Estimación eficiente de atributos demográficos del rostro humano en imágenes

Sin duda, el rostro humano ofrece mucha más información de la que pensamos. La cara transmite sin nuestro consentimiento señales no verbales, a partir de las interacciones faciales, que dejan al descubierto nuestro estado afectivo, actividad cognitiva, personalidad y enfermedades. Estudios recientes [OFT14, TODMS15] demuestran que muchas de nuestras decisiones sociales e interpersonales derivan de un previo análisis facial de la cara que nos permite establecer si esa persona es confiable, trabajadora, inteligente, etc. Esta interpretación, propensa a errores, deriva de la capacidad innata de los seres humanas de encontrar estas señales e interpretarlas. Esta capacidad es motivo de estudio, con un especial interés en desarrollar métodos que tengan la habilidad de calcular de manera automática estas señales o atributos asociados a la cara. Así, el interés por la estimación de atributos faciales ha crecido rápidamente en los últimos años por las diversas aplicaciones en que estos métodos pueden ser utilizados: marketing dirigido, sistemas de seguridad, interacción hombre-máquina, etc. Sin embargo, éstos están lejos de ser perfectos y robustos en cualquier dominio de problemas. La principal dificultad encontrada es causada por la alta variabilidad intra-clase debida a los cambios en la condición de la imagen: cambios de iluminación, oclusiones, expresiones faciales, edad, género, etnia, etc.; encontradas frecuentemente en imágenes adquiridas en entornos no controlados. Este de trabajo de investigación estudia técnicas de análisis de imágenes para estimar atributos faciales como el género, la edad y la postura, empleando métodos lineales y explotando las dependencias estadísticas entre estos atributos. Adicionalmente, nuestra propuesta se centrará en la construcción de estimadores que tengan una fuerte relación entre rendimiento y coste computacional. Con respecto a éste último punto, estudiamos un conjunto de estrategias para la clasificación de género y las comparamos con una propuesta basada en un clasificador Bayesiano y una adecuada extracción de características. Analizamos en profundidad el motivo de porqué las técnicas lineales no han logrado resultados competitivos hasta la fecha y mostramos cómo obtener rendimientos similares a las mejores técnicas no-lineales. Se propone un segundo algoritmo para la estimación de edad, basado en un regresor K-NN y una adecuada selección de características tal como se propuso para la clasificación de género. A partir de los experimentos desarrollados, observamos que el rendimiento de los clasificadores se reduce significativamente si los ´estos han sido entrenados y probados sobre diferentes bases de datos. Hemos encontrado que una de las causas es la existencia de dependencias entre atributos faciales que no han sido consideradas en la construcción de los clasificadores. Nuestro resultados demuestran que la variabilidad intra-clase puede ser reducida cuando se consideran las dependencias estadísticas entre los atributos faciales de el género, la edad y la pose; mejorando el rendimiento de nuestros clasificadores de atributos faciales con un coste computacional pequeño. Abstract Surely the human face provides much more information than we think. The face provides without our consent nonverbal cues from facial interactions that reveal our emotional state, cognitive activity, personality and disease. Recent studies [OFT14, TODMS15] show that many of our social and interpersonal decisions derive from a previous facial analysis that allows us to establish whether that person is trustworthy, hardworking, intelligent, etc. This error-prone interpretation derives from the innate ability of human beings to find and interpret these signals. This capability is being studied, with a special interest in developing methods that have the ability to automatically calculate these signs or attributes associated with the face. Thus, the interest in the estimation of facial attributes has grown rapidly in recent years by the various applications in which these methods can be used: targeted marketing, security systems, human-computer interaction, etc. However, these are far from being perfect and robust in any domain of problems. The main difficulty encountered is caused by the high intra-class variability due to changes in the condition of the image: lighting changes, occlusions, facial expressions, age, gender, ethnicity, etc.; often found in images acquired in uncontrolled environments. This research work studies image analysis techniques to estimate facial attributes such as gender, age and pose, using linear methods, and exploiting the statistical dependencies between these attributes. In addition, our proposal will focus on the construction of classifiers that have a good balance between performance and computational cost. We studied a set of strategies for gender classification and we compare them with a proposal based on a Bayesian classifier and a suitable feature extraction based on Linear Discriminant Analysis. We study in depth why linear techniques have failed to provide competitive results to date and show how to obtain similar performances to the best non-linear techniques. A second algorithm is proposed for estimating age, which is based on a K-NN regressor and proper selection of features such as those proposed for the classification of gender. From our experiments we note that performance estimates are significantly reduced if they have been trained and tested on different databases. We have found that one of the causes is the existence of dependencies between facial features that have not been considered in the construction of classifiers. Our results demonstrate that intra-class variability can be reduced when considering the statistical dependencies between facial attributes gender, age and pose, thus improving the performance of our classifiers with a reduced computational cost.

