Optimal morphological filter design for fabric defect detection

This paper investigates the problem of automated defect detection for textile fabrics and proposes a new optimal morphological filter design method for solving this problem. Gabor Wavelet Network (GWN) is adopted as a major technique to extract the texture features of textile fabrics. An optimal morphological filter can be constructed based on the texture features extracted. In view of this optimal filter, a new semi-supervised segmentation algorithm is then proposed. The performance of the scheme is evaluated by using a variety of homogeneous textile images with different types of common defects. The test results exhibit accurate defect detection with low false alarm, thus confirming the robustness and effectiveness of the proposed scheme. In addition, it can be shown that the algorithm proposed in this paper is suitable for on-line applications. Indeed, the proposed algorithm is a low cost PC based solution to the problem of defect detection for textile fabrics. © 2005 IEEE.published_or_final_versio

3D object reconstruction and representation using neural networks

3D object reconstruction is frequent used in various fields such as product design, engineering, medical and artistic applications. Numerous reconstruction techniques and software were introduced and developed. However, the purpose of this paper is to fully integrate an adaptive artificial neural network (ANN) based method in reconstructing and representing 3D objects. This study explores the ability of neural networks in learning through experience when reconstructing an object by estimating it’s z-coordinate. Neural networks ’ capability in representing most classes of 3D objects used in computer graphics is also proven. Simple affined transformation is applied on different objects using this approach and compared with the real objects. The results show that neural network is a promising approach for reconstruction and representation of 3D objects

Probabilistic methods for pose-invariant recognition in computer vision

This thesis is concerned with two central themes in computer vision, the properties of oriented quadrature filters, and methods for implementing rotation invariance in an object matching and recognition system. Objects are modeled as combinations of local features, and human faces are used as the reference object class. The topics covered include optimal design of filter banks for feature detection and object recognition, modeling of pose effects in filter responses and the construction of probability-based pose-invariant object matching and recognition systems employing oriented filters. Gabor filters have been derived as information-theoretically optimal bandpass filters, simultaneously maximizing the localization capability in space and spatial-frequency domains. Steerable oriented filters have been developed as a tool for reducing the amount of computation required in rotation invariant systems. In this work, the framework of steerable filters is applied to Gabor-type filters and novel analytical derivations for the required steering equations for them are presented. Gabor filters and some related filters are experimentally shown to be approximately steerable with low steering error, given suitable filter shape parameters. The effects of filter shape parameters in feature localization and object recognition are also studied using a complete feature matching system. A novel approach for modeling the pose variation of features due to depth rotations is introduced. Instead of manifold learning methods, the use synthetic data makes it possible to apply simpler regression modeling methods. The use of synthetic data in learning the pose models for local features is a central contribution of the work. The object matching methods considered in the work are based on probabilistic reasoning. The required object likelihood functions are constructed using feature similarity measures, and random sampling methods are applied for finding the modes of high probability in the likelihood probability distribution functions. The Population Monte Carlo algorithm is shown to solve successfully pose estimation problems in which simple Metropolis and Gibbs sampling methods give unsatisfactory performance.Tämä väitöskirja käsittelee kahta keskeistä tietokonenäön osa-aluetta, signaalin suunnalle herkkien kvadratuurisuodinten ominaisuuksia, ja näkymäsuunnasta riippumattomia menetelmiä kohteiden sovittamiseksi malliin ja tunnistamiseksi. Kohteet mallinnetaan paikallisten piirteiden yhdistelminä, ja esimerkkikohdeluokkana käytetään ihmiskasvoja. Työssä käsitellään suodinpankin optimaalista suunnittelua piirteiden havaitsemisen ja kohteen tunnistuksen kannalta, näkymäsuunnan piirteissä aiheuttamien ilmiöiden mallintamista sekä edellisen kaltaisia piirteitä käyttävän todennäköisyyspohjaisen, näkymäsuunnasta riippumattomaan havaitsemiseen kykenevän kohteidentunnistusjärjestelmän toteutusta. Gabor-suotimet ovat informaatioteoreettisista lähtökohdista johdettuja, aika- ja taajuustason paikallistamiskyvyltään optimaalisia kaistanpäästösuotimia. Nk. ohjattavat (steerable) suuntaherkät suotimet on kehitetty vähentämään laskennan määrää tasorotaatioille invarianteissa järjestelmissä. Työssä laajennetaan ohjattavien suodinten teoriaa Gabor-suotimiin ja esitetään Gabor-suodinten ohjaukseen vaadittavien approksimointiyhtälöiden johtaminen analyyttisesti. Kokeellisesti näytetään, että Gabor-suotimet ja eräät niitä muistuttavat suotimet ovat sopivilla muotoparametrien arvoilla likimäärin ohjattavia. Lisäksi tutkitaan muotoparametrien vaikutusta piirteiden havaittavuuteen sekä kohteen tunnistamiseen kokonaista kohteidentunnistusjärjestelmää käyttäen. Piirteiden näkymäsuunnasta johtuvaa vaihtelua mallinnetaan suoraviivaisesti regressiomenetelmillä. Näiden käyttäminen monisto-oppimismenetelmien (manifold learning methods) sijaan on mahdollista, koska malli muodostetaan synteettisen datan avulla. Työn keskeisiä kontribuutioita on synteettisen datan käyttäminen paikallisten piirteiden näkymämallien oppimisessa. Työssä käsiteltävät mallinsovitusmenetelmät perustuvat todennäköisyyspohjaiseen päättelyyn. Tarvittavat kohteen uskottavuusfunktiot muodostetaan piirteiden samankaltaisuusmitoista, ja uskottavuusfunktion suuren todennäköisyysmassan keskittymät löydetään satunnaisotantamenetelmillä. Population Monte Carlo -algoritmin osoitetaan ratkaisevan onnistuneesti asennonestimointiongelmia, joissa Metropolis- ja Gibbs-otantamenetelmät antavat epätyydyttäviä tuloksia.reviewe

