Ancient Roman coin retrieval : a systematic examination of the effects of coin grade

Ancient coins are historical artefacts of great significance which attract the interest of scholars, and a large and growing number of amateur collectors. Computer vision based analysis and retrieval of ancient coins holds much promise in this realm, and has been the subject of an increasing amount of research. The present work is in great part motivated by the lack of systematic evaluation of the existing methods in the context of coin grade which is one of the key challenges both to humans and automatic methods. We describe a series of methods – some being adopted from previous work and others as extensions thereof – and perform the first thorough analysis to date.Postprin

Object detection, recognition and re-identification in video footage

There has been a significant number of security concerns in recent times; as a result, security cameras have been installed to monitor activities and to prevent crimes in most public places. These analysis are done either through video analytic or forensic analysis operations on human observations. To this end, within the research context of this thesis, a proactive machine vision based military recognition system has been developed to help monitor activities in the military environment. The proposed object detection, recognition and re-identification systems have been presented in this thesis. A novel technique for military personnel recognition is presented in this thesis. Initially the detected camouflaged personnel are segmented using a grabcut segmentation algorithm. Since in general a camouflaged personnel's uniform appears to be similar both at the top and the bottom of the body, an image patch is initially extracted from the segmented foreground image and used as the region of interest. Subsequently the colour and texture features are extracted from each patch and used for classification. A second approach for personnel recognition is proposed through the recognition of the badge on the cap of a military person. A feature matching metric based on the extracted Speed Up Robust Features (SURF) from the badge on a personnel's cap enabled the recognition of the personnel's arm of service. A state-of-the-art technique for recognising vehicle types irrespective of their view angle is also presented in this thesis. Vehicles are initially detected and segmented using a Gaussian Mixture Model (GMM) based foreground/background segmentation algorithm. A Canny Edge Detection (CED) stage, followed by morphological operations are used as pre-processing stage to help enhance foreground vehicular object detection and segmentation. Subsequently, Region, Histogram Oriented Gradient (HOG) and Local Binary Pattern (LBP) features are extracted from the refined foreground vehicle object and used as features for vehicle type recognition. Two different datasets with variant views of front/rear and angle are used and combined for testing the proposed technique. For night-time video analytics and forensics, the thesis presents a novel approach to pedestrian detection and vehicle type recognition. A novel feature acquisition technique named, CENTROG, is proposed for pedestrian detection and vehicle type recognition in this thesis. Thermal images containing pedestrians and vehicular objects are used to analyse the performance of the proposed algorithms. The video is initially segmented using a GMM based foreground object segmentation algorithm. A CED based pre-processing step is used to enhance segmentation accuracy prior using Census Transforms for initial feature extraction. HOG features are then extracted from the Census transformed images and used for detection and recognition respectively of human and vehicular objects in thermal images. Finally, a novel technique for people re-identification is proposed in this thesis based on using low-level colour features and mid-level attributes. The low-level colour histogram bin values were normalised to 0 and 1. A publicly available dataset (VIPeR) and a self constructed dataset have been used in the experiments conducted with 7 clothing attributes and low-level colour histogram features. These 7 attributes are detected using features extracted from 5 different regions of a detected human object using an SVM classifier. The low-level colour features were extracted from the regions of a detected human object. These 5 regions are obtained by human object segmentation and subsequent body part sub-division. People are re-identified by computing the Euclidean distance between a probe and the gallery image sets. The experiments conducted using SVM classifier and Euclidean distance has proven that the proposed techniques attained all of the aforementioned goals. The colour and texture features proposed for camouflage military personnel recognition surpasses the state-of-the-art methods. Similarly, experiments prove that combining features performed best when recognising vehicles in different views subsequent to initial training based on multi-views. In the same vein, the proposed CENTROG technique performed better than the state-of-the-art CENTRIST technique for both pedestrian detection and vehicle type recognition at night-time using thermal images. Finally, we show that the proposed 7 mid-level attributes and the low-level features results in improved performance accuracy for people re-identification

A novel method for detecting morphologically similar crops and weeds based on the combination of contour masks and filtered Local Binary Pattern operators

