Ανθρωποκεντρική επεξεργασία και ανάλυση οπτικής πληροφορίας

Abstract

The subject of this doctoral thesis is related with the research of visual information processing under the influence of anthropocentric mechanisms. Given the superiority of the visual system of the brain in the analysis of visual stimuli, the findings that could emerge from the exploration and simulation of its operations could be incorporated in modern computer vision systems, with the purpose of developing processing schemes that are consistent with human perception. The first part of the conducted research focused on the development and evaluation of models for the bio-inspired representation of interesting regions in images, and also on their exploitation in computer vision applications. The experimental results suggest that the developed methods present remarkable behavior on general purpose natural images under a variety of visual conditions, and also imply the possibility of their utilization in applications that concern images of specific type, as for example aerial imagery. The second part of the research concerned the development of algorithms for the extraction and comparison of characteristics from the human oculomotor system, with the purpose of using them in the field of biometric identification based on the eye movements. The implemented methods included the utilization both of spatial and temporal features that can be extracted from the eye movements and the obtained results during the evaluation process showed the existence of promising momentum on this recently established field of research.

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής περιλαμβάνει την μελέτη και ανάλυση της πληροφορίας οπτικών δεδομένων που μπορεί να πραγματοποιηθεί με την αξιοποίηση μηχανισμών επεξεργασίας ανθρωποκεντρικής φύσης. Λαμβάνοντας υπόψιν την αποδεδειγμένη ανωτερότητα του συστήματος όρασης του ανθρώπινου εγκέφαλου στην ανάλυση των οπτικών ερεθισμάτων, τα ευρήματα που μπορεί να προκύψουν από την μελέτη και προσομοίωση των μηχανισμών του είναι δυνατόν να ενσωματωθούν στα σύγχρονα συστήματα υπολογιστικής όρασης, με σκοπό την επεξεργασία της οπτικής πληροφορίας με τρόπο σύμφωνο προς την ανθρώπινη αντίληψη. Το πρώτο μέρος της έρευνας που διεξήχθη εστίασε στην ανάπτυξη και αξιολόγηση μοντέλων αναπαράστασης του οπτικού ενδιαφέροντος σε δεδομένα εικόνας με βάση αλγόριθμους βιολογικής έμπνευσης, καθώς και στην δυνατότητα αξιοποίησή τους σε εφαρμογές της υπολογιστικής όρασης. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν κατά την πειραματική εφαρμογή των μοντέλων σε βάσεις δεδομένων με εικόνες γενικού περιεχομένου ανέδειξαν την αξιόλογη συμπεριφορά των αλγορίθμων που υλοποιήθηκαν σε ποικιλία οπτικών συνθηκών αλλά και την δυνατότητα χρήσης τους σε πιο εξειδικευμένους τομείς, όπως αυτός της αεροφωτογραφίας. Το δεύτερο μέρος της έρευνας αφορούσε την μελέτη και ανάπτυξη αλγορίθμων για την εξαγωγή και σύγκριση χαρακτηριστικών από το σύστημα κίνησης των οφθαλμών, με σκοπό την αξιοποίησή τους στο πεδίο έρευνας της βιομετρικής αναγνώρισης με βάση τις οφθαλμικές κινήσεις. Οι μέθοδοι που υλοποιήθηκαν αφορούσαν χαρακτηριστικά που μπορούν να εξαχθούν τόσο στο πεδίο του χώρου του οπτικού ερεθίσματος όσο και στο πεδίο του χρόνου και τα πειραματικά αποτελέσματα τα οποία προέκυψαν κατά την αξιολόγησή των αλγορίθμων σε βάσεις δεδομένων οφθαλμικής κίνησης ποικίλου ερεθίσματος, επέδειξαν την δυναμική που υπάρχει στον συγκεκριμένο νεοσύστατο τομέα έρευνας.