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.

Lastunmuodostus jäätyneen ja sulan puun pyörösahauksessa

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää eri parametrien vaikutusta lastunmuodostukseen pyörösahattaessa jäätynyttä ja sulaa puuta. Tutkimuksessa vertailtiin erityisesti jäätyneen ja sulan puun eroja sahauksen kannalta. Lisäksi tutkittiin puruvuodon esiintymistä pyörösahauksessa. Tutkimuksen empiirisessä osassa tutkittiineri parametrien vaikutusta sahauksen maksimitehoon, lastujen kokojakaumaan sekälastunmuodostukseen. Lastunmuodostusta kuvattiin videokameralla erittäin nopealla suljinajalla ja syntyneitä videokuvia arvioitiin silmämääräisesti. Mittaustenperusteella havaittiin, että jäätyneen ja sulan puun eroavaisuudet pyörösahauksessa ovat melko pienet. Lisäksi saatiin määritettyä muiden käytettyjen muuttujien vaikutukset puun pyörösahauksessa. Tutkimuksessa havaittiin myös, että puun sisäisillä ominaisuuksilla on erittäin suuri vaikutus sahausprosessiin.

Metallien laserporaus

Lasertarkkuusporauksella on tämän hetken teollisuudessa useita sovelluksia, kuten esimerkiksi mustesuihkukirjoittimet, dieselmoottoreiden polttoainesuuttimet, lääketieteen instrumentit, turbiinien lapojen jäähdytysreiät ja stensiilit. Tässä työssä on tutkittu laserporauksen mahdollisuuksia 99,9 % kupariin sekä EN 1.4301 ruostumattomaan teräkseen (vastaava AISI 304). Ainepaksuuksia oli käytettävissä kolmea: 0,1 mm, 0,5 mm ja 1,0 mm. Vertailun vuoksi valittiin tutkimukseen mukaan ainepaksuudeltaan 1,0 mm EN 1.4432 haponkestävää terästä (vastaava AISI 316L). Tutkimuksessa käytettiin kolmea eritehoista 1,064 µm aallonpituuden Nd:YAG – laseria ja yhtä CO2 – laseria. Poratut reiät kuvattiin elektronimikroskoopilla ja jokaisesta reiästä mitattiin halkaisija, ympyrämäisyys ja kartiokkuus. Lisäksi reiän laatua arvioitaessa tarkasteltiin purseen määrää reikien ympärillä. Tutkimus osoitti, että eri materiaaleihin voidaan porata, laserin säteen laadusta ja aallonpituudesta riippuen, hyvin erikokoisia reikiä. Kartiokkuuteen havaittiin voitavan vaikuttaa polttopisteen paikkaa siirtämällä.

Haulikkoratamelun minimoinnin suunnittelu

Työn tavoitteena oli tutkia kilpa- ja harjoitusammuntaan käytettävällä haulikkoradalla käytettäväksi soveltuvia passiivisia meluntorjuntamenetelmiä ja suunnitella niistä toimiva kokonaisuus kohderadoille siten, että rata-alueen läheisillä asuinalueilla alitetaan 50 dB LAIMax-taso sekä muilla alueilla ampumaratamelun ohjearvot. Aluksi tarkasteltiin kohderatojen vanhoja menetelmiä ja radan meluntorjunnan kannalta olennaiset suunnat selvitettiin mittauksilla. Myös laukausmelun spektriä tutkittiin mittauksilla. Olemassa oleville menetelmille etsittiin korvaavia ja täydentäviä menetelmiä. Radan sijoittaminen maastoon on tärkeä osa meluntorjuntaa uutta rataa suunniteltaessa, mutta kohteena olleiden ratojen sijoittamista ei voitu enää muuttaa. Koska haulikkoammunnan säännöt eivät mahdollista aliääniammusten tai äänenvaimentimien käyttöä, ei varsinaista melupäästöä pystytä pienentämään. Melulle altistuvan kohteen sisätilojen suojaaminenkin on käytännössä hyödytöntä, koska ampumamelun ohjearvot ovat ulkoalueille. Ainoastaan melun absorptio, etenemisen estäminen ja ohjaaminen ovat kelvollisia menetelmiä kohderadoilla. Rata-alueelle suunniteltiin uudet ratojen väliset meluseinät, joiden ääneneristävyys ja -absorptio on vanhoja seiniä parempi. Taustavallille suunniteltiin jatkamista maavallina ja korottamista meluaitana, joka toimii myös haulienkierrätysjärjestelmän runkona. Alueen maaperä suunniteltiin muutettavaksi akustisesti pehmeämmäksi. Käytettävien menetelmien suunnittelussa tehtiin eri vaihtoehdoille laskennallisia arvioita, tietokonemallinnuksia ja laboratoriokokeita. Myös uusia menetelmiä haulikkoradan meluntorjunnassa tutkittiin. Tutkimusten perusteella näitä menetelmiä tutkitaan jatkossa käytännössä.

