LiDAR data filtering with GRASS GIS for the determination of digital terrain models

In the last years, the use of every type of Digital Elevation Models has iimproved. The LiDAR (Light Detection and Ranging) technology, based on the scansion of the territory b airborne laser telemeters, allows the construction of digital Surface Models (DSM), in an easy way by a simple data interpolation

Augmented state Kalman filtering for AUV navigation

Addresses the problem of estimating the motion of an autonomous underwater vehicle (AUV), while it constructs a visual map ("mosaic" image) of the ocean floor. The vehicle is equipped with a down-looking camera which is used to compute its motion with respect to the seafloor. As the mosaic increases in size, a systematic bias is introduced in the alignment of the images which form the mosaic. Therefore, this accumulative error produces a drift in the estimation of the position of the vehicle. When the arbitrary trajectory of the AUV crosses over itself, it is possible to reduce this propagation of image alignment errors within the mosaic. A Kalman filter with augmented state is proposed to optimally estimate both the visual map and the vehicle position

A Motion compensated filtering approach to remove sunlight flicker in shallow water images

A common problem in video surveys in very shallow waters is the presence of strong light fluctuations, due to sun light refraction. Refracted sunlight casts fast moving patterns, which can significantly degrade the quality of the acquired data. Motivated by the growing need to improve the quality of shallow water imagery, we propose a method to remove sunlight patterns in video sequences. The method exploits the fact that video sequences allow several observations of the same area of the sea floor, over time. It is based on computing the image difference between a given reference frame and the temporal median of a registered set of neighboring images. A key observation is that this difference will have two components with separable spectral content. One is related to the illumination field (lower spatial frequencies) and the other to the registration error (higher frequencies). The illumination field, recovered by lowpass filtering, is used to correct the reference image. In addition to removing the sunflickering patterns, an important advantage of the approach is the ability to preserve the sharpness in corrected image, even in the presence of registration inaccuracies. The effectiveness of the method is illustrated in image sets acquired under strong camera motion containing non-rigid benthic structures. The results testify the good performance and generality of the approach

Laser stripe peak detector for 3D scanners: a FIR filter approach

The accuracy of a 3D reconstruction using laser scanners is significantly determined by the detection of the laser stripe. Since the energy pattern of such a stripe corresponds to a Gaussian profile, it makes sense to detect the point of maximum light intensity (or peak) by computing the zero-crossing point of the first derivative of such Gaussian profile. However, because noise is present in every physical process, such as electronic image formation, it is not sensitive to perform the derivative of the image of the stripe in almost any situation, unless a previous filtering stage is done. Considering that stripe scanning is an inherently row-parallel process, every row of a given image must be processed independently in order to compute its corresponding peak position in the row. This paper reports on the use of digital filtering techniques in order to cope with the scanning of different surfaces with different optical properties and different noise levels, leading to the proposal of a more accurate numerical peak detector, even at very low signal-to-noise ratios

On the way to solve lighting problems in underwater imaging

A major obstacle to processing images of the ocean floor comes from the absorption and scattering effects of the light in the aquatic environment. Due to the absorption of the natural light, underwater vehicles often require artificial light sources attached to them to provide the adequate illumination. Unfortunately, these flashlights tend to illuminate the scene in a nonuniform fashion, and, as the vehicle moves, induce shadows in the scene. For this reason, the first step towards application of standard computer vision techniques to underwater imaging requires dealing first with these lighting problems. This paper analyses and compares existing methodologies to deal with low-contrast, nonuniform illumination in underwater image sequences. The reviewed techniques include: (i) study of the illumination-reflectance model, (ii) local histogram equalization, (iii) homomorphic filtering, and, (iv) subtraction of the illumination field. Several experiments on real data have been conducted to compare the different approaches

Towards a real-time vision-based navigation system for a small-class UUV

This paper deals with the problem of navigation for an unmanned underwater vehicle (UUV) through image mosaicking. It represents a first step towards a real-time vision-based navigation system for a small-class low-cost UUV. We propose a navigation system composed by: (i) an image mosaicking module which provides velocity estimates; and (ii) an extended Kalman filter based on the hydrodynamic equation of motion, previously identified for this particular UUV. The obtained system is able to estimate the position and velocity of the robot. Moreover, it is able to deal with visual occlusions that usually appear when the sea bottom does not have enough visual features to solve the correspondence problem in a certain area of the trajectory

