Geometrically accurate time series of archived aerial images and airborne lidar data in a forest environment

Abstract

Embedding, Extraction and Detection of Digital Watermark in Spectral Images

Tässä diplomityössä tutkitaan tekniikoita, joillavesileima lisätään spektrikuvaan, ja menetelmiä, joilla vesileimat tunnistetaanja havaitaan spektrikuvista. PCA (Principal Component Analysis) -algoritmia käyttäen alkuperäisten kuvien spektriulottuvuutta vähennettiin. Vesileiman lisääminen spektrikuvaan suoritettiin muunnosavaruudessa. Ehdotetun mallin mukaisesti muunnosavaruuden komponentti korvattiin vesileiman ja toisen muunnosavaruuden komponentin lineaarikombinaatiolla. Lisäyksessä käytettävää parametrijoukkoa tutkittiin. Vesileimattujen kuvien laatu mitattiin ja analysoitiin. Suositukset vesileiman lisäykseen esitettiin. Useita menetelmiä käytettiin vesileimojen tunnistamiseen ja tunnistamisen tulokset analysoitiin. Vesileimojen kyky sietää erilaisia hyökkäyksiä tarkistettiin. Diplomityössä suoritettiin joukko havaitsemis-kokeita ottamalla huomioon vesileiman lisäyksessä käytetyt parametrit. ICA (Independent Component Analysis) -menetelmää pidetään yhtenä mahdollisena vaihtoehtona vesileiman havaitsemisessa.

Highlight Removal in Spectral Images

Monissasovelluksissa on hyvin tärkeää vähentää valolähteen vaikutusta kohteen oikean värin havainnoimiseksi. Tämä on tarpeen mm. virtuaalisissa museoissa, telelääketieteessä, verkkokaupassa ja verkkorahassa. Tässä tutkielmassa on kehitetty tekniikkaa kirkkaiden heijastusten poistoon spektrikuvista. Työ sisältää katsauksen yleisen värillisen kuvan ymmärtämiseen, mihin perustuen analysoitiin erilaisia kirkkaiden heijastusten poistO'tekniikoita. Työssä kehitettiin uusi kirkkaiden heijastusten poistO'menetelmä, joka perustuu dikromaattiseen heijastus-malliin, joka kuvaa spektrisen datan objektin omaan väriin ja valaisevan valon väriin perustuen. Ehdotettu kirkkaiden heijastusten poistO'menetelmä hyödyntää erilaisia olemassaolevia menetelmiä, kuten pääkomponenttimenetelmää ja tiedon luokittelu-menetelmää. Yritys kehittää nopeasti toimiva algoritmi, joka myös suoriutuu tehtävästä hyvin, on onnistunut. Kokeet toteutettiin ehdotetun menetelmän mukaisesti ja toimivalla algoritmilla saatiin halutut lopputulokset. Edelleentyö sisältää ehdotuksia esitetyn algoritmin parantamiseksi.

Python as a programming language for the introductory programming courses

Tämä kandidaatintyö tutkii tietotekniikan perusopetuksessa keskeisen aiheen,ohjelmoinnin, alkeisopetusta ja siihen liittyviä ongelmia. Työssä perehdytään ohjelmoinnin perusopetusmenetelmiin ja opetuksen lähestymistapoihin, sekä ratkaisuihin, joilla opetusta voidaan tehostaa. Näitä ratkaisuja työssä ovat mm. ohjelmointikielen valinta, käytettävän kehitysympäristön löytäminen sekä kurssia tukevien opetusapuvälineiden etsiminen. Lisäksi kurssin läpivientiin liittyvien toimintojen, kuten harjoitusten ja mahdollisten viikkotehtävien valinta kuuluu osaksitätä työtä. Työ itsessään lähestyy aihetta tutkimalla Pythonin soveltuvuutta ohjelmoinnin alkeisopetukseen mm. vertailemalla sitä muihin olemassa oleviin yleisiin opetuskieliin, kuten C, C++ tai Java. Se tarkastelee kielen hyviä ja huonoja puolia, sekä tutkii, voidaanko Pythonia hyödyntää luontevasti pääasiallisena opetuskielenä. Lisäksi työ perehtyy siihen, mitä kaikkea kurssilla tulisi opettaa, sekä siihen, kuinka kurssin läpivienti olisi tehokkainta toteuttaa ja minkälaiset tekniset puitteet kurssin toteuttamista varten olisi järkevää valita.

