by comparing the different obtained graph-based signatures using a graph-matching paradigm, the similarities of digitized historical book page layout and/or content can be deduced. Subsequently, book pages with similar layout and/or content can be categorized and grouped, and a table of contents/summary of the analyzed digitized historical book can be provided automatically. As a consequence, numerous signature-based applications (e.g. information retrieval in digital libraries according to several criteria, page categorization) can be implemented for managing effectively a corpus or collections of books. To illustrate the effectiveness of the proposed page signature, a detailed experimental evaluation has been conducted in this work for assessing two possible categorization applications, unsupervised page classification and page stream segmentation. In addition, the different steps of the proposed approach have been evaluated on a large variety of historical document images.

Les collections de manuscrits sur feuilles de palmier sont devenues une partie intégrante de la culture et de la vie des peuples de l'Asie du Sud-Est. Avec l’augmentation des projets de numérisation des documents patrimoniaux à travers le monde, les collections de manuscrits sur feuilles de palmier ont finalement attiré l'attention des chercheurs en analyse d'images de documents (AID). Les travaux de recherche menés dans le cadre de cette thèse ont porté sur les manuscrits d'Indonésie, et en particulier sur les manuscrits de Bali. Nos travaux visent à proposer des méthodes d’analyse pour les manuscrits sur feuilles de palmier. En effet, ces collections offrent de nouveaux défis car elles utilisent, d’une part, un support spécifique : les feuilles de palmier, et d’autre part, un langage et un script qui n'ont jamais été analysés auparavant. Prenant en compte, le contexte et les conditions de stockage des collections de manuscrits sur feuilles de palmier à Bali, nos travaux ont pour objectif d’apporter une valeur ajoutée aux manuscrits numérisés en développant des outils pour analyser, translittérer et indexer le contenu des manuscrits sur feuilles de palmier. Ces systèmes rendront ces manuscrits plus accessibles, lisibles et compréhensibles à un public plus large ainsi que pour les chercheurs et les étudiants du monde entier. Cette thèse a permis de développer un système d’AID pour les images de documents sur feuilles de palmier, comprenant plusieurs tâches de traitement d'images : numérisation du document, construction de la vérité terrain, binarisation, segmentation des lignes de texte et des glyphes, la reconnaissance des glyphes et des mots, translittération et l’indexation de document. Nous avons ainsi créé le premier corpus et jeu de données de manuscrits balinais sur feuilles de palmier. Ce corpus est actuellement disponible pour les chercheurs en AID. Nous avons également développé un système de reconnaissance des glyphes et un système de translittération automatique des manuscrits balinais. Cette thèse propose un schéma complet de reconnaissance de glyphes spatialement catégorisé pour la translittération des manuscrits balinais sur feuilles de palmier. Le schéma proposé comprend six tâches : la segmentation de lignes de texte et de glyphes, un processus de classification de glyphes, la détection de la position spatiale pour la catégorisation des glyphes, une reconnaissance globale et catégorisée des glyphes, la sélection des glyphes et la translittération basée sur des règles phonologiques. La translittération automatique de l'écriture balinaise nécessite de mettre en œuvre des mécanismes de représentation des connaissances et des règles phonologiques. Nous proposons un système de translittération sans segmentation basée sur la méthode LSTM. Celui-ci a été testé sur des données réelles et synthétiques. Il comprend un schéma d'apprentissage à deux niveaux pouvant s’appliquer au niveau du mot et au niveau de la ligne de texte. / The collection of palm leaf manuscripts is an important part of Southeast Asian people’s culture and life. Following the increasing of the digitization projects of heritage documents around the world, the collection of palm leaf manuscripts in Southeast Asia finally attracted the attention of researchers in document image analysis (DIA). The research work conducted for this dissertation focused on the heritage documents of the collection of palm leaf manuscripts from Indonesia, especially the palm leaf manuscripts from Bali. This dissertation took part in exploring DIA researches for palm leaf manuscripts collection. This collection offers new challenges for DIA researches because it uses palm leaf as writing media and also with a language and script that have never been analyzed before. Motivated by the contextual situations and real conditions of the palm leaf manuscript collections in Bali, this research tried to bring added value to digitized palm leaf manuscripts by developing tools to analyze, to transliterate and to index the content of palm leaf manuscripts. These systems aim at making palm leaf manuscripts more accessible, readable and understandable to a wider audience and, to scholars and students all over the world. This research developed a DIA system for document images of palm leaf manuscripts, that includes several image processing tasks, beginning with digitization of the document, ground truth construction, binarization, text line and glyph segmentation, ending with glyph and word recognition, transliteration and document indexing and retrieval. In this research, we created the first corpus and dataset of the Balinese palm leaf manuscripts for the DIA research community. We also developed the glyph recognition system and the automatic transliteration system for the Balinese palm leaf manuscripts. This dissertation proposed a complete scheme of spatially categorized glyph recognition for the transliteration of Balinese palm leaf manuscripts. The proposed scheme consists of six tasks: the text line and glyph segmentation, the glyph ordering process, the detection of the spatial position for glyph category, the global and categorized glyph recognition, the option selection for glyph recognition and the transliteration with phonological rules-based machine. An implementation of knowledge representation and phonological rules for the automatic transliteration of Balinese script on palm leaf manuscript is proposed. The adaptation of a segmentation-free LSTM-based transliteration system with the generated synthetic dataset and the training schemes at two different levels (word level and text line level) is also proposed.