Soit l'image originale définie sur , et soient classes (i.e. niveaux de gris, ou couleurs) , que l'on suppose prédéfinies pour le moment. Le but de la classification est de trouver une partition de en sous-ensembles , recouvrant tout le domaine , et tels que soit proche de dans .
Une approche variationnelle peut être définie à l'aide de la fonction coût suivante:
La difficulté majeure de cette approche est que les inconnues sont des ensembles et non des variables, ce qui rend l'approche par analyse asymptotique topologique particulièrement appropriée pour traiter ce problème. Le développement du gradient topologique ainsi que les résultats numériques sont présentés dans [25].