Inversion for textured images : unsupervised myopic deconvolution, model selection, deconvolution-segmentation

par Cornelia Paula Văcar

Thèse de doctorat en Automatique, productique, signal et image, ingénierie cognitique

Sous la direction de Jean-François Giovannelli et de Yannick Berthoumieu.

Le président du jury était Thierry Colin.

Le jury était composé de Florence Tupin.

Les rapporteurs étaient Nicolas Dobigeon, Ronan Fablet.

  • Titre traduit

    Inversion pour image texturée : déconvolution myope non supervisée, choix de modèles, déconvolution-segmentation


  • Résumé

    Ce travail est dédié à la résolution de plusieurs problèmes de grand intérêt en traitement d’images : segmentation, choix de modèle et estimation de paramètres, pour le cas spécifique d’images texturées indirectement observées (convoluées et bruitées). Dans ce contexte, les contributions de cette thèse portent sur trois plans différents : modéle, méthode et algorithmique.Du point de vue modélisation de la texture, un nouveaumodèle non-gaussien est proposé. Ce modèle est défini dans le domaine de Fourier et consiste en un mélange de Gaussiennes avec une Densité Spectrale de Puissance paramétrique.Du point de vueméthodologique, la contribution est triple –troisméthodes Bayésiennes pour résoudre de manière :–optimale–non-supervisée–des problèmes inverses en imagerie dans le contexte d’images texturées ndirectement observées, problèmes pas abordés dans la littérature jusqu’à présent.Plus spécifiquement,1. la première méthode réalise la déconvolution myope non-supervisée et l’estimation des paramètres de la texture,2. la deuxième méthode est dédiée à la déconvolution non-supervisée, le choix de modèle et l’estimation des paramètres de la texture et, finalement,3. la troisième méthode déconvolue et segmente une image composée de plusieurs régions texturées, en estimant au même temps les hyperparamètres (niveau du signal et niveau du bruit) et les paramètres de chaque texture.La contribution sur le plan algorithmique est représentée par une nouvelle version rapide de l’algorithme Metropolis-Hastings. Cet algorithme est basé sur une loi de proposition directionnelle contenant le terme de la ”direction de Newton”. Ce terme permet une exploration rapide et efficace de l’espace des paramètres et, de ce fait, accélère la convergence.


  • Résumé

    This thesis is addressing a series of inverse problems of major importance in the fieldof image processing (image segmentation, model choice, parameter estimation, deconvolution)in the context of textured images. In all of the aforementioned problems theobservations are indirect, i.e., the textured images are affected by a blur and by noise. Thecontributions of this work belong to three main classes: modeling, methodological andalgorithmic. From the modeling standpoint, the contribution consists in the development of a newnon-Gaussian model for textures. The Fourier coefficients of the textured images are modeledby a Scale Mixture of Gaussians Random Field. The Power Spectral Density of thetexture has a parametric form, driven by a set of parameters that encode the texture characteristics.The methodological contribution is threefold and consists in solving three image processingproblems that have not been tackled so far in the context of indirect observationsof textured images. All the proposed methods are Bayesian and are based on the exploitingthe information encoded in the a posteriori law. The first method that is proposed is devotedto the myopic deconvolution of a textured image and the estimation of its parameters.The second method achieves joint model selection and model parameters estimation froman indirect observation of a textured image. Finally, the third method addresses the problemof joint deconvolution and segmentation of an image composed of several texturedregions, while estimating at the same time the parameters of each constituent texture.Last, but not least, the algorithmic contribution is represented by the development ofa new efficient version of the Metropolis Hastings algorithm, with a directional componentof the proposal function based on the”Newton direction” and the Fisher informationmatrix. This particular directional component allows for an efficient exploration of theparameter space and, consequently, increases the convergence speed of the algorithm.To summarize, this work presents a series of methods to solve three image processingproblems in the context of blurry and noisy textured images. Moreover, we present twoconnected contributions, one regarding the texture models andone meant to enhance theperformances of the samplers employed for all of the three methods.


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