Image analysis using visual saliency with applications in hazmat sign detection and recognition

Visual saliency is the perceptual process that makes attractive objects stand out from their surroundings in the low-level human visual system. Visual saliency has been modeled as a preprocessing step of the human visual system for selecting the important visual information from a scene. We investigate bottom-up visual saliency using spectral analysis approaches. We present separate and composite model families that generalize existing frequency domain visual saliency models. We propose several frequency domain visual saliency models to generate saliency maps using new spectrum processing methods and an entropy-based saliency map selection approach. A group of saliency map candidates are then obtained by inverse transform. A final saliency map is selected among the candidates by minimizing the entropy of the saliency map candidates. The proposed models based on the separate and composite model families are also extended to various color spaces. We develop an evaluation tool for benchmarking visual saliency models. Experimental results show that the proposed models are more accurate and efficient than most state-of-the-art visual saliency models in predicting eye fixation.^ We use the above visual saliency models to detect the location of hazardous material (hazmat) signs in complex scenes. We develop a hazmat sign location detection and content recognition system using visual saliency. Saliency maps are employed to extract salient regions that are likely to contain hazmat sign candidates and then use a Fourier descriptor based contour matching method to locate the border of hazmat signs in these regions. This visual saliency based approach is able to increase the accuracy of sign location detection, reduce the number of false positive objects, and speed up the overall image analysis process. We also propose a color recognition method to interpret the color inside the detected hazmat sign. Experimental results show that our proposed hazmat sign location detection method is capable of detecting and recognizing projective distorted, blurred, and shaded hazmat signs at various distances.^ In other work we investigate error concealment for scalable video coding (SVC). When video compressed with SVC is transmitted over loss-prone networks, the decompressed video can suffer severe visual degradation across multiple frames. In order to enhance the visual quality, we propose an inter-layer error concealment method using motion vector averaging and slice interleaving to deal with burst packet losses and error propagation. Experimental results show that the proposed error concealment methods outperform two existing methods

Construction de mosaïques de super-résolution à partir de la vidéo de basse résolution. Application au résumé vidéo et la dissimulation d'erreurs de transmission.

La numérisation des vidéos existantes ainsi que le développement explosif des services multimédia par des réseaux comme la diffusion de la télévision numérique ou les communications mobiles ont produit une énorme quantité de vidéos compressées. Ceci nécessite des outils d’indexation et de navigation efficaces, mais une indexation avant l’encodage n’est pas habituelle. L’approche courante est le décodage complet des ces vidéos pour ensuite créer des indexes. Ceci est très coûteux et par conséquent non réalisable en temps réel. De plus, des informations importantes comme le mouvement, perdus lors du décodage, sont reestimées bien que déjà présentes dans le flux comprimé. Notre but dans cette thèse est donc la réutilisation des données déjà présents dans le flux comprimé MPEG pour l’indexation et la navigation rapide. Plus précisément, nous extrayons des coefficients DC et des vecteurs de mouvement. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes en particulier intéressés à la construction de mosaïques à partir des images DC extraites des images I. Une mosaïque est construite par recalage et fusion de toutes les images d’une séquence vidéo dans un seul système de coordonnées. Ce dernier est en général aligné avec une des images de la séquence : l’image de référence. Il en résulte une seule image qui donne une vue globale de la séquence. Ainsi, nous proposons dans cette thèse un système complet pour la construction des mosaïques à partir du flux MPEG-1/2 qui tient compte de différentes problèmes apparaissant dans des séquences vidéo réeles, comme par exemple des objets en mouvment ou des changements d’éclairage. Une tâche essentielle pour la construction d’une mosaïque est l’estimation de mouvement entre chaque image de la séquence et l’image de référence. Notre méthode se base sur une estimation robuste du mouvement global de la caméra à partir des vecteurs de mouvement des images P. Cependant, le mouvement global de la caméra estimé pour une image P peut être incorrect car il dépend fortement de la précision des vecteurs encodés. Nous détectons les images P concernées en tenant compte des coefficients DC de l’erreur encodée associée et proposons deux méthodes pour corriger ces mouvements. Unemosaïque construite à partir des images DC a une résolution très faible et souffre des effets d’aliasing dus à la nature des images DC. Afin d’augmenter sa résolution et d’améliorer sa qualité visuelle, nous appliquons une méthode de super-résolution basée sur des rétro-projections itératives. Les méthodes de super-résolution sont également basées sur le recalage et la fusion des images d’une séquence vidéo, mais sont accompagnées d’une restauration d’image. Dans ce cadre, nous avons développé une nouvelleméthode d’estimation de flou dû au mouvement de la caméra ainsi qu’une méthode correspondante de restauration spectrale. La restauration spectrale permet de traiter le flou globalement, mais, dans le cas des obvi jets ayant un mouvement indépendant du mouvement de la caméra, des flous locaux apparaissent. C’est pourquoi, nous proposons un nouvel algorithme de super-résolution dérivé de la restauration spatiale itérative de Van Cittert et Jansson permettant de restaurer des flous locaux. En nous basant sur une segmentation d’objets en mouvement, nous restaurons séparément lamosaïque d’arrière-plan et les objets de l’avant-plan. Nous avons adapté notre méthode d’estimation de flou en conséquence. Dans une premier temps, nous avons appliqué notre méthode à la construction de résumé vidéo avec pour l’objectif la navigation rapide par mosaïques dans la vidéo compressée. Puis, nous établissions comment la réutilisation des résultats intermédiaires sert à d’autres tâches d’indexation, notamment à la détection de changement de plan pour les images I et à la caractérisation dumouvement de la caméra. Enfin, nous avons exploré le domaine de la récupération des erreurs de transmission. Notre approche consiste en construire une mosaïque lors du décodage d’un plan ; en cas de perte de données, l’information manquante peut être dissimulée grace à cette mosaïque

