Reconstruction and analysis of surface variation using photometric stereo

In many industrial applications, accurate and fast surface reconstruction is essential for quality control. Variation in surface finishing parameters, such as surface roughness, can reflect defects in a manufacturing process, non-optimal product operational efficiency, and reduced life expectancy of the product. This thesis considers reconstruction and analysis of high-frequency variation, that is roughness, on planar surfaces. Standard roughness measures in industry are calculated from surface topography. A fast and non-contact method to obtain surface topography is to apply photometric stereo in the estimation of surface gradients and to reconstruct the surface by integrating the gradient fields. Alternatively, visual methods, such as statistical measures, fractal dimension and distance transforms, can be used to characterize surface roughness directly from gray-scale images. In this thesis, the accuracy of distance transforms, statistical measures, and fractal dimension are evaluated in the estimation of surface roughness from gray-scale images and topographies. The results are contrasted to standard industry roughness measures. In distance transforms, the key idea is that distance values calculated along a highly varying surface are greater than distances calculated along a smoother surface. Statistical measures and fractal dimension are common surface roughness measures. In the experiments, skewness and variance of brightness distribution, fractal dimension, and distance transforms exhibited strong linear correlations to standard industry roughness measures. One of the key strengths of photometric stereo method is the acquisition of higher frequency variation of surfaces. In this thesis, the reconstruction of planar high-frequency varying surfaces is studied in the presence of imaging noise and blur. Two Wiener filterbased methods are proposed of which one is optimal in the sense of surface power spectral density given the spectral properties of the imaging noise and blur. Experiments show that the proposed methods preserve the inherent high-frequency variation in the reconstructed surfaces, whereas traditional reconstruction methods typically handle incorrect measurements by smoothing, which dampens the high-frequency variation.

Development of Color Difference Equations Matching to Human Vision System

Research on color difference evaluation has been active in recent thirty years. Several color difference formulas were developed for industrial applications. The aims of this thesis are to develop the color density which is denoted by comb g and to propose the color density based chromaticity difference formulas. Color density is derived from the discrimination ellipse parameters and color positions in the xy , xyY and CIELAB color spaces, and the color based chromaticity difference formulas are compared with the line element formulas and CIE 2000 color difference formulas. As a result of the thesis, color density represents the perceived color difference accurately, and it could be used to characterize a color by the attribute of perceived color difference from this color.

Adult education policy in the European Union during the Lisbon decade : the shift to vocational adult learning and work skills matching

This doctoral dissertation investigates the adult education policy of the European Union (EU) in the framework of the Lisbon agenda 2000–2010, with a particular focus on the changes of policy orientation that occurred during this reference decade. The year 2006 can be considered, in fact, a turning point for the EU policy-making in the adult learning sector: a radical shift from a wide--ranging and comprehensive conception of educating adults towards a vocationally oriented understanding of this field and policy area has been observed, in particular in the second half of the so--called ‘Lisbon decade’. In this light, one of the principal objectives of the mainstream policy set by the Lisbon Strategy, that of fostering all forms of participation of adults in lifelong learning paths, appears to have muted its political background and vision in a very short period of time, reflecting an underlying polarisation and progressive transformation of European policy orientations. Hence, by means of content analysis and process tracing, it is shown that the new target of the EU adult education policy, in this framework, has shifted from citizens to workers, and the competence development model, borrowed from the corporate sector, has been established as the reference for the new policy road maps. This study draws on the theory of governance architectures and applies a post-ontological perspective to discuss whether the above trends are intrinsically due to the nature of the Lisbon Strategy, which encompasses education policies, and to what extent supranational actors and phenomena such as globalisation influence the European governance and decision--making. Moreover, it is shown that the way in which the EU is shaping the upgrading of skills and competences of adult learners is modeled around the needs of the ‘knowledge economy’, thus according a great deal of importance to the ‘new skills for new jobs’ and perhaps not enough to life skills in its broader sense which include, for example, social and civic competences: these are actually often promoted but rarely implemented in depth in the EU policy documents. In this framework, it is conveyed how different EU policy areas are intertwined and interrelated with global phenomena, and it is emphasised how far the building of the EU education systems should play a crucial role in the formation of critical thinking, civic competences and skills for a sustainable democratic citizenship, from which a truly cohesive and inclusive society fundamentally depend, and a model of environmental and cosmopolitan adult education is proposed in order to address the challenges of the new millennium. In conclusion, an appraisal of the EU’s public policy, along with some personal thoughts on how progress might be pursued and actualised, is outlined.

