Cette thèse de doctorat porte sur l'extension du modèle LIP (Logarithmic Image Processing) aux images en couleurs. Le modèle CoLIP (Color Logarithmic Image Processing) est défini, étudié et appliqué au traitement d'image dans ce manuscrit.Le modèle LIP est un cadre mathématique original complet, développé pour le traitement d'images à niveaux de gris, rigoureusement établi mathématiquement, compatible avec les lois physiques de formation d'image, et mieux adapté que l'approche classique pour modéliser la perception visuelle humaine de l'intensité de la lumière. Après une étude de la vision des couleurs et de la science des couleurs, le modèle CoLIP est construit en suivant les étapes de la perception humaine des couleurs, tout en intégrant le cadre mathématique du modèle LIP. Dans un premier temps, le CoLIP est construit en suivant les étapes de la photoréception, de la compression lumineuse et du codage antagoniste. Il est donc développé comme un espace couleur représentant une image couleur par un ensemble de trois fonctions de tons antagonistes, sur lesquelles sont définies les opérations CoLIP d'addition et de multiplication par un scalaire, qui confèrent à cet espace couleur la structure d'espace vectoriel couleur. Ensuite, l'espace couleur CoLIP étant un espace de type luminance-chrominance uniforme, les attributs relatifs et absolus de la perception humaine des couleurs (teinte, chroma, coloration, luminosité, clarté, et saturation) peuvent être définis. Cette construction fait du CoLIP à la fois un espace vectoriel couleur bien structuré mathématiquement, et un modèle d'apparence couleur. Dans un deuxième temps, un grand nombre de justifications physiques, mathématiques, et psychophysiques du modèle CoLIP sont proposées, notamment la comparaison des formes des ellipses de MacAdam dans l'espace de couleur uniforme CoLIP et dans d'autres modèles uniformes, sur des critères d'aire et d'excentricité des ellipses. Enfin, diverses applications utilisant la structure d'espace vectoriel couleur du modèle CoLIP sont proposées, telles que le rehaussement de contraste, le rehaussement d'image et la détection de contour. Des applications utilisant la structure de modèle d'apparence couleur, qui permet de travailler sur les notions de teinte, de luminosité et de saturation, sont également développées. Une application spécifique permettant de mesurer la viabilité des cellules sur des images de lames obtenues par cytocentrifugation et marquage couleur est également proposée. / This doctoral thesis introduces the extension of the LIP (Logarithmic Image Processing) model to color images. The CoLIP (Color Logarithmic Image Processing) model is defined, studied and applied to image processing in this manuscript. The Logarithmic Image Processing (LIP) approach is a mathematical framework developed for the representation and processing of images valued in a bounded intensity range. The LIP theory is physically and psychophysically well justified since it is consistent with several laws of human brightness perception and with the multiplicative image formation model. Following a study of color vision and color science, the CoLIP model is constructed according to the human color perception stages, while integrating the mathematical framework of the LIP.Initially, the CoLIP is constructed by following the photoreception, non-linear cone compression, and opponent processing human color perception steps. It is developed as a color space representing a color image by a set of three antagonists tones functions, that can be combined by means of specific CoLIP operations: addition, scalar multiplication, and subtraction, which provide to the CoLIP framework a vector space structure. Then, as the CoLIP color space is a luminance-chrominance uniform color space, relative and absolute perception attributes (hue, chroma, colorfulness, brightness, lightness, and saturation) can be defined. Thus, the CoLIP framework combines advantages of a mathematically well structured vector space, and advantages of a color appearance model. In a second step, physical, mathematical, physiological and psychophysical justifications are proposed including a comparison of MacAdam ellipses shapes in the CoLIP uniform model, and in other uniform models, based on ellipses area and eccentricity criterions. Finally, various applications using the CoLIP vector space structure are proposed, such as contrast enhancement, image enhancement and edge detection. Applications using the CoLIP color appearance model structure, defined on hue, brightness and saturation criterions are also proposed. A specific application dedicated to the quantification of viable cells from samples obtained after cytocentrifugation process and coloration is also presented.

