Μέθοδοι κατάτμησης έγχρωμης εικόνας με χρήση: ασαφούς λογικής, watershed ανάλυσης, θεωρίας γράφων και χώρου κλιμάκων

Abstract

The subject of this doctoral thesis is related to color image segmentation. This field is very wide with several applications that define the employed method. The author attempted to approach this problem by retaining its genericness and giving emphasis to the following points: 1. The selection of a color space according to our requirements 2. The feasibility and applicability of fuzzy logic theory on describing ambiguity and decision making. Fuzzy logic theory represents a reliable solution for object recognition and segmentation applications and offers a flexible framework to formulate segmentation using terms that resemble the human perception. 3. The development of region based methods that employ the Watershed algorithm to produce the initial regions. 4. The use of statistical features in edge detection and region dissimilarity measures. 5. The application of graph theory to formulate the combinational optimization problem in order to determine the final partitioning of the image. 6. The idea of representing the visual information in multiple resolutions on the basis of scale space theory. These ideas were incorporated in order to overcome the disadvantages of region based approaches and primarily the over segmentation effect. Besides that, region based compression schemes were developed and tested to pronounce the feasibility of the presented segmentation approaches in an application category.

Το αντικείμενο έρευνας αυτής της διατριβής είναι η κατάτμηση έγχρωμης εικόνας (color image segmentation). Γενικά αυτό το πεδίο είναι πολύ ευρύ και με ποικίλες εφαρμογές που καθορίζουν τον τρόπο προσέγγισης του προβλήματος. Το συγκεκριμένο πρόβλημα προσεγγίστηκε διατηρώντας τη γενικότητά του και δίνοντας έμφαση στις ακόλουθες έννοιες: 1. Επιλογή και χρησιμότητα των χρωματικών χώρων κατά περίπτωση. 2. Χρησιμότητα και εφαρμογή της θεωρίας ασαφούς λογικής στην αναπαράσταση της αβεβαιότητας καθώς και στη λήψη αποφάσεων. Η θεωρία ασαφούς λογικής αποτελεί μια αξιόπιστη λύση σε προβλήματα ανίχνευσης αντικειμένων και κατάτμησης και συνεισφέρει στην τυποποίηση του προβλήματος με βάση έννοιες της ανθρώπινης αντίληψης. 3. Εφαρμογή μεθόδων βασισμένων σε περιοχές με χρήση του αλγορίθμου Watershed για το σχηματισμό των αρχικών περιοχών. 4. Υιοθέτηση στατιστικών ποσοτήτων σε διαδικασίες όπως η ανίχνευση ακμών και οι μετρικές ομοιογένειας περιοχών. 5. Εφαρμογή της θεωρίας γράφων στην τυποποίηση του προβλήματος συνδυαστικής βελτιστοποίησης (combinational optimization) για το σχηματισμό των τελικών περιοχών της εικόνας. 6. Αναπαράσταση της πληροφορίας σε διαφορετικά επίπεδα ανάλυσης με βάση τη θεωρία χώρου κλιμάκων (scale space). Οι παραπάνω έννοιες συνδυάστηκαν ώστε να ξεπεραστούν ενδογενή προβλήματα που παρουσιάζονται σε μεθόδους βασισμένες σε περιοχές με κυριότερο αυτό της υπερκατάτμησης. Επιπλέον αναπτύχθηκαν τεχνικές κωδικοποίησης εικόνας βασισμένες σε περιοχές που αναδεικνύουν τη χρησιμότητα των παραπάνω μεθόδων, σε μια κατηγορία εφαρμογών.