The Poisson Scale-Space: A Unified Approach to Phase-Based Image Processing in Scale-Space

In this paper we address the topics of scale-space and phase-based signal processing in a common framework. The involved linear scale-space is no longer based on the Gaussian kernel but on the Poisson kernel. The resulting scale-space representation is directly related to the monogenic signal, a 2D generalization of the analytic signal. Hence, the local phase arises as a natural concept in this framework which results in several advanced relationships that can be used in image processing

Utilisation de signaux hypercomplexes en estimation du mouvement et recalage multimodal

L'imagerie médicale est d'une nécessité certaine pour aider les médecins à comprendre et interpréter les comportements mécaniques et fonctionnels du corps humain. Les différentes modalités existantes fournissent des informations complémentaires qui peuvent améliorer cette compréhension. En particulier, la déformation d'organes ou de tissus peut fournir une indication sur la présence ou non d'une pathologie. Cette appréciation qualitative est facile à effectuer à l'œil nu, mais une estimation automatisée et précise de cette déformation peut être nécessaire. Le choix le plus naturel pour traiter les images est de se baser sur l'intensité des pixels. Cependant, certaines approches d'estimation du mouvement décomposent d'abord l'image en différents descripteurs, tels que la phase spatiale, qui porte l'information structurelle de l'image. L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'apport de ce type de descripteurs dans le cadre de séquences ultrasonores (US) et de recalage multimodal entre images par résonance magnétique (IRM) et US. Pour cela, nous avons d'abord montré que pour des images US, une approche basée sur la phase issue du signal monogène constituait un bon compromis vis-à-vis de techniques de mise en correspondance de blocs ou de flux optique basé sur la phase extraite du signal analytique complexe 2D. Nous avons ensuite poursuivi cette étude en considérant les différentes informations issues du signal monogène, avec son extension au cas 3D. Cela nous a permis de proposer un estimateur de translations basé sur un autre descripteur : l'orientation principale locale. Nous avons ensuite évalué l'apport de la phase dans le cadre du recalage IRM-US basé sur l'information mutuelle. Nous avons remarqué que dans ce cas, la phase donnait de meilleurs résultats que l'intensité dans la direction latérale mais pas axiale. Finalement, nous présentons les enjeux cliniques du prolapsus génito-urinaire chez la femme. Nous avons ainsi introduit un estimateur de mise en correspondance de blocs déformables basé sur la phase, que nous avons appliqué à des séquences échographiques in vivo. Bien que cet estimateur ait tendance à minimiser le stade du prolapsus, il permet un meilleur suivi des tissus au fil de la séquence que l'estimateur de blocs déformables initial basé sur l'intensitéNowadays, medical imaging is necessary to help doctors to understand and interpret the mechanical and functional behavior of the human body. The different existing modalities provide complementary information, which can improve this comprehension. In particular, the tissue deformation provide an indication on the presence of a pathology. This qualitative appreciation is easy to perform for the human eye, but it would be useful to get an automatic and accurate estimation of this deformation. The most natural choice to process images is to use the intensities of the pixels. However, some approaches estimate the motion decomposing the image in several descriptors, such as spatial phase, which is a strucural information of the image. The aim of this thesis is to evaluate the contribution of this kind of descriptors, when they are used for motion estimation on ultrasound (US) sequences and multimodal registration, between a magnetic resonance images (MRI) and US images. For this, we first showed that for ultrasound images, an approach based on the monogenic spatial phase was a good compromise, facing block matching technics or optical flow estimation based on 2D analytic complex signal. Then, we continued this study, considering all the features extracted from the 3D monogenic signal. It allowed us to propose a translation estimator based on another descriptor : the main local orientation. Afterward, we evaluated the contribution of the phase for MR-US registration based on the mutual information. We noted that, in this case, the spatial phase gave more accurate results than the intensity-based approach in the lateral direction, but not in the axial direction. Finally, we present the clinical issues of the pelvic organ prolaps. Thus, we introduced a phase-based block deformable block matching estimator. We applied this estimator on in vivo US sequences. Although this estimator tends to minimize the degree of the pelvic floor disorders, it allows a better tissues monitoring than the intensity-based block deformable estimator all along the sequenc

Disparity from monogenic phase

Disparity estimation is a fundamental problem of computer vision. Besides other approaches, disparity estimation from phase information is a quite wide-spread technique. In the present paper, we have considered the influence of the involved quadrature filters and we have replaced them with filters based on the monogenic signal. The implemented algorithm makes use of a scale-pyramid and applies channel encoding for the representation and fusion of the estimated data. The performed experiments show a significant improvement of the results