Kernel combination via debiased object correspondence analysis

This paper addresses the problem of combining multi-modal kernels in situations in which object correspondence information is unavailable between modalities, for instance, where missing feature values exist, or when using proprietary databases in multi-modal biometrics. The method thus seeks to recover inter-modality kernel information so as to enable classifiers to be built within a composite embedding space. This is achieved through a principled group-wise identification of objects within differing modal kernel matrices in order to form a composite kernel matrix that retains the full freedom of linear kernel combination existing in multiple kernel learning. The underlying principle is derived from the notion of tomographic reconstruction, which has been applied successfully in conventional pattern recognition. In setting out this method, we aim to improve upon object-correspondence insensitive methods, such as kernel matrix combination via the Cartesian product of object sets to which the method defaults in the case of no discovered pairwise object identifications. We benchmark the method against the augmented kernel method, an order-insensitive approach derived from the direct sum of constituent kernel matrices, and also against straightforward additive kernel combination where the correspondence information is given a priori. We find that the proposed method gives rise to substantial performance improvements

Kernel combination via debiased object correspondence analysis

This paper addresses the problem of combining multi-modal kernels in situations in which object correspondence information is unavailable between modalities, for instance, where missing feature values exist, or when using proprietary databases in multi-modal biometrics. The method thus seeks to recover inter-modality kernel information so as to enable classifiers to be built within a composite embedding space. This is achieved through a principled group-wise identification of objects within differing modal kernel matrices in order to form a composite kernel matrix that retains the full freedom of linear kernel combination existing in multiple kernel learning. The underlying principle is derived from the notion of tomographic reconstruction, which has been applied successfully in conventional pattern recognition. In setting out this method, we aim to improve upon object-correspondence insensitive methods, such as kernel matrix combination via the Cartesian product of object sets to which the method defaults in the case of no discovered pairwise object identifications. We benchmark the method against the augmented kernel method, an order-insensitive approach derived from the direct sum of constituent kernel matrices, and also against straightforward additive kernel combination where the correspondence information is given a priori. We find that the proposed method gives rise to substantial performance improvements

Graph matching using position coordinates and local features for image analysis

Encontrar las correspondencias entre dos imágenes es un problema crucial en el campo de la visión por ordenador i el reconocimiento de patrones. Es relevante para un amplio rango de propósitos des de aplicaciones de reconocimiento de objetos en las áreas de biometría, análisis de documentos i análisis de formas hasta aplicaciones relacionadas con la geometría desde múltiples puntos de vista tales cómo la recuperación de la pose, estructura desde el movimiento y localización y mapeo. La mayoría de las técnicas existentes enfocan este problema o bien usando características locales en la imagen o bien usando métodos de registro de conjuntos de puntos (o bien una mezcla de ambos). En las primeras, un conjunto disperso de características es primeramente extraído de las imágenes y luego caracterizado en la forma de vectores descriptores usando evidencias locales de la imagen. Las características son asociadas según la similitud entre sus descriptores. En las segundas, los conjuntos de características son considerados cómo conjuntos de puntos los cuales son asociados usando técnicas de optimización no lineal. Estos son procedimientos iterativos que estiman los parámetros de correspondencia y de alineamiento en pasos alternados. Los grafos son representaciones que contemplan relaciones binarias entre las características. Tener en cuenta relaciones binarias al problema de la correspondencia a menudo lleva al llamado problema del emparejamiento de grafos. Existe cierta cantidad de métodos en la literatura destinados a encontrar soluciones aproximadas a diferentes instancias del problema de emparejamiento de grafos, que en la mayoría de casos es del tipo "NP-hard". El cuerpo de trabajo principal de esta tesis está dedicado a formular ambos problemas de asociación de características de imagen y registro de conjunto de puntos como instancias del problema de emparejamiento de grafos. En todos los casos proponemos algoritmos aproximados para solucionar estos problemas y nos comparamos con un número de métodos existentes pertenecientes a diferentes áreas como eliminadores de "outliers", métodos de registro de conjuntos de puntos y otros métodos de emparejamiento de grafos. Los experimentos muestran que en la mayoría de casos los métodos propuestos superan al resto. En ocasiones los métodos propuestos o bien comparten el mejor rendimiento con algún método competidor o bien obtienen resultados ligeramente peores. En estos casos, los métodos propuestos normalmente presentan tiempos computacionales inferiores.Trobar les correspondències entre dues imatges és un problema crucial en el camp de la visió per ordinador i el reconeixement de patrons. És rellevant per un ampli ventall de propòsits des d’aplicacions de reconeixement d’objectes en les àrees de biometria, anàlisi de documents i anàlisi de formes fins aplicacions relacionades amb geometria des de múltiples punts de vista tals com recuperació de pose, estructura des del moviment i localització i mapeig. La majoria de les tècniques existents enfoquen aquest problema o bé usant característiques locals a la imatge o bé usant mètodes de registre de conjunts de punts (o bé una mescla d’ambdós). En les primeres, un conjunt dispers de característiques és primerament extret de les imatges i després caracteritzat en la forma de vectors descriptors usant evidències locals de la imatge. Les característiques son associades segons la similitud entre els seus descriptors. En les segones, els conjunts de característiques son considerats com conjunts de punts els quals son associats usant tècniques d’optimització no lineal. Aquests son procediments iteratius que estimen els paràmetres de correspondència i d’alineament en passos alternats. Els grafs son representacions que contemplen relacions binaries entre les característiques. Tenir en compte relacions binàries al problema de la correspondència sovint porta a l’anomenat problema de l’emparellament de grafs. Existeix certa quantitat de mètodes a la literatura destinats a trobar solucions aproximades a diferents instàncies del problema d’emparellament de grafs, el qual en la majoria de casos és del tipus “NP-hard”. Una part del nostre treball està dedicat a investigar els beneficis de les mesures de ``bins'' creuats per a la comparació de característiques locals de les imatges. La resta està dedicat a formular ambdós problemes d’associació de característiques d’imatge i registre de conjunt de punts com a instàncies del problema d’emparellament de grafs. En tots els casos proposem algoritmes aproximats per solucionar aquests problemes i ens comparem amb un nombre de mètodes existents pertanyents a diferents àrees com eliminadors d’“outliers”, mètodes de registre de conjunts de punts i altres mètodes d’emparellament de grafs. Els experiments mostren que en la majoria de casos els mètodes proposats superen a la resta. En ocasions els mètodes proposats o bé comparteixen el millor rendiment amb algun mètode competidor o bé obtenen resultats lleugerament pitjors. En aquests casos, els mètodes proposats normalment presenten temps computacionals inferiors

