Application of the Fisher-Rao metric to ellipse detection

The parameter space for the ellipses in a two dimensional image is a five dimensional manifold, where each point of the manifold corresponds to an ellipse in the image. The parameter space becomes a Riemannian manifold under a Fisher-Rao metric, which is derived from a Gaussian model for the blurring of ellipses in the image. Two points in the parameter space are close together under the Fisher-Rao metric if the corresponding ellipses are close together in the image. The Fisher-Rao metric is accurately approximated by a simpler metric under the assumption that the blurring is small compared with the sizes of the ellipses under consideration. It is shown that the parameter space for the ellipses in the image has a finite volume under the approximation to the Fisher-Rao metric. As a consequence the parameter space can be replaced, for the purpose of ellipse detection, by a finite set of points sampled from it. An efficient algorithm for sampling the parameter space is described. The algorithm uses the fact that the approximating metric is flat, and therefore locally Euclidean, on each three dimensional family of ellipses with a fixed orientation and a fixed eccentricity. Once the sample points have been obtained, ellipses are detected in a given image by checking each sample point in turn to see if the corresponding ellipse is supported by the nearby image pixel values. The resulting algorithm for ellipse detection is implemented. A multiresolution version of the algorithm is also implemented. The experimental results suggest that ellipses can be reliably detected in a given low resolution image and that the number of false detections can be reduced using the multiresolution algorithm

Detection and identification of elliptical structure arrangements in images: theory and algorithms

Cette thèse porte sur différentes problématiques liées à la détection, l'ajustement et l'identification de structures elliptiques en images. Nous plaçons la détection de primitives géométriques dans le cadre statistique des méthodes a contrario afin d'obtenir un détecteur de segments de droites et d'arcs circulaires/elliptiques sans paramètres et capable de contrôler le nombre de fausses détections. Pour améliorer la précision des primitives détectées, une technique analytique simple d'ajustement de coniques est proposée ; elle combine la distance algébrique et l'orientation du gradient. L'identification d'une configuration de cercles coplanaires en images par une signature discriminante demande normalement la rectification Euclidienne du plan contenant les cercles. Nous proposons une technique efficace de calcul de la signature qui s'affranchit de l'étape de rectification ; elle est fondée exclusivement sur des propriétés invariantes du plan projectif, devenant elle même projectivement invariante. ABSTRACT : This thesis deals with different aspects concerning the detection, fitting, and identification of elliptical features in digital images. We put the geometric feature detection in the a contrario statistical framework in order to obtain a combined parameter-free line segment, circular/elliptical arc detector, which controls the number of false detections. To improve the accuracy of the detected features, especially in cases of occluded circles/ellipses, a simple closed-form technique for conic fitting is introduced, which merges efficiently the algebraic distance with the gradient orientation. Identifying a configuration of coplanar circles in images through a discriminant signature usually requires the Euclidean reconstruction of the plane containing the circles. We propose an efficient signature computation method that bypasses the Euclidean reconstruction; it relies exclusively on invariant properties of the projective plane, being thus itself invariant under perspective

Ré-observabilité des points caractéristiques pour le calibrage et le positionnement d'un capteur multi-caméra

Le calibrage et le positionnement de caméras reposent sur l'extraction de caractéristiques dans l'image et leur reconnaissance dans les images subséquentes. Une caractéristique est une région de l'image localement saillante à laquelle sont associées une position et une description de l'apparence de cette région. Les algorithmes de calibrage et de positionnement reposent sur l'hypothèse qu'un ensemble de caractéristiques correspondantes est l'observation du même point physique de la scène. Toutefois, cette hypothèse n'est pas nécessairement respectée par toutes les caractéristiques correspondantes. Les causes de la présence de ces caractéristiques nuisibles sont multiples, allant de biais induits par la méthode de localisation dans l'image, jusqu'à la déformation de l'image lorsque la caméra change de point de vue. Le principal défi du calibrage et du positionnement est donc l'identification de caractéristiques fiables. Pour pallier ce problème, nous introduisons le concept de ré-observabilité d'une caractéristique. Ce concept regroupe l'unicité du point physique et la reconnaissance. Un point de la scène est défini par ses observations dans les images et par les poses associées à ces images. Ainsi, une caractéristique doit être localisée le plus précisément possible dans l'image. Pour ce faire, nous avons identifié les biais affectant la localisation des caractéristiques dans l'image en calibrage pour une scène contrôlée et en positionnement où le capteur évolue dans une scène inconnue. Pour chaque biais, nous proposons une solution simple permettant de réduire, voire éliminer le biais. Ceci a mené au développement de nouveaux détecteurs de caractéristiques. Ensuite, à partir de plusieurs images, nous évaluons la cohérence entre les observations et les poses de la caméra à l'aide de critères multi-vue. Les caractéristiques nuisibles peuvent alors être identifiées. L'aspect reconnaissance est traité en évaluant la distinction des caractéristiques qui peuvent être distinctes localement ou globalement dans la scène. Une application directe de ce concept concerne la visibilité des caractéristiques où l'observation d'une caractéristique distincte globalement renforce la probabilité d'observer une caractéristique distincte localement si elles ont été observées conjointement. Chacun des concepts de la ré-observabilité est appuyé par une application réelle de calibrage et de positionnement d'un capteur multi-caméra

Evaluating Harker and O'Leary's distance approximation for ellipse fitting

Harker and O'Leary's [Harker, M., O'Leary, P., 2006. First order geometric distance (the myth of Sampsonus). British Machine Vision Conf., 87-96] recently proposed a new distance measure for conics. This paper compares its accuracy and effectiveness against several other error of fits (EOFs) for ellipses using: (1) visualisations of the distortions with respect to the Euclidean distance; (2) a set of evaluation measures specifically designed for assessing ellipse EOFs [Rosin, P.L., 1996a. Analysing error of fit functions for ellipses. Pattern Recognition Lett. 17, 1461-1470; Rosin, P.L., 1996b. Assessing error of fit functions for ellipses. Graphical Models Image Process. 58, 494-502]; (3) the accuracy of LMedS ellipse fitting using the various EOFs