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Segmentation : principes Segmentation : principes

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Segmentation : principes - PPT Presentation

Objectif décomposer limage X en un ensemble de sousparties connexes et homogènes formant une partition de limage Notations N R nbre de régions R i région ID: 318227

des gions pixels les gions des les pixels connexit

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Presentation Transcript

Slide1

Segmentation : principes

Objectif : décomposer l’image X en un ensemble de sous-parties connexes et homogènes formant une partition de l’imageNotations :NR : nbre de régions, Ri région n°i, Segmentation vérifie : i[1,NR], Ri est connexe

Rappel : application du th

é

orème de Jordan sur la trame carrée : la 4 et la 8 connexité sont duales (région n-connexe  courbe (12-n) connexe)

Suppose 1 connexité

Image de ‘super’ pixels

Généralisation de l’

étiquettage

en compo. connexes

aux images à

niv

. de grisSlide2

Segmentation : principes

Prédicats de base :La région Ri est homogène i[1,NR], H(Ri) vraiLa région Ri est distincte de ses voisines  segmentation maximale (

i,j

)[1,N

R]2, H(RiRj) fauxSegmentations maximales :4-connexité → 17 r

égions,8-connexité → 11 régions,

12-connexit

é

→ 4 r

égions

Ex :

segmentation en 17 régions 4-connexes  non maximale en 8-connexité

Recherche de zones poss

édant des attributs similairesSlide3

Cas où on a déjà le découpage en classes homogènes

Classification ≡ partition en c classes homogènes (du point de vue de la loi supposée) ayant chacune 1 ou plus composantes connexesEtiquetage en composantes connexes des c classes → segmentationalgorithme :Initialisations : k=0,

s

S, zs=0Pour chaque classe

wi

Créer l’

im

.

bin

.

B

i de la classe (

bs

=1 

x

s=

w

i

)

Pour tout pixel sS :Si bs=1 et zs=0, alors :Calcul de la comp. connexe CC{s} de s dans Bi (cf. algo. d’étiquetage en comp. connexes)k=k+1tCC{s}, zt=kNR=k

sortieSlide4

Étiquetage en composantes connexes

Algo. 2 : Etiquetage (cas 4-connexité) en 2 balayagesinitialiser l’image des étiquettes Z à 0balayer l’image, soit s le pixel courantsoit l1 et l2 les 2 étiquettes des voisins de s (masque causal 2-connexité)si (l1=

l2) ou (

li 0 et

l3-i=0, i{1,2}), affecter li à s dans Z si (l

1l2), affecter min(

l

1

,

l

2) à

s dans Z, et mettre à jour la table d’équivalence entre les étiquettes : l1l2

si (l1=l

2=0), créer une nouvelle étiquette l et affecter l

à s dans Z

Re-balayer l’image pour uniformiser les étiquettes selon la table d’équivalence

Ex.

(en 8 connexité)

:

Algo

. 1 : Calcul de la composante connexe CC{s} par reconstruction géodésique (voir cours MM binaire)79Slide5

Cas où on construit les régions

Pb principal : comment construire les régions dans l’espace image et dans l’espace des caractéristiques1ère approche : croissance de régionsÀ partir de pixels-germes, on fait croître les régions en ‘agglomérant’ les pixels pas de contrainte spatiale sur les régions hormis connexité peu robuste (dépendant bruit, initialisation, critère homogénéité…)2ème approche : fusion de régionsÀ partir de d’un ensemble de régions, on fait croître les régions en leur ‘agglomérant’ des régions connexes pas de contrainte spatiale sur les régions hormis connexité un peu plus robuste que croissance de région contrôle du nombre de régions finalSlide6