Selecting Wavelet Filter for Compression of Spectra from Multispectral Images

The problem of selecting anappropriate wavelet filter is always present in signal compression based on thewavelet transform. In this report, we propose a method to select a wavelet filter from a predefined set of filters for the compression of spectra from a multispectral image. The wavelet filter selection is based on the Learning Vector Quantization (LVQ). In the training phase for the test images, the best wavelet filter for each spectrum has been found by a careful compression-decompression evaluation. Certain spectral features are used in characterizing the pixel spectra. The LVQ is used to form the best wavelet filter class for different types of spectra from multispectral images. When a new image is to be compressed, a set of spectra from that image is selected, the spectra are classified by the trained LVQand the filter associated to the largest class is selected for the compression of every spectrum from the multispectral image. The results show, that almost inevery case our method finds the most suitable wavelet filter from the pre-defined set for the compression.

Lossless compression of hyperspectral images

Technological progress has made a huge amount of data available at increasing spatial and spectral resolutions. Therefore, the compression of hyperspectral data is an area of active research. In somefields, the original quality of a hyperspectral image cannot be compromised andin these cases, lossless compression is mandatory. The main goal of this thesisis to provide improved methods for the lossless compression of hyperspectral images. Both prediction- and transform-based methods are studied. Two kinds of prediction based methods are being studied. In the first method the spectra of a hyperspectral image are first clustered and and an optimized linear predictor is calculated for each cluster. In the second prediction method linear prediction coefficients are not fixed but are recalculated for each pixel. A parallel implementation of the above-mentioned linear prediction method is also presented. Also,two transform-based methods are being presented. Vector Quantization (VQ) was used together with a new coding of the residual image. In addition we have developed a new back end for a compression method utilizing Principal Component Analysis (PCA) and Integer Wavelet Transform (IWT). The performance of the compressionmethods are compared to that of other compression methods. The results show that the proposed linear prediction methods outperform the previous methods. In addition, a novel fast exact nearest-neighbor search method is developed. The search method is used to speed up the Linde-Buzo-Gray (LBG) clustering method.

Wavelet Filter Parameterization for Compression of Spectral Images

Vaatimus kuvatiedon tiivistämisestä on tullut entistä ilmeisemmäksi viimeisen kymmenen vuoden aikana kuvatietoon perustuvien sovellutusten myötä. Nykyisin kiinnitetään erityistä huomiota spektrikuviin, joiden tallettaminen ja siirto vaativat runsaasti levytilaa ja kaistaa. Aallokemuunnos on osoittautunut hyväksi ratkaisuksi häviöllisessä tiedontiivistämisessä. Sen toteutus alikaistakoodauksessa perustuu aallokesuodattimiin ja ongelmana on sopivan aallokesuodattimen valinta erilaisille tiivistettäville kuville. Tässä työssä esitetään katsaus tiivistysmenetelmiin, jotka perustuvat aallokemuunnokseen. Ortogonaalisten suodattimien määritys parametrisoimalla on työn painopisteenä. Työssä todetaan myös kahden erilaisen lähestymistavan samanlaisuus algebrallisten yhtälöiden avulla. Kokeellinen osa sisältää joukon testejä, joilla perustellaan parametrisoinnin tarvetta. Erilaisille kuville tarvitaan erilaisia suodattimia sekä erilaiset tiivistyskertoimet saavutetaan eri suodattimilla. Lopuksi toteutetaan spektrikuvien tiivistys aallokemuunnoksen avulla.