Local Features in Image and Video Processing - Object Class Matching and Video Shot Detection

The usage of digital content, such as video clips and images, has increased dramatically during the last decade. Local image features have been applied increasingly in various image and video retrieval applications. This thesis evaluates local features and applies them to image and video processing tasks. The results of the study show that 1) the performance of different local feature detector and descriptor methods vary significantly in object class matching, 2) local features can be applied in image alignment with superior results against the state-of-the-art, 3) the local feature based shot boundary detection method produces promising results, and 4) the local feature based hierarchical video summarization method shows promising new new research direction. In conclusion, this thesis presents the local features as a powerful tool in many applications and the imminent future work should concentrate on improving the quality of the local features.

Current State of Ontology Matching. A Survey of Ontology and Schema Matching

Ontology matching is an important task when data from multiple data sources is integrated. Problems of ontology matching have been studied widely in the researchliterature and many different solutions and approaches have been proposed alsoin commercial software tools. In this survey, well-known approaches of ontologymatching, and its subtype schema matching, are reviewed and compared. The aimof this report is to summarize the knowledge about the state-of-the-art solutionsfrom the research literature, discuss how the methods work on different application domains, and analyze pros and cons of different open source and academic tools inthe commercial world.

Map matching by using inertial sensors: literature review

This literature review aims to clarify what is known about map matching by using inertial sensors and what are the requirements for map matching, inertial sensors, placement and possible complementary position technology. The target is to develop a wearable location system that can position itself within a complex construction environment automatically with the aid of an accurate building model. The wearable location system should work on a tablet computer which is running an augmented reality (AR) solution and is capable of track and visualize 3D-CAD models in real environment. The wearable location system is needed to support the system in initialization of the accurate camera pose calculation and automatically finding the right location in the 3D-CAD model. One type of sensor which does seem applicable to people tracking is inertial measurement unit (IMU). The IMU sensors in aerospace applications, based on laser based gyroscopes, are big but provide a very accurate position estimation with a limited drift. Small and light units such as those based on Micro-Electro-Mechanical (MEMS) sensors are becoming very popular, but they have a significant bias and therefore suffer from large drifts and require method for calibration like map matching. The system requires very little fixed infrastructure, the monetary cost is proportional to the number of users, rather than to the coverage area as is the case for traditional absolute indoor location systems.

Bio and chemocatalysis for stereo and regioselective one-pot reaction applications

The development of cost efficient, selective and sustainable chemical processes for production of chiral building blocks is of great importance in synthetic and industrial organic chemistry. One way to reach these objectives is to carry out several reactions steps in one vessel at one time. Furthermore, when this kind of one-pot multi step reactions are catalyzed by heterogeneous chemo- and bio-catalysts, which can be separated from the reaction products by filtration, practical access to chiral small molecules for further utilization can be obtained. The initial reactions studied in this thesis are the two step dynamic kinetic resolution of rac-2-hydroxy-1-indanone and the regioselective hydrogenation of 1,2-indanedione. These reactions are then combined in a new heterogeneously catalyzed one-pot reaction sequence enabling simple recovery of the catalysts by filtration, facilitating simple reaction product isolation. Conclusively, the readily available 1,2-indanedione is by the presented one-pot sequence, utilizing heterogeneous enzyme and transition metal based catalysts, transferred with high regio- and stereoselectivity to a useful chiral vicinal hydroxyl ketone structure. Additional and complementary investigation of homogeneous half-sandwich ruthenium complexes for catalyzing the epimerization of chiral secondary alcohols of five natural products containing additional non-functionalized stereocenters was conducted. In principle, this kind of epimerization reactions of single stereocenters could be utilized for converting inexpensive starting materials, containing other stereogenic centers, into diastereomeric mixtures from which more valuable compounds can be isolated by traditional isolation techniques.

Coarse Global Visual Localization of a Mobile Robot

Localization, which is the ability of a mobile robot to estimate its position within its environment, is a key capability for autonomous operation of any mobile robot. This thesis presents a system for indoor coarse and global localization of a mobile robot based on visual information. The system is based on image matching and uses SIFT features as natural landmarks. Features extracted from training images arestored in a database for use in localization later. During localization an image of the scene is captured using the on-board camera of the robot, features are extracted from the image and the best match is searched from the database. Feature matching is done using the k-d tree algorithm. Experimental results showed that localization accuracy increases with the number of training features used in the training database, while, on the other hand, increasing number of features tended to have a negative impact on the computational time. For some parts of the environment the error rate was relatively high due to a strong correlation of features taken from those places across the environment.

