Monocular-based 3-D seafloor reconstruction and ortho-mosaicing by piecewise planar representation

Photo-mosaicing techniques have become popular for seafloor mapping in various marine science applications. However, the common methods cannot accurately map regions with high relief and topographical variations. Ortho-mosaicing borrowed from photogrammetry is an alternative technique that enables taking into account the 3-D shape of the terrain. A serious bottleneck is the volume of elevation information that needs to be estimated from the video data, fused, and processed for the generation of a composite ortho-photo that covers a relatively large seafloor area. We present a framework that combines the advantages of dense depth-map and 3-D feature estimation techniques based on visual motion cues. The main goal is to identify and reconstruct certain key terrain feature points that adequately represent the surface with minimal complexity in the form of piecewise planar patches. The proposed implementation utilizes local depth maps for feature selection, while tracking over several views enables 3-D reconstruction by bundle adjustment. Experimental results with synthetic and real data validate the effectiveness of the proposed approach

Analysis of resuspension and sedimentation processes of unaltered fish faeces using image analysis

Postprint (published version)

Improving the oscillating grid method to characterize aquaculture biosolids using a laser beam and image analysis

Quickremovalofbiosolidsinaquaculturefacilities,andspeciallyinrecirculatingaquaculturesystems(RAS),isoneofthemostimportantstepinwastemanagement.Sedimentationdynamicsofbiosolidsinanaquaculturetankwilldeterminetheiraccumulationatthebottomofthetank.

Particle shape and orientation in laser diffraction and static image analysis size distribution analysis of micrometer sized rectangular particles

Laser diffraction (LD) and static image analysis (SIA) of rectangular particles [United States Pharmacopeia, USP30-NF25, General Chapter <776>, Optical Miroscopy.] have been systematically studied. To rule out sample dispersion and particle orientation as the root cause of differences in size distribution profiles, we immobilize powder samples on a glass plate by means of a dry disperser. For a defined region of the glass plate, we measure the diffraction pattern as induced by the dispersed particles, and the 2D dimensions of the individual particles using LD and optical microscopy, respectively. We demonstrate a correlation between LD and SIA, with the scattering intensity of the individual particles as the dominant factor. In theory, the scattering intensity is related to the square of the projected area of both spherical and rectangular particles. In traditional LD the size distribution profile is dominated by the maximum projected area of the particles (A). The diffraction diameters of a rectangular particle with length L and breadth B as measured by the LD instrument approximately correspond to spheres of diameter ØL and ØB respectively. Differences in the scattering intensity between spherical and rectangular particles suggest that the contribution made to the overall LD volume probability distribution by each rectangular particle is proportional to A2/L and A2/B. Accordingly, for rectangular particles the scattering intensity weighted diffraction diameter (SIWDD) explains an overestimation of their shortest dimension and an underestimation of their longest dimension. This study analyzes various samples of particles whose length ranges from approximately 10 to 1000 μm. The correlation we demonstrate between LD and SIA can be used to improve validation of LD methods based on SIA data for a variety of pharmaceutical powders all with a different rectangular particle size and shape.

Segmentació d'imatge de ressonància magnètica de pit utilitzant atlas probabilístic

La localització d'òrgans és un tòpic important en l'àmbit de la imatge mèdica per l'ajuda del tractament i diagnosi del càncer. Un exemple es pot trobar en la cal•libració de models farmacoquinètics. Aquesta pot ésser realitzada utilitzant un teixit de referència, on, per exemple en imatges de ressonància magnètica de pit, una correcta segmentació del múscul pectoral és necessària per a la detecció de signes de malignitat. Els mètodes de segmentació basat en atlas han estat altament avaluats en imatge de ressonància magnètica de cervell, obtenint resultats satisfactoris. En aquest projecte, en col•laboració amb el el Diagnostic Image Analysis Group de la Radboud University Nijmegen Medical Centre i la supervisió del Dr. N.Karssemeijer, es presenta la primera aproximació d'un mètode de segmentació basat en atlas per segmentar els diferents teixits visibles en imatges de ressonància magnètica (T1) del pit femení. L'atlas consisteix en 5 estructures (teixit greixòs, teixit dens, cor, pulmons i múscul pectoral) i ha estat utilitzat en un algorisme de segmentació Bayesià per tal de delinear les esmentades estructures. A més a més, s'ha dut a terme una comparació entre un mètode de registre global i un de local, utilitzats tant en la construcció de l'atlas com en la fase de segmentació, essent el primer el que ha presentat millors resultats en termes d'eficiència i precisió. Per a l'avaluació, s'ha dut a terme una comparació visual i numèrica entre les segmentacions obtingudes i les realitzades manualment pels experts col•laboradors. Pel que fa a la numèrica, s'ha emprat el coeficient de similitud de Dice ( mesura que dóna valors entre 0 i 1, on 0 significa no similitud i 1 similitud màxima) i s'ha obtingut una mitjana general de 0.8. Aquest resultat confirma la validesa del mètode presentat per a la segmentació d'imatges de ressonància magnètica del pit.