Disconnected Skeleton: Shape at its Absolute Scale

We present a new skeletal representation along with a matching framework to address the deformable shape recognition problem. The disconnectedness arises as a result of excessive regularization that we use to describe a shape at an attainably coarse scale. Our motivation is to rely on the stable properties of the shape instead of inaccurately measured secondary details. The new representation does not suffer from the common instability problems of traditional connected skeletons, and the matching process gives quite successful results on a diverse database of 2D shapes. An important difference of our approach from the conventional use of the skeleton is that we replace the local coordinate frame with a global Euclidean frame supported by additional mechanisms to handle articulations and local boundary deformations. As a result, we can produce descriptions that are sensitive to any combination of changes in scale, position, orientation and articulation, as well as invariant ones.Comment: The work excluding {\S}V and {\S}VI has first appeared in 2005 ICCV: Aslan, C., Tari, S.: An Axis-Based Representation for Recognition. In ICCV(2005) 1339- 1346.; Aslan, C., : Disconnected Skeletons for Shape Recognition. Masters thesis, Department of Computer Engineering, Middle East Technical University, May 200

Study and application of motion measurement methods by means of opto-electronics systems - Studio e applicazione di metodi di misura del moto mediante sistemi opto-elettronici

This thesis addresses the problem of localizing a vehicle in unstructured environments through on-board instrumentation that does not require infrastructure modifications. Two widely used opto-electronic systems which allow for non-contact measurements have been chosen: camera and laser range finder. Particular attention is paid to the definition of a set of procedures for processing the environment information acquired with the instruments in order to provide both accuracy and robustness to measurement noise. An important contribute of this work is the development of a robust and reliable algorithm for associating data that has been integrated in a graph based SLAM framework also taking into account uncertainty thus leading to an optimal vehicle motion estimation. Moreover, the localization of the vehicle can be achieved in a generic environment since the developed global localization solution does not necessarily require the identification of landmarks in the environment, neither natural nor artificial. Part of the work is dedicated to a thorough comparative analysis of the state-of-the-art scan matching methods in order to choose the best one to be employed in the solution pipeline. In particular this investigation has highlighted that a dense scan matching approach can ensure good performances in many typical environments. Several experiments in different environments, also with large scales, denote the effectiveness of the global localization system developed. While the laser range data have been exploited for the global localization, a robust visual odometry has been investigated. The results suggest that the use of camera can overcome the situations in which the solution achieved by the laser scanner has a low accuracy. In particular the global localization framework can be applied also to the camera sensor, in order to perform a sensor fusion between two complementary instrumentations and so obtain a more reliable localization system. The algorithms have been tested for 2D indoor environments, nevertheless it is expected that they are well suited also for 3D and outdoors