Classification-Based compression of Multispectral Images

The purpose of this thesis is to present a new approach to the lossy compression of multispectral images. Proposed algorithm is based on combination of quantization and clustering. Clustering was investigated for compression of the spatial dimension and the vector quantization was applied for spectral dimension compression. Presenting algo¬rithms proposes to compress multispectral images in two stages. During the first stage we define the classes' etalons, another words to each uniform areas are located inside the image the number of class is given. And if there are the pixels are not yet assigned to some of the clusters then it doing during the second; pass and assign to the closest eta¬lons. Finally a compressed image is represented with a flat index image pointing to a codebook with etalons. The decompression stage is instant too. The proposed method described in this paper has been tested on different satellite multispectral images from different resources. The numerical results and illustrative examples of the method are represented too.

Wood Volume Measurement Using Color Images

Tämä työ käsittelee puutukkien tilavuuden mittaamista värikonenäön avulla. Värikuvat on saatu Simpeleellä olevan metsäteollisuusyrityksen hiomosta. Työssä esitetään perusteellisesti matemaattinen teoria, joka liittyy käytettyihin kuvankäsittelymenetelmiin, kuten luokitteluun, kohinan poistoon ja tukkien segmentointiin. Esitetyt menetelmät implementointiin käytännössä ja eri menetelmillä saatuja tuloksia vertailtiin keskenään. Kuvankäsittelyalgoritmit on implementoitu Matlab 6.0:n avulla. Pääasiassa käytettiin uusinta Image Processing Toolboxia, joka on versio 3.0. Tämä työn näkökulma on pääasiassa käytäntöön soveltava, koska metsäteollsuus on korkealla tasolla Suomessa ja siellä on paljon alan yrityksiä, joissa tässä työssä kehitettyä menetelmää voidaan hyödyntää.

MULTIMEDIATIETOPANKKI VERKOSSA

Työ käsittelee multimediatietopankin tietosisällön hallintaa ja kehittämistä. Multimediatietopankki verkossa –projektissa multimediatietopankilla tarkoitetaan vuorovaikutteista ja sisältörikasta liikkuvan ja staattisen kuvan (video, animaatio, valokuvat, 3D, grafiikka), äänten (musiikki ja muut äänet) ja tietokantojen yhdistelmää. Sisällön eri osa-alueet ja vuorovaikutteisuus tukevat kokonaisuutta, jolla on oma viestinnällinen tarkoituksensa. Tätä kokonaistoteutusta levitetään www:n, digitaalitelevision ja mobiililaitteiden välityksellä loppukäyttäjälle. Multimedia- ja matkaviestinteknologioiden nopea kehitys antaa mahdollisuuden kehittää uusia palveluja. Erilaisiin päätelaitteisiin ja vaihteleviin ympäristöihin tarkoitettujen helppokäyttöisten multimedia- ja mobiilipalvelujen kysyntä on jatkuvassa kasvussa. Multimediatietopankkiprojektissa esitetään kuinka multimediapalveluita voidaan toteuttaa integroidussa ympäristössä. Integroidulla ympäristöllä tässä työssä tarkoitetaan Internetin, mobiilien palvelujen, WAP:in, kämmentietokoneen, digitaalisen television sekä uusien multimediakännyköiden käyttöä multimediatietopankin tarjoamien palvelujen välittämisessä. Projekti on jaettu yksittäisiin lukuihin, joissa tarkoituksena on syventää multimediatietopankin yksityiskohtia sisällön tuottamisessa teknologian näkökannalta. Multimediatietokannan toteutuksessa mallinnetaan palvelun sisältö tietokantaan XHTML-muodossa mediaolioiden sisään sekä tallennetaan tietopankin metatietoa multimediarelaatiotietokantaan, josta on mahdollista hakea tietoa minkä tahansa päätelaitteen kyselyjen avulla.Tässä työssä keskitytään multimediatietokannan hallintajärjestelmän tehtäviin ja rakenteeseen, siihen miten multimediadata tallennetaan tietokantaan sekä siihen miten tietokannassa olevaa metatietoa haetaan käyttäen tietokannassa kehitettyjä hakumenetelmiä.

