Apport d'un algorithme de segmentation ultra-rapide et non supervisé pour la conception de techniques de segmentation d'images bruitées

par Siwei Liu

Thèse de doctorat en Optique, Photonique et Traitement d'Image

Sous la direction de Nicolas Bertaux.

Soutenue le 16-12-2014

à Aix-Marseille , dans le cadre de Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) .

Le président du jury était Denis Friboulet.

Le jury était composé de Nicolas Bertaux, Jean-François Aujol, Michel Paindavoine, François Goudail, Frédéric Galland.

Les rapporteurs étaient Jean-François Aujol, Michel Paindavoine.

mots clés

• Segmentation
• Minimum Description Length
• Contour actif polygonal
• Inhomogénéités d'intensité
• Objets non connexes
• Images multi-Régions
• Traitement d'images -- Techniques numériques
• Méthode des contours actifs

Résumé

La segmentation d'image constitue une étape importante dans le traitement d'image et de nombreuses questions restent ouvertes. Il a été montré récemment, dans le cas d'une segmentation à deux régions homogènes, que l'utilisation de contours actifs polygonaux fondés sur la minimisation d'un critère issu de la théorie de l'information permet d'aboutir à un algorithme ultra-rapide qui ne nécessite ni paramètre à régler dans le critère d'optimisation, ni connaissance a priori sur les fluctuations des niveaux de gris. Cette technique de segmentation rapide et non supervisée devient alors un outil élémentaire de traitement.L'objectif de cette thèse est de montrer les apports de cette brique élémentaire pour la conception de nouvelles techniques de segmentation plus complexes, permettant de dépasser un certain nombre de limites et en particulier :- d'être robuste à la présence dans les images de fortes inhomogénéités ;- de segmenter des objets non connexes par contour actif polygonal sans complexifier les stratégies d'optimisation ;- de segmenter des images multi-régions tout en estimant de façon non supervisée le nombre de régions homogènes présentes dans l'image.Nous avons pu aboutir à des techniques de segmentation non supervisées fondées sur l'optimisation de critères sans paramètre à régler et ne nécessitant aucune information sur le type de bruit présent dans l'image. De plus, nous avons montré qu'il était possible de concevoir des algorithmes basés sur l'utilisation de cette brique élémentaire, permettant d'aboutir à des techniques de segmentation rapides et dont la complexité de réalisation est faible dès lors que l'on possède une telle brique élémentaire.

mots clés

• Segmentation
• Minimum Description Length
• Polygonal active contour
• Intensity inhomogeneity
• Disconnected object
• Multi-Region image

Titre traduit

Contribution of an ultrafast and unsupervised segmentation algorithm to the conception of noisy images segmentation techniques

Résumé

Image segmentation is an important step in many image processing systems and many problems remain unsolved. It has recently been shown that when the image is composed of two homogeneous regions, polygonal active contour techniques based on the minimization of a criterion derived from information theory allow achieving an ultra-fast algorithm which requires neither parameter to tune in the optimized criterion, nor a priori knowledge on the gray level fluctuations. This algorithm can then be used as a fast and unsupervised processing module. The objective of this thesis is therefore to show how this ultra-fast and unsupervised algorithm can be used as a module in the conception of more complex segmentation techniques, allowing to overcome several limits and particularly:- to be robust to the presence of strong inhomogeneity in the image which is often inherent in the acquisition process, such as non-uniform illumination, attenuation, etc.;- to be able to segment disconnected objects by polygonal active contour without complicating the optimization strategy;- to segment multi-region images while estimating in an unsupervised way the number of homogeneous regions in the image.For each of these three problems, unsupervised segmentation techniques based on the optimization of Minimum Description Length criteria have been obtained, which do not require the tuning of parameter by user or a priori information on the kind of noise in the image. Moreover, it has been shown that fast segmentation techniques can be achieved using this segmentation module, while keeping reduced implementation complexity.