Στην παρούσα διπλωματική ασχοληθήκαμε με την εύρεση του καρδιακού ρυθμού ενός ατόμου με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας στο κοντινό και στο μέσο υπέρυθρο φάσμα. Χρησιμοποιήσαμε μια σειρά από διόδους εκπομπής στο υπέρυθρο φάσμα και μια βιντεοκάμερα με την οποία πήραμε τα προς εξέταση δεδομένα. Στηριζόμαστε στην ιδιότητας της αιμοσφαιρίνης να απορροφά το υπέρυθρο φως ορισμένου μήκους κύματος. Επεξεργαζόμενοι το οπτικό υλικό που προκύπτει από τις μετρήσεις μας με κατάλληλες μεθόδους μπορούμε να πλησιάσουμε στην εύρεση του καρδιακού ρυθμού, μελετώντας τα βιολογικά σήματα και ευρίσκοντας μεθόδους βελτίωσης τους. / -

Στην παρούσα εργασία γίνεται ανάλυση της διαδικασίας subpixel spectral unmixing. Η διαδικασία αυτή αρχικά αναπτύχθηκε για εφαρμογές δορυφορικών εικόνων, με την εξέλιξη της τεχνολογίας βρήκε σημαντικές εφαρμογές και σε άλλους τομείς όπως η ιατρική. Η τιμή ενός Pixel αντιστοιχεί στην τιμή του φάματος σε μία συγκεκριμένη ζώνη. Η τιμή αυτή συνήθως συνίσταται από ένα σύνολο τιμών του φάσματος που αντιστοιχούν σε χαρακτηριστικά (είδη επίγειας καλύψης). Με τη διαδικασία Pixel unmixing πραγματοποιείται ο διαχωρισμός των ειδών αυτών και ταυτόχρονα υπολογίζονται οι αναλογίες κάθε είδους σε κάθε pixel. Στην εργασία αυτή παρούσιάζονται: α) οι βασικές αρχές που διέπουν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, β) οι διαδιασίες ταξινόμησης αντικειμένων, γ) βασικές αρχές τηλεπισκόπησης, δ) ανάπτυξη της πολυφασματικής ανάλυσης και τέλος ε)ανάπτυξη της γραμμικής διαδικασίας pixel unmixing και πειραματικές εφαρμογές σε matlab 6.5. / ----

Η εργασία αυτή έχει ως στόχο την ανάπτυξη συστήματος αυτόματης αναγνώρισης σημάτων οδικής κυκλοφορίας (ΣΟΚ) από ψηφιακές βιντεοσκοπήσεις που λαμβάνονται από κινούμενο όχημα. Μελετώνται αλγόριθμοι που επιλύουν τα εξής προβλήματα: α) εντοπισμός της θέσης του ΣΟΚ σε ψηφιακή φωτογραφία, β) παρακολούθηση του ΣΟΚ στην ακολουθία ψηφιακών εικόνων της βιντεοσκόπησης και γ) ταξινόμηση του ΣΟΚ χρησιμοποιώντας πολλαπλές αναπαραστάσεις του με στόχο την ελαχιστοποίηση του σφάλματος. Το σύστημα αξιολογήθηκε τόσο σε ευνοικές συνθήκες φωτισμού (ηλιόλουστη μέρα, πρωινές ώρες) και οδήγησης (χαμηλές ταχύτητες), όσο και σε αντίξοες συνθήκες, όπως οδήγηση υπό βροχή, νυχτερινή οδήγηση, οδήγηση με υψηλή ταχύτητα κ.α. / This thesis aims at the implementation of a system that performs automatic recognition of road signs (RS) using digital video clips shot from inside a moving vehicle. Algorithms that solve the following issues are studied: a)detection of the position of the RS in digital photographs, b) tracking the RS in the frame sequence of the video clip and c) RS classification using multiple instances of it, aiming at the minimization of error. The system was evaluated in good lighting conditions (sunny day, morning hours) and driving (low speeds), as well as in adverse conditions, like driving in rainy conditions, driving at night, driving at high speeds etc.

- / -

Τα τελευταία χρόνια υπάρχει μεγάλο ενδιαφέρον προς την κατεύθυνση της αναγνώρισης αυτοκινήτου με χρήση διαφορετικών μεθόδων. Η ανάπτυξη ενός κατάλληλου συστήματος υποβοήθησης της οδήγησης είναι εξαιρετικής σημασίας και απαιτεί τη δέουσα προσοχή και έρευνα. Σκοπός της παρούσης διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη, η ανάπτυξη καθώς και η εφαρμογή των πλέον αξιόπιστων μεθόδων αναγνώρισης αυτοκινήτου. Προς αυτήν την κατεύθυνση, μελετώνται λεπτομερώς οι αντίστοιχες μέθοδοι και παρουσιάζονται εκτενώς, τόσο με χρήση πραγματικών (real-time) βίντεο όσο και με την επεξεργασία διαφορετικών συνθηκών. Δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην ανάλυση της οπτικής ροής, η οποία κρίνεται βασική συγκριτικά με τις υπόλοιπες μεθόδους. Τέλος, παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά των πιο αντιπροσωπευτικών μεθόδων και παρατίθενται σχετικές προτάσεις για βελτίωση. / In recent years there has been great interest towards car identification using different methods. The development of an appropriate system of driver assistance is of paramount importance and requires proper attention and investigation. The purpose of this thesis is to study, develop and implement the most reliable methods of car detection. To this direction, the corresponding methods are studied in detail and are presented extensively, using both the actual (real-time) video and the treatment of different conditions. Particular emphasis is given to the analysis of optical flow, which is basic compared to other methods. Finally, the characteristics of the most representative methods are presented along with proposals for improvement.