Lossless Compression Methods for Multispectral Images: Development and Comparisons

Main purpose of this thesis is to introduce a new lossless compression algorithm for multispectral images. Proposed algorithm is based on reducing the band ordering problem to the problem of finding a minimum spanning tree in a weighted directed graph, where set of the graph vertices corresponds to multispectral image bands and the arcs’ weights have been computed using a newly invented adaptive linear prediction model. The adaptive prediction model is an extended unification of 2–and 4–neighbour pixel context linear prediction schemes. The algorithm provides individual prediction of each image band using the optimal prediction scheme, defined by the adaptive prediction model and the optimal predicting band suggested by minimum spanning tree. Its efficiency has been compared with respect to the best lossless compression algorithms for multispectral images. Three recently invented algorithms have been considered. Numerical results produced by these algorithms allow concluding that adaptive prediction based algorithm is the best one for lossless compression of multispectral images. Real multispectral data captured from an airplane have been used for the testing.

Statistical Analysis of Spectral Images

Tämä diplomityö liittyy Spektrikuvien tutkimiseen tilastollisen kuvamallin näkökulmasta. Diplomityön ensimmäisessä osassa tarkastellaan tilastollisten parametrien jakaumien vaikutusta väreihin ja korostumiin erilaisissa valaistusolosuhteissa. Havaittiin, että tilastollisten parametrien väliset suhteet eivät riipu valaistusolosuhteista, mutta riippuvat kuvan häiriöttömyydestä. Ilmeni myös, että korkea huipukkuus saattaa aiheutua värikylläisyydestä. Lisäksi työssä kehitettiin tilastolliseen spektrimalliin perustuvaa tekstuurinyhdistämisalgoritmia. Sillä saavutettiin hyviä tuloksia, kun tilastollisten parametrien väliset riippuvuussuhteet olivat voimassa. Työn toisessa osassa erilaisia spektrikuvia tutkittiin käyttäen itsenäistä komponenttien analyysia (ICA). Seuraavia itsenäiseen komponenttien analyysiin tarkoitettuja algoritmia tarkasteltiin: JADE, kiinteän pisteen ICA ja momenttikeskeinen ICA. Tutkimuksissa painotettiin erottelun laatua. Paras erottelu saavutettiin JADE- algoritmilla, joskin erot muiden algoritmien välillä eivät olleet merkittäviä. Algoritmi jakoi kuvan kahteen itsenäiseen, joko korostuneeseen ja korostumattomaan tai kromaattiseen ja akromaattiseen, komponenttiin. Lopuksi pohditaan huipukkuuden suhdetta kuvan ominaisuuksiin, kuten korostuneisuuteen ja värikylläisyyteen. Työn viimeisessä osassa ehdotetaan mahdollisia jatkotutkimuskohteita.

More than Words? An Analysis on the Language and Structure of General Election Manifestos of the British Labour Party 1983-2005

The topic of this study is the language of the educational policies of the British Labour party in the General Election manifestos between the years 1983-2005. The twenty-year period studied has been a period of significant changes in world politics, and in British politics, especially for the Labour party. The emergence educational policy as a vote-winner of the manifestos of the nineties has been noteworthy. The aim of the thesis is two-fold: to look at the structure of the political manifesto as an example of genre writing and to analyze the content utilizing the approach of critical discourse analysis. Furthermore, the aim of this study is not to pinpoint policy positions but to look at what is the image that the Labour Party creates of itself through these manifestos. The analysis of the content is done by a method of close-reading. Based on the findings, the methodology for the analysis of the content was created. This study utilized methodological triangulation which means that the material is analyzed from several methodological aspects. The aspects used in this study are ones of lexical features (collocation, coordination, euphemisms, metaphors and naming), grammatical features (thematic roles, tense, aspect, voice and modal auxiliaries) and rhetoric (Burke, Toulmin and Perelman). From the analysis of the content a generic description is built. By looking at the lexical, grammatical and rhetorical features a clear change in language of the Labour Party can be detected. This change is foreshadowed already in the 1992 manifesto but culminates in the 1997 manifesto which would lead Labour to a landslide victory in the General Election. During this twenty-year period Labour has moved away from the old commitments and into the new sphere of “something for everybody”. The pervasiveness of promotional language and market inspired vocabulary into the sphere of manifesto writing is clear. The use of the metaphors seemed to be the tool for the creation of the image of the party represented through the manifestos. A limited generic description can be constructed from the findings based on the content and structure of the manifestos: especially more generic findings such as the use of the exclusive we, the lack of certain anatomical parts of argument structure, the use of the future tense and the present progressive aspect can shed light to the description of the genre of manifesto writing. While this study is only the beginning, it proves that the combination of looking at the lexical, grammatical and rhetorical features in the study of manifestos is a promising one.