Standardized evaluation methodology and reference database for evaluating IVUS image segmentation

This paper describes an evaluation framework that allows a standardized and quantitative comparison of IVUS lumen and media segmentation algorithms. This framework has been introduced at the MICCAI 2011 Computing and Visualization for (Intra)Vascular Imaging (CVII) workshop, comparing the results of eight teams that participated. We describe the available data-base comprising of multi-center, multi-vendor and multi-frequency IVUS datasets, their acquisition, the creation of the reference standard and the evaluation measures. The approaches address segmentation of the lumen, the media, or both borders; semi- or fully-automatic operation; and 2-D vs. 3-D methodology. Three performance measures for quantitative analysis have been proposed. The results of the evaluation indicate that segmentation of the vessel lumen and media is possible with an accuracy that is comparable to manual annotation when semi-automatic methods are used, as well as encouraging results can be obtained also in case of fully-automatic segmentation. The analysis performed in this paper also highlights the challenges in IVUS segmentation that remains to be solved.

Surface registration from range image fusion

The registration of full 3-D models is an important task in computer vision. Range finders only reconstruct a partial view of the object. Many authors have proposed several techniques to register 3D surfaces from multiple views in which there are basically two aspects to consider. First, poor registration in which some sort of correspondences are established. Second, accurate registration in order to obtain a better solution. A survey of the most common techniques is presented and includes experimental results of some of them

Compression-based Image Registration

Image registration is an important component of image analysis used to align two or more images. In this paper, we present a new framework for image registration based on compression. The basic idea underlying our approach is the conjecture that two images are correctly registered when we can maximally compress one image given the information in the other. The contribution of this paper is twofold. First, we show that the image registration process can be dealt with from the perspective of a compression problem. Second, we demonstrate that the similarity metric, introduced by Li et al., performs well in image registration. Two different versions of the similarity metric have been used: the Kolmogorov version, computed using standard real-world compressors, and the Shannon version, calculated from an estimation of the entropy rate of the images

Sistema informàtic de gestió, processament i anàlisi d'imatges confocals per a l'ajuda en la diagnosi del càncer de pell

El càncer de pell es considera un dels tipus de càncer més freqüents actualment, entre d'altres factors degut a l'augment en l'exposició a la radiació ultraviolada (UV). Recentment la utilització de la Microscòpia Confocal (MCF) per a l'avaluació i diagnosi del càncer de pell ha rebut un important interès. El principal avantatge és la capacitat de visualitzar en temps real la regió d'interès a nivell cel·lular, similar a la informació obtinguda en una biòpsia, sense el patiment que suposa per al pacient. El principal inconvenient però, és que les imatges obtingudes amb MCF són difícils d'interpretar per als metges en el format actual (conjunt de talls 2D a diferents profunditats de la pell).El microscopi confocal és una de les tècniques més actuals de diagnòstic, i s'ha establert com a una eina per obtenir imatges d'alta resolució i reconstruccions 3-D d'una gran varietat de mostres biològiques. És capaç d'escombrar diferents plans en l'eix Z, obtenint imatges 2D de diferent profunditat juntament amb la informació dels paràmetres de captura (com ara la profunditat, potència del làser, posicionament en x,y,z, etc). Mitjançant eines informàtiques es pot integrar aquesta informació en un model 3D de la regió d'interès. L'objectiu principal d'aquest projecte és el desenvolupament d'una eina per a l'ajuda en la interpretació de les imatges MCF i així poder millorar el diagnosi del càncer de pell