Increasing the efficiency of disparity computation by interpolation

Tässä diplomityössä tutkitaan dispariteettikartan laskennan tehostamista interpoloimalla. Kolmiomittausta käyttämällä stereokuvasta muodostetaan ensin harva dispariteettikartta, jonka jälkeen koko kuvan kattava dispariteettikartta muodostetaan interpoloimalla. Kolmiomittausta varten täytyy tietää samaa reaalimaailman pistettä vastaavat kuvapisteet molemmissa kameroissa. Huolimatta siitä, että vastaavien pisteiden hakualue voidaan pienentää kahdesta ulottuvuudesta yhteen ulottuvuuteen käyttämällä esimerkiksi epipolaarista geometriaa, on laskennallisesti tehokkaampaa määrittää osa dispariteetikartasta interpoloimalla, kuin etsiä vastaavia kuvapisteitä stereokuvista. Myöskin johtuen stereonäköjärjestelmän kameroiden välisestä etäisyydestä, kaikki kuvien pisteet eivät löydy toisesta kuvasta. Näin ollen on mahdotonta määrittää koko kuvan kattavaa dispariteettikartaa pelkästään vastaavista pisteistä. Vastaavien pisteiden etsimiseen tässä työssä käytetään dynaamista ohjelmointia sekä korrelaatiomenetelmää. Reaalimaailman pinnat ovat yleisesti ottaen jatkuvia, joten geometrisessä mielessä on perusteltua approksimoida kuvien esittämiä pintoja interpoloimalla. On myöskin olemassa tieteellistä näyttöä, jonkamukaan ihmisen stereonäkö interpoloi objektien pintoja.

Plasmapolttoprosessin kehittäminen ja optimointi

Ydinvoimaloidenprimaarivesikierron puhdistukseen käytetään ioninvaihtohartsia. Käytönjälkeen ioninvaihtohartsi luokitellaan matalaja keskiaktiivisiin jätteisiin. Plasmakäsittelyllä käytetyn ioninvaihtohartsin tilavuutta voidaan pienentää sekä sen orgaaninen luonne poistaa. Plasmakäsittelyn tarkoituksena on hapettaa orgaaninen aines oksideiksi, jotka poistuvat prosessista savukaasuina. Epäorgaaninen aines, joka sisältää radioaktiivisen aineksen, on tarkoitus hapettaa oksideiksi ja sulfideiksi, jotka voidaan kerätä talteen tuhkana. Tässä diplomityössä käsitellään käytetyn ioninvaihtohartsin käsittelyyn suunnitellun plasmapolttoprosessin kehittämistä ja optimointia. Ioninvaihtohartsin plasmakäsittelyssä syntyvien reaktiotuotteiden selvittäminen suoritettiin tarkastelemalla ainetaseita sekä aihetta käsitteleviä tutkimuksia. Näiden perusteella parannettiin jäähdytystä, suunniteltiin jatkuvatoiminen syöttömenetelmä sekä laadittiin toimintaalueen reunaehdot laitteistolle. Koelaitteistossa 6,5 kW:n rfteho syötetään sovitinpiirin ja kuparisen induktiokelan kautta plasmaan. Plasmakaasuna on käytetty hapenja argonin seoskaasua. Plasmapolttoa on seurattu massaspektrometrilla, optisella emissiospektrometrilla, lämpösekä painemittareilla. Laskennan ja kokeiden pohjalta selvitettiin optimaalinen seossuhde plasmakaasulle, paineen ja tehon noston vaikutus hartsin polttonopeuteen sekä jatkuvatoimisen syöttömenetelmän edut panostoimiseen syöttöön. Rfgeneraattorin teho rajoitti jatkuvatoimisen polttonopeuden 130 g/h ja hetkellisen polttonopeuden 175 g/h. Radioaktiivisten aineiden pidätys oli 93,5 % cesiumin osalta. Tulosten perusteella 4 kg/h ioninvaihtohartsia polttavan laitteiston tehon lähteeksi tarvitaan 65 kW rfgeneraattori. Palamattoman hartsin ja tuhkan kulkeutuminen partikkelisuodattimille sekä reaktiotuotteena syntyvien rikinoksidien käsittely vaatii vielä jatkotutkimusta.

Aikasarja-analyysimenetelmien soveltuvuus maakaasun; hinnoittelussa käytettyjen sidonnaisuustekijöiden ennustamisessa: Case Gasum Oy

