Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
L’apprentissage profond a provoqué une révolution technologique dans l’analyse et la génération d’images à deux dimensions, permettant le développement de nouvelles applications. Dans cet article, il est question de l’application de ces méthodes aux données tridimensionnelles, comme les tomographies utilisées en imagerie médicale ou dans l’étude de matériaux. L’analyse de données 3D, mais aussi leur génération, sont abordées. Les difficultés théoriques et pratiques de ces approches sont expliquées et leurs perspectives développées.
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Deep learning has brought a technological revolution in the analysis and generation of two-dimensional images, enabling the development of new applications. This article discusses the application of these methods to three-dimensional data, such as the tomographies used in medical imaging or in the study of materials. The analysis of 3D data, as well as their generation, are addressed. The theoretical and practical difficulties of these approaches are explained, and their prospects are developed.
Auteur(s)
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Petr DOKLADAL : Maître de recherche - Mines Paris – Université PSL, Centre de Morphologie mathématique, Fontainebleau, France
-
Étienne DECENCIÈRE : Directeur de recherche - Mines Paris – Université PSL, Centre de Morphologie mathématique, Fontainebleau, France
INTRODUCTION
L’apprentissage profond (deep learning, en anglais) est une discipline qui fait appel aux réseaux de neurones artificiels pour apprendre automatiquement des transformations. Depuis une dizaine d’années, cette discipline a bouleversé différents domaines des sciences des données, comme l’analyse d’images ou le traitement du langage naturel, au point de provoquer un renouveau de l’intelligence artificielle (IA). Cette révolution technologique a poussé des grandes sociétés à recruter à prix d’or des chercheurs et des ingénieurs pour constituer ou renforcer des équipes en IA. De nombreuses start-ups ont aussi été créées pour développer des solutions à des problèmes qui étaient considérés, il y a seulement quelques années, comme hors de portée.
Les images tridimensionnelles (3D) occupent aussi une place croissante dans les applications industrielles, grâce aux progrès de méthodes d’acquisition de plus en plus performantes, comme la tomodensitométrie par rayons X, l’imagerie par résonance magnétique ou la télédétection par laser (plus communément connue sous l'appellation LiDAR, de l’anglais Light Detection And Ranging). Notons qu’un autre domaine de recherche porte sur l’extraction d’informations 3D à partir d’images 2D.
C’est donc naturellement que des applications de l’apprentissage profond pour les images 3D ont été développées ces dernières années. Cet article a pour objectif de présenter de façon synthétique et accessible ces méthodes. Pour cela, nous commençons par introduire les différentes représentations 3D considérées : nous nous limitons ici aux représentations sous forme de tableau à trois dimensions ou de graphe. Nous présentons ensuite brièvement les bases de l’apprentissage profond pour les images et les graphes, puis nous expliquons comment elles sont appliquées aux images 3D. Nous abordons dans la section suivante un sujet plus prospectif : la génération d’images 3D. Enfin, avant de conclure, nous discutons des perspectives et des défis de ces méthodes.
le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire des termes et expressions importants de l’article, ainsi qu’un tableau des sigles, notations et symboles utilisés tout au long de l’article.
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KEYWORDS
deep learning | Mesh | convolutional neural network | 3D image
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation
Sigles, notations et symboles7. Glossaire
Apprentissage profond ; deep learning
Ensemble de méthodes utilisant des réseaux de neurones artificiels pour apprendre automatiquement des transformations à partir d’exemples.
Autoencodeur ; autoencoder
Réseau de neurones apprenant l’opération identité. À première vue inutile, un autoencodeur trouve un nombre étonnant d’applications : débruitage, détection d’anomalies, classification, compression, mais aussi génération de données.
CNN (Convolutional Neural Network)
Réseau de neurones convolutif. Ce type d’architecture comporte essentiellement des couches convolutives.
Descente de gradient ; gradient descent
Algorithme permettant de converger vers le minimum d’une fonction convexe.
Données non euclidiennes ; non-euclidean data
Liées à la géométrie non euclidienne car définie sur une surface non plane. Par exemple, un triangle suffisamment grand dessiné sur la surface terrestre n’aura pas la somme des angles égale à 180°.
Entropie croisée ; cross entropy
Mesure de comparaison de deux distributions. Elle est souvent utilisée pour définir une fonction de perte dans l'apprentissage automatique et l'optimisation.
Espace de représentation ; representation space
L'Espace de représentation est un autre espace, lié par une bijection avec l’espace d’entrée, mais ayant des propriétés intéressantes. Par exemple, un ordre ou capacité de hiérarchiser. Très souvent exploité en autoencodeurs (où il est appelé espace latent) pour ses propriétés intéressantes.
GAN (réseau adverse génératif, aussi appelé réseau antagoniste génératif) ; Generative Adversarial Network
Type de réseaux utilisé pour la génération des données. Consiste en un couple de modèles entraînés conjointement (introduit par ).
GCN (Graph Convolutional Network, introduit par ...
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Glossaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ROSENBLATT (F.) - The perceptron : A probabilistic model for information storage and organization in the brain. - Psychol. Rev., vol. 65, n° 6, p. 386-408, DOI : 10.1037/h0042519 (1958).
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(2) - AZENCOTT (C.-A.) - Introduction au machine learning. - Dunod (2019).
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(3) - CHOLLET (F.) - Deep Learning with Python. - Second Edition, Simon and Schuster (2021).
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(4) - LECUN (Y.), BENGIO (Y.), HINTON (G.) - Deep learning. - Nature, vol. 521, n° 7553, p. 436-444 (2015).
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(5) - CYBENKO (G.) - Approximations by superpositions of a sigmoidal function. - Math. Control Signals Syst., vol. 2, p. 183-192 (1989).
-
(6) - FUKUSHIMA (K.) - Neocognitron : A self-organizing neural network model for a mechanism of pattern...
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