Boundaries and Topological Algorithms

This thesis develops a model for the topological structure of situations. In this model, the topological structure of space is altered by the presence or absence of boundaries, such as those at the edges of objects. This allows the intuitive meaning of topological concepts such as region connectivity, function continuity, and preservation of topological structure to be modeled using the standard mathematical definitions. The thesis shows that these concepts are important in a wide range of artificial intelligence problems, including low-level vision, high-level vision, natural language semantics, and high-level reasoning

From uncertainty to adaptivity : multiscale edge detection and image segmentation

This thesis presents the research on two different tasks in computer vision: edge detection and image segmentation (including texture segmentation and motion field segmentation). The central issue of this thesis is the uncertainty of the joint space-frequency image analysis, which motivates the design of the adaptive multiscale/multiresolution schemes for edge detection and image segmentation. Edge detectors capture most of the local features in an image, including the object boundaries and the details of surface textures. Apart from these edge features, the region properties of surface textures and motion fields are also important for segmenting an image into disjoint regions. The major theoretical achievements of this thesis are twofold. First, a scale parameter for the local processing of an image (e.g. edge detection) is proposed. The corresponding edge behaviour in the scale space, referred to as Bounded Diffusion, is the basis of a multiscale edge detector where the scale is adjusted adaptively according to the local noise level. Second, an adaptive multiresolution clustering scheme is proposed for texture segmentation (referred to as Texture Focusing) and motion field segmentation. In this scheme, the central regions of homogeneous textures (motion fields) are analysed using coarse resolutions so as to achieve a better estimation of the textural content (optical flow), and the border region of a texture (motion field) is analysed using fine resolutions so as to achieve a better estimation of the boundary between textures (moving objects). Both of the above two achievements are the logical consequences of the uncertainty principle. Four algorithms, including a roof edge detector, a multiscale step edge detector, a texture segmentation scheme and a motion field segmentation scheme are proposed to address various aspects of edge detection and image segmentation. These algorithms have been implemented and extensively evaluated

Fouille de graphes pour le suivi d’objets dans les vidéos

Detecting and following the main objects of a video is necessary to describe its content in order to, for example, allow for a relevant indexation of the multimedia content by the search engines. Current object tracking approaches either require the user to select the targets to follow, or rely on pre-trained classifiers to detect particular classes of objects such as pedestrians or car for example. Since those methods rely on user intervention or prior knowledge of the content to process, they cannot be applied automatically on amateur videos such as the ones found on YouTube. To solve this problem, we build upon the hypothesis that, in videos with a moving background, the main objects should appear more frequently than the background. Moreover, in a video, the topology of the visual elements composing an object is supposed consistent from one frame to another. We represent each image of the videos with plane graphs modeling their topology. Then, we search for substructures appearing frequently in the database of plane graphs thus created to represent each video. Our contributions cover both fields of graph mining and object tracking. In the first field, our first contribution is to present an efficient plane graph mining algorithm, named PLAGRAM. This algorithm exploits the planarity of the graphs and a new strategy to extend the patterns. The next contributions consist in the introduction of spatio-temporal constraints into the mining process to exploit the fact that, in a video, the motion of objects is small from on frame to another. Thus, we constrain the occurrences of a same pattern to be close in space and time by limiting the number of frames and the spatial distance separating them. We present two new algorithms, DYPLAGRAM which makes use of the temporal constraint to limit the number of extracted patterns, and DYPLAGRAM_ST which efficiently mines frequent spatio-temporal patterns from the datasets representing the videos. In the field of object tracking, our contributions consist in two approaches using the spatio-temporal patterns to track the main objects in videos. The first one is based on a search of the shortest path in a graph connecting the spatio-temporal patterns, while the second one uses a clustering approach to regroup them in order to follow the objects for a longer period of time. We also present two industrial applications of our methodDétecter et suivre les objets principaux d’une vidéo est une étape nécessaire en vue d’en décrire le contenu pour, par exemple, permettre une indexation judicieuse des données multimédia par les moteurs de recherche. Les techniques de suivi d’objets actuelles souffrent de défauts majeurs. En effet, soit elles nécessitent que l’utilisateur désigne la cible a suivre, soit il est nécessaire d’utiliser un classifieur pré-entraîné à reconnaitre une classe spécifique d’objets, comme des humains ou des voitures. Puisque ces méthodes requièrent l’intervention de l’utilisateur ou une connaissance a priori du contenu traité, elles ne sont pas suffisamment génériques pour être appliquées aux vidéos amateurs telles qu’on peut en trouver sur YouTube. Pour résoudre ce problème, nous partons de l’hypothèse que, dans le cas de vidéos dont l’arrière-plan n’est pas fixe, celui-ci apparait moins souvent que les objets intéressants. De plus, dans une vidéo, la topologie des différents éléments visuels composant un objet est supposée consistante d’une image a l’autre. Nous représentons chaque image par un graphe plan modélisant sa topologie. Ensuite, nous recherchons des motifs apparaissant fréquemment dans la base de données de graphes plans ainsi créée pour représenter chaque vidéo. Cette approche nous permet de détecter et suivre les objets principaux d’une vidéo de manière non supervisée en nous basant uniquement sur la fréquence des motifs. Nos contributions sont donc réparties entre les domaines de la fouille de graphes et du suivi d’objets. Dans le premier domaine, notre première contribution est de présenter un algorithme de fouille de graphes plans efficace, appelé PLAGRAM. Cet algorithme exploite la planarité des graphes et une nouvelle stratégie d’extension des motifs. Nous introduisons ensuite des contraintes spatio-temporelles au processus de fouille afin d’exploiter le fait que, dans une vidéo, les objets se déplacent peu d’une image a l’autre. Ainsi, nous contraignons les occurrences d’un même motif a être proches dans l’espace et dans le temps en limitant le nombre d’images et la distance spatiale les séparant. Nous présentons deux nouveaux algorithmes, DYPLAGRAM qui utilise la contrainte temporelle pour limiter le nombre de motifs extraits, et DYPLAGRAM_ST qui extrait efficacement des motifs spatio-temporels fréquents depuis les bases de données représentant les vidéos. Dans le domaine du suivi d’objets, nos contributions consistent en deux approches utilisant les motifs spatio-temporels pour suivre les objets principaux dans les vidéos. La première est basée sur une recherche du chemin de poids minimum dans un graphe connectant les motifs spatio-temporels tandis que l’autre est basée sur une méthode de clustering permettant de regrouper les motifs pour suivre les objets plus longtemps. Nous présentons aussi deux applications industrielles de notre méthod