- / -

Image segmentation forms the first stage in many image analysis procedures including image sequence re-timing and the emerging field of content based retrieval. By dividing the image into a set of disjoint connected regions, each of which is homogeneous with respect to some measure of the image content, the scene can be analysed and metadata extracted more efficiently, and in many cases more effectively, than on a pixel by pixel basis. Though a great number of segmentation techniques exist (and continue to be developed,) many of them fall short of the requirements of these applications. This thesis first defines these requirements and reviews established segmentation methods describing their qualities and shortfalls. Selecting the watershed transform and connected operators from those techniques reviewed a number of novel adaptations are introduced, developed and shown to produce pleasing results both in terms of a new evaluation metric and subjective appraisal. Finally, the use of the image segmentation is shown to improve established methods of image noise removal using the discrete wavelet transform.

The underlying opportunity for this study is that process materials may show considerable change in their electrical properties in response to an injected signal over a wide frequency range. The use of this concept to demonstrate the construction of tomographic images for a range of frequency bands is described. These can then provide a deeper understanding and interpretation of a process under investigation. The thesis presents an in-depth review of the characteristics of the various wideband signals that could be used for simultaneous spectral measurements. This includes an objective selection process that demonstrates that a Chirp signal form offers key advantages. It then addresses the details of the developed method and algorithms for WElT systems that deploy a Chirp wideband excitation signal and a further aspect of the method, based on the time-frequency analysis, particularly wavelet transform, which is used to reveal spectral data sets. The method has been verified by simulation studies which are described. To provide measurements over a required frequency range a linear chirp is deployed as the excitation signal and corresponding peripheral measurements are synthesised using a 2D model. The measurements are then analysed using a wavelet transform algorithm to reveal spectral datasets which are exemplified in the thesis. The thesis then examines the feasibility of the presented method through various experimental trials; an overview of the implementation of the electronic system is included. This provides a single-channel EIT chirp excitation implementation, in essence simulating a real-time parallel data collection system. through the use of pseudo-static tests on foodstuff materials. The experimental data were then analysed and tomographic images reconstructed using the frequency banded data. These included results illustrate the promise of this composite approach in exploiting sensitivity to variations over a wide frequency range. They indicate that the described method can augment an EIT sensing procedure to support spectroscopic analysis of the process materials.

As the clothing industry moves away from traditional models of mass production there has been increased interest towards customised clothing. The technology to produce cost effective customised clothing is already in place however the prerequisite to customised clothing is accurate body dimensional data. In response, image capture systems have been developed which are capable of recording a three-dimensional image of the body, from which measurements and shape information may be extracted. The use of these systems for customised clothing has, to date, been limited due to issues of inaccuracy, cost and portability. To address the issue of inaccuracy a diagnostic procedure has been developed through the performance evaluation of an image capture system. By systematically evaluating physical and instrumental parameters the more relevant sources of potential error were identified and quantified and subsequently corrected to form a `closed loop' experimental procedure. A systematic test procedure is therefore presented which may be universally applied to image capture systems working on the same principle. The methodology was based upon the isolation and subsequent testing of variables that were thought to be potential sources of error. The process therefore included altering the physical parameters of the target object in relation to the image capture system and amending the configuration and calibration settings within the system. From the evaluation the most relevant sources of error were identified as the cosine effect, measurement point displacement, the dimensional differences between views and the influence of the operator in measurement. The test procedure proved to be effective in both evaluating the performance of the system under investigation and in enabling the quantification of errors. Both random and systematic errors were noted which may be quantified or corrected to enable improved accuracy in the measured results. Recommendations have been made for the improvement of the performance of the current image capture system these include the integration of a cosine effect correction algorithm and suggestions for the automation of the image alignment process. The limitations of the system such as its reliance on manual intervention for both the measurement and stitching processes, are discussed, as is its suitability for providing dimensional information for bespoke clothing production. Recommendations are also made for the creation of an automated test procedure for testing the performance of alternative image capture systems, which involves evaluating the accuracy of object replication both for multiple and single image capture units using calibration objects which combine a range of surfaces.