Critères d’homogénéité d’1 région

Exemples de critères globaux à la régionContraste : H(Ri) vrai  Variance : H(Ri) vrai  Distance interquartiles : H(Ri) vrai  Entropie : H(Ri) vrai  Exemples de critères locaux à la régionDistance avec pixels voisins : H(R

i{s

}) vrai  Slide7

Croissance de région (region growing

)Pb du choix des germes :Dans le cas général, la croissance de région s’arrête avant d’avoir obtenu une segmentation :Si on part de la segmentation triviale (chaque pixel est un germe)  résultat dépendant de l’ordre de fusion des régionsAlgorithme de sélection de germes sur histogrammek=0

tant que  pixels non

labelisés

Calcul de l’histogramme Hres des pixels non labelisés

val

= mode de

H

res

,

s_germe

/

xs_germe

= val

k

=

k

+1

Croissance de région à partir de

s_germe

:zs_germe=kTant que  t connexe à Rk et Rk{t} vérifie prédicat d’homogénéïté, Rk ← Rk{t} tRk, zt=kNR=kSlide8

Sélection de germes sur histogramme

....

30

régions

significatives

sur

213!Slide9

Croissance de régions

Exemple :Cmax = 80 → NR = 6Cmax = 70 → NR = 17

Cmax = 100 →

NR = 6

Cmax = 100 → NR = 6

C

max

= 80 →

N

R

= 5

Cmax = 70 → NR

= 12

S

é

lection de germes sur histogramme

S

élection de germes aléatoireSlide10

Pyramide du Quadtree

000102

03

10

11

12

13

20

21

22

23

30

31

32

33

0

1

2

3

000

001

002

003

010

011

012

013

020

021

022

023

030

031

032

033

100

101

102

103

110

111

112

113

130

131

132

133

200

201

202

203

210

211

212

213

220

221

222

223

230

231

232

233

300

301

302

303

310

311

312

313

320

321

322

323

330

331

332

333

Construction du quadtree par parcours de Peano :

Clé de

Peano

:

Pixel de coordonnées-image (

i,j

)

i7

j7

i6

j6

i5

j5

i4

j4

i3

j3

i2

j2

i1

j1

i0

j0

i7

i6

i5

i4

i3

i2

i1

i0

i7

i6

i5

i4

i3

i2

i1

i0

j7

j6

j5

j4

j3

j2

j1

j0

j7

j6

j5

j4

j3

j2

j1

j0

+

Ex. :

(2,3)

13 =

3

4

1

+

1

4

0

120

121

122

123

(

6,2

) 

44 =

2

4

2

+

3

4

1

+

0

4

0

Slide11

Partage / fusion

de régionsregion splitting : soit Ri / H(Ri) faux, alors diviser Riregion merging : soit Ri , Rj connexes / H(RiRj) vrai, alors Ri=RiRj, supprimer Rj

Application à la structure du quadtree (image Nx

N)Initialisations :

l0 niveau de départ dans la pyramide, t0=N/2l0 , n=4l0Fusion : j=l0, t=

t0 , k=1

Tant que

j

>0

Pour

i variant de 0 à n-1 par pas de 4

l0-j+1Si les 4 blocs i, i+k

, i+2k, i+3

k sont de taille t, et si le critère d’homogénéité est vérifié pour l’union des 4 blocs, alors Les fusionner : mise à jour des tailles et caractéristiques des blocs (on ne garde que le bloc

n°i)Passage au niveau supérieur de la pyramide :

j=j-1,

t=2t,

k

=4

k

Division : j=l0Pour i variant de 0 à n-1Si la taille du bloc i est ≤t0 et >0Tant que le critère d’homogénéité n’est pas vérifié pour le bloc i subdiviser le bloc i en 4 blocs : mettre à jour les paramètres de i à partir du sous-bloc et créer les 3 autres sous-blocs indicés n+1, n+2, n+3, et actualiser n à n+3 Nombre de pixels au niveau l0Longueur coté d’1 bloc au niveau l0Slide12

Graphe de

régionsLe graphe est constitué de :Une liste de sommets LS : chaque région Ri est représentée par 1 sommet s auquel sont associés : les caract. de Ri, la liste des pixels de Ri, le nbre et la liste des arrêtes impliquant sUne liste d’arrêtes LA : chaque arrête a est caractérisée par les 2 sommets qu’elle relie, son coût ct(a), un indicateur de validitéExemple de construction du graphe d’adjacence :

1

2

3

5

6

7

8

4

1

2

3

5

6

7

8

4Slide13

Coût des arrêtes du graphe :

Fonction des caractéristiques des régions adjacentesFonction de la pertinence (e.g. homogénéité) de la fusion des régions adjacentesExemple de coût entre Ri et Rj disjointes :Contraste = Variance =(rq ) Graphe de régions (suite)Slide14

Sélection par accord mutuel : ex.

1

2

3

5

6

7

8

4

1

2

3

4

5

7

6

8

m

=1,

s

=1,

N

=50

m

=10,

s

=1 ,

N

=50

m

=11,

s

=1 ,

N

=80

m

=8,

s

=1 ,

N

=40

m

=2,

s

=1 ,

N

=30

m

=3,

s

=1 ,

N

=100

m

=4,

s

=1 ,

N

=60

m

=11,

s

=1 ,

N

=100

/

20,25

12,10

/

22,22

/

/

2,23

20,25

/

0,99

/

0,22

/

/

/

12,10

0,99

/

/

1,83

/

/

/

/

/

/

/

14,38

/

/

/

22,22

0,22

1,83

14,38

/

16

/

11,48

/

/

/

/

16

/

15,8

0,23

/

/

/

/

/

15,8

/

12

2,23

/

/

/

11,48

0,23

12

/

1

3

4

5

7

8

m

=1,

s

=1,

N

=50

m

=11,

s

=1 ,

N

=80

m

=8,

s

=1 ,

N

=40

m

=2,

s

=1 ,

N

=30

m

=3.4,

s

=1 ,

N

=160

m

=10.7,

s

=1 ,

N

=150

/

/

12,10

/

17,64

/

/

1,05

/

/

/

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/

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/

12,10

/

/

/

1,21

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/

/

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/

10,51

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/

17,64

/

1,21

10,51

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13,31

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12,83

1,05

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/

13,31

/

12,83

/

1

3

5

7

8

4

4

5

7

8

m

=11,

s

=1 ,

N

=80

m

=2,

s

=1 ,

N

=30

m

=2.8,

s

=1 ,

N

=210

m

=10.1,

s

=1 ,

N

=190

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7,73

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7,73

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13,29

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13,43

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13,29

/

13,43

/

5

7

8

4Slide15

Fusion de régions dans un graphe

Exemple d’algorithme :Initialisations : nbe de régions = nbre pixels, initialisation de LS et LATant que segmentation non maximaleSélection des arrêtes a0 de moindre coût par accord mutuel (a0 relie si et sj et j=argmink{ct(a)/a=(si,

sk)} et i

=argmink{ct(

a)/a=(sk,sj)}Fusion des régions associées aux arrêtes a0 :mise à jour de la liste des sommets (liste des arrêtes associées, liste des pixels, caractéristiques de la région représentée)

Mise à jour de la liste des arrêtes (validité, coût, sommets associés)Mise à jour du nbre de régions =

nbre

sommets

Création de l’image des régions (d’après liste de pixels des sommets)Slide16

Comparaison de méthodes

Croissance de régionsPyramide du QuadtreeFusion de régionsSlide17

Tests statistiques entre deux régions à fusionner

Hyp. : bruit gaussien sur une image assimilée à une fonction 2D constante par morceauTest de Student d’égalité des espérances  intervalle de confiance de l’estimateur de l’espérance m d’une loi normale dont la variance est inconnue avecTest de Fisher-Snedecor d’égalité des moyennes et des variances…Test du c2 d’homogénéité  v.a. qui suit 1 loi du c2 à m-1 degrés de liberté ?

Test de Wilcoxon : soit (somme pour chaque pixel de

R1 du

nbre de pixels de R2 de valeur inférieure) : on teste si U suit 1 loi normale N(n1n2/2,

n1n2(

n

1

+

n

2+1)/12)

Comparaison

des

histo

. des

régions

:

n

j

et

nj’ nb pixels du ‘bin’ j dans chaque histo.