Displacement and disparity representations in early vision

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1992.Includes bibliographical references (p. 211-220).by Steven James White.Ph.D

Amélioration de l'image et la segmentation (applications en imagerie médicale)

Avancement dans l'acquisition d'image et le progrès dans les méthodes de traitement d'image ont apporté les mathématiciens et les informaticiens dans les domaines qui sont d'une importance énorme pour les médecins et les biologistes. Le diagnostic précoce de maladies (comme la cécité, le cancer et les problèmes digestifs) ont été des domaines d'intérêt en médecine. Développement des équipements comme microscope bi-photonique à balayage laser et microscope de fluorescence par réflexion totale interne fournit déjà une bonne idée des caractéristiques très intéressantes sur l'objet observé. Cependant, certaines images ne sont pas appropriés pour extraire suffisamment d'informations sur de cette image. Les méthodes de traitement d'image ont été fournit un bon soutien à extraire des informations utiles sur les objets d'intérêt dans ces images biologiques. Rapide méthodes de calcul permettent l'analyse complète, dans un temps très court, d'une série d'images, offrant une assez bonne idée sur les caractéristiques souhaitées. La thèse porte sur l'application de ces méthodes dans trois séries d'images destinées à trois différents types de diagnostic ou d'inférence. Tout d'abord, Images de RP-muté rétine ont été traités pour la détection des cônes, où il n'y avait pas de bâtonnets présents. Le logiciel a été capable de détecter et de compter le nombre de cônes dans chaque image. Deuxièmement, un processus de gastrulation chez la drosophile a été étudié pour observer toute la mitose et les résultats étaient cohérents avec les recherches récentes. Enfin, une autre série d'images ont été traités où la source était une vidéo à partir d'un microscopie photonique à balayage laser. Dans cette vidéo, des objets d'intérêt sont des cellules biologiques. L'idée était de suivre les cellules si elles subissent une mitose. La position de la cellule, la dispersion spatiale et parfois le contour de la membrane cellulaire sont globalement les facteurs limitant la précision dans cette vidéo. Des méthodes appropriées d'amélioration de l'image et de segmentation ont été choisies pour développer une méthode de calcul pour observer cette mitose. L'intervention humaine peut être requise pour éliminer toute inférence fausse.Advancement in Image Acquisition Equipment and progress in Image Processing Methods have brought the mathematicians and computer scientists into areas which are of huge importance for physicians and biologists. Early diagnosis of diseases like blindness, cancer and digestive problems have been areas of interest in medicine. Development of Laser Photon Microscopy and other advanced equipment already provides a good idea of very interesting characteristics of the object being viewed. Still certain images are not suitable to extract sufficient information out of that image. Image Processing methods have been providing good support to provide useful information about the objects of interest in these biological images. Fast computational methods allow complete analysis, in a very short time, of a series of images, providing a reasonably good idea about the desired characteristics. The thesis covers application of these methods in 3 series of images intended for 3 different types of diagnosis or inference. Firstly, Images of RP-mutated retina were treated for detection of rods, where there were no cones present. The software was able to detect and count the number of cones in each frame. Secondly, a gastrulation process in drosophila was studied to observe any mitosis and results were consistent with recent research. Finally, another series of images were treated where biological cells were observed to undergo mitosis. The source was a video from a photon laser microscope. In this video, objects of interest were biological cells. The idea was to track the cells if they undergo mitosis. Cell position, spacing and sometimes contour of the cell membrane are broadly the factors limiting the accuracy in this video. Appropriate method of image enhancement and segmentation were chosen to develop a computational method to observe this mitosis. Cases where human intervention may be required have been proposed to eliminate any false inference.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF