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Breaking free from the matrix: Segmentation of fossil images

Chris M.E. Honeycutt, Roy E. Plotnick, and Fabien Kenig

Plain Language Abstract

Computers recognizing fossils: The ability of computers to recognize objects in images has evolved tremendously in the last few decades. The ability of computers to recognize objects is called computer vision. Computer vision can help paleontologists analyze images of fossils much faster. Our paper focuses on one type of computer vision technique, image segmentation. Here we use image segmentation to aid in identifying, isolating and measuring fossil crinoids. Crinoids are sea creatures with a 500 million year history. This research is part of a plan to build systems that can assist paleontologists in cataloging large specimen collections and identify fossils in remote locations.

Resumen en Español

Librarse de la matriz: la segmentación de imágenes de fósiles

El método tradicional para la separación de un fósil de su matriz es eliminar físicamente la matriz, arriesgándose a dañar el fósil. Las tecnologías no destructivas, como la tomografía computarizada (TC), permiten eliminar digitalmente la matriz. Sin embargo, estas técnicas tienen varias desventajas: se requiere mucho tiempo para realizar el proceso, precisan de preparadores o técnicos altamente cualificados, o requieren equipos costosos. La segmentación de imágenes, junto con la eliminación de ruido wavelet, proporciona una forma rápida, barata y no destructiva para separar digitalmente la matriz de los fósiles en imágenes estándar de cámaras digitales. Este método utiliza programas estándar y produce resultados que a continuación se pueden introducir en programas de análisis morfométrico o bien ser usados con las técnicas más tradicionales de segmentación para acelerar el proceso. Una comparación de métodos alternativos para la segmentación de imágenes y eliminación de ruido wavelet indica que el método de Otsu y otras técnicas de umbralización global funcionan mejor para este propósito. Este enfoque se ilustra aquí con imágenes de discos de fijación de Eucalyptocrinites. Las imágenes resultantes se utilizan en morfometría. Estos métodos tienen un gran potencial para los estudios que aprovechan el rápido crecimiento de imágenes digitales de museos disponibles en Internet.

Palabras clave: Imagen; segmentación; ondículas; extracción; crinoide; discos de fijación

Traducción: Enrique Peñalver

Résumé en Français

Se libérer de la matrice: segmentation d'images de fossiles

La méthode traditionnelle pour séparer un fossile de sa matrice est de supprimer physiquement la matrice, en risquant d'endommager le fossile. Des technologies non destructives, comme la tomodensitométrie (TDM), suppriment numériquement la matrice. Cependant, ces techniques ont plusieurs inconvénients: elles prennent du temps, impliquent des préparateurs ou des techniciens hautement qualifiés, ou nécessitent des équipements coûteux. La segmentation d'image, couplé avec du débruitage d'ondelettes, fournit un moyen rapide, peu coûteux et non destructif afin de séparer la matrice du fossile numériquement dans des images de caméras numériques standard. Cette méthode utilise des logiciels sur l'étagère et produit des résultats qui peuvent ensuite être entrée dans des logiciels d'analyse morphométrique ou utilisé pour accélérer les techniques de segmentation plus traditionnels. Une comparaison des méthodes alternatives pour la segmentation d'images et le débruitage d'ondelettes indiquent que la méthode d'Otsu et les autres techniques de seuillage mondiale fonctionnent mieux pour cette intention. Cette approche est illustrée ici avec des images de crampons d'Eucalyptocrinites. Les images obtenues sont utilisées pour la morphométrie. Ces méthodes ont un grand potentiel pour les études qui utilisent les catalogues en ligne d'images numériques des musées, une ressource en croissance rapide.

Mots-clés: image; segmentation; ondelettes; extraction; crinoïde; crampon

Translator: Kenny J. Travouillon

Deutsche Zusammenfassung

Befreiung aus der Matrix: Segmentierung von fossilen Bildern

Die traditionelle Methode ein Fossil aus der Matrix zu separieren, ist diese physikalische zu entfernen, wobei jedoch Beschädigungen riskiert werden. Nicht-destruktive Methoden wie Computertomografie (CT) entfernen Matrix digital. Diese Techniken haben jedoch vielerlei Nachteile: sie sind zeitaufwändig, erfordern hoch qualifizierte Präparatoren oder Techniker oder benötigen teure Ausrüstung. Bildsegmentation verbunden mit Wavelet-Transformation bietet einen schnellen, kostengünstigen und zerstörungsfreien Weg, um Matrix mit Bildern üblicher Digitalkameras digital vom Fossil zu separieren. Diese Methode benutzt serienmäßig produzierte Software und die Ergebnisse können dann in Software für morphometrische Analysen eingegeben werden oder dafür genutzt werden traditionellere Segmentationstechniken zu beschleunigen. Ein Vergleich von alternativen Methoden zur Bildsegmentierung und der Wavelet-Transformation zeigt, dass Otsu's Methode und andere globale Schwellentechniken am besten zu diesem Zweck geeignet sind. Dieser Ansatz ist hier mit Haftwurzeln von Eucalyptocrinites illustriert. Die resultierenden Bilder wurden für morphometrische Untersuchungen genutzt. In diesen Methoden steckt großes Potential für Untersuchungen welche die rasch anwachsende Ressource der digitalen Online-Bilderkataloge der Museen nutzen.

Schlüsselwörter: Bild; Segmentierung; Wavelets; Extraktion; Crinoide; Haftwurzel

Translator: Eva Gebauer

Arabic

441 arab

Translator: Ashraf M.T. Elewa

 

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