Kuvakulmasta kokemuskulmaan : pohdintoja subjektiviteetista elokuvakerronnassa

Opinnäytetyöni on monimuototyö, joka koostuu kirjallisesta osasta ja teososasta. Kirjallisessa osuudessa tavoitteenani on pohtia subjektiviteetin käsitettä elokuvakerronnassa sekä niitä keinoja ja prosesseja, joilla elokuvan hahmon tunteet siirtyvät katsojan kokemiksi. Tällöin katsojan samastuminen elokuvan hahmoon tai kertojaan - subjektiin - on ensiarvoisen tärkeää ja koen tämän olevan juuri elokuvantekijän keskeinen tavoite. Kuten työni pääotsikko vihjaa, subjektiviteetti elokuvakerronnassa on hyvin laaja käsite, joka voi rakentua monista elementeistä aina puhtaasti teknisistä kuvakulmista monimutkaisempiin kerronnallisiin rakenteisiin. Pyrin selvittämään työssäni tätä rakentumisen prosessia. Kirjallisen osuuden tyylissä olen pyrkinyt pitämään kiinni pohtivasta sävystä ja välttämään tieteellisiä toteamuksia. Kuten työni aihe, on myös lähdemateriaalini melko häilyvää - ehdottomia totuuksia ei juuri ole. On vain erilaisia tulkintoja, jotka puolestaan herättävät loputtomasti lisäkysymyksiä. Käytän lähteinäni kirjallisuutta, jonkin verran verkkomateriaalia sekä esimerkkielokuvia. Teososani on 20-minuuttinen fiktiivinen lyhytelokuva, jonka voi luokitella tyyliltään kokeilevaksi runolliseksi elokuvaksi. Kokeellisuus toteutuu elokuvan kuvakerronnassa, joka perustuu lähes yksinomaan näkökulmakuvien käyttöön. Runollisuuteen puolestaan pyritään elokuvan voimakkaalla visuaalisella tyylillä. Kirjallisessa osuudessa käyn läpi teososaa kertoen ideoista elokuvan taustalla sekä reflektoiden toteutunutta teosta käsikirjoittaja-ohjaajan näkökulmasta. Kirjallisen osan liitteinä on kohtausluettelo sekä hyvin aikaisessa teososan tuotannonsuunnitteluvaiheessa tehtyjä tunnelmapiirroksia, jotka kuvastavat teososan runollista tyyliä. Lisäksi liitteenä on teknisten näkökulmakuvien suunniteltua käyttöä varten laaditusta kuvakäsikirjoituksesta ”karnevaalikohtaus”, jota käsitellään myös kirjallisen osan luvussa 6.1.

Quantum Hall effect in 2 dimensional GaInAs structure

Transport properties of GaAs / δ – Mn / GaAs / InxGa1-xAs / GaAs structure with Mn δ – layer, which is separated from InxGa1-xAs quantum well (QW) by 3 nm thick GaAs spacer was investigated. This structure with high mobility was characterized by X-ray difractometry and reflectometry. Transport and electrical properties of the structure were measured by using Pulsed Magnetic Field System (PMFS). During investigation of the Shubnikov – de Haas and the Hall effects the main parameters of QW structure such as cyclotron mass, Fermi level, g – factor, Dingle temperature and concentration of holes were estimated. Obtained results show high quality of the prepared structure. However, anomalous Hall effect at temperatures 2.09 K, 3 K, 4.2 K is not clearly observed. Attempts to identify magnetic moment were made. For this purpose the polarity of the filed was changed to the opposite at each shot. As a result hysteresis loop was not observed in the magnetic field dependences of the anomalous Hall resistivity.This can be attributed to the imperfection of the experimental setup.