Programa d'anàlisi d'imatges de provetes metal·logràfiques

L’objectiu del present TFM és explorar les possibilitats del programa matemàtic MATLAB i la seva eina Entorn de Disseny d’Interfícies Gràfiques d’Usuari (GUIDE), desenvolupant un programa d’anàlisi d’imatges de provetes metal·logràfiques que es pugui utilitzar per a realitzar pràctiques de laboratori de l’assignatura Tecnologia de Materials de la titulació de Grau en Enginyeria Mecatrònica que s’imparteix a la Universitat de Vic. Les àrees d’interès del treball són la Instrumentació Virtual, la programació MATLAB i les tècniques d’anàlisi d’imatges metal·logràfiques. En la memòria es posa un èmfasi especial en el disseny de la interfície i dels procediments per a efectuar les mesures. El resultat final és un programa que satisfà tots els requeriments que s’havien imposat en la proposta inicial. La interfície del programa és clara i neta, destinant molt espai a la imatge que s’analitza. L’estructura i disposició dels menús i dels comandaments ajuda a que la utilització del programa sigui fàcil i intuïtiva. El programa s’ha estructurat de manera que sigui fàcilment ampliable amb altres rutines de mesura, o amb l’automatització de les rutines existents. Al tractar-se d’un programa que funciona com un instrument de mesura, es dedica un capítol sencer de la memòria a mostrar el procediment de càlcul dels errors que s’ocasionen durant la seva utilització, amb la finalitat de conèixer el seu ordre de magnitud, i de saber-los calcular de nou en cas que variïn les condicions d’utilització. Pel que fa referència a la programació, malgrat que MATLAB no sigui un entorn de programació clàssic, sí que incorpora eines que permeten fer aplicacions no massa complexes, i orientades bàsicament a gràfics o a imatges. L’eina GUIDE simplifica la realització de la interfície d’usuari, malgrat que presenta problemes per tractar dissenys una mica complexos. Per altra banda, el codi generat per GUIDE no és accessible, cosa que no permet modificar manualment la interfície en aquells casos en els que GUIDE té problemes. Malgrat aquests petits problemes, la potència de càlcul de MATLAB compensa sobradament aquestes deficiències.

Radar analysis of the life cycle of mesoscale convective systems during the 10 June 2000 event

The 10 June 2000 event was the largest flash flood event that occurred in the Northeast of Spain in the late 20th century, both as regards its meteorological features and its considerable social impact. This paper focuses on analysis of the structures that produced the heavy rainfalls, especially from the point of view of meteorological radar. Due to the fact that this case is a good example of a Mediterranean flash flood event, a final objective of this paper is to undertake a description of the evolution of the rainfall structure that would be sufficiently clear to be understood at an interdisciplinary forum. Then, it could be useful not only to improve conceptual meteorological models, but also for application in downscaling models. The main precipitation structure was a Mesoscale Convective System (MCS) that crossed the region and that developed as a consequence of the merging of two previous squall lines. The paper analyses the main meteorological features that led to the development and triggering of the heavy rainfalls, with special emphasis on the features of this MCS, its life cycle and its dynamic features. To this end, 2-D and 3-D algorithms were applied to the imagery recorded over the complete life cycle of the structures, which lasted approximately 18 h. Mesoscale and synoptic information were also considered. Results show that it was an NS-MCS, quasi-stationary during its stage of maturity as a consequence of the formation of a convective train, the different displacement directions of the 2-D structures and the 3-D structures, including the propagation of new cells, and the slow movement of the convergence line associated with the Mediterranean mesoscale low.

Studies on the characterization of dental whitening process by using both hyperspectral imaging and colorimeter techniques

A beautiful smile is directly related with white teeth. Nowadays oral care has increased and developed processes for beautiful smiles. Dental bleaching is frequently used in odontology, not just for health care also for aesthetic treatment. With the possibility of teeth bleaching, now the importance is in, how white the tooth is? Because color is relate to an individual perception. In order to assets teeth correct color identification has been developed many color guides, models, spaces and analytical methods. Spite all of these useful tools the color interpretation depends on environmental factors, position of the sample in the data acquisition and most importantly the instrument sensitivity. The commons methods have proved to be useful. They are easy to handle, some are portable but they do not have a high sensitivity. The present work is based on the integration of a new analytical technique for color acquisition. High spectral Image (HSI) is able to performed image analysis with high quality and efficiency. HSI is used in many fields and we used it for color image analysis within the bleaching process. The main comparison was done with the HSI and the colorimeter through the processes of two different bleaching protocols. The results showed that HSI has higher sensitivity than the colorimeter. During the analysis the dental surface with the HSI we were able to notice surface changes. These changes were analyzed by roughness studies.

