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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.59.2016.tde-02012016-095549
Document
Author
Full name
Rayner Harold Montes Condori
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Ribeirão Preto, 2015
Supervisor
Committee
Martinez, Alexandre Souto (President)
Bruno, Odemir Martinez
Liang, Zhao
Title in Portuguese
Análise de textura em imagens baseado em medidas de complexidade
Keywords in Portuguese
Análise de textura
Caminhadas determinísticas parcialmente auto-repulsivas
Complexidade de Lempel-Ziv
Expoente de Hurst
Medidas de complexidade
Transformada de Fourier
Abstract in Portuguese
A análise de textura é uma das mais básicas e famosas áreas de pesquisa em visão computacional. Ela é também de grande importância em muitas outras disciplinas, tais como ciências médicas e biológicas. Por exemplo, uma tarefa comum de análise de textura é a detecção de tecidos não saudáveis em imagens de Ressonância Magnética do pulmão. Nesta dissertação, nós propomos um método novo de caracterização de textura baseado nas medidas de complexidade tais como o expoente de Hurst, o expoente de Lyapunov e a complexidade de Lempel-Ziv. Estas medidas foram aplicadas sobre amostras de imagens no espaço de frequência. Três métodos de amostragem foram propostas, amostragem: radial, circular e por caminhadas determinísticas parcialmente auto- repulsivas (amostragem CDPA). Cada método de amostragem produz um vetor de características por medida de complexidade aplicada. Esse vetor contem um conjunto de descritores que descrevem a imagem processada. Portanto, cada imagem será representada por nove vetores de características (três medidas de complexidade e três métodos de amostragem), os quais serão comparados na tarefa de classificação de texturas. No final, concatenamos cada vetor de características conseguido calculando a complexidade de Lempel-Ziv em amostras radiais e circulares com os descritores obtidos através de técnicas de análise de textura tradicionais, tais como padrões binários locais (LBP), wavelets de Gabor (GW), matrizes de co-ocorrência en níveis de cinza (GLCM) e caminhadas determinísticas parcialmente auto-repulsivas em grafos (CDPAg). Este enfoque foi testado sobre três bancos de imagens: Brodatz, USPtex e UIUC, cada um com seus próprios desafios conhecidos. As taxas de acerto de todos os métodos tradicionais foram incrementadas com a concatenação de relativamente poucos descritores de Lempel-Ziv. Por exemplo, no caso do método LBP, o incremento foi de 84.25% a 89.09% com a concatenação de somente cinco descritores. De fato, simplesmente concatenando cinco descritores são suficientes para ver um incremento na taxa de acerto de todos os métodos tradicionais estudados. Por outro lado, a concatenação de un número excessivo de descritores de Lempel-Ziv (por exemplo mais de 40) geralmente não leva a melhora. Neste sentido, vendo os resultados semelhantes obtidos nos três bancos de imagens analisados, podemos concluir que o método proposto pode ser usado para incrementar as taxas de acerto em outras tarefas que envolvam classificação de texturas. Finalmente, com a amostragem CDPA também se obtém resultados significativos, que podem ser melhorados em trabalhos futuros.
Title in English
Image Texture Analysis based on complex measures
Keywords in English
complexity measurement
Fourier Transform
Hurst exponent
Lempel-Ziv complexity
Partially self-avoiding deterministic walks.
Texture analysis
Abstract in English
Texture analysis is one of the basic and most popular computer vision research areas. It is also of importance in many other disciplines, such as medical sciences and biology. For example, non-healthy tissue detection in lung Magnetic Resonance images is a common texture analysis task. We proposed a novel method for texture characterization based on complexity measures such as Lyapunov exponent, Hurst exponent and Lempel-Ziv complexity. This measurements were applied over samples taken from images in the frequency domain. Three types of sampling methods were proposed: radial sampling, circular sampling and sampling by using partially self-avoiding deterministic walks (CDPA sampling). Each sampling method produce a feature vector which contains a set of descriptors that characterize the processed image. Then, each image will be represented by nine feature vectors which are means to be compared in texture classification tasks (three complexity measures over samples from three sampling methods). In the end, we combine each Lempel-Ziv feature vector from the circular and radial sampling with descriptors obtained through traditional image analysis techniques, such as Local Binary Patterns (LBP), Gabor Wavelets (GW), Gray Level Co-occurrence Matrix (GLCM) and Self-avoiding Deterministic Walks in graphs (CDPAg). This approach were tested in three datasets: Brodatz, USPtex and UIUC, each one with its own well-known challenges. All traditional methods success rates were increased by adding relatively few Lempel-Ziv descriptors. For example in the LBP case the increment went from 84.25% to 89.09% with the addition of only five descriptors. In fact, just adding five Lempel-Ziv descriptors are enough to see an increment in the success rate of every traditional method. However, adding too many Lempel-Ziv descriptors (for example more than 40) generally doesnt produce better results. In this sense, seeing the similar results we obtain in all three databases, we conclude that this approach may be used to increment the success rate in a lot of others texture classification tasks. Finally, the CDPA sampling also obtain very promising results that we can improve further on future works.
 
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Publishing Date
2016-03-18
 
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