Modelling of Orthogonal Craniofacial Profiles

We present a fully-automatic image processing pipeline to build a set of 2D morphable models of three craniofacial profiles from orthogonal viewpoints, side view, front view and top view, using a set of 3D head surface images. Subjects in this dataset wear a close-fitting latex cap to reveal the overall skull shape. Texture-based 3D pose normalization and facial landmarking are applied to extract the profiles from 3D raw scans. Fully-automatic profile annotation, subdivision and registration methods are used to establish dense correspondence among sagittal profiles. The collection of sagittal profiles in dense correspondence are scaled and aligned using Generalised Procrustes Analysis (GPA), before applying principal component analysis to generate a morphable model. Additionally, we propose a new alternative alignment called the Ellipse Centre Nasion (ECN) method. Our model is used in a case study of craniosynostosis intervention outcome evaluation, and the evaluation reveals that the proposed model achieves state-of-the-art results. We make publicly available both the morphable models and the profile dataset used to construct it

A Local Density Shape Context Algorithm for Point Pattern Matching in Three Dimensional Space

Three dimensional space point pattern matching technology shows significant usage in many scientific fields. It is a great challenge to match pairwise with rigid transformation in three dimensional space. In this paper, we propose an effect of Local Density Shape Context algorithm (LDSC). In LDSC, the point local density is firstly used for cutting down the negative impacting on extracting the feature descriptor. And the optimization of pairwise matching is firstly used in LDSC for improving the effectiveness. To demonstrate the performance of LDSC, we conduct experiments on synthetic datasets and real world datasets. The experimental results indicate that LDSC outperforms the three compared classical methods in most cases. LDSC is robust to outliers and noise

Registration and categorization of camera captured documents

Camera captured document image analysis concerns with processing of documents captured with hand-held sensors, smart phones, or other capturing devices using advanced image processing, computer vision, pattern recognition, and machine learning techniques. As there is no constrained capturing in the real world, the captured documents suffer from illumination variation, viewpoint variation, highly variable scale/resolution, background clutter, occlusion, and non-rigid deformations e.g., folds and crumples. Document registration is a problem where the image of a template document whose layout is known is registered with a test document image. Literature in camera captured document mosaicing addressed the registration of captured documents with the assumption of considerable amount of single chunk overlapping content. These methods cannot be directly applied to registration of forms, bills, and other commercial documents where the fixed content is distributed into tiny portions across the document. On the other hand, most of the existing document image registration methods work with scanned documents under affine transformation. Literature in document image retrieval addressed categorization of documents based on text, figures, etc. However, the scalability of existing document categorization methodologies based on logo identification is very limited. This dissertation focuses on two problems (i) registration of captured documents where the overlapping content is distributed into tiny portions across the documents and (ii) categorization of captured documents into predefined logo classes that scale to large datasets using local invariant features. A novel methodology is proposed for the registration of user defined Regions Of Interest (ROI) using corresponding local features from their neighborhood. The methodology enhances prior approaches in point pattern based registration, like RANdom SAmple Consensus (RANSAC) and Thin Plate Spline-Robust Point Matching (TPS-RPM), to enable registration of cell phone and camera captured documents under non-rigid transformations. Three novel aspects are embedded into the methodology: (i) histogram based uniformly transformed correspondence estimation, (ii) clustering of points located near the ROI to select only close by regions for matching, and (iii) validation of the registration in RANSAC and TPS-RPM algorithms. Experimental results on a dataset of 480 images captured using iPhone 3GS and Logitech webcam Pro 9000 have shown an average registration accuracy of 92.75% using Scale Invariant Feature Transform (SIFT). Robust local features for logo identification are determined empirically by comparisons among SIFT, Speeded-Up Robust Features (SURF), Hessian-Affine, Harris-Affine, and Maximally Stable Extremal Regions (MSER). Two different matching methods are presented for categorization: matching all features extracted from the query document as a single set and a segment-wise matching of query document features using segmentation achieved by grouping area under intersecting dense local affine covariant regions. The later approach not only gives an approximate location of predicted logo classes in the query document but also helps to increase the prediction accuracies. In order to facilitate scalability to large data sets, inverted indexing of logo class features has been incorporated in both approaches. Experimental results on a dataset of real camera captured documents have shown a peak 13.25% increase in the F–measure accuracy using the later approach as compared to the former

