Un gradiente no-Newtoniano para la detección de contornos en imágenes en color con ruido multiplicativo
Autor
Espinoza Hidalgo, María
Profesor Guía
Mora Cofré, MarcoCórdova Lepe, Fernando
Fecha
2016Resumen
La detección de contornos en imágenes en color es un tema ampliamente
abordado en la literatura. Cuando las imágenes son ruidosas, en particular, por
el tipo de ruido multiplicativo, esto produce una gran cantidad de errores en la
detección de contornos.
La forma mas intuitiva de detectar contornos en imágenes en color es transformar
la imagen a escala de grises y aplicar técnicas de detección de contornos que
consideran una sola matriz. La transformación de la imagen en color a escala de
grises implica una importante perdida de información y la aparición de problemas
como el metamerismo.
Todas las técnicas de tratamiento de imágenes actuales se basan en cálculo
aditivo, por lo tanto, no están adaptadas al tratamiento de imágenes con ruido
multiplicativo. Una teoría matemática que permite una aproximación natural a las
características de las imágenes con ruido multiplicativo corresponde al cálculo noNewtoniano.
Este tipo de cálculo permite desarrollar operadores adaptados a las
características de este tipo de imágenes.
Una técnica representativa para la detección de contornos en imágenes en color
corresponde al método de Di Zenzo. Este método utiliza una composición de
derivadas bidimensionales para obtener los contornos de una imagen en color. Debido
a su representatividad en la literatura se utiliza como base en este trabajo.
En esta tesis se realiza la propuesta y validación de un nuevo operador para la
detección de contornos en imágenes en color con ruido multiplicativo. Las principales
características del nuevo operador son las siguientes: (i) El operador sigue la
estructura del operador de Di Zenzo para la detección de contornos en imágenes en
color. (ii) En base al cálculo no-Newtoniano se dedujo la expresión multiplicativa del
operador de Di Zenzo. (iii) Las derivadas involucradas en el operador multiplicativo
de Di Zenzo corresponden a las desarrolladas en un trabajo anterior a la presente
tesis.
La hipótesis del trabajo es que en función del cálculo No-newtoniano se puede
mejorar la precisión de la detección de contornos en imágenes en color que están
afectadas por ruido multiplicativo.
El objetivo general de la tesis es proponer un operador de detección de contornos
en imágenes afectadas por ruido multiplicativo, basado en el cálculo no-Newtoniano.
Para poder abordar este objetivo se plantearon los siguientes objetivos especificos:
(i) Usar el cálculo no-Newtoniano para establecer el tensor invariante a cambios de
signo del gradiente de cada componente de la imagen. (ii) Establecer una estimación
de la norma a partir del tensor. (iii) Llevar a cabo una comparación objetiva del
método propuesto utilizando un ambiente controlado a partir de una imagen en
color, terreno de la verdad, conocida. (iv) Mostrar el comportamiento del método
propuesto sobre imágenes en color contaminadas con ruido multiplicativo.
La deducción del nuevo operador, basado en el calculo no-Newtoniano, para la
detección de contornos en imágenes en color fue la siguiente: (i) Se compara el valor
de la posición original de un pixel de la imagen con el de la posicion desplazada h
unidades en la direccion θ. (ii) Se estima la norma de esta variación. (iii) Se utiliza
la relación entre la derivada direccional y el gradiente, ambos multilicativos, para
obtener una relación equivalente. (iv) Se obtiene la tasa de cambio de la imagen en
la posición (x, y) en la dirección θ, esta es llamada gradiente de dirección. También
se obtiene la dirección del gradiente θmax que maximíza la tasa de cambio.
La metodología de los experimentos es la siguiente: (i) se contamina cada canal
de la imagen original con distintos niveles de intensidad de ruido. El ruido generado
sigue una distribución gaussiana de media uno y una desviación estandar que varia
entre cero y un valor que degrada de manera significativa la imagen. (ii) Se aplican
el operador de Di Zenzo y el operador propuesto, gradiente de dirección, para
detectar contornos en las imágenes ruidosas. (iii) Se determinan los contornos de
las dos imágenes anteriores considerando el umbral que arroja la mayor cantidad
de contornos respecto del terreno de la verdad. Para la tarea anterior se utiliza una
función de performance compuesta con los aciertos y errores respecto del terreno de
la verdad. (iv) Se grafican la función de performance en el umbral óptimo para cada
nivel de ruido con lo cual se pueden comparar ambos detectores.
Los resultados obtenidos muestran que para imágenes sintéticas en color, el
detector de contornos, gradiente de dirección, obtiene mejores resultados para
cualquier nivel de ruido multiplicativo respecto del operador de Di Zenzo aditivo.
Para la imagen real, el detector de contornos propuesto muestra una mejora
significativa en imágenes con altos niveles de ruido multiplicativo.
Se concluye que basándose en el cálculo no-Newtoniano se ha podido adaptar
adecuadamente un operador reperesentativo de la literarura para detección de
contornos en imágenes en color.
Tesis para optar al grado de Magíster en Ciencias de la Computación
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