Pattern Recognition

A wealth of advanced pattern recognition algorithms are emerging from the interdiscipline between technologies of effective visual features and the human-brain cognition process. Effective visual features are made possible through the rapid developments in appropriate sensor equipments, novel filter designs, and viable information processing architectures. While the understanding of human-brain cognition process broadens the way in which the computer can perform pattern recognition tasks. The present book is intended to collect representative researches around the globe focusing on low-level vision, filter design, features and image descriptors, data mining and analysis, and biologically inspired algorithms. The 27 chapters coved in this book disclose recent advances and new ideas in promoting the techniques, technology and applications of pattern recognition

Change blindness: eradication of gestalt strategies

Arrays of eight, texture-defined rectangles were used as stimuli in a one-shot change blindness (CB) task where there was a 50% chance that one rectangle would change orientation between two successive presentations separated by an interval. CB was eliminated by cueing the target rectangle in the first stimulus, reduced by cueing in the interval and unaffected by cueing in the second presentation. This supports the idea that a representation was formed that persisted through the interval before being 'overwritten' by the second presentation (Landman et al, 2003 Vision Research 43149–164]. Another possibility is that participants used some kind of grouping or Gestalt strategy. To test this we changed the spatial position of the rectangles in the second presentation by shifting them along imaginary spokes (by ±1 degree) emanating from the central fixation point. There was no significant difference seen in performance between this and the standard task [F(1,4)=2.565, p=0.185]. This may suggest two things: (i) Gestalt grouping is not used as a strategy in these tasks, and (ii) it gives further weight to the argument that objects may be stored and retrieved from a pre-attentional store during this task

Ultra-high-speed imaging of bubbles interacting with cells and tissue

Ultrasound contrast microbubbles are exploited in molecular imaging, where bubbles are directed to target cells and where their high-scattering cross section to ultrasound allows for the detection of pathologies at a molecular level. In therapeutic applications vibrating bubbles close to cells may alter the permeability of cell membranes, and these systems are therefore highly interesting for drug and gene delivery applications using ultrasound. In a more extreme regime bubbles are driven through shock waves to sonoporate or kill cells through intense stresses or jets following inertial bubble collapse. Here, we elucidate some of the underlying mechanisms using the 25-Mfps camera Brandaris128, resolving the bubble dynamics and its interactions with cells. We quantify acoustic microstreaming around oscillating bubbles close to rigid walls and evaluate the shear stresses on nonadherent cells. In a study on the fluid dynamical interaction of cavitation bubbles with adherent cells, we find that the nonspherical collapse of bubbles is responsible for cell detachment. We also visualized the dynamics of vibrating microbubbles in contact with endothelial cells followed by fluorescent imaging of the transport of propidium iodide, used as a membrane integrity probe, into these cells showing a direct correlation between cell deformation and cell membrane permeability

A comparison of the subspecific divergence of two sympatric African monkeys, Papio hamadryas & Chlorocebus aethiops: morphology, environment, diet & phylogeny

The baboon and vervet monkey exhibit numerous similarities in geographic range, ecology and social structure, and both exhibit extensive subspecific variation corresponding to geotypic forms. This thesis compares these two subspecific radiations, using skull morphology to characterise the two taxa, and attempts to determine if the two have been shaped by similar selective forces.The baboon exhibits clinal variation corresponding to decreasing size from Central to East Africa, like the vervet. However West African baboons are small, unlike the vervet. Much of the shape variation in baboons is size-related. Controlling for this reveals a north-south pattern of shape change corresponding to phylogenetic history. There are significant differences between the chacma and olive baboon subspecies in the proportion of subterranean foods in the diet. No dietary differences were detected between vervet subspecies. Baboon dietary variation was found to covary significantly with skull variation. However, no biomechanical adaptation was detected, suggesting morphological constraint owing to the recent divergence between subspecies. Phylogeny correlates with morphology to reveal an axis between northern and southern taxa in baboons. In vervets C. a. sabaeus is the most morphologically divergent, which with other evidence, suggests a West African origin and radiation east and south, in contrast with a baboon origin in southern Africa. Path analyses of all the factors discussed revealed markedly different relationships between the two taxa, with baboons responding to the environment via diet rather than directly.The two subspecific radiations have different relationships with diet, environment and phylogeny. In spite of superficial similarities, the study taxa are sufficiently different that similar ecological and environmental selective forces have not produced convergent patterns of radiations. The baboon exhibits greater flexibility and larger size freeing it from limiting constraints faced by vervets. Additionally the two have distinct sites of origins and patterns of dispersals adding a stochastic element to the differences between radiations