Automatic face recognition using stereo images

Face recognition is an important pattern recognition problem, in the study of both natural and artificial learning problems. Compaxed to other biometrics, it is non-intrusive, non- invasive and requires no paxticipation from the subjects. As a result, it has many applications varying from human-computer-interaction to access control and law-enforcement to crowd surveillance. In typical optical image based face recognition systems, the systematic vaxiability arising from representing the three-dimensional (3D) shape of a face by a two-dimensional (21)) illumination intensity matrix is treated as random vaxiability. Multiple examples of the face displaying vaxying pose and expressions axe captured in different imaging conditions. The imaging environment, pose and expressions are strictly controlled and the images undergo rigorous normalisation and pre-processing. This may be implemented in a paxtially or a fully automated system. Although these systems report high classification accuracies (>90%), they lack versatility and tend to fail when deployed outside laboratory conditions. Recently, more sophisticated 3D face recognition systems haxnessing the depth information have emerged. These systems usually employ specialist equipment such as laser scanners and structured light projectors. Although more accurate than 2D optical image based recognition, these systems are equally difficult to implement in a non-co-operative environment. Existing face recognition systems, both 2D and 3D, detract from the main advantages of face recognition and fail to fully exploit its non-intrusive capacity. This is either because they rely too much on subject co-operation, which is not always available, or because they cannot cope with noisy data. The main objective of this work was to investigate the role of depth information in face recognition in a noisy environment. A stereo-based system, inspired by the human binocular vision, was devised using a pair of manually calibrated digital off-the-shelf cameras in a stereo setup to compute depth information. Depth values extracted from 2D intensity images using stereoscopy are extremely noisy, and as a result this approach for face recognition is rare. This was cofirmed by the results of our experimental work. Noise in the set of correspondences, camera calibration and triangulation led to inaccurate depth reconstruction, which in turn led to poor classifier accuracy for both 3D surface matching and 211) 2 depth maps. Recognition experiments axe performed on the Sheffield Dataset, consisting 692 images of 22 individuals with varying pose, illumination and expressions

Stereo Visual SLAM for Mobile Robots Navigation

Esta tesis está enfocada a la combinación de los campos de la robótica móvil y la visión por computador, con el objetivo de desarrollar métodos que permitan a un robot móvil localizarse dentro de su entorno mientras construye un mapa del mismo, utilizando como única entrada un conjunto de imágenes. Este problema se denomina SLAM visual (por las siglas en inglés de "Simultaneous Localization And Mapping") y es un tema que aún continúa abierto a pesar del gran esfuerzo investigador realizado en los últimos años. En concreto, en esta tesis utilizamos cámaras estéreo para capturar, simultáneamente, dos imágenes desde posiciones ligeramente diferentes, proporcionando así información 3D de forma directa. De entre los problemas de localización de robots, en esta tesis abordamos dos de ellos: el seguimiento de robots y la localización y mapeado simultáneo (o SLAM). El primero de ellos no tiene en cuenta el mapa del entorno sino que calcula la trayectoria del robot mediante la composición incremental de las estimaciones de su movimiento entre instantes de tiempo consecutivos. Cuando se usan imágenes para calcular esta trayectoria, el problema toma el nombre de "odometría visual", y su resolución es más sencilla que la del SLAM visual. De hecho, a menudo se integra como parte de un sistema de SLAM completo. Esta tesis contribuye con la propuesta de dos sistemas de odometría visual. Uno de ellos está basado en un solución cerrada y eficiente mientras que el otro está basado en un proceso de optimización no-lineal que implementa un nuevo método de detección y eliminación rápida de espurios. Los métodos de SLAM, por su parte, también abordan la construcción de un mapa del entorno con el objetivo de mejorar sensiblemente la localización del robot, evitando de esta forma la acumulación de error en la que incurre la odometría visual. Además, el mapa construido puede ser empleado para hacer frente a situaciones exigentes como la recuperación de la localización tras la pérdida del robot o realizar localización global. En esta tesis se presentan dos sistemas completos de SLAM visual. Uno de ellos se ha implementado dentro del marco de los filtros probabilísticos no parámetricos, mientras que el otro está basado en un método nuevo de "bundle adjustment" relativo que ha sido integrado con algunas técnicas recientes de visión por computador. Otra contribución de esta tesis es la publicación de dos colecciones de datos que contienen imágenes estéreo capturadas en entornos urbanos sin modificar, así como una estimación del camino real del robot basada en GPS (denominada "ground truth"). Estas colecciones sirven como banco de pruebas para validar métodos de odometría y SLAM visual

Graph-Based Simultaneous Localization And Mapping Using a Stereo Camera

Implementazione e verifica di un algoritmo SLAM per la navigazione di robot in ambienti sconosciuti e loro mappatura grazie all'ausilio di una stereo camera

Interlacing Self-Localization, Moving Object Tracking and Mapping for 3D Range Sensors

This work presents a solution for autonomous vehicles to detect arbitrary moving traffic participants and to precisely determine the motion of the vehicle. The solution is based on three-dimensional images captured with modern range sensors like e.g. high-resolution laser scanners. As result, objects are tracked and a detailed 3D model is built for each object and for the static environment. The performance is demonstrated in challenging urban environments that contain many different objects