Εφαρμογή Γενετικών Αλγορίθμων στην Εξαγωγή Κτιριακών Εγκαταστάσεων από Τηλεπισκοπικές Απεικονίσεις, με Βάση την Μεθοδολογία του Αλγορίθμου Mumford – Shah

Abstract

Τα τελευταία χρόνια έχουμε μια ραγδαία αύξηση του αριθμού των εικόνων, που συναντάμε σε ψηφιακή μορφή και προέρχονται από διάφορες πηγές: ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, δορυφόροι, σαρωτές κτλ. Ο σκοπός της λήψης τους εξαρτάται από τον σκοπό για τον οποίο προορίζονται να χρησιμοποιηθούν. Ωστόσο κοινός παρανομαστής σε όλες αποτελεί η ανάγκη για ερμηνεία της περιεχόμενης πληροφορίας τους. Με τον όγκο των δεδομένων να αυξάνει συνεχώς και την υποκειμενικότητα της ανθρώπινης αντίληψης στην ερμηνεία τους, αναπτύσσεται έντονα η ανάγκη εύρεσης αυτόματων μεθόδων ερμηνείας των εικόνων.

Και ενώ η ερμηνεία των πληροφοριών που υπάρχουν σε μια εικόνα, μπορεί να γίνει με επιτυχία από τους φωτοερμηνευτές με σχετική ευκολία, δεν συμβαίνει το ίδιο με έναν εξελιγμένο ηλεκτρονικό υπολογιστή. Η σημασιολογική ανάλυση του περιεχομένου μιας εικόνας, μπορεί να αποτελεί μια προαιώνια βιολογική διεργασία του ανθρώπινου εγκεφάλου που εκτελείται συνεχώς, όμως για τον ηλεκτρονικό υπολογιστή, είναι μια πρόκληση των τελευταίων δεκαετιών.

Η αυτόματη εξαγωγή χαρακτηριστικών, είναι ένα αντικείμενο ενδιαφέροντος πολλών πεδίων σύγχρονων εφαρμογών και είναι υπό συνεχή εξέταση και αναθεώρηση. Υπάρχει έντονη η ανάγκη αυτοματοποίησης της αναγνώρισης και χαρτογράφησης των τοπογραφικών, γεωμορφολογικών και ανθρωπογενών χαρακτηριστικών, ώστε η διαδικασία να καταστεί λιγότερο επίπονη χρονικά, χρησιμοποιώντας τις κατάλληλες μεθόδους αυτοματοποίησης.

Ωστόσο κατά καιρούς, έχουν αναπτυχθεί διάφοροι αλγόριθμοι, οι οποίοι έχουν σκοπό να βοηθήσουν τόσο στην φωτοερμηνεία όσο και στην κατάτμηση των εικόνων. Οι αλγόριθμοι αυτοί εμπλέκουν συνήθως πλήθος παραμέτρων, με αποτέλεσμα να καθίσταται ιδιαίτερα πολύπλοκη η χρησιμοποίηση τους και ακόμα δυσκολότερος ο εντοπισμός των βέλτιστων τιμών των παραμέτρων αυτών. Την διαδικασία αυτή έρχονται να απλουστεύσουν οι γενετικοί αλγόριθμοι μέσω των οποίων αναζητούνται οι βέλτιστες τιμές των παραπάνω παραμέτρων με βάση την ύπαρξη μιας συνάρτησης αξιολόγησης, χωρίς ωστόσο να πραγματοποιείται δοκιμή όλων των τιμών των παραμέτρων αυτών.

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η εφαρμογή γενετικών αλγορίθμων, στην διαδικασία βελτιστοποίησης των παραμέτρων, οι οποίες χρησιμοποιούνται στην μεθοδολογία του αλγορίθμου που αναπτύχθηκε από τους Mumford - Shah με στόχο την εξαγωγή κτιριακών εγκαταστάσεων από τηλεπισκοπικές και όχι μόνο απεικονίσεις, μέσω αυτοματοποιημένων διαδικασιών.

In recent years, there is a rapid increase in the number of images found in digital form and they come from several resources: digital cameras, satellites, scanners etc. The purpose of the image collection depends on the purpose for which they are intended to be used. However, the need for interpretation of the information contained in the images is a common denominator in all images. While the amount of data continues to increase and the subjectivity of the human perception continues to exist during their interpretation, a need for finding automatic methods of image interpretation is intensively being developed.

While the interpretation of the information contained in a image can be achieved quite easily by photo interpreters, it is not the same with an advanced computer. The semantic analysis of the image content may be a primordial biological process of the human brain that runs continuously nevertheless it is a big challenge for the computer in the recent decades.

The automatic feature extraction is a subject of interest for several fields of modern applications and is under constant review and revision. There is a strong need for the identification and mapping of the topographic, geomorphologic and manmade features to be automated, so that the whole process can be less lengthy, using the proper automation methods.

However, various algorithms have occasionally been developed, which are designed to contribute not only in the photo-interpretation but also in the segmentation of images. These algorithms usually involve a crowd of parameters, which makes their use very complicated and the identification of the best values of these parameters even harder. This process is being simplified by the genetic algorithms via which the best values of the parameters mentioned above are being sought according to the existence of an evaluation function, without however testing all the values of those parameters.

The aim of the current diploma is the implementation of genetic algorithms during the process of the parameters optimization, which are used for the algorithm methodology developed by Mumford - Shah to export premises from remote sensing, and not only, illustrations via automated processes.