New contributions in overcomplete image representations inspired from the functional architecture of the primary visual cortex = Nuevas contribuciones en representaciones sobrecompletas de imágenes inspiradas por la arquitectura funcional de la corteza visual primaria

The present thesis aims at investigating parallelisms between the functional architecture of primary visual areas and image processing methods. A first objective is to refine existing models of biological vision on the base of information theory statements and a second is to develop original solutions for image processing inspired from natural vision. The available data on visual systems contains physiological and psychophysical studies, Gestalt psychology and statistics on natural images The thesis is mostly centered in overcomplete representations (i.e. representations increasing the dimensionality of the data) for multiple reasons. First because they allow to overcome existing drawbacks of critically sampled transforms, second because biological vision models appear overcomplete and third because building efficient overcomplete representations raises challenging and actual mathematical problems, in particular the problem of sparse approximation. The thesis proposes first a self-invertible log-Gabor wavelet transformation inspired from the receptive field and multiresolution arrangement of the simple cells in the primary visual cortex (V1). This transform shows promising abilities for noise elimination. Second, interactions observed between V1 cells consisting in lateral inhibition and in facilitation between aligned cells are shown efficient for extracting edges of natural images. As a third point, the redundancy introduced by the overcompleteness is reduced by a dedicated sparse approximation algorithm which builds a sparse representation of the images based on their edge content. For an additional decorrelation of the image information and for improving the image compression performances, edges arranged along continuous contours are coded in a predictive manner through chains of coefficients. This offers then an efficient representation of contours. Fourth, a study on contour completion using the tensor voting framework based on Gestalt psychology is presented. There, the use of iterations and of the curvature information allow to improve the robustness and the perceptual quality of the existing method. La presente tesis doctoral tiene como objetivo indagar en algunos paralelismos entre la arquitectura funcional de las áreas visuales primarias y el tratamiento de imágenes. Un primer objetivo consiste en mejorar los modelos existentes de visión biológica basándose en la teoría de la información. Un segundo es el desarrollo de nuevos algoritmos de tratamiento de imágenes inspirados de la visión natural. Los datos disponibles sobre el sistema visual abarcan estudios fisiológicos y psicofísicos, psicología Gestalt y estadísticas de las imágenes naturales. La tesis se centra principalmente en las representaciones sobrecompletas (i.e. representaciones que incrementan la dimensionalidad de los datos) por las siguientes razones. Primero porque permiten sobrepasar importantes desventajas de las transformaciones ortogonales; segundo porque los modelos de visión biológica necesitan a menudo ser sobrecompletos y tercero porque construir representaciones sobrecompletas eficientes involucra problemas matemáticos relevantes y novedosos, en particular el problema de las aproximaciones dispersas. La tesis propone primero una transformación en ondículas log-Gabor auto-inversible inspirada del campo receptivo y la organización en multiresolución de las células simples del cortex visual primario (V1). Esta transformación ofrece resultados prometedores para la eliminación del ruido. En segundo lugar, las interacciones observadas entre las células de V1 que consisten en la inhibición lateral y en la facilitación entre células alineadas se han mostrado eficientes para extraer los bordes de las imágenes naturales. En tercer lugar, la redundancia introducida por la transformación sobrecompleta se reduce gracias a un algoritmo dedicado de aproximación dispersa el cual construye una representación dispersa de las imágenes sobre la base de sus bordes. Para una decorrelación adicional y para conseguir más altas tasas de compresión, los bordes alineados a lo largo de contornos continuos están codificado de manera predictiva por cadenas de coeficientes, lo que ofrece una representacion eficiente de los contornos. Finalmente se presenta un estudio sobre el cierre de contornos utilizando la metodología de tensor voting. Proponemos el uso de iteraciones y de la información de curvatura para mejorar la robustez y la calidad perceptual de los métodos existentes