Forecasting of wind speeds and directions with artificial neural networks

In this master’s thesis, wind speeds and directions were modeled with the aim of developing suitable models for hourly, daily, weekly and monthly forecasting. Artificial Neural Networks implemented in MATLAB software were used to perform the forecasts. Three main types of artificial neural network were built, namely: Feed forward neural networks, Jordan Elman neural networks and Cascade forward neural networks. Four sub models of each of these neural networks were also built, corresponding to the four forecast horizons, for both wind speeds and directions. A single neural network topology was used for each of the forecast horizons, regardless of the model type. All the models were then trained with real data of wind speeds and directions collected over a period of two years in the municipal region of Puumala in Finland. Only 70% of the data was used for training, validation and testing of the models, while the second last 15% of the data was presented to the trained models for verification. The model outputs were then compared to the last 15% of the original data, by measuring the mean square errors and sum square errors between them. Based on the results, the feed forward networks returned the lowest generalization errors for hourly, weekly and monthly forecasts of wind speeds; Jordan Elman networks returned the lowest errors when used for forecasting of daily wind speeds. Cascade forward networks gave the lowest errors when used for forecasting daily, weekly and monthly wind directions; Jordan Elman networks returned the lowest errors when used for hourly forecasting. The errors were relatively low during training of the models, but shot up upon simulation with new inputs. In addition, a combination of hyperbolic tangent transfer functions for both hidden and output layers returned better results compared to other combinations of transfer functions. In general, wind speeds were more predictable as compared to wind directions, opening up opportunities for further research into building better models for wind direction forecasting.

Näyttelijän taide venäläisessä elokuvassa 1907-1919

Väitöskirjan aihe on, kuinka elokuvanäyttelijän taide ja sitä koskeva ajattelu kehittyivät Venäjällä yksityisen elokuvatuotannon vuosina 1907–1919. Tutkimus kuuluu kulttuurihistorian alaan. Sen näkökulma on elokuvan esteettinen historia, ja tutkimus liittyy ns. revisionistisen elokuvahistorian pyrkimykseen arvioida uudelleen näytelmäelokuvan varhaisvaiheita. Analyysi kohdistuu esteettiseen aikalaisajatteluun sekä elokuvatuotannon käytäntöihin ja prosesseihin. Lähteinä on käytetty elokuvanäyttelemistä koskevaa julkista keskustelua, elokuvantekijöiden jättämää muistietoa ja ajalta säilyneitä elokuvia. Käsittely jakautuu kolmeen väljän kronologisesti järjestettyyn lukuun. Luku 2 keskittyy venäläisen fiktioelokuvan varhaisvuosiin 1910-luvun taitteen molemmin puolin. Luku 3 käsittelee pitkän näytelmäelokuvan läpimurrosta alkunsa saanutta keskustelua psykologisesta elokuvasta. Luku 4 etenee maailmansodan vuosina nouseen kuvallisen, ohjaajakeskeisen elokuvakäsityksen kautta kohti varhaisen neuvostoelokuvan ajatusta näyttelijästä ”mallina”. Väitöskirjassa esitetään, että käsitys näyttelemisestä, ja sitä myötä elokuvasta yleensä, kävi tutkittuna ajanjaksona läpi kehämäisen kehityksen, jossa vuorottelivat käsitykset elokuvasta modernina ja elokuvasta traditiona. Tutkimus problematisoi myöhempää elokuvakäsitystä, jonka mukaan elokuvaestetiikan perusyksikkö on otos. Toisin kuin myöhempinä vuosikymmeninä 1910-luvulla näytteleminen oli avainkysymys, jonka kautta lähestyttiin elokuvan olemusta itseään. Venäjällä ajatukset elokuvanäyttelemisestä kehittyivät vuorovaikutuksessa saman ajan teatteriestetiikan kanssa, joskin elokuva miellettiin jo varhain erilliseksi taidemuodoksi. Tsaarinajan elokuvan vaikutusvaltaisimmaksi esteettiseksi ohjelmaksi muodostui psykologinen elokuva, jonka inspiraationa toimi osittain Konstantin Stanislavskin samaan aikaan kehittämä näyttelijäntyön järjestelmä. Elävä näyttelijä ja näyttelijän ”kokeminen” nähtiin ratkaisuna elokuvavälineen keskeisenä ongelmana pidettyyn mekaanisuuteen. Ajan studiokäytännöissä psykologinen lähestymistapa puolestaan merkitsi usein vastausten etsimistä teollisen elokuvatuotannon olosuhteista syntyneisiin ongelmiin.