The neural processes generating visual phenomenal consciousness: ERP and neuronavigated brain stimulation studies

One of the greatest conundrums to the contemporary science is the relation between consciousness and brain activity, and one of the specifi c questions is how neural activity can generate vivid subjective experiences. Studies focusing on visual consciousness have become essential in solving the empirical questions of consciousness. Th e main aim of this thesis is to clarify the relation between visual consciousness and the neural and electrophysiological processes of the brain. By applying electroencephalography and functional magnetic resonance image-guided transcranial magnetic stimulation (TMS), we investigated the links between conscious perception and attention, the temporal evolution of visual consciousness during stimulus processing, the causal roles of primary visual cortex (V1), visual area 2 (V2) and lateral occipital cortex (LO) in the generation of visual consciousness and also the methodological issues concerning the accuracy of targeting TMS to V1. Th e results showed that the fi rst eff ects of visual consciousness on electrophysiological responses (about 140 ms aft er the stimulus-onset) appeared earlier than the eff ects of selective attention, and also in the unattended condition, suggesting that visual consciousness and selective attention are two independent phenomena which have distinct underlying neural mechanisms. In addition, while it is well known that V1 is necessary for visual awareness, the results of the present thesis suggest that also the abutting visual area V2 is a prerequisite for conscious perception. In our studies, the activation in V2 was necessary for the conscious perception of change in contrast for a shorter period of time than in the case of more detailed conscious perception. We also found that TMS in LO suppressed the conscious perception of object shape when TMS was delivered in two distinct time windows, the latter corresponding with the timing of the ERPs related to the conscious perception of coherent object shape. Th e result supports the view that LO is crucial in conscious perception of object coherency and is likely to be directly involved in the generation of visual consciousness. Furthermore, we found that visual sensations, or phosphenes, elicited by the TMS of V1 were brighter than identically induced phosphenes arising from V2. Th ese fi ndings demonstrate that V1 contributes more to the generation of the sensation of brightness than does V2. Th e results also suggest that top-down activation from V2 to V1 is probably associated with phosphene generation. The results of the methodological study imply that when a commonly used landmark (2 cm above the inion) is used in targeting TMS to V1, the TMS-induced electric fi eld is likely to be highest in dorsal V2. When V1 was targeted according to the individual retinotopic data, the electric fi eld was highest in V1 only in half of the participants. Th is result suggests that if the objective is to study the role of V1 with TMS methodology, at least functional maps of V1 and V2 should be applied with computational model of the TMS-induced electric fi eld in V1 and V2. Finally, the results of this thesis imply that diff erent features of attention contribute diff erently to visual consciousness, and thus, the theoretical model which is built up of the relationship between visual consciousness and attention should acknowledge these diff erences. Future studies should also explore the possibility that visual consciousness consists of several processing stages, each of which have their distinct underlying neural mechanisms.

Improving Satellite Image Based Forest Inventory by Using A Priori Site Quality Information

Summary

Calibration of a desktop scanner and digital image analysis procedure for quantification of a root morphology

Selostus: Tasoskannerin ja digitaalisen kuva-analyysimenetelmän kalibrointi juurten morfologian kvantifioimiseksi

Calculation of wood volume and stem taper using terrestrial single-image close-range photogrammetry and contemporary software tools

Abstract

Stress intensity factor of wood from crack-tip displacement fields obtained from digital image processing

Abstract

An Image Enhancement Technique using MTF of Human eye

Image filtering is a highly demanded approach of image enhancement in digital imaging systems design. It is widely used in television and camera design technologies to improve the quality of an output image to avoid various problems such as image blurring problem thatgains importance in design of displays of large sizes and design of digital cameras. This thesis proposes a new image filtering method basedon visual characteristics of human eye such as MTF. In contrast to the traditional filtering methods based on human visual characteristics this thesis takes into account the anisotropy of the human eye vision. The proposed method is based on laboratory measurements of the human eye MTF and takes into account degradation of the image by the latter. This method improves an image in the way it will be degraded by human eye MTF to give perception of the original image quality. This thesis gives a basic understanding of an image filtering approach and the concept of MTF and describes an algorithm to perform an image enhancement based on MTF of human eye. Performed experiments have shown quite good results according to human evaluation. Suggestions to improve the algorithm are also given for the future improvements.