Recognizing Faces -- An Approach Based on Gabor Wavelets

As a hot research topic over the last 25 years, face recognition still seems to be a difficult and largely problem. Distortions caused by variations in illumination, expression and pose are the main challenges to be dealt with by researchers in this field. Efficient recognition algorithms, robust against such distortions, are the main motivations of this research. Based on a detailed review on the background and wide applications of Gabor wavelet, this powerful and biologically driven mathematical tool is adopted to extract features for face recognition. The features contain important local frequency information and have been proven to be robust against commonly encountered distortions. To reduce the computation and memory cost caused by the large feature dimension, a novel boosting based algorithm is proposed and successfully applied to eliminate redundant features. The selected features are further enhanced by kernel subspace methods to handle the nonlinear face variations. The efficiency and robustness of the proposed algorithm is extensively tested using the ORL, FERET and BANCA databases. To normalize the scale and orientation of face images, a generalized symmetry measure based algorithm is proposed for automatic eye location. Without the requirement of a training process, the method is simple, fast and fully tested using thousands of images from the BioID and BANCA databases. An automatic user identification system, consisting of detection, recognition and user management modules, has been developed. The system can effectively detect faces from real video streams, identify them and retrieve corresponding user information from the application database. Different detection and recognition algorithms can also be easily integrated into the framework

Pedestrian soft biometrics recognition using deep learning on thermal images in smart cities

With technological advancement and the rise of the Internet of Things, our society is becoming more interconnected than ever before. Our computers and devices are getting smaller, and their computing power and memory has been increasing. These advances coupled with the leaps in artificial intelligence caused by the deep learning revolution in recent yearshave led to an increasingly rising interest in the field of pervasive intelligence. Intelligence in the environment has been used in smart homes in order to bring assistance to semi-autonomous people by performing activity recognition based on sensor data. As technology keeps improving, we may start to investigate the extension of assistive technologies beyond the boundaries of smart homes and into our smart cities. In order to bring assistance to semi-autonomous people, the first step is to be able to recognize profiles of vulnerable people. In order to leverage technology and artificial intelligence to make our cities smarter, safer and more accessible, this thesis investigates the use of environmental sensors such as thermal cameras to perform pedestrian soft biometrics recognition (age, gender and mobility) in the city. In this thesis, the process of building prototypes from scratch in order to collect thermal gait data in the city is explored, and the use and optimization of deep learning algorithms to perform soft biometrics recognition, as well as the feasibility of implementing these algorithms on limited resource boards are explored. The use of unprocessed thermal images allows a higher degree of privacy for the citizens, and it is novel in the field of human profile recognition. This thesis aims to set the foundation of future work, both in the field of thermal images-based soft biometrics recognition and pervasive intelligence in our cities in order to make them smarter, and move towards an interconnected society. Les progrès technologiques et le développement de l’Internet des Objets nous mènent vers une société de plus en plus interconnectée. Nos ordinateurs et nos appareils deviennent de plus en plus petits et leur puissance de calcul et leur mémoire ne cesse de s’améliorer. Ces avancées combinées aux récents progrès dans le domaine de l’intelligence artificielle avec la révolution de l’apprentissage profond ont mené à un intérêt grandissant dans le domaine de l’intelligence ambiante. L’intelligence ambiante a été utilisée dans le domaine des maisons intelligentes sous forme de reconnaissance d’activités, permettant d’assister les personnes semi-autonomes en utilisant des données collectées par des capteurs. Alors que le progrès technologique continue, nous arrivons à un point où l’hypothèse d’étendre ces stratégies d’assistance des maisons aux villes intelligentes devient de plus en plus réaliste. Afin d’étendre cette assistance aux villes, la première étape est d’identifier les personnes vulnérables, qui sont celles qui pourraient bénéficier de cette assistance. Dans le but d’utiliser la technologie pour rendre nos villes plus intelligentes, plus sûres et plus accessibles, cette thèse explore l’utilisation de capteurs environnementaux tels que des caméras thermiques pour effectuer de la reconnaissance de profils dans la ville (âge, genre et mobilité). Dans cette thèse, le processus de construction de prototypes pour récolter des données thermales dans la ville est présenté, et l’utilisation ainsi que l’optimisation d’algorithmes d’apprentissage profond pour la reconnaissance de profils est explorée. L’implémentation des algorithmes sur un système embarqué est également abordée. L’utilisation d’images thermiques garantit un plus grand degré d’anonymat pour les citoyens que l’utilisation de caméras RGB, et cette thèse représente les premiers travaux de reconnaissance de profils multiples en utilisant uniquement des images thermiques sans pré-traitement. Cette thèse a pour objectif de poser les bases pour des travaux futurs dans le domaine de la reconnaissance de profils en utilisant des images thermiques, ainsi que dans le domaine de l’intelligence ambiante dans nos villes, afin de les rendre plus intelligentes et de se diriger vers une société interconnectée

Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen auf Basis intravaskulärer Ultraschallaufnahmen zur klinischen Anwendung in einem IVB-System

Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems sind in Deutschland für fast 50% der Todesfälle verantwortlich. Insbesondere die Arteriosklerose (vulgo: „Arterienverkalkung“) ist dabei ein dominierendes Krankheitsbild. So ist es auch nicht verwunderlich, dass die Arteriosklerose seit den Anfängen der wissenschaftlichen Medizin ein Feld für umfangreiche Untersuchungen gewesen ist. Speziell durch den technischen Fortschritt bildgebender Verfahren war es möglich neuartige Diagnose- und Therapiemethoden zu entwickeln. Dabei hat sich gerade der intravaskuläre Ultraschall zu einem Goldstandard in der Diagnose arteriosklerotischer Erkrankungen und, in Kombination mit der intravaskulären Brachytherapie, zu einer Erfolg versprechenden Basistechnik für therapeutische Maßnahmen entwickelt. Grundvoraussetzung fast jeder bildbasierten Intervention ist aber die Separierung der Bilddaten in anatomisch und pathologisch differenzierte, saliente Regionen. In Anbetracht zunehmender, umfangreicherer Datenmengen kann eine derartige Aufarbeitung nur rechnergestützt durch Problem adaptierte Klassifikationsalgorithmen gewährleistet werden. Daher war es das Ziel dieser Arbeit, neue Methoden zur Merkmalsextraktion und Algorithmen zur Klassifikation morphologischer und pathologischer Strukturen in koronaren Gefäßen bereitzustellen. Aus der initialen Fragestellung wurde zudem zeitnah deutlich, dass das Forschungsvorhaben Anknüpfungspunkte zu weiteren hochgradig relevanten inter- und intradisziplinären Forschungsthemen, beispielsweise der Histologie, Systembiologie oder Chemietechnik, aufweist. Aber auch vonseiten der Anwendungsszenarien wurden teilweise völlig neue, innovative Wege beschritten. Exemplarisch sei ein E-Learning-Ansatz zur „Übersetzung“ digitaler Bilddaten in haptisch erfahrbare Reliefs für blinde und sehbehinderte Schülerinnen und Schüler genannt. In Anbetracht dieser partiell divergierenden Sichtweisen war auch die generalisierte, von der expliziten Fragestellung abstrahierte Umsetzung eine Ausrichtung der Arbeit. Dieser Intention folgend wurden drei wesentliche methodische und konzeptionelle Entwicklungen innerhalb der Arbeit realisiert: ein Expertensystem zur Approximation arterieller Kompartimente mittels unscharfer elliptischer Templates, ein neuartiger, effizienter Ansatz zur signaltheoretischen Extraktion textureller Merkmale und die Etablierung maschinelle Lernverfahren unter Integration von a priori Wissen. Über eine konsequente Integration statistischer Gütemaße konnte zudem eine ausgeprägte Rückkopplung zwischen Klassifikations- und Bewertungsansätzen gewährleistet werden. Gemeinsam ist allen Ansätzen das Ansinnen, trotz hoch anwendungsbezogener Umsetzungen, die fortwährende Portabilität zu beachten. In einer übergeordneten Abstraktion kann die Intention der Arbeit somit auch in der „generalisierten Nutzung signaltheoretischer Merkmale zur Klassifikation heterogener, durch texturelle Ausprägungen zu differenzierende Kompartimente mittels maschineller Lernverfahren“ verstanden werden