Cada imagem pode ser representada como uma combinação de diversas características, como por exemplo o histograma de intensidades de cor ou propriedades de textura da imagem. Essas características compõem um vetor multidimensional que representa a imagem. É comum esse vetor ser dado como entrada para um método de classificação de padrões que, após aprender por meio de diversos exemplos, pode gerar um modelo de decisão. Estudos sugerem evidências de que a preparação das imagens-- por meio da especificação cuidadosa da aquisição, pré-processamento e segmentação-- pode impactar significativamente a classificação. Além da falta de tratamento das imagens antes da extração de características, o desbalanceamento de classes também se apresenta como um obstáculo para que a classificação seja satisfatória. Imagens possuem características que podem ser exploradas para melhorar a descrição dos objetos de interesse e, portanto, sua classificação. Entre as possibilidades de melhorias estão: a redução do número de intensidades das imagens antes da extração de características ao invés de métodos de quantização no vetor já extraído; e a geração de imagens a partir das originais, de forma a promover o balanceamento de bases de dados cujo número de exemplos de cada classe é desbalanceado. Portanto, a proposta desta dissertação é melhorar a classificação de imagens utilizando métodos de processamento de imagens antes da extração de características. Especificamente, busca analisar a influência do balanceamento de bases de dados e da quantização na classificação. Este estudo analisa ainda a visualização do espaço de características após os métodos de geração artificial de imagens e de interpolação das características extraídas das imagens originais (SMOTE), comparando como espaço original. A ênfase dessa visualização se dá na observação da importância do rebalanceamento das classes. Os resultados obtidos indicam que a quantização simplifica as imagens antes da extração de características e posterior redução de dimensionalidade, produzindo vetores mais compactos; e que o rebalanceamento de classes de imagens através da geração de imagens artificiais pode melhorar a classificação da base de imagens, em relação à classificação original e ao uso de métodos no espaço de características já extraídas. / Each image can be represented by a combination of several features like color frequency and texture properties. Those features compose a multidimensional vector, which represents the original image. Commonly this vector is given as an input to a classification method that can learn from examplesand build a decision model. The literature suggests that image preparation steps like acute acquisition, preprocessing and segmentation can positively impact such classification. Besides that, class unbalancing is also a barrier to achieve good classification accuracy. Some features and methods can be explored to improveobjects\' description, thus their classification. Possible suggestions include: reducing colors number before feature extraction instead of applying quantization methods to raw vectors already extracted; and generating synthetic images from original ones, to balance the number of samples in an uneven data set. We propose to improve image classification using image processing methods before feature extraction. Specifically we want to analyze the influence of both balancing and quantization methods while applied to datasets in a classification routine. This research also analyses the visualization of feature space after the artificial image generation and feature interpolation (SMOTE), against to original space. Such visualization is used because it allows us to know how important is the rebalacing method. The results show that quantization simplifies imagesby producing compacted vectors before feature extraction and dimensionality reduction; and that using artificial generation to rebalance image datasets can improve classification, when compared to the original one and to applying methods on the already extracted feature vectors.

Cada imagem pode ser representada como uma combinação de diversas características, como por exemplo o histograma de intensidades de cor ou propriedades de textura da imagem. Essas características compõem um vetor multidimensional que representa a imagem. É comum esse vetor ser dado como entrada para um método de classificação de padrões que, após aprender por meio de diversos exemplos, pode gerar um modelo de decisão. Estudos sugerem evidências de que a preparação das imagens-- por meio da especificação cuidadosa da aquisição, pré-processamento e segmentação-- pode impactar significativamente a classificação. Além da falta de tratamento das imagens antes da extração de características, o desbalanceamento de classes também se apresenta como um obstáculo para que a classificação seja satisfatória. Imagens possuem características que podem ser exploradas para melhorar a descrição dos objetos de interesse e, portanto, sua classificação. Entre as possibilidades de melhorias estão: a redução do número de intensidades das imagens antes da extração de características ao invés de métodos de quantização no vetor já extraído; e a geração de imagens a partir das originais, de forma a promover o balanceamento de bases de dados cujo número de exemplos de cada classe é desbalanceado. Portanto, a proposta desta dissertação é melhorar a classificação de imagens utilizando métodos de processamento de imagens antes da extração de características. Especificamente, busca analisar a influência do balanceamento de bases de dados e da quantização na classificação. Este estudo analisa ainda a visualização do espaço de características após os métodos de geração artificial de imagens e de interpolação das características extraídas das imagens originais (SMOTE), comparando como espaço original. A ênfase dessa visualização se dá na observação da importância do rebalanceamento das classes. Os resultados obtidos indicam que a quantização simplifica as imagens antes da extração de características e posterior redução de dimensionalidade, produzindo vetores mais compactos; e que o rebalanceamento de classes de imagens através da geração de imagens artificiais pode melhorar a classificação da base de imagens, em relação à classificação original e ao uso de métodos no espaço de características já extraídas. / Each image can be represented by a combination of several features like color frequency and texture properties. Those features compose a multidimensional vector, which represents the original image. Commonly this vector is given as an input to a classification method that can learn from examplesand build a decision model. The literature suggests that image preparation steps like acute acquisition, preprocessing and segmentation can positively impact such classification. Besides that, class unbalancing is also a barrier to achieve good classification accuracy. Some features and methods can be explored to improveobjects\' description, thus their classification. Possible suggestions include: reducing colors number before feature extraction instead of applying quantization methods to raw vectors already extracted; and generating synthetic images from original ones, to balance the number of samples in an uneven data set. We propose to improve image classification using image processing methods before feature extraction. Specifically we want to analyze the influence of both balancing and quantization methods while applied to datasets in a classification routine. This research also analyses the visualization of feature space after the artificial image generation and feature interpolation (SMOTE), against to original space. Such visualization is used because it allows us to know how important is the rebalacing method. The results show that quantization simplifies imagesby producing compacted vectors before feature extraction and dimensionality reduction; and that using artificial generation to rebalance image datasets can improve classification, when compared to the original one and to applying methods on the already extracted feature vectors.

Pattern recognition has as its objective to classify objects into different categories and classes. It is a fundamental component of artificial intelligence and computer vision. This thesis investigates the application of an efficient optimization method, known as Particle Swarm Optimization (PSO), to the field of pattern recognition and image processing. First a clustering method that is based on PSO is proposed. The application of the proposed clustering algorithm to the problem of unsupervised classification and segmentation of images is investigated. A new automatic image generation tool tailored specifically for the verification and comparison of various unsupervised image classification algorithms is then developed. A dynamic clustering algorithm which automatically determines the "optimum" number of clusters and simultaneously clusters the data set with minimal user interference is then developed. Finally, PSO-based approaches are proposed to tackle the color image quantization and spectral unmixing problems. In all the proposed approaches, the influence of PSO parameters on the performance of the proposed algorithms is evaluated. / Thesis (PhD)--University of Pretoria, 2006. / Computer Science / unrestricted