Background: Weeds are a major cause of low agricultural productivity. Some weeds have morphological features similar to crops, making them difficult to discriminate. Results: We propose a novel method using a combination of filtered features extracted by combined Local Binary Pattern operators and features extracted by plant-leaf contour masks to improve the discrimination rate between broadleaf plants. Opening and closing morphological operators were applied to filter noise in plant images. The images at 4 stages of growth were collected using a testbed system. Mask-based local binary pattern features were combined with filtered features and a coefficient k. The classification of crops and weeds was achieved using support vector machine with radial basis function kernel. By investigating optimal parameters, this method reached a classification accuracy of 98.63% with 4 classes in the bccr-segset dataset published online in comparison with an accuracy of 91.85% attained by a previously reported method. Conclusions: The proposed method enhances the identification of crops and weeds with similar appearance and demonstrates its capabilities in real-time weed detection. © 2020 The Author(s) 2020

[Research Pertaining to Physics, Space Sciences, Computer Systems, Information Processing, and Control Systems]

Research project reports pertaining to physics, space sciences, computer systems, information processing, and control system

Human Motion Analysis Using Very Few Inertial Measurement Units

Realistic character animation and human motion analysis have become major topics of research. In this doctoral research work, three different aspects of human motion analysis and synthesis have been explored. Firstly, on the level of better management of tens of gigabytes of publicly available human motion capture data sets, a relational database approach has been proposed. We show that organizing motion capture data in a relational database provides several benefits such as centralized access to major freely available mocap data sets, fast search and retrieval of data, annotations based retrieval of contents, entertaining data from non-mocap sensor modalities etc. Moreover, the same idea is also proposed for managing quadruped motion capture data. Secondly, a new method of full body human motion reconstruction using very sparse configuration of sensors is proposed. In this setup, two sensor are attached to the upper extremities and one sensor is attached to the lower trunk. The lower trunk sensor is used to estimate ground contacts, which are later used in the reconstruction process along with the low dimensional inputs from the sensors attached to the upper extremities. The reconstruction results of the proposed method have been compared with the reconstruction results of the existing approaches and it has been observed that the proposed method generates lower average reconstruction errors. Thirdly, in the field of human motion analysis, a novel method of estimation of human soft biometrics such as gender, height, and age from the inertial data of a simple human walk is proposed. The proposed method extracts several features from the time and frequency domains for each individual step. A random forest classifier is fed with the extracted features in order to estimate the soft biometrics of a human. The results of classification have shown that it is possible with a higher accuracy to estimate the gender, height, and age of a human from the inertial data of a single step of his/her walk

Linking Canopy Reflectance and Plant Functioning through Radiative Transfer Models