Contribución al análisis multiescala de señales. Aplicación a imágenes de suelos agrícolas y series financieras

En el campo del análisis multirresolución de señales, bien sean señales unidimensionales o imágenes, la transformada wavelet (u ondícula) es una de las herramientas más atractivas y potentes debido a su capacidad de análisis de las estructuras y singularidades presentes en una señal cuando esta es analizada en distintas escalas. Este trabajo parte de la investigación de cómo la modificación directa de los coeficientes wavelets permite añadir información en forma de marcas de agua a una imagen o también como con las mismas técnicas se pueden realizar esquemas relativamente sencillos de eliminación de ruido en imágenes. Estas aplicaciones son el primer paso para entender qué información capturan los coeficientes wavelet obtenidos mediante las distintas versiones existentes de transformada wavelet Siguiendo la relación entre el módulo de los coeficientes wavelets resultantes en distintas escalas llegamos a poder caracterizar las singularidades presentes en señales o imágenes con aplicaciones prácticas en campos como el análisis de imágenes mamográficas. Esta relación no es más que el primer paso para enlazar la teoría wavelet con el formalismo multifractal, relación definida en primera instancia a partir de la transforma wavelet de módulo máximo. El análisis entre señal, transformada wavelet de módulo máximo e información local de cada coeficiente wavelet da origen a la contribución principal de este trabajo de tesis que consiste en la estimación directa de distintos parámetros multifractales a partir del cálculo de coeficientes derivados de manera local para cada muestra de una señal o pixel de una imagen. La metodología propuesta se aplica en primer lugar a señales de una dimensión de gran complejidad o irregularidad como son las series financieras y específicamente los valores que componen el índice Dow Jones. El resultado permite la cuantificación de la volatilidad o riesgo asociado a cada uno de esas series. En segundo lugar y como principal aplicación de la metodología de análisis multiescala propuesta, el trabajo de investigación se centra en cómo calcular parámetros multifractales en imágenes que reflejan la estructura de suelos agrícolas. Estas imágenes son obtenidas bien aplicando un tinte especial o mediante modernas técnicas de tomografía axial computarizada. En ambos casos, el objetivo es completar la caracterización estadística de la geometría de los flujos preferenciales de agua y otras sustancias, aspectos claves para el correcto tratamiento de suelos agrícolas. Para validar e interpretar cada uno de los algoritmos desarrollados se utilizan señales multifractales sintetizadas y se comparan los resultados obtenidos en las distintas aplicaciones respecto de algoritmos ya consolidados en cada caso.

Análisis de media de diferencia entre imágenes y su posterior implementación usando Matlab

El proyecto consta de dos partes principales y dos anexos. La primera es teórica, en ella realizamos; a modo de introducción, un estudio sobre el tratamiento digital de la imagen, desarrollando las principales técnicas de tratamiento y análisis de imágenes que pudimos estudiar durante la carrera. Una vez desgranado el análisis nos centraremos en la correlación digital de imagen, su evolución y distintas técnicas, donde nos centramos en la correlación cruzada normalizada que usamos posteriormente para la correlación de imágenes con Matlab. La segunda parte consiste en la implementación de un sencillo programa mediante Matlab en el que podremos evaluar y analizar las diferencias entre dos o más imágenes, pudiendo observar gráficamente la desviación en milímetros entre varias imágenes y su dirección con vectores. Posteriormente analizamos los resultados obtenidos y proponemos posibles mejoras para futuros proyectos de correlación de imágenes digitales. Por último, incluimos un par de anexos en los que incluimos un tutorial para automatizar acciones con Adobe Photoshop para facilitar el pretratamiento de fotografías antes de analizarlas con el script y una posible práctica de laboratorio para futuros alumnos de la escuela utilizando nuestro script de Matlab. ABSTRACT. The project involves two main parts and two annexes. The first is theoretical, it performed; by way of introduction, a study on digital image processing, developing the main treatment techniques and image analysis we were able to study along our career. Once shelled analysis we will focus on digital image correlation, evolution and different techniques, where we focus on normalized cross-correlation which we use later for the correlation of images with Matlab. The second part is the implementation of a simple program using Matlab where we can evaluate and analyze the differences between two or more images and can graphically see the deviation in millimeters between various images and their direction vectors. Then we analyze the results and propose possible improvements for future projects correlation of digital images. Finally, we have a couple of annexes in which we include a tutorial to automate actions with Adobe Photoshop to facilitate pretreatment photographs before analyzing the script and a possible lab for future school students using our Matlab script.

