Bread crumb classification using fractal and multifractal features

Adequate image descriptors are fundamental in image classification and object recognition. Main requirements for image features are robustness and low dimensionality which would lead to low classification errors in a variety of situations and with a reasonable computational cost. In this context, the identification of materials poses a significant challenge, since typical (geometric and/or differential) feature extraction methods are not robust enough. Texture features based on Fourier or wavelet transforms, on the other hand, do withstand geometric and illumination variations, but tend to require a high amount of descriptors to perform adequately. Recently, the theory of fractal sets has shown to provide local image features that are both robust and low-dimensional. In this work we apply fractal and multifractal feature extraction techniques for bread crumb classification based on colour scans of slices of different bread types. Preliminary results show that fractal based classification is able to distinguish different bread crumbs with very high accuracy.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; ArgentinaFil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingenieria Electrica y de Computadoras; ArgentinaFil: Gómez, Juan Carlos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; Argentin

Multifractal characterisation and classification of bread crumb digital images

Adequate models of the bread crumb structure can be critical for understanding flow and transport processes in bread manufacturing, creating synthetic bread crumb images for photo-realistic rendering, evaluating similarities, and establishing quality features of different bread crumb types. In this article, multifractal analysis, employing the multifractal spectrum (MFS), has been applied to study the structure of the bread crumb in four varieties of bread (baguette, sliced, bran, and sandwich). The computed spectrum can be used to discriminate among bread crumbs from different types. Also, high correlations were found between some of these parameters and the porosity, coarseness, and heterogeneity of the samples. These results demonstrate that the MFS is an appropriate tool for characterising the internal structure of the bread crumb, and thus, it may be used to establish important quality properties it should have. The MFS has shown to provide local and global image features that are both robust and low-dimensional, leading to feature vectors that capture essential information for classification tasks. Results show that the MFS-based classification is able to distinguish different bread crumbs with very high accuracy. Multifractal modelling of the underlying structure can be an appropriate method for parameterising and simulating the appearance of different bread crumbs.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; ArgentinaFil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingenieria Electrica y de Computadoras; ArgentinaFil: Gómez, Juan Carlos. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas, Ingeniería y Agrimensura; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; Argentin

Modelado para la Renderización Foto-Realista de Pan

El modelado foto-realístico de materiales con una estructura interna compleja presenta varios desafíos en Computación Gráfica. Específicamente, la miga del pan es un material translúcido cuya estructura es porosa, mostrando detalles en distintas escalas. Si se pretende obtener resultados fotorealistas, deben modelizarse fenómenos tales como sombras internas, oclusión, transmitancia y absorción. La solución típica en estos casos es la aplicación directa de la ecuación del rendering, es decir, utilizar iluminación global (ray tracing, path tracing). Sin embargo, estos métodos presentan un costo computacional elevado y necesitan una malla 3D detallada del material. El estado del arte en renderización de materiales porosos utiliza un complejo procedimiento de captura donde la luz que es reflejada por el material es obtenida en distintos ángulos. Esa información es utilizada para reconstruir un modelo computacional del material. Si bien utilizando esta técnica es posible modelar alguna de las propiedades lumínicas deseadas, los costos computacionales asociados, el procedimiento de captura requerido y la baja variabilidad de la imagen resultante han provocado una dificultosa aplicación práctica del método. En este trabajo proponemos el estudio e implementación en GPU de un modelo basado en direct volume rendering sobre un campo escalar representando la estructura de la miga de pan sin utilizar estructuras intermedias. Las imágenes obtenidas muestran resultados promisorios en tiempo real. La miga es representada a través de un campo escalar 3D, el cual es computado en dos pasos. El primero utiliza una generación a través de sistemas de partículas, y el segundo aplica sistemas dinámicos para evolucionar las partículas, emulando el proceso de leudado y cocción del pan.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Scandolo, Leonardo. Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Exactas Ingeniería y Agrimensura. Escuela de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Ciencias de la Computación; ArgentinaFil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages". Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras. Instituto de Investigaciones en Ingeniería Eléctrica "Alfredo Desages"; ArgentinaFil: Garcia Bauza, Cristian Dario. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Three-dimensional multifractal analysis of trabecular bone under clinical computed tomography

