Prédiction d'images par krigeage et ACP sur base d'ondelettes, avec application à un modèle d'inondation côtière - Archive ouverte HAL
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2019

Images estimation by kriging and PCA on wavelets basis, with application on coastal flooding model

Prédiction d'images par krigeage et ACP sur base d'ondelettes, avec application à un modèle d'inondation côtière

Résumé

This research is motivated by the study of coastal flooding with a time-consuming numerical simulator. Each simulator run provides an image, corresponding to a map of flooded water level, depending on input parameters linked to the sea. The aim is to predict an image for a new set of input values. In this framework, a standard approach consists of 1) To reduce dimension of the image, viewed as a vector of pixels, by principal component analysis (PCA); 2) To build a Gaussian process regression model-or Kriging model-on the first principal components; 3) To predict with this model. However, step 1) is hardly applicable for a large number of pixels. Furthermore, it does not account for the spatial regularity of the image. To address these issues, we propose to modify step 1) by doing a functional PCA based on wavelets on the image, now viewed as a function. We show how to select a unique number of wavelets, common to all images of the learning set, in order to guarantee a sufficient approximation quality. The methodology is applied to the coastal flooding model on images with 4096 pixels. Predictions are 5 times faster as for standard PCA, for at least equivalent predictive performances.
Cette recherche est motivée par l'étude d'inondations côtières au moyen d'un grand simulateur numérique. Chaque appel au simulateur renvoie une image, correspondant à une carte de hauteur d'eau inondée, en fonction de paramètres d'entrée liés à la mer. L'objectif est de prévoir l'image correspondant à un nouveau jeu de paramètres. Dans ce contexte, une approche classique consiste en 1) Réduire la dimension de l'image, vue comme un vecteur de pixels, par analyse en composantes principales (ACP); 2) Construire un modèle de régression par processus gaussiens-ou krigeage-sur les premières composantes principales; 3) Prédire avec ce modèle. Cependant, l'étape 1) est difficilement applicable au-delà d'un trop grand nombre de pixels. En outre, la régularité spatiale de l'image n'est pas prise en compte. Pour pallier ces inconvénients, nous proposons de modifier l'étape 1) en réalisant une ACP fonctionnelle sur base d'ondelettes de l'image, vue cette fois comme une fonction. Nous montrons comment fixer un nombre unique de coefficients d'ondelettes, commun à toutes les images de l'ensemble d'apprentissage, permettant de garantir une qualité d'approximation suffisante. La méthodologie est appliquée au modèle d'inondation sur des images de 4096 pixels. Elle permet de prédire des images 5 fois plus rapidement qu'avec l'ACP classique, pour une qualité d'approximation au moins équivalente.
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Dates et versions

hal-02144126 , version 1 (29-05-2019)

Identifiants

  • HAL Id : hal-02144126 , version 1

Citer

Tran Vi-Vi Élodie Perrin, Olivier Roustant, Jeremy Rohmer, Olivier Alata. Prédiction d'images par krigeage et ACP sur base d'ondelettes, avec application à un modèle d'inondation côtière. 2019. ⟨hal-02144126⟩
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