Texture Segmentation: An Objective Comparison between Traditional and Deep-Learning Methodologies

This paper compares a series of traditional and deep learning methodologies for the segmentation of textures. Six well-known texture composites first published by Randen and Hus{\o}y were used to compare traditional segmentation techniques (co-occurrence, filtering, local binary patterns, watershed, multiresolution sub-band filtering) against a deep-learning approach based on the U-Net architecture. For the latter, the effects of depth of the network, number of epochs and different optimisation algorithms were investigated. Overall, the best results were provided by the deep-learning approach. However, the best results were distributed within the parameters, and many configurations provided results well below the traditional techniques

Texture Segmentation: An Objective Comparison between Five Traditional Algorithms and a Deep-Learning U-Net Architecture

This paper compares a series of traditional and deep learning methodologies for the segmentation of textures. Six well-known texture composites first published by Randen and Husøy were used to compare traditional segmentation techniques (co-occurrence, filtering, local binary patterns, watershed, multiresolution sub-band filtering) against a deep-learning approach based on the U-Net architecture. For the latter, the effects of depth of the network, number of epochs and different optimisation algorithms were investigated. Overall, the best results were provided by the deep-learning approach. However, the best results were distributed within the parameters, and many configurations provided results well below the traditional techniques.</jats:p

vegetation mapping from high resolution satellite images in the heterogeneous arid environments of socotra island yemen

Socotra Island (Yemen), a global biodiversity hotspot, is characterized by high geo- morphological and biological diversity. In this study, we present a high-resolution vegetation map of the island based on combining vegetation analysis and classification with remote sensing. Two different image classification approaches were tested to assess the most accurate one in mapping the vegetation mosaic of Socotra. Spectral signatures of the vegetation classes were obtained through a Gaussian mixture distribution model, and a sequential maximum a posteriori (SMAP) classification was applied to account for the heterogeneity and the complex spatial pattern of the arid vegetation. This approach was compared to the traditional maximum like- lihood (ML) classification. Satellite data were represented by a RapidEye image with 5 m pixel resolution and five spectral bands. Classified vegetation releves were used to obtain the training and evaluation sets for the main plant communities. Postclassification sorting was performed to adjust the classification through various rule-based operations. Twenty- eight classes were mapped, and SMAP, with an accuracy of 87%, proved to be more effective than ML (accuracy: 66%). The resulting map will represent an important instrument for the elaboration of conservation strategies and the sustainable use of natural resources in the island. © The Authors. Published by SPIE under a Creative Commons Attribution 3.0 Unported License. Distribution or reproduction of this work in whole or in part requires full attribution of the original pub- lication, including its DOI. (DOI: 10.1117/1.JRS.7.073527

UNSUPERVISED CLASSIFICATION AND CHOICE OF CLASSES: BAYESIAN APPROACH

We have given a solution to the problem of unsupervised classifica,tioll of multidinlensional data. Our approach is based on Bayesian estimation which regards the number of classes, the data partition and the parameter vectors that describe the density of classes as unknowns. We compute their MAP estimates simultaneously by maximizing their joint posterior -probability density given the data. The concept of partition as a variable to be estimated hasn\u27t been considered. This formulation also solves the problem of validating clusters obtained from various methods. Our method can also incorporate any additional information &about a class while assigning its prohability density. It can also ut,ilize any available training samples that arise from different classes. We provide a. descent algorithm that starts with an arbitrary partition of the data, and iteratively computes the MAP estimates. We also focus on robust regression which is a special case of unsupervised classification with two classes; inliers and outliers. The problem of intensity image segmentation is posed as an unsupervised classification problem and solved using the Bayesian formulation a multiscale set up. The proposed method is also applied to data sets that occur in statistical literature and target tracking. The results ohbtained demonstrate the power of Bayesian approach for unsupervised classification

A statistical model-based approach to unsupervised texture segmentation

The general problem of unsupervised textured segmentation remains a largely unsolved issue in image analysis . Many studies proved that statistical model based texture segmentation algorithms yield good reults provided that the model parameters and the number of regions are known a priori . In this paper the problem of determining the number of regions is addressed. The segmentation algorithm relies on the analysis of second and higher order spatial statistics of the original images. The segmentation map is represented using a Markov Random Field model and a bayesian estimate of this map is computed using a deterministic relaxation algorithm . The segmentation algorithm does only require the tuning of one parameter. Results on hand-drawn images of natural textures and real textured images show the capability of the model to yield relevant segmentations when the number of regions and the texture classes are not known a priori .La segmentation des images texturées constitue une étape préliminaire cruciale dans de nombreuses applications en analyse d'images. Les approches par modélisation statistique conduisent à de bons résultats dans ce domaine, lorsque les paramètres des modèles statistiques et le nombre de régions à extraire sont connus a priori. La segmentation non supervisée d'images texturées reste, par contre, un problème délicat, auquel aucune solution complète n'a été apportée jusqu'à present. Nous contribuons à cet effort, en proposant une méthode de segmentation ne nécessitant pas de connaissance a priori sur le nombre ou le type de textures présentes dans l'imag