Purpose: An adequate understanding of bone structural properties is critical for predicting fragility conditions caused by diseases such as osteoporosis, and in gauging the success of fracture prevention treatments. In this work we aim to develop multiresolution image analysis techniques to extrapolate high-resolution images predictive power to images taken in clinical conditions. Methods: We performed multifractal analysis (MFA) on a set of 17 ex vivo human vertebrae clinical CT scans. The vertebræ failure loads (FFailure) were experimentally measured. We combined bone mineral density (BMD) with different multifractal dimensions, and BMD with multiresolution statistics (e.g., skewness, kurtosis) of MFA curves, to obtain linear models to predict FFailure. Furthermore we obtained short- and long-term precisions from simulated in vivo scans, using a clinical CT scanner. Ground-truth data - high-resolution images - were obtained with a High-Resolution Peripheral Quantitative Computed Tomography (HRpQCT) scanner. Results: At the same level of detail, BMD combined with traditional multifractal descriptors (Lipschitz-Hölder exponents), and BMD with monofractal features showed similar prediction powers in predicting FFailure (87%, adj. R2). However, at different levels of details, the prediction power of BMD with multifractal features raises to 92% (adj. R2) of FFailure. Our main finding is that a simpler but slightly less accurate model, combining BMD and the skewness of the resulting multifractal curves, predicts 90% (adj. R2) of FFailure. Conclusions: Compared to monofractal and standard bone measures, multifractal analysis captured key insights in the conditions leading to FFailure. Instead of raw multifractal descriptors, the statistics of multifractal curves can be used in several other contexts, facilitating further research.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Thomsen, Felix Sebastian Leo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Sur; ArgentinaFil: Delrieux, Claudio Augusto. Universidad Nacional del Sur; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Lu, Yongtao. Dalian University of Technology; ChinaFil: Gómez, Juan Carlos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Stošić, Borko. Universidade Federal Rural Pernambuco; BrasilFil: Stošić, Tatijana. Universidade Federal Rural Pernambuco; Brasi

Procedural bread making

Accurate modeling and rendering of food, and in particular of bread and other baked edible stuff, have not received as much attention as other materials in the photorealistic rendering literature. In particular, bread turns out to be a structurally complex material, and the eye is very precise in spotting improper models, making adequate bread modeling a difficult task. In this paper we present an accurate computational bread making model that allows us to faithfully represent the geometrical structure and the appearance of bread through its making process. This is achieved by a careful simulation of the conditions during proving and baking to get realistically looking bread. Our results are successfully compared to real bread by both visual inspection and by a multifractal-based error metric.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y Sistemas; Argentina. Universidad Nacional de Rosario; ArgentinaFil: Patow, Gustavo. Universidad de Girona; EspañaFil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Bahía Blanca. Instituto de Investigación en Ingeniería Eléctrica; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingenieria Electrica y de Computadoras; Argentin

Real-time dense map fusion for stereo SLAM

A robot should be able to estimate an accurate and dense 3D model of its environment (a map), along with its pose relative to it, all of it in real time, in order to be able to navigate autonomously without collisions. As the robot moves from its starting position and the estimated map grows, the computational and memory footprint of a dense 3D map increases and might exceed the robot capabilities in a short time. However, a global map is still needed to maintain its consistency and plan for distant goals, possibly out of the robot field of view. In this work, we address such problem by proposing a real-time stereo mapping pipeline, feasible for standard CPUs, which is locally dense and globally sparse and accurate. Our algorithm is based on a graph relating poses and salient visual points, in order to maintain a long-term accuracy with a small cost. Within such framework, we propose an efficient dense fusion of several stereo depths in the locality of the current robot pose. We evaluate the performance and the accuracy of our algorithm in the public datasets of Tsukuba and KITTI, and demonstrate that it outperforms single-view stereo depth. We release the code as open-source, in order to facilitate the system use and comparisons.Fil: Pire, Taihú Aguará Nahuel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Baravalle, Rodrigo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: D'Alessandro, Ariel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Civera, Javier. Universidad de Zaragoza; Españ

Realistic modeling of porous materials

Photorealistic modeling and rendering of materials with complex internal mesostructure is a hard challenge in Computer Graphics. In particular, macroscopic porous materials consist of complex translucent substances that exhibit different details and light interaction at several different scales. State‐of‐the‐art techniques for modeling porous materials manage the material either as a surface and set up complex capture procedures or as a volume by employing different instances of procedural noise models for its representation. While the surface solution achieves several desired material properties, it still presents drawbacks in practical applications—high computational costs, complex capture procedures, and poor image variability, among others. Volumetric solutions are more flexible, but the final structure and appearance are difficult to control. To overcome these drawbacks, we propose an algorithm for the procedural generation of porous materials. The method is based on an artistic and physically inspired simulation of the growth of self‐avoiding bubbles inside a volume, by means of dynamical systems. The patterns induced by the bubbles can be easily and intuitively controlled. The bubbles adapt to any given shape and have convincing global and local fluid‐like patterns as seen in bread and sponges. Our method generates 3D textures that adequately represent porous materials, which can be used as input for creating realistic renderings of different porous objects. As a case study, we present the results of using these 3D textures as input to a direct volume renderer and show that they compare favorably with standard 3D texture synthesis methods.Fil: Baravalle, Rodrigo Guillermo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas. Universidad Nacional de Rosario. Centro Internacional Franco Argentino de Ciencias de la Información y de Sistemas; ArgentinaFil: Scandolo, Leonardo. Universidad Nacional de Rosario; Argentina. Delft University of Technology; Países BajosFil: Delrieux, Claudio Augusto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Bahía Blanca; Argentina. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras; ArgentinaFil: Garcia Bauza, Cristian Dario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comision de Investigaciones Científicas. Grupo de Plasmas Densos Magnetizados; ArgentinaFil: Eisemann, Elmar. Delft University of Technology; Países Bajo