Retinal Image Analysis Using Machine Vision

The topic of this thesis is studying how lesions in retina caused by diabetic retinopathy can be detected from color fundus images by using machine vision methods. Methods for equalizing uneven illumination in fundus images, detecting regions of poor image quality due toinadequate illumination, and recognizing abnormal lesions were developed duringthe work. The developed methods exploit mainly the color information and simpleshape features to detect lesions. In addition, a graphical tool for collecting lesion data was developed. The tool was used by an ophthalmologist who marked lesions in the images to help method development and evaluation. The tool is a general purpose one, and thus it is possible to reuse the tool in similar projects.The developed methods were tested with a separate test set of 128 color fundus images. From test results it was calculated how accurately methods classify abnormal funduses as abnormal (sensitivity) and healthy funduses as normal (specificity). The sensitivity values were 92% for hemorrhages, 73% for red small dots (microaneurysms and small hemorrhages), and 77% for exudates (hard and soft exudates). The specificity values were 75% for hemorrhages, 70% for red small dots, and 50% for exudates. Thus, the developed methods detected hemorrhages accurately and microaneurysms and exudates moderately.

The role of culture in international students' image formation: the emergence of expected and perceived university image

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää, vaikuttaako kansainvälisen opiskelijan kulttuuritausta opiskelijan odotetun ja koetun yliopistoimagon muodostumiseen. Jotta kulttuurin vaikutuksia yliopistoimagoon voitiin tutkia, tutkimuksessa tunnistettiin yliopistoimagon muodostumiseen oleellisesti vaikuttavat tekijät. Kulttuurin roolia organisaation imagon muodostumisessa ei ole tutkittu aiemmissa tieteellisissä julkaisuissa. Näin ollen tämän tutkimuksen voidaan katsoa edistäneen nykyistä imagotutkimusta. Tutkimuksen kohdeyliopistona oli Lappeenrannan teknillinen yliopisto (LTY). Tutkimuksen empiirinen osa toteutettiin kvantitatiivisena Internet - pohjaisena kyselytutkimuksena tilastollisen analyysin menetelmin. Otos (N=179) koostui kaikista Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa lukuvuonna 2005-2006 opiskelleista kansainvälisistä opiskelijoista. Kyselyyn vastasi 68,7 % opiskelijoista. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että kulttuurilla ei ole merkittävää vaikutusta yliopistoimagon muodostumiseen. Tutkimuksessa saatiin selville, että yliopiston Internet-sivujen laatu vaikuttaa positiivisesti odotetun yliopistoimagon muodostumiseen, kun taas koettuun yliopistoimagoon vaikuttavat positiivisesti odotettu yliopistoimago, pedagoginen laatu sekä opetusympäristö. Markkinoinnin näkökulmasta tulokset voidaan vetää yhteen toteamalla, että yliopistojen ei tarvitsisi räätälöidä tutkimuksessa tunnistettuja imagoon vaikuttavia tekijöitä eri kulttuureistatulevia opiskelijoita varten.

Multispectral image compression using the wavelet transform

Multispectral images contain information from several spectral wavelengths and currently multispectral images are widely used in remote sensing and they are becoming more common in the field of computer vision and in industrial applications. Typically, one multispectral image in remote sensing may occupy hundreds of megabytes of disk space and several this kind of images may be received from a single measurement. This study considers the compression of multispectral images. The lossy compression is based on the wavelet transform and we compare the suitability of different waveletfilters for the compression. A method for selecting a wavelet filter for the compression and reconstruction of multispectral images is developed. The performance of the multidimensional wavelet transform based compression is compared to other compression methods like PCA, ICA, SPIHT, and DCT/JPEG. The quality of the compression and reconstruction is measured by quantitative measures like signal-to-noise ratio. In addition, we have developed a qualitative measure, which combines the information from the spatial and spectral dimensions of a multispectral image and which also accounts for the visual quality of the bands from the multispectral images.

Paper Surface Image Processing for Roughness Quality Measurement

Diplomityössä on käsitelty paperin pinnankarkeuden mittausta, joka on keskeisimpiä ongelmia paperimateriaalien tutkimuksessa. Paperiteollisuudessa käytettävät mittausmenetelmät sisältävät monia haittapuolia kuten esimerkiksi epätarkkuus ja yhteensopimattomuus sileiden papereiden mittauksissa, sekä suuret vaatimukset laboratorio-olosuhteille ja menetelmien hitaus. Työssä on tutkittu optiseen sirontaan perustuvia menetelmiä pinnankarkeuden määrittämisessä. Konenäköä ja kuvan-käsittelytekniikoita tutkittiin karkeilla paperipinnoilla. Tutkimuksessa käytetyt algoritmit on tehty Matlab® ohjelmalle. Saadut tulokset osoittavat mahdollisuuden pinnankarkeuden mittaamiseen kuvauksen avulla. Parhaimman tuloksen perinteisen ja kuvausmenetelmän välillä antoi fraktaaliulottuvuuteen perustuva menetelmä.