Tässä tutkielmassatarkastellaan maakaasun hinnoittelussa käytettyjen sidonnaisuustekijöiden hintadynamiikkaa ja niiden vaikutusta maakaasun hinnanmuodostukseen. Pääasiallisena tavoitteena on arvioida eri aikasarjamenetelmien soveltuvuutta sidonnaisuustekijöiden ennustamisessa. Tämä toteutettiin analysoimalla eri mallien ja menetelmien ominaisuuksia sekä yhteen sovittamalla nämä eri energiamuotojen hinnanmuodostuksen erityispiirteisiin. Tutkielmassa käytetty lähdeaineisto on saatu Gasum Oy:n tietokannasta. Maakaasun hinnoittelussa käytetään kolmea sidonnaisuustekijää seuraavilla painoarvoilla: raskaspolttoöljy 50%, indeksi E40 30% ja kivihiili 20%. Kivihiilen ja raskaan polttoöljyn hinta-aineisto koostuu verottomista dollarimääräisistä kuukausittaisista keskiarvoista periodilta 1.1.1997 - 31.10.2004. Kotimarkkinoiden perushintaindeksin alaindeksin E40 indeksi-aineisto, joka kuvaa energian tuottajahinnan kehitystä Suomessa ja koostuu tilastokeskuksen julkaisemista kuukausittaisista arvoista periodilta 1.1.2000 - 31.10.2004. Tutkimuksessa tarkasteltujen mallien ennustuskyky osoittautui heikoksi. Kuitenkin tuloksien perusteella voidaan todeta, että lyhyellä aikavälillä EWMA-malli antoi harhattomimman ennusteen. Muut testatuista malleista eivät kyenneet antamaan riittävän luotettavia ja tarkkoja ennusteita. Perinteinen aikasarja-analyysi kykeni tunnistamaan aikasarjojen kausivaihtelut sekä trendit. Lisäksi liukuvan keskiarvon menetelmä osoittautui jossain määrin käyttökelpoiseksi aikasarjojen lyhyen aikavälin trendien identifioinnissa.

Pankkitoiminnan riskienhallinta ja riskienhallintaraportointi Puolassa

Tutkimuksessa tarkastellaan julkisesti noteerattujen pankkien riskienhallintaraportoinnin nykykäytäntöä Puolassa. Tutkimus jakaantuu kahteen osaan: Tutkimuksen ensimmäisessä osassa esitellään pankkitoimintaa, pankkitoiminnan riskejä ja riskienhallintaa. Pankkitoiminnan riskejä ovat luotto- ja markkinariskit, lisäksi puhutaan operatiivisista ja ympäristöriskeistä. Tutkimuksen toisessa osassa selvitetään ja kuvataan sitä, millaista on tutkimuksen kohdeyritysten riskienhallinta ja riskienhallintaraportointi, tutkimuksen tarkoituksena on myös verrata pankkien riskienhallintaraportointia keskenään. Tutkimuksen kohteena on 13 Varsovan pörssissä listattua pankkia. Tutkimusaineistona käytetään näiden pankkien vuoden 2005 vuosikertomuksia. Kysymyksessä on laadullinen tapaustutkimus, jolle on tyypillistä kuvaileva ja selittävä tutkimusote. Aineiston analyysimenetelmänä on käytetty pattern matchingiä, jonka avulla tutkitaan aineistosta löytyviä riskienhallintaraportoinnin osatekijöitä/indikaattoreita ja verrataan niitä oletettuihin malleihin. Tutkittujen riskienhallintaraporttien perusteella voidaan todeta, että pankkitoiminnan ydinriskeistä: luotto-, korko-, valuutta- ja likviditeettiriskeistä raportoidaan hyvin. Sen sijaan puutteita löytyy operatiivisten ja ympäristöriskien raportoinnista. Suurin osa pankeista raportoi operatiivisista riskeistä, mutta raportointi on pintapuolista ja analysointi puuttuu. Ympäristöriskeistä raportointi ei ole yleistä. Raportoinnin laajuus ja informatiivisuus vaihtelevat pankkien kesken: Suuret, kansainväliset pankkikonsernit raportoivat riskeistään laajasti ja informatiivisesti, kun taas pienemmillä, kansallisilla pankeilla raportointi jää usean pankin kohdalla suppeaksi. Syitä raportoinnin eroille on monia: Yksi syistä on IFRS-standardien vakiintumaton käyttö pienimmillä, kansallisilla pankeilla verrattuna kansainvälisiin pankkikonserneihin. Kansainvälisillä pankkikonserneilla on paremmat valmiudet raportoida riskienhallinnastaan verrattuna pienimpiin pankkeihin, jotka julkaisivat tilinpäätöksensä ensimmäistä kertaa IFRS-standardien mukaisesti vuonna 2005. Yhtenä selittävänä tekijänäraportoinnin eroille voidaan myös mainita omistuspohja: sijoittajainformaation merkitys on korostunut erityisesti organisaatioissa, joissa on laaja, kansainvälinen omistuspohja. Sen sijaan valtio-omisteisessa yrityksessä sijoittajainformaation merkitys on vähäisempi. Myös yrityskulttuuri vaikuttaa siihen, missä laajuudessa, ja mitä tietoa yritys antaa julkisuuteen. Pankit ovat myös tarkkoja maineestaan, mitä tietoa voidaan julkaista ja mitä vaikutuksia tiedon julkaisemisellaon yrityskuvaan. Sen sijaan pankin koolla ei välttämättä ole vaikutusta riskienhallintaraportoinnin laajuuteen ja informatiivisuuteen.