Diseño e implementación de un sistema de intercambio de imágenes ecográficas basado en OpenMRS y adaptado a las necesidades de las zonas rurales de Guatemala

Este trabajo fin de grado forma parte del proyecto Embarazo Saludable que la Fundación EHAS desarrolla con la colaboración de TulaSalud en los departamentos de Alta Verapaz y San Marcos en Guatemala. El proyecto Embarazo Saludable tiene como principal objetivo reducir la mortalidad materna de mujeres gestantes en zonas rurales de Guatemala. Para conseguirlo se han centrado los esfuerzos en mejorar los controles sanitarios en comunidades con pocos recursos y alejadas del centro de salud. En este documento se presenta el estudio e implementación de un mecanismo de sincronización en el Sistema de Información en Salud empleado en el proyecto que está basado en OpenMRS. Este mecanismo de sincronización debe permitir el intercambio de información entre los ordenadores de las brigadas itinerantes de atención y un servidor central. Para empezar, se analizaron los datos recogidos en las citas médicas y se especificaron que tipo de información se quiere conservar en la base de datos y una vez identificada la información a sincronizar, con el objetivo de sincronizar las bases de datos de todas las brigadas, se implementaron los cambios necesarios en el módulo de sincronización de OpenMRS. Además se estudiaron y definieron los roles de usuario dentro de la plataforma y se creó un sistema de alertas entre el enfermero que realiza las consultas y el ginecólogo que supervisa a los enfermeros. Una vez modificado el módulo de sincronización se realizaron pruebas del sistema y se probó el correcto funcionamiento de la sincronización de: imágenes, texto, números, usuarios y formularios entre dispositivos. Estas pruebas se realizaron primero en local y luego en remoto con el servidor central. El trabajo fin de grado se empezó en Madrid hasta alcanzar una versión inicial del programa y posteriormente en Cobán se realizaron tareas de mejora e implementación, así como capacitaciones dirigidas al personal técnico encargado de la plataforma. El uso de OpenMRS como Sistema de Información Sanitaria ha supuesto una importante mejora en la calidad del seguimiento de mujeres gestantes. La posibilidad de sincronizar información entre brigadas permite a todos los facilitadores (enfermeros) disponer de la información de consultas a todas las mujeres gestantes de una comunidad. No obstante, el éxito del proyecto dependerá del mantenimiento y actualización de la plataforma por parte de los técnicos capacitados.