Level Set Methods in Image Processing

This thesis gives an overview of the use of the level set methods in the field of image science. The similar fast marching method is discussed for comparison, also the narrow band and the particle level set methods are introduced. The level set method is a numerical scheme for representing, deforming and recovering structures in an arbitrary dimensions. It approximates and tracks the moving interfaces, dynamic curves and surfaces. The level set method does not define how and why some boundary is advancing the way it is but simply represents and tracks the boundary. The principal idea of the level set method is to represent the N dimensional boundary in the N+l dimensions. This gives the generality to represent even the complex boundaries. The level set methods can be powerful tools to represent dynamic boundaries, but they can require lot of computing power. Specially the basic level set method have considerable computational burden. This burden can be alleviated with more sophisticated versions of the level set algorithm like the narrow band level set method or with the programmable hardware implementation. Also the parallel approach can be used in suitable applications. It is concluded that these methods can be used in a quite broad range of image applications, like computer vision and graphics, scientific visualization and also to solve problems in computational physics. Level set methods and methods derived and inspired by it will be in the front line of image processing also in the future.

Environmental Monitoring using Image Analysis

Tärkeä tehtävä ympäristön tarkkailussa on arvioida ympäristön nykyinen tila ja ihmisen siihen aiheuttamat muutokset sekä analysoida ja etsiä näiden yhtenäiset suhteet. Ympäristön muuttumista voidaan hallita keräämällä ja analysoimalla tietoa. Tässä diplomityössä on tutkittu vesikasvillisuudessa hai vainuja muutoksia käyttäen etäältä hankittua mittausdataa ja kuvan analysointimenetelmiä. Ympäristön tarkkailuun on käytetty Suomen suurimmasta järvestä Saimaasta vuosina 1996 ja 1999 otettuja ilmakuvia. Ensimmäinen kuva-analyysin vaihe on geometrinen korjaus, jonka tarkoituksena on kohdistaa ja suhteuttaa otetut kuvat samaan koordinaattijärjestelmään. Toinen vaihe on kohdistaa vastaavat paikalliset alueet ja tunnistaa kasvillisuuden muuttuminen. Kasvillisuuden tunnistamiseen on käytetty erilaisia lähestymistapoja sisältäen valvottuja ja valvomattomia tunnistustapoja. Tutkimuksessa käytettiin aitoa, kohinoista mittausdataa, minkä perusteella tehdyt kokeet antoivat hyviä tuloksia tutkimuksen onnistumisesta.

Subsystem Testing of Message Guided State Machines Using a Simulator Framework

Simulaattorit ovat yksinkertaistettuja malleja tietyistä järjestelmän osioista. Niitä käytetään mallintamaan testattavan osion ympärillä olevien muiden osioiden ulkoista toimintaa, jotta testattavalle osiolle saadaan oikeanlainen toimintaympäristö aikaiseksi. Tilakoneita käytetään mallintamaan ohjelmistojen tai niiden osien toimintaa. Sanomaohjatuissa tilakoneissa tilojen vaihdot perustuvat saapuviin sanomiin. Tässä työssä esitellään erään ohjelmiston alijärjestelmän testaamisessa käytettävä arkkitehtuuri, joka perustuu suurelta osin simulaattoreiden käyttöön muiden alijärjestelmien mallintamisessa. Testattava ohjelmisto koostuu enimmäkseen tilakoneista, jotka vaihtavat keskenään sanomia ja ohjaavat näin toistensa tilasiirtymiä. Työn testausympäristö on suunniteltu juuri tämänkaltaisen ohjelmiston testaamiseen. Työssä esiteltävää testausympäristöä myöskin käytettiin useamman kuukauden ajan ja se todettiin toimivaksi. Joitakin testausympäristön käyttöohjeita, käyttökokemuksia sekä siihen liittyviä parannusehdotuksia käydään läpi työn loppuosassa. Erityisesti havaittiin miten tärkeää on testata implementaatiota jo luokka tasolla ennen alijärjestelmä tason testaukseen siirtymistä sekä päädyttiin siihen, että suunnitteluvaiheen pitäisi olla lähemmin liitoksissa alijärjestelmätestaukseen.