Language Flexibility: The Effects of Finnish-Swedish Bilingualism on EFL Acquisition

Tutkielmassa käsitellään vieraan kielen, ts. englannin, oppimista peruskoulussa. Hypoteesina oletetaan, että oppilaat, jotka jo hallitsevat kaksi kieltä, menestyvät paremmin vieraan kielen oppimisessa kuin yksikieliset oppilaat. Tutkielmassa vertaillaan kaksikielisten ja yksikielisten oppilaiden englannin kielen taitoja alakoulun kuudennen luokan päättyessä. Kaksikielisyys voidaan ymmärtää monella tavalla, ja tutkimustulokset kaksikielisyyden vaikutuksista ovat usein olleet ristiriitaisia. Siksi tutkielmassa ensin määritellään kaksikielisyys, sen lajit sekä siihen liittyvää terminologiaa. Lisäksi kuvaillaan Suomen sekä erityisesti Turun kaupungin kaksikielisen väestön tilaa ja oikeuksia sekä keskustellaan aikaisempien tutkimusten perusteella mahdollisista ongelmista ja hyödyistä, joita kaksikielisyyteen liittyy. Kaksikielisyyteen on perinteisesti liittynyt myös paljon ennakkoluuloja, kuten pelko puolikielisyydestä, jotka tieteellisten tutkimusten avulla pyritään kumoamaan. Mahdollisia muita ongelmia, kuten pienempi sanavarasto molemmissa kielissä verrattuna saman ikäisiin yksikielisiin sekä reaktioaikojen piteneminen, kuitenkin esiintyy. Kaksikielisyyden hyötyjä sen sijaan voivat olla mm. luovuus, kyky kielen analyyttiseen tarkasteluun, metalingvististen taitojen kehittyminen ja avoimuus muita kieliä ja kulttuureita kohtaan. Kaikki mainitut edut ja haitat myös vaikuttavat vieraan kielen opinnoissa menestymiseen. Myös mahdollinen positiivinen transferenssi otetaan huomioon. Tutkimuksen empiiristä osaa varten vierailtiin kahdessa turkulaisessa alakoulussa, joiden kuudennen luokan oppilaat suorittivat kaksi englannin kielen tehtävää. Toinen kouluista oli suomenkielinen, jonka oppilaat edustivat yksikielistä vertailuryhmää (n=31). Ruotsinkielinen koulu valittiin edustamaan kaksikielistä ryhmää (n=34), sillä yleensä Suomessa ja kaupungeissa kuten Turussa vähemmistökielen puhujat hallitsevat käytännössä usein myös suomen kielen. Ruotsinkielisen koulun oppilaiden kaksikielisyys varmistettiin kielitaustakyselyllä. Kaksikielisten oppilaiden tulokset molemmissa tehtävissä olivat hieman paremmat kuin yksikielisten. Yksikielisessä ryhmässä myös tulosten keskihajonta oli suurempi. Kaksikieliset näyttivät hallitsevan kielen analyyttisen tarkastelun paremmin sekä tekivät vähemmän kieliopillisia virheitä. Positiivisen transferenssin vaikutus oli myös nähtävissä. Toisaalta heillä oli enemmän oikeinkirjoitusvirheitä vastauksissaan.Merkittäviä eroja ei kuitenkaan englannin kielen oppimisessa voitu todentaa.