Preferred Spatial Frequencies for Human Face Processing Are Associated with Optimal Class Discrimination in the Machine

Psychophysical studies suggest that humans preferentially use a narrow band of low spatial frequencies for face recognition. Here we asked whether artificial face recognition systems have an improved recognition performance at the same spatial frequencies as humans. To this end, we estimated recognition performance over a large database of face images by computing three discriminability measures: Fisher Linear Discriminant Analysis, Non-Parametric Discriminant Analysis, and Mutual Information. In order to address frequency dependence, discriminabilities were measured as a function of (filtered) image size. All three measures revealed a maximum at the same image sizes, where the spatial frequency content corresponds to the psychophysical found frequencies. Our results therefore support the notion that the critical band of spatial frequencies for face recognition in humans and machines follows from inherent properties of face images, and that the use of these frequencies is associated with optimal face recognition performance.

Image Segmentation Using Information Bottleneck Method

In image processing, segmentation algorithms constitute one of the main focuses of research. In this paper, new image segmentation algorithms based on a hard version of the information bottleneck method are presented. The objective of this method is to extract a compact representation of a variable, considered the input, with minimal loss of mutual information with respect to another variable, considered the output. First, we introduce a split-and-merge algorithm based on the definition of an information channel between a set of regions (input) of the image and the intensity histogram bins (output). From this channel, the maximization of the mutual information gain is used to optimize the image partitioning. Then, the merging process of the regions obtained in the previous phase is carried out by minimizing the loss of mutual information. From the inversion of the above channel, we also present a new histogram clustering algorithm based on the minimization of the mutual information loss, where now the input variable represents the histogram bins and the output is given by the set of regions obtained from the above split-and-merge algorithm. Finally, we introduce two new clustering algorithms which show how the information bottleneck method can be applied to the registration channel obtained when two multimodal images are correctly aligned. Different experiments on 2-D and 3-D images show the behavior of the proposed algorithms

Programa d'anàlisi d'imatges de provetes metal·logràfiques

L’objectiu del present TFM és explorar les possibilitats del programa matemàtic MATLAB i la seva eina Entorn de Disseny d’Interfícies Gràfiques d’Usuari (GUIDE), desenvolupant un programa d’anàlisi d’imatges de provetes metal·logràfiques que es pugui utilitzar per a realitzar pràctiques de laboratori de l’assignatura Tecnologia de Materials de la titulació de Grau en Enginyeria Mecatrònica que s’imparteix a la Universitat de Vic. Les àrees d’interès del treball són la Instrumentació Virtual, la programació MATLAB i les tècniques d’anàlisi d’imatges metal·logràfiques. En la memòria es posa un èmfasi especial en el disseny de la interfície i dels procediments per a efectuar les mesures. El resultat final és un programa que satisfà tots els requeriments que s’havien imposat en la proposta inicial. La interfície del programa és clara i neta, destinant molt espai a la imatge que s’analitza. L’estructura i disposició dels menús i dels comandaments ajuda a que la utilització del programa sigui fàcil i intuïtiva. El programa s’ha estructurat de manera que sigui fàcilment ampliable amb altres rutines de mesura, o amb l’automatització de les rutines existents. Al tractar-se d’un programa que funciona com un instrument de mesura, es dedica un capítol sencer de la memòria a mostrar el procediment de càlcul dels errors que s’ocasionen durant la seva utilització, amb la finalitat de conèixer el seu ordre de magnitud, i de saber-los calcular de nou en cas que variïn les condicions d’utilització. Pel que fa referència a la programació, malgrat que MATLAB no sigui un entorn de programació clàssic, sí que incorpora eines que permeten fer aplicacions no massa complexes, i orientades bàsicament a gràfics o a imatges. L’eina GUIDE simplifica la realització de la interfície d’usuari, malgrat que presenta problemes per tractar dissenys una mica complexos. Per altra banda, el codi generat per GUIDE no és accessible, cosa que no permet modificar manualment la interfície en aquells casos en els que GUIDE té problemes. Malgrat aquests petits problemes, la potència de càlcul de MATLAB compensa sobradament aquestes deficiències.