Graph matching using position coordinates and local features for image analysis

Encontrar las correspondencias entre dos imágenes es un problema crucial en el campo de la visión por ordenador i el reconocimiento de patrones. Es relevante para un amplio rango de propósitos des de aplicaciones de reconocimiento de objetos en las áreas de biometría, análisis de documentos i análisis de formas hasta aplicaciones relacionadas con la geometría desde múltiples puntos de vista tales cómo la recuperación de la pose, estructura desde el movimiento y localización y mapeo. La mayoría de las técnicas existentes enfocan este problema o bien usando características locales en la imagen o bien usando métodos de registro de conjuntos de puntos (o bien una mezcla de ambos). En las primeras, un conjunto disperso de características es primeramente extraído de las imágenes y luego caracterizado en la forma de vectores descriptores usando evidencias locales de la imagen. Las características son asociadas según la similitud entre sus descriptores. En las segundas, los conjuntos de características son considerados cómo conjuntos de puntos los cuales son asociados usando técnicas de optimización no lineal. Estos son procedimientos iterativos que estiman los parámetros de correspondencia y de alineamiento en pasos alternados. Los grafos son representaciones que contemplan relaciones binarias entre las características. Tener en cuenta relaciones binarias al problema de la correspondencia a menudo lleva al llamado problema del emparejamiento de grafos. Existe cierta cantidad de métodos en la literatura destinados a encontrar soluciones aproximadas a diferentes instancias del problema de emparejamiento de grafos, que en la mayoría de casos es del tipo "NP-hard". El cuerpo de trabajo principal de esta tesis está dedicado a formular ambos problemas de asociación de características de imagen y registro de conjunto de puntos como instancias del problema de emparejamiento de grafos. En todos los casos proponemos algoritmos aproximados para solucionar estos problemas y nos comparamos con un número de métodos existentes pertenecientes a diferentes áreas como eliminadores de "outliers", métodos de registro de conjuntos de puntos y otros métodos de emparejamiento de grafos. Los experimentos muestran que en la mayoría de casos los métodos propuestos superan al resto. En ocasiones los métodos propuestos o bien comparten el mejor rendimiento con algún método competidor o bien obtienen resultados ligeramente peores. En estos casos, los métodos propuestos normalmente presentan tiempos computacionales inferiores.Trobar les correspondències entre dues imatges és un problema crucial en el camp de la visió per ordinador i el reconeixement de patrons. És rellevant per un ampli ventall de propòsits des d’aplicacions de reconeixement d’objectes en les àrees de biometria, anàlisi de documents i anàlisi de formes fins aplicacions relacionades amb geometria des de múltiples punts de vista tals com recuperació de pose, estructura des del moviment i localització i mapeig. La majoria de les tècniques existents enfoquen aquest problema o bé usant característiques locals a la imatge o bé usant mètodes de registre de conjunts de punts (o bé una mescla d’ambdós). En les primeres, un conjunt dispers de característiques és primerament extret de les imatges i després caracteritzat en la forma de vectors descriptors usant evidències locals de la imatge. Les característiques son associades segons la similitud entre els seus descriptors. En les segones, els conjunts de característiques son considerats com conjunts de punts els quals son associats usant tècniques d’optimització no lineal. Aquests son procediments iteratius que estimen els paràmetres de correspondència i d’alineament en passos alternats. Els grafs son representacions que contemplen relacions binaries entre les característiques. Tenir en compte relacions binàries al problema de la correspondència sovint porta a l’anomenat problema de l’emparellament de grafs. Existeix certa quantitat de mètodes a la literatura destinats a trobar solucions aproximades a diferents instàncies del problema d’emparellament de grafs, el qual en la majoria de casos és del tipus “NP-hard”. Una part del nostre treball està dedicat a investigar els beneficis de les mesures de ``bins'' creuats per a la comparació de característiques locals de les imatges. La resta està dedicat a formular ambdós problemes d’associació de característiques d’imatge i registre de conjunt de punts com a instàncies del problema d’emparellament de grafs. En tots els casos proposem algoritmes aproximats per solucionar aquests problemes i ens comparem amb un nombre de mètodes existents pertanyents a diferents àrees com eliminadors d’“outliers”, mètodes de registre de conjunts de punts i altres mètodes d’emparellament de grafs. Els experiments mostren que en la majoria de casos els mètodes proposats superen a la resta. En ocasions els mètodes proposats o bé comparteixen el millor rendiment amb algun mètode competidor o bé obtenen resultats lleugerament pitjors. En aquests casos, els mètodes proposats normalment presenten temps computacionals inferiors