Perceptual approach to a computational colour texture representation for surface inspection

Abstract

El principal objectiu d'aquest treball de tesi és tractar el problema de la representació de la textura en color des del punt de vista de la visió per computador. L'extensió dels mètodes classics de processament de textura per imatges en nivells de grisos als canals d'una imatge color no assegura resultats semblants als de la percepció humana en aquesta tasca. Els mecanismes d'inducció cromàtica del sistema visual humà, estudiats en psicofísica, són fonamentals en la dependència que crea l'entorn en la percepció del color. La inducció cromàtica inclou dos efectes complementaris: l'assimilació i el contrast cromàtic. Mentre el primer ja ha estat mesurat des de la psicofísica i extés a la visió per computador, molts aspectes del segon encara queden per fer. La contribució principal d'aquesta tesi és la definició d'un operador computacional que simula el fenòmen del contrast cromàtic i que té un comportament coherent amb el del sistema visual humà en diferents problemes de la percepcció de la textura en color, ja que permet enfatitzar les diferències de color en distribucions que són quasibé unimodals i així millorar la segmentació de les regions de color. El problema que encara queda obert és la realització de mesures psicofísiques pels paràmetres de l'operador, tal com es va fer amb l's-cielab per al procés d'assimilació.<br/>La definició de representacions computacionals de textura i color perceptuals és un objectiu de gran importància en els problemes d'inspecció automàtica de superfícies en els que els dispositius de la colorimetria clàssica no permeten donar bones mesures d'aparença de color. La segona contribució de la tesi defineix una representació computacional basada en mesures globals de color incloent-hi l'assimilació de color i mesures locals de les propietats de les regions segmentades considerant el contrast cromàtic. Aquesta representació és aplicada a la classificació de gres porcelànic.<br/>Tenint en compte que s'han de realitzar mesures molt acurades de petites diferències, s'ha dedicat una part d'aquest treball a l'adquisició d'imatges en color, i en concret a aconseguir bones propietats de constància de color. En aquest sentit, la darrera contribució de la tesi és la definició d'un algorisme de contància de color en línea per a una càmera lineal d'alta precisió de color. Aquest mètode s'ha basat en el model lineal diagonal de constància de color prèviament garantit amb una transformació que canvia les propietats de la sensibilitat de la càmera.

The main goal of this thesis is to deal with the colour texture representation problem from a computer vision point of view. It is easy to demonstrate that the extension of classical grey level methods for texture processing to the three channels of the corresponding colour texture does not succeed in having a human-like behaviour on this visual task. Chromatic induction mechanisms of the human visual system, which have been widely studied in psychophysics, play an important role on the dependency of the colour perception from its surround. Chromatic induction includes two complementary effects: chromatic assimilation and chromatic contrast. While the former has been psychophysically measured and lately extended to computer vision, some aspects on the last one still remain to be measured. The main contribution of this thesis is a computational operator that simulates the contrast induction phenomena that has demonstrated a coherent behaviour on different texture colour perception problems, since it allows to emphasise colour differences on almost-unimodal colour distributions and consequently improving the segmentation of colour regions. An open problem that will remain open from this work is the psychophysical measurement of the operator parameters, in the same sense as it was done with the s-cielab for the assimilation process.<br/>A perceptually consistent colour texture computational representation is a goal of extreme importance in automatic colour-textured surface inspection problems, where the classic colorimetric tools does not succeed in given good colour appearance measurements. In this scope, a second contribution is a colour-texture representation based on global colour features considering colour assimilation and local features based on properties of colour blobs considering colour contrast. This representation is applied to an automatic tile classification problem.<br/>Since an important accuracy is needed to measure such small differences, we have devoted a great part of this work to the colour acquisition issue, and to the problem of achieving good colour constancy properties on the acquired images. In this sense, a last contribution of this work has been to define an on-line colour constancy algorithm for a high colour precision scan line camera based on a diagonal linear colour constancy model previously guaranteed by linear transform changing the camera sensitivity properties.