Ανάλυση υφής και μικροδομών εικόνων με μοντέλα διαμόρφωσης, ενεργειακές και μεταβολικές τεχνικές: ανίχνευση και διαχωρισμός

Abstract

The subject of the thesis is the emergence and analysis of visual texture microstructure for efficient modeling, descriptive feature extraction and image representation. Main objectives are the problems of image texture modeling and analysis in Computer Vision systems, with emphasis on the subproblems of texture detection, segmentation and separation in images. Advanced modeling and analysis method are developed in parallel directions: a) Multiband models of narrowband components and spatial modulations, b) Energy methods for texture feature extraction, c) Variational techniques of image decomposition and texture separation. The proposed methods are applied on a database of digitized soil section images to quantify and evaluate the biological quality of soils and in different types and collections of natural images. The developed model is the common ground to approach texture in its different forms and applications. In total a complete system for texture processing and analysis is proposed that includes contributions and advances regarding: a) detection, b) feature extraction applied on segmentation and classification and multicue image segmentation, c) texture-from-structure separation through image decomposition for texture enhancement and improved modeling. The general conclusions drawn regard the nature of the phenomenon, ways to quantify and analyze it and the relationship of texture to other image structure. In parallel, the specialization of these ideas to one-dimensional signals is explored for the analysis of acoustic signal microstructures and speech detection.

Στόχος της διατριβής είναι η ανάδειξη και ανάλυση μικροδομών της οπτικής υφής, για την εφαρμογή αποδοτικών μοντέλων, την εξαγωγή περιγραφικών χαρακτηριστικών και την αναπαράσταση εικόνων. Κύριοι άξονες της είναι τα προβλήματα της μοντελοποίησης και ανάλυσης οπτικής υφής εικόνων σε συστήματα Όρασης Υπολογιστών, με έμφαση στα επιμέρους προβλήματα της ανίχνευσης, κατάτμησης και διαχωρισμού της σε σύνθετες εικόνες. Ερευνήθηκαν και προτείνονται προηγμένες τεχνικές μοντελοποίησης και ανάλυσης σε παράλληλες κατευθύνσεις: α) πολυκαναλικά μοντέλα στενοζωνικών συνιστωσών και χωρικών διαμορφώσεων, β) ενεργειακές μέθοδοι για εξαγωγή χαρακτηριστικών, γ) μεταβολικές τεχνικές αποδόμησης εικόνων και διαχωρισμού των συνιστωσών υφής. Η εφαρμογή των προτεινόμενων μεθόδων επιδεικνύεται σε δεδομένα από μια βάση εικόνων εδαφοτομών με απώτερο σκοπό την κατηγοριοποίηση και την εκτίμηση της βιολογικής ποιότητας εδαφών καθώς και σε διαφορετικές κατηγορίες φυσικών εικόνων. Το αναπτυγμένο μοντέλο συνιστά την κοινή βάση προσέγγισης του φαινομένου της υφής στις διάφορες εκφάνσεις και εφαρμογές του. Συνολικά προτείνεται ένα ολοκληρωμένο σύστημα ανάλυσης και επεξεργασίας υφής που περιλαμβάνει συνεισφορές και καινοτομίες στα θέματα: 1) ανίχνευσης, 2) εξαγωγής χαρακτηριστικών με εφαρμογές σε κατάτμηση και ταξινόμηση υφής και πολυκριτιριακή κατάτμηση εικόνων και 3) διαχωρισμού υφής με αποσύνθεση εικόνων για καλύτερη μοντελοποίηση και ενίσχυση της πληροφορίας υφής. Τα γενικά συμπεράσματα που εξάγονται έχουν να κάνουν με τη φύση του φαινομένου, τρόπους ποσοτικοποίησης και ανάλυσης του αλλά και τη σχέση της υφής με τις υπόλοιπες δομές εικόνων. Παράπλευρα, εξετάζεται η γενίκευση των ιδεών σε μονοδιάστατα σήματα για την ανάλυση των μικροδομών ακουστικών σημάτων και την ανίχνευση φωνής.