Von den Tropen bis zur Tundra hat sich die Pflanzenwelt durch Anpassungen an lokale Umwelteinflüsse diversifiziert. Diese Anpassungen sind in der Funktionsweise der Pflanzen manifestiert, welche unter anderem Wachstum, Fortpflanzung, Konkurrenzfähigkeit oder Ausdauer beinhalten. Pflanzenfunktionen haben nicht nur direkten Einfluss auf die Artenzusammensetzung, sondern auch auf großräumige Prozesse wie Bio- und Atmossphäreninteraktionen oder Stoffkreisläufe. Folglich wurden viele Forschungsanstrengungen unternommen um Pflanzenfunktionen weiter zu verstehen und zu erfassen, z.B. darauf abzielend generalisierende Modelle von Pflanzenfunktionen zu entwickeln oder individuelle Pflanzenmerkmale als Indikatoren für Pflanzenfunktion zu identifizieren. Trotz der wissenschaftlichen Fortschritte fehlt ein vollständiges Bild der Funktionsvielfalt der Pflanzenwelt, sowohl in geographischer als auch funktioneller Hinsicht. Dies ist im Wesentlichen auf die Komplexität und die logistischen Einschränkungen bei der Messung von Pflanzenfunktionen im Feld zurückzuführen. Um dieses Bild zu vervollständigen wird insbesondere optischen Erdbeobachtungsdaten ein hohes Potenzial zugeschrieben. Optische Erdbeobachtungssensoren erfassen das vom Kronendach reflektierte Sonnenlicht. Letzteres wird durch verschiedene biochemische und strukturelle Pflanzenmerkmale (im Folgenden optische Merkmale) beeinträchtigt (z.B. Blattchlorophyllgehalt oder Blattwinkel). Das Abfangen und Absorbieren von Sonnenlicht ist die Grundlage des pflanzeneigenen Metabolismus und folglich liegt es Nahe, dass diese optischen Merkmale direkt mit Pflanzenfunktionen zusammenhängen. Der Zusammenhang dieser optische Merkmale mit Pflanzenfunktionen wurde jedoch noch nicht systematisch untersucht, und ebenso ist der Zusammenhang zwischen Pflanzenfunktion und Kronendachreflektion noch nicht vollständig untersucht. Die physikalischen Interaktionen von Licht und optischen Pflanzenmerkmalen sind bereits hinreichend verstanden und in Strahlungstransfermodellen (RTM) für Vegetationskronendächer formuliert. RTM können als prozessbasierte Modelle betrachtet werden, die die Reflektion des Kronendachs in Abhängigkeit von optische Merkmalen, dem Bodenhintergrund und der Sonnen-Sensorgeometrie modellieren. Das Ziel und die Innovation dieser Dissertation war die kausalen Zusammenhänge zwischen Kronendachreflektion und Pflanzenfunktion mittels RTM zu verstehen und zu nutzen. Es wurde gezeigt, dass für die Fernerkundung von Pflanzenfunktionen die Kopplung von Kronendachreflektion und Pflanzenfunktionen durch RTM mehrere Potentiale bietet: Erstens, ermöglichen RTM die Kartierung von Pflanzenmerkmalen. Innerhalb einer Fallstudie wurde gezeigt, dass eine Inversion von RTM mit hyperspektralen Daten eine Kartierung von optischen Merkmalen erlaubt, für die keine Felddaten zur Modellkalibrierung benötigt werden. Die kartierten Merkmale zeigten eine hohe Übereinstimmung mit Merkmalsausprägungen aus unabhängigen Datenbanken und spiegelten die im Feld gemessenen ökologischen Gradienten wider. Dies deutet darauf hin, dass RTM-Inversion als äußerst übertragbare Methode betrachtet werden kann, um räumliche Karten von Pflanzenmerkmalen zu erstellen, die als Proxies für Pflanzenfunktionen dienen können. Allerdings erfordert die Implementierung von RTM Inversionen fundierte Kenntnisse über die Prinzipien der Strahlentransfermodellierung und der zu untersuchenden Vegetationscharakteristiken. Zweitens, ermöglichen RTM die Untersuchung von Zusammenhängen zwischen Pflanzenfunktion und der Kronendachreflektion. In der vorliegenden Thesis wurden simulierte Kronendachspektren aus einem RTM verwendet, um den Beitrag der optischen Merkmale zu den spektralen Unterschieden zwischen Pflanzenfunktionstypen zu erfassen. Die Ergebnisse zeigten die dominanten Pflanzenmerkmale und die entsprechenden spektralen Charakteristiken die für eine fernerkundliche Unterscheidung der Pflanzenfunktion von großer Relevanz sind. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass RTM-basierte Simulationen Einschränkungen von Fallstudien kompensieren und Kenntnisse über die Zusammenhänge von Pflanzenfunktionen, Pflanzeneigenschaften und Kronendachtreflektion erweitern können. Diese Kenntnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung und Verbesserung von Sensoren und Algorithmen zur Fernerkundung von Pflanzenfunktionen. Drittens, erweitern RTM und die darin enthaltenen optischen Merkmale unsere Möglichkeiten Unterschiede in der Pflanzenfunktion zu verstehen und zu quantifizieren. Mit Hilfe von in-situ gemessenen Merkmalsausprägungen konnte gezeigt werden, dass die in RTM enthaltenen optischen Merkmale kausal mit primären Pflanzenfunktionen zusammenhängen. Dies wiederum bedeutet, dass die Reflexion des Kronendachs unmittelbar mit den primären Funktionen der Pflanze zusammenhängt (‘Reflektion folgt Funktion’). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass optische Merkmale vergleichbare oder sogar höhere Korrelationen mit den verwendeten pflanzlichen Funktionsgradienten aufweisen als die in der Pflanzenökologie üblich verwendeten Merkmale. Entsprechend bieten RTM sowohl eine alternative Perspektive als auch ein Set von Pflanzenmerkmalen mit denen Unterschiede der Pflanzenfunktion charakterisiert und quantifiziert werden können. Diese Merkmale können somit als wertvolle Ergänzung oder Alternative zu den in der Pflanzenökologie üblichen Merkmalen dienen. Zusammengefasst zeigt diese Thesis, dass RTM unsere Möglichkeiten erweiterten können die funktionelle Vielfalt der globalen Vegetationsbedeckung weiter zu verstehen und zu erfassen und führt zukunftsrelevante Forschungspotentiale auf

Feature Extraction Methods for Character Recognition

Not Include