Détection de symétrie réflexion dans les images : application à l'analyse photographique

Reflection Symmetry Detection in Images : Application to Photography Analysis

• Auteur / Autrice : Mohamed Elsayed Elawady
• Direction : Christophe Ducottet, Olivier Alata
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microelectronique, optique et lasers, optoelectronique microondes robotique
• Date : Soutenance le 29/03/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Ingénierie Santé (Saint-Etienne)
• Partenaire(s) de recherche : etablissement opérateur d'inscription : Université Jean Monnet (Saint-Étienne ; 1969-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Hubert Curien (Saint-Etienne ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Rosenberger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Barat, Philippe Colantoni
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cédric Demonceaux, Patrick Lambert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réflexion (optique)

Symétrie (physique)

Mots clés libres

Détection des symétries

Symétrie de réflexion

Extraction de segments de contours

Estimation par noyau

Similarité par paire

Histogramme de symétrie

Algorithme mean-shift

Symmetry Detection

Reflection Symmetry

Edge Features

Pairwise Similarity

Symmetry Histogram

Non-parametric clustering

Kernel Estimation

Mean-Shift

Résumé

La symétrie est une propriété géométrique importante en perception visuelle qui traduit notre perception des correspondances entre les différents objets ou formes présents dans une scène. Elle est utilisée comme élément caractéristique dans de nombreuses applications de la vision par ordinateur (comme par exemple la détection, la segmentation ou la reconnaissance d'objets) mais également comme une caractéristique formelle en sciences de l'art (ou en analyse esthétique). D’importants progrès ont été réalisés ces dernières décennies pour la détection de la symétrie dans les images mais il reste encore de nombreux verrous à lever. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la détection des symétries de réflexion, dans des images réelles, à l'échelle globale. Nos principales contributions concernent les étapes d'extraction de caractéristiques et de représentation globale des axes de symétrie. Nous proposons d'abord une nouvelle méthode d'extraction de segments de contours à l'aide de bancs de filtres de Gabor logarithmiques et une mesure de symétrie intersegments basée sur des caractéristiques locales de forme, de texture et de couleur. Cette méthode a remporté la première place à la dernière compétition internationale de symétrie pour la détection mono- et multi-axes. Notre deuxième contribution concerne une nouvelle méthode de représentation des axes de symétrie dans un espace linéaire-directionnel. Les propriétés de symétrie sont représentées sous la forme d'une densité de probabilité qui peut être estimée, de manière non-paramétrique, par une méthode à noyauxbasée sur la distribution de Von Mises-Fisher. Nous montrons que la détection des axes dominants peut ensuite être réalisée à partir d'un algorithme de type "mean-shift” associé à une distance adaptée. Nous introduisons également une nouvelle base d'images pour la détection de symétrie mono-axe dans des photographies professionnelles issue de la base à grande échelle AVA (Aestetic Visual Analysis). Nos différentes contributions obtiennent des résultats meilleurs que les algorithmes de l'état de l'art, évalués sur toutes les bases disponibles publiquement, spécialement dans le cas multi-axes. Nous concluons que les propriétés de symétrie peuvent être utilisées comme des caractéristiques visuelles de niveau sémantique intermédiaire pour l'analyse et la compréhension de photographies.

Symmetry is a fundamental principle of the visual perception to feel the equally distributed weights within foreground objects inside an image. It is used as a significant visual feature through various computer vision applications (i.e. object detection and segmentation), plus as an important composition measure in art domain (i.e. aesthetic analysis). The development of symmetry detection has been improved rapidly since last century. In this thesis, we mainly aim to propose new approaches to detect reflection symmetry inside real-world images in a global scale. In particular, our main contributions concern feature extraction and globalrepresentation of symmetry axes. First, we propose a novel approach that detects global salient edges inside an image using Log-Gabor filter banks, and defines symmetry oriented similarity through textural and color around these edges. This method wins a recent symmetry competition worldwide in single and multiple cases.Second, we introduce a weighted kernel density estimator to represent linear and directional symmetrical candidates in a continuous way, then propose a joint Gaussian-vonMises distance inside the mean-shift algorithm, to select the relevant symmetry axis candidates along side with their symmetrical densities. In addition, we introduce a new challenging dataset of single symmetry axes inside artistic photographies extracted from the large-scale Aesthetic Visual Analysis (AVA) dataset. The proposed contributions obtain superior results against state-of-art algorithms among all public datasets, especially multiple cases in a global scale. We conclude that the spatial and context information of each candidate axis inside an image can be used as a local or global symmetry measure for further image analysis and scene understanding purposes.