🛰️ Segmentation Sémantique en Analyse Géospatiale
Apprentissage automatique et apprentissage profond pour l'analyse d'images satellitaires
La segmentation sémantique des images satellitaires consiste à classifier chaque pixel d'une image selon sa catégorie (bâtiments, végétation, routes, eau, etc.). Cette technologie révolutionne l'analyse géospatiale pour l'urbanisme, l'environnement et l'agriculture.
🌍 Applications Clés
🏙️ Planification Urbaine
Identification automatique des zones bâties, espaces verts, et infrastructures pour l'aménagement territorial
🌱 Agriculture de Précision
Cartographie des cultures, détection des maladies, optimisation de l'irrigation et des traitements
🌊 Surveillance Environnementale
Suivi de la déforestation, changements climatiques, qualité de l'eau, et catastrophes naturelles
🚨 Gestion des Catastrophes
Évaluation rapide des dégâts, cartographie des zones sinistrées, planification des secours
🔄 Évolution des Approches
Méthodes Traditionnelles (2000-2010)
Classification pixel par pixel basée sur les valeurs spectrales. Limitations : pas de contexte spatial, sensibilité au bruit.
Apprentissage Automatique (2010-2015)
SVM, Random Forest avec extraction manuelle de caractéristiques (texture, indices de végétation). Amélioration mais processus encore manuel.
Apprentissage Profond (2015-aujourd'hui)
Réseaux de neurones convolutifs : extraction automatique de caractéristiques, prise en compte du contexte spatial, performances révolutionnaires.
🧠 Architectures Principales
U-Net
Architecture encoder-decoder avec connexions résiduelles. Idéal pour préserver les détails fins des frontières.
DeepLabV3+
Convolutions dilatées pour capturer différentes échelles spatiales. Excellent pour les objets de tailles variées.
Transformer
Mécanisme d'attention pour capturer les dépendances à long terme. Révolutionnaire pour les scènes complexes.
Modèles Hybrides
Combinaison CNN + Transformer pour optimiser précision locale et compréhension globale.
# Exemple d'architecture U-Net simplifiée
import tensorflow as tf
from tensorflow.keras.layers import *
def unet_model(input_size=(256, 256, 3), num_classes=5):
inputs = Input(input_size)
# Encoder
c1 = Conv2D(64, 3, padding='same')(inputs)
c1 = Conv2D(64, 3, padding='same')(c1)
p1 = MaxPooling2D(2)(c1)
# Bridge
c5 = Conv2D(1024, 3, padding='same')(p1)
# Decoder
u6 = UpSampling2D(2)(c5)
u6 = concatenate([u6, c1])
c6 = Conv2D(64, 3, padding='same')(u6)
outputs = Conv2D(num_classes, 1, activation='softmax')(c6)
return Model(inputs, outputs)
📋 Contexte du Projet
Client : Métropole de 2 millions d'habitants
Objectif : Cartographier automatiquement l'évolution urbaine sur 10 ans
Données : Images Sentinel-2 (10m résolution) + Pléiades (0.5m résolution)
Classes à identifier : Bâtiments, Routes, Végétation, Eau, Sol nu
🔧 Méthodologie
Préparation des Données
Acquisition de 5000 images étiquetées manuellement, augmentation de données (rotation, flip, changement de luminosité)
Architecture Choisie
DeepLabV3+ avec backbone ResNet-101, optimisé pour la multi-échelle
Entraînement
200 époques, batch size 16, GPU V100, temps total : 48h
Post-traitement
Filtrage morphologique, correction des petits objets isolés
🎮 Démonstration Interactive
Simulez le processus de segmentation
📊 Métriques de Performance
🎯 Performance par Classe
🏢 Bâtiments
F1-Score: 0.94 - Excellent grâce aux contours nets
🛣️ Routes
F1-Score: 0.88 - Bonne performance, confusion avec parkings
🌳 Végétation
F1-Score: 0.92 - Très bonne grâce aux indices spectraux
💧 Eau
F1-Score: 0.89 - Confusion avec ombres parfois
⚡ Défis Principaux
Variabilité des Conditions
Saisons, météo, angles d'acquisition différents causent des variations spectrales importantes
Solution : Augmentation de Données Intelligente
Simulation de conditions météo, normalisation spectrale, échantillonnage temporel stratifié
Déséquilibre des Classes
Certaines classes (eau, sol nu) sous-représentées dans les données d'entraînement
Solution : Techniques de Rééquilibrage
Focal Loss, échantillonnage stratifié, génération synthétique de données minoritaires
Frontières Imprécises
Difficultés à délimiter précisément les contours entre classes similaires
Solution : Post-traitement Avancé
CRF (Conditional Random Fields), morphologie mathématique, fusion multi-échelle
🔮 Tendances Futures
🤖 IA Générative
Génération de données d'entraînement synthétiques, amélioration de la robustesse
🌐 Apprentissage Fédéré
Entraînement distribué préservant la confidentialité des données géospatiales
⚡ Edge Computing
Traitement en temps réel embarqué sur satellites et drones
🧠 Auto-ML
Optimisation automatique d'architectures pour chaque type de terrain
📋 Contexte du Projet
Client : Métropole de 2 millions d'habitants
Objectif : Cartographier automatiquement l'évolution urbaine sur 10 ans
Données : Images Sentinel-2 (10m résolution) + Pléiades (0.5m résolution)
Classes à identifier : Bâtiments, Routes, Végétation, Eau, Sol nu
🔧 Méthodologie
Préparation des Données
Acquisition de 5000 images étiquetées manuellement, augmentation de données (rotation, flip, changement de luminosité)
Architecture Choisie
DeepLabV3+ avec backbone ResNet-101, optimisé pour la multi-échelle
Entraînement
200 époques, batch size 16, GPU V100, temps total : 48h
Post-traitement
Filtrage morphologique, correction des petits objets isolés
🎮 Démonstration Interactive
Simulez le processus de segmentation
📊 Métriques de Performance
🎯 Performance par Classe
🏢 Bâtiments
F1-Score: 0.94 - Excellent grâce aux contours nets
🛣️ Routes
F1-Score: 0.88 - Bonne performance, confusion avec parkings
🌳 Végétation
F1-Score: 0.92 - Très bonne grâce aux indices spectraux
💧 Eau
F1-Score: 0.89 - Confusion avec ombres parfois
⚡ Défis Principaux
Variabilité des Conditions
Saisons, météo, angles d'acquisition différents causent des variations spectrales importantes
Solution : Augmentation de Données Intelligente
Simulation de conditions météo, normalisation spectrale, échantillonnage temporel stratifié
Déséquilibre des Classes
Certaines classes (eau, sol nu) sous-représentées dans les données d'entraînement
Solution : Techniques de Rééquilibrage
Focal Loss, échantillonnage stratifié, génération synthétique de données minoritaires
Frontières Imprécises
Difficultés à délimiter précisément les contours entre classes similaires
Solution : Post-traitement Avancé
CRF (Conditional Random Fields), morphologie mathématique, fusion multi-échelle
🔮 Tendances Futures
🤖 IA Générative
Génération de données d'entraînement synthétiques, amélioration de la robustesse
🌐 Apprentissage Fédéré
Entraînement distribué préservant la confidentialité des données géospatiales
⚡ Edge Computing
Traitement en temps réel embarqué sur satellites et drones
🧠 Auto-ML
Optimisation automatique d'architectures pour chaque type de terrain