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Thèse Année : 2010

New sparse representation methods; application to image compression and indexing

Nouvelles méthodes de représentations parcimonieuses ; application à la compression et l'indexation d'images

Résumé

A new dictionary structure is introduced called an Iteration-Tuned Dictionary (ITD). ITDs are layered structures containing a set of candidate dictionaries in each layer. ITD-based iterative pursuit decompositions are carried out using, at each iteration i, one of the candidates from the i-th layer. A general ITD framework is proposed as well as a tree-structured variant called the Tree-Structured Iteration-Tuned Dictionary (TSITD) and a constrained tree-structured variant called the Iteration-Tuned and Aligned Dictionary (ITAD). These structures are shown to outperform various state-of-the-art reference algorithms in their ability to approximate a dataset sparsely, and in the applications of image denoising and image compression. The ITAD scheme, in particular, is used to develop an image codec that outperforms JPEG2000. An approximate vector search method is also introduced which uses sparse representations to carry out low-complexity approximate nearest-neighbor image searches. The approach addresses the related instability of the sparse support when the image patch is subject to weak affine transformations. In developing this new approach, a new data conditioning scheme is introduced that succeeds in better distributing data on the unit sphere while preserving relative angles. It is shown that this new approach improves the complexity/performance tradeoff of approximate searches based on sparse representations.
Une nouvelle structure de dictionnaire adaptés aux décompositions itératives de type poursuite, appelée un Iteration-Tuned Dictionary (ITD), est présentée. Les ITDs sont structurés en couche, chaque couche se composant d'un ensemble de dictionnaires candidats. Les décompositions itératives basées ITD sont alors réalisées en sélectionnant, à chaque itération i, l'un des dictionnaires de la i-ième couche. Une structure générale des ITDs est proposée, ainsi qu'une variante structurée en arbre appelée Tree-Structured Iteration-Tuned Dictionary (TSITD) et une version contrainte de cette dernière, appelée Iteration-Tuned and Aligned Dictionary (ITAD). Ces structures sont comparées à plusieurs méthodes de l'état de l'art et évaluées dans des applications de débruitage et de compression d'images. Un codec basé sur le schéma ITAD est également présenté et comparé à JPEG2000 dans des évaluations qualitatives et quantitatives. Dans le contexte de l'indexation d'images, un nouveau système de recherche approximative des plus proches voisins est également introduit, qui utilise les représentations parcimonieuses pour réduire la complexité de la recherche. La méthode traite l'instabilité dans la sélection des atomes lorsque l'image est soumise à de faibles transformations affines. Un nouveau système de conditionnement des données est également introduit, permettant de mieux distribuer les données sur la sphère unitaire tout en préservant leurs distances angulaires relatives. Il est montré que cette méthode améliore le compromis complexité/performance de la recherche approximative basée décompositions parcimonieuses.
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Dates et versions

tel-00567851 , version 1 (22-02-2011)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00567851 , version 1

Citer

Joaquin Zepeda Salvatierra. New sparse representation methods; application to image compression and indexing. Human-Computer Interaction [cs.HC]. Université Rennes 1, 2010. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00567851⟩
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