Centered Pyramids

Quadtree-like pyramids have the advantage of resulting in a multiresolution representation where each pyramid node has four unambiguous parents. Such a centered topology guarantees a clearly defined up-projection of labels. This concept has been successfully and extensively used in applications of contour detection, object recognition and segmentation. Unfortunately, the quadtree-like type of pyramid has poor approximation powers because of the employed piecewise-constant image model. This paper deals with the construction of improved centered image pyramids in terms of general approximation functions. The advantages of the centered topology such a symmetry, consistent boundary conditions and accurate up-projection of labels are combined with a more faithful image representation at coarser pyramid levels. We start by introducing a general framework for the design of least squares pyramids using the standard filtering and decimation tools. We give the most general explicit formulas for the computation of the filter coefficients by any (well behaving) approximation function in both the continuous $(L _{ \infty } )$ and the discrete $(l _{ \infty } )$ norm. We then define centered pyramids and provide the filter coefficients for odd spline approximation functions. Finally, we compare the centered pyramid to the ordinary one and highlight some applications

Mètode d'extracció multiparamètrica de característiques de textura orientat a la segmentació d'imatges

Tal com es veurà en el següent capítol d'antecedents, existeixen formes molt variades d'afrontar l'anàlisi de textures però cap d'elles està orientada al càlcul en temps real (video rate). Degut a la manca de mètodes que posin tant d'èmfasi en el temps de processat, l'objectiu d'aquesta tesi és definir i desenvolupar un nou mètode d'extracció de característiques de textura que treballi en temps real. Per aconseguir aquesta alta velocitat d'operació, un altre objectiu és presentar el disseny d'una arquitectura específica per implementar l'algorisme de càlcul dels paràmetres de textura definits, així com també l'algorisme de classificació dels paràmetres i la segmentació de la imatge en regions de textura semblant.En el capítol 2 s'expliquen els diversos mètodes més rellevants dins la caracterització de textures. Es veuran els mètodes més importants tant pel que fa als enfocaments estadístics com als estructurals. També en el mateix capítol se situa el nou mètode presentat en aquesta tesi dins els diferents enfocaments principals que existeixen. De la mateixa manera es fa una breu ressenya a la síntesi de textures, una manera d'avaluar quantitativament la caracterització de la textura d'una imatge. Ens centrarem principalment, en el capítol 3, en l'explicació del mètode presentat en aquest treball: s'introduiran els paràmetres de textura proposats, la seva necessitat i definicions. Al ser paràmetres altament perceptius i no seguir cap model matemàtic, en aquest mateix capítol s'utilitza una tècnica estadística anomenada anàlisi discriminant per demostrar que tots els paràmetres introdueixen suficient informació per a la separabilitat de regions de textura i veure que tots ells són necessaris en la discriminació de les textures.Dins el capítol 4 veurem com es tracta la informació subministrada pel sistema d'extracció de característiques per tal de classificar les dades i segmentar la imatge en funció de les seves textures. L'etapa de reconeixement de patrons es durà a terme en dues fases: aprenentatge i treball. També es presenta un estudi comparatiu entre diversos mètodes de classificació de textures i el mètode presentat en aquesta tesi; en ell es veu la bona funcionalitat del mètode en un temps de càlcul realment reduït. S'acaba el capítol amb una anàlisi de la robustesa del mètode introduint imatges amb diferents nivells de soroll aleatori. En el capítol 5 es presentaran els resultats obtinguts mitjançant l'extracció de característiques de textura a partir de diverses aplicacions reals. S'aplica el nostre mètode en aplicacions d'imatges aèries i en entorns agrícoles i sobre situacions que requereixen el processament en temps real com són la segmentació d'imatges de carreteres i una aplicació industrial d'inspecció i control de qualitat en l'estampació de teixits. Al final del capítol fem unes consideracions sobre dos efectes que poden influenciar en l'obtenció correcta dels resultats: zoom i canvis de perspectiva en les imatges de textura.En el capítol 6 es mostrarà l'arquitectura que s'ha dissenyat expressament per al càlcul dels paràmetres de textura en temps real. Dins el capítol es presentarà l'algorisme per a l'assignació de grups de textura i es demostrarà la seva velocitat d'operació a video rate.Finalment, en el capítol 7 es presentaran les conclusions i les línies de treball futures que es deriven d'aquesta tesi, així com els articles que hem publicat en relació a aquest treball i a l'anàlisi de textures. Les referències bibliogràfiques i els apèndixs conclouen el treball