La casa en imágenes : pulsos, ecos y huellas del habitar contemporáneo

La imagen fotográfica es un bloque espacio tiempo congelado, un fragmento referido al antes y el después de algo. Al contemplar una fotografía de un interior doméstico, descubrimos un entretejido sutil entre el habitante y su hábitat. Somos capaces de recaer en más detalles de los que el ojo humano puede apreciar en su visión cotidiana, siempre ligada al devenir espacio temporal. El acto de fotografiar el hogar, de congelar unidades habitadas infinitesimales, se revela como una manifestación radical del modo unipersonal de habitar de cada fotógrafo, profesional o aficionado, y por extensión, dado que hoy todos somos fotógrafos; de cada habitante. Por un lado, la fotografía se piensa aquí como herramienta, capaz de desvelar, de poner en el mundo, los elementos, percepciones y acontecimientos, que subyacen imbricados en la construcción del hogar. Por otro, la imagen se entiende como medio de expresión y de comunicación, como el lenguaje universal de nuestro tiempo, por todos conocido y utilizado. En este momento de interconexión máxima, entre redes, datos y capas de cognición, de velocidad y aceleración, esta tesis doctoral se plantea como una vuelta a la reflexión, a la contemplación del objeto imagen, desde la certeza de que para que ésta hable hay que darle tiempo. Así, la investigación hay que entenderla desde una base ontológica y fenomenológica; desde la experiencia del ser que habita un entorno concreto y determinado. Se enmarca en el actual entorno socio cultural de occidente, se busca desvelar el significado y modo de habitar del habitante común, poniendo de manifiesto aquello que acontece para que una casa cualquiera, de un habitante cualquiera, devenga hogar. Los primeros indicios sobre el tema surgirán del análisis y la reinterpretación hermenéutica de un atlas de imágenes del habitar: cuerpo de imágenes reunido a partir de series fotográficas de hogares, de habitantes anónimos, puestos a luz por la mirada de un grupo de artistas. Posteriormente, ponemos a prueba el conocimiento adquirido en el análisis anterior, mientras que expandimos la investigación hacia el sentir del habitante común, mediante la realización de tres experimentos participativos, o estudios de campo cualitativos. Los resultados, de ambos grupos de casos de estudio, se compilan, organizan y estructuran en una taxonomía del habitar. Esta taxonomía está compuesta por cuarenta y siete parámetros, que explicitan la naturaleza compleja del hogar del siglo XXI. Este hogar es entendido como un constructo personal de cada habitante, un proceso que acontece en el tiempo y en el espacio, y que entraña la propia construcción del habitante. Esta extensa taxonomía se organiza según tres ámbitos del ser humano, en el primero se expresan los factores relacionados con el modo de "estar físicamente" en el hogar, incluyendo: al propio habitante, la casa como espacio arquitectónico y como materialidad: objetos, muebles, iconos y símbolos que pueblan el hogar. En segundo lugar, se manifiestan los parámetros relacionados con el modo de “percibir”: por un lado, aquello que se deriva de lo que se ve, y por otro, lo que se deriva de aquello que no se ve, pero se siente. En tercer lugar, se explicitan los factores relativos al habitante que "crea/juega" su hogar, quién por un lado, es en el mundo actuando, y que por otro, siente el mundo construyéndolo mediante una serie de relaciones que establece con él. Finalmente, la investigación intenta revelar las sinergias, conexiones y relaciones, entre todos estos elementos extraídos del sentir del habitante común, y que fueron inducidos mediante el análisis y reinterpretación de los casos de estudio, poniendo de manifiesto un orden de cosas en el habitar occidental contemporáneo. ABSTRACT The photographic image is a frozen space time block, a fragment referred to a something before and after. When we stare at the photography of domestic interiors we discover a subtle interweaving between the inhabitant and her habitat. We are able to acknowledge infinite more details than the human eye, in its continuous quotidian vision always linked to the space time progression, appreciates. The act of photographing the home, of freezing infinitesimal inhabited units, reveals as a radical statement of the concept of inhabiting for each photographer, professional or amateur, and by extension, as we today all are photographers, for each inhabitant. On the one hand, photography is here conceived as a tool that is capable of revealing, "of placing in the world" the elements, perceptions and happenings that underlie imbricated in the construction of a home. On the other hand, image is thought as an expression and communication media, as the universal language of our time (as far as it is known and used by all of us). In this precise moment of maximum interconnection between networks, data and cognitive layers; of speed and acceleration, this PhD Dissertation is conceived as a return to reflection; to the contemplation of object image, from the certainty of its need of time for talking. Therefore, this research from an ontological and phenomenological base; from the experience of the self who inhabits a determined and concrete environment, that of the western countries at the present, pursues to unveil the meaning and way of inhabiting of a common dweller and manifest what conforms the transformation of any house, of any inhabitant into a home. The first clues will arise from the analysis and hermeneutical reinterpretation of the Atlas of inhabiting; an assembled body of images of anonymous inhabitants houses, brought into life through a group of artist´s glance. Afterwards, we will test the analysis´s acquired knowledge, while extending the investigation to the feel of the common inhabitant (and no longer the expert^ artist) through the execution of three participative experiments conceived as qualitative field works. The results of both case study groups, will be compiled, organized and structured in a taxonomy of the inhabiting. This taxonomy is composed by forty seven parameters that explicitly state the complex nature of the XXI century home, regarded as a personal construct of every single inhabitant, as a process that happens through time and space and that entails the construction of the inhabitant. This wide taxonomy is organized regarding three spheres of the human being, In first place, those elements related to the way of “physically being” at home are expressed, including: the inhabitant its self, the house as architectural space and as materiality: objects, furniture, icons and symbols that fill the home. In second place, parameters related to the way of “perceiving“ are manifested; on the one hand, those that derive from what we see; on the other hand, those that derive from what we do not see, but feel. In third place, those factors deriving from the inhabitant as a home "creator/player" who is acting in the world and feeling the world while constructing it through a myriad of relationships he establishes with it. Finally, the investigation tries to reveal the synergies, connections and relations between all these elements extracted from the feelings of the common inhabitant, induced through the analysis and reinterpretation of the case studies, and therefore exposing a state of things belonging to western world at present.