Modeling and applications of the focus cue in conventional digital cameras

El enfoque en cámaras digitales juega un papel fundamental tanto en la calidad de la imagen como en la percepción del entorno. Esta tesis estudia el enfoque en cámaras digitales convencionales, tales como cámaras de móviles, fotográficas, webcams y similares. Una revisión rigurosa de los conceptos teóricos detras del enfoque en cámaras convencionales muestra que, a pasar de su utilidad, el modelo clásico del thin lens presenta muchas limitaciones para aplicación en diferentes problemas relacionados con el foco. En esta tesis, el focus profile es propuesto como una alternativa a conceptos clásicos como la profundidad de campo. Los nuevos conceptos introducidos en esta tesis son aplicados a diferentes problemas relacionados con el foco, tales como la adquisición eficiente de imágenes, estimación de profundidad, integración de elementos perceptuales y fusión de imágenes. Los resultados experimentales muestran la aplicación exitosa de los modelos propuestos.The focus of digital cameras plays a fundamental role in both the quality of the acquired images and the perception of the imaged scene. This thesis studies the focus cue in conventional cameras with focus control, such as cellphone cameras, photography cameras, webcams and the like. A deep review of the theoretical concepts behind focus in conventional cameras reveals that, despite its usefulness, the widely known thin lens model has several limitations for solving different focus-related problems in computer vision. In order to overcome these limitations, the focus profile model is introduced as an alternative to classic concepts, such as the near and far limits of the depth-of-field. The new concepts introduced in this dissertation are exploited for solving diverse focus-related problems, such as efficient image capture, depth estimation, visual cue integration and image fusion. The results obtained through an exhaustive experimental validation demonstrate the applicability of the proposed models

Automated image acquisition system for optical microscope

En este artículo se presenta un estudio sobre algunas funciones para la estimación del grado relativo de enfoque de una imagen. Se propone la modificación de algunas de las funciones estudiadas para mejorar su desempeño y se desarrolla un algoritmo de búsqueda de foco para llevar a cabo enfoque automático en microscopio óptico. Se hace la implementación del algoritmo de búsqueda en un microscopio con platina motorizada en el eje Z, para obtener una total automatización del enfoque. Se describe además el sistema desarrollado para el control del movimiento de la platina del microscopio en las direcciones X, Y y Z para automatizar el proceso de adquisición de imágenes de la muestra observada.AbstractIn this paper a study of some functions for measuring the relative degree of focus of images is presented. The modification of some existing functions is proposed to improve their performance and a focus searching algorithm is developed in order to perform autofocusing. The focus searching algorithm is then implemented on an optical microscope with motorized X-Y-Z stage to achieve full automation of the focusing and image acquisition process. The description of the control system for -Y-Z movement of the stage is also presented

Segmentación multi-modal de imágenes RGB-D a partir de mapas de apariencia y de profundidad geométrica

Classical image segmentation algorithms exploit the detection of similarities and discontinuities of different visual cues to define and differentiate multiple regions of interest in images. However, due to the high variability and uncertainty of image data, producing accurate results is difficult. In other words, segmentation based just on color is often insufficient for a large percentage of real-life scenes. This work presents a novel multi-modal segmentation strategy that integrates depth and appearance cues from RGB-D images by building a hierarchical region-based representation, i.e., a multi-modal segmentation tree (MM-tree). For this purpose, RGB-D image pairs are represented in a complementary fashion by different segmentation maps. Based on color images, a color segmentation tree (C-tree) is created to obtain segmented and over-segmented maps. From depth images, two independent segmentation maps are derived by computing planar and 3D edge primitives. Then, an iterative region merging process can be used to locally group the previously obtained maps into the MM-tree. Finally, the top emerging MM-tree level coherently integrates the available information from depth and appearance maps. The experiments were conducted using the NYU-Depth V2 RGB-D dataset, which demonstrated the competitive results of our strategy compared to state-of-the-art segmentation methods. Specifically, using test images, our method reached average scores of 0.56 in Segmentation Covering and 2.13 in Variation of Information.Los algoritmos clásicos de segmentación de imágenes explotan la detección de similitudes y discontinuidades en diferentes señales visuales, para definir regiones de interés en imágenes. Sin embargo, debido a la alta variabilidad e incertidumbre en los datos de imagen, se dificulta generar resultados acertados. En otras palabras, la segmentación basada solo en color a menudo no es suficiente para un gran porcentaje de escenas reales. Este trabajo presenta una nueva estrategia de segmentación multi-modal que integra señales de profundidad y apariencia desde imágenes RGB-D, por medio de una representación jerárquica basada en regiones, es decir, un árbol de segmentación multi-modal (MM-tree). Para ello, la imagen RGB-D es descrita de manera complementaria por diferentes mapas de segmentación. A partir de la imagen de color, se implementa un árbol de segmentación de color (C-tree) para obtener mapas de segmentación y sobre-segmentación. Desde de la imagen de profundidad, se derivan dos mapas de segmentación independientes, los cuales se basan en el cálculo de primitivas de planos y de bordes 3D. Seguidamente, un proceso de fusión jerárquico de regiones permite agrupar de manera local los mapas obtenidos anteriormente en el MM-tree. Por último, el nivel superior emergente del MM-tree integra coherentemente la información disponible en los mapas de profundidad y apariencia. Los experimentos se realizaron con el conjunto de imágenes RGB-D del NYU-Depth V2, evidenciando resultados competitivos, con respecto a los métodos de segmentación del estado del arte. Específicamente, en las imágenes de prueba, se obtuvieron puntajes promedio de 0.56 en la medida de Segmentation Covering y 2.13 en Variation of Information