Visual SLAM for 3D large-scale seabed acquisition employing underwater vehicles

This paper presents a novel technique to align partial 3D reconstructions of the seabed acquired by a stereo camera mounted on an autonomous underwater vehicle. Vehicle localization and seabed mapping is performed simultaneously by means of an Extended Kalman Filter. Passive landmarks are detected on the images and characterized considering 2D and 3D features. Landmarks are re-observed while the robot is navigating and data association becomes easier but robust. Once the survey is completed, vehicle trajectory is smoothed by a Rauch-Tung-Striebel filter obtaining an even better alignment of the 3D views and yet a large-scale acquisition of the seabed

Visual SLAM for underwater vehicles using video velocity log and natural landmarks

A visual SLAM system has been implemented and optimised for real-time deployment on an AUV equipped with calibrated stereo cameras. The system incorporates a novel approach to landmark description in which landmarks are local sub maps that consist of a cloud of 3D points and their associated SIFT/SURF descriptors. Landmarks are also sparsely distributed which simplifies and accelerates data association and map updates. In addition to landmark-based localisation the system utilises visual odometry to estimate the pose of the vehicle in 6 degrees of freedom by identifying temporal matches between consecutive local sub maps and computing the motion. Both the extended Kalman filter and unscented Kalman filter have been considered for filtering the observations. The output of the filter is also smoothed using the Rauch-Tung-Striebel (RTS) method to obtain a better alignment of the sequence of local sub maps and to deliver a large-scale 3D acquisition of the surveyed area. Synthetic experiments have been performed using a simulation environment in which ray tracing is used to generate synthetic images for the stereo system

Informed recommender: basing recommendations on consumer product reviews

Recommender systems attempt to predict items in which a user might be interested, given some information about the user's and items' profiles. Most existing recommender systems use content-based or collaborative filtering methods or hybrid methods that combine both techniques (see the sidebar for more details). We created Informed Recommender to address the problem of using consumer opinion about products, expressed online in free-form text, to generate product recommendations. Informed recommender uses prioritized consumer product reviews to make recommendations. Using text-mining techniques, it maps each piece of each review comment automatically into an ontology

OpenSearch-geo: the simple standard for geographic web search engines

When publishing information on the web, one expects it to reach all the people that could be interested in. This is mainly achieved with general purpose indexing and search engines like Google which is the most used today. In the particular case of geographic information (GI) domain, exposing content to mainstream search engines is a complex task that needs specific actions. In many occasions it is convenient to provide a web site with a specially tailored search engine. Such is the case for on-line dictionaries (wikipedia, wordreference), stores (amazon, ebay), and generally all those holding thematic databases. Due to proliferation of these engines, A9.com proposed a standard interface called OpenSearch, used by modern web browsers to manage custom search engines. Geographic information can also benefit from the use of specific search engines. We can distinguish between two main approaches in GI retrieval information efforts: Classical OGC standardization on one hand (CSW, WFS filters), which are very complex for the mainstream user, and on the other hand the neogeographer’s approach, usually in the form of specific APIs lacking a common query interface and standard geographic formats. A draft ‘geo’ extension for OpenSearch has been proposed. It adds geographic filtering for queries and recommends a set of simple standard response geographic formats, such as KML, Atom and GeoRSS. This proposal enables standardization while keeping simplicity, thus covering a wide range of use cases, in both OGC and the neogeography paradigms. In this article we will analyze the OpenSearch geo extension in detail and its use cases, demonstrating its applicability to both the SDI and the geoweb. Open source implementations will be presented as well

El Course Experience Questionnaire (CEQ): aproximació a un in-dicador de qualitat del sistema universitari australià

The Course Experience Questionnaire is one of the instruments designed to appraise the quality of the university education, which applies in a global way to the Australian universities, public as well as private. It is a indicator of the courses that they are imparted at the university from the point of view of the student. The present article studies the historical evolution, the structure and the functioning of this questionnaire in order to grasp the positive aspects that it brings to the analysis of the quality of the university system

Development of an air-scour control system for membrane bioreactors

The thesis involves the development and implementation of a new and robust control system based on permeability trends but at the same time capable of reducing aeration proportionally to permeate flux. Permeability was made a key parameter for directly comparing temporary changes in membrane performance. Transmembrane pressure and flux were gathered every 10 seconds and permeability values were automatically calculated; different mathematical algorithms were applied for the signal filtering of on-line data. Short term and long term permeability trends were compared once a day, and a control action was applied proportionally to the short term/long term permeability ratio without exceeding the aeration flow recommended by the membrane suppliers.

Política i legislació educativa a l'entorn de l'escola unitària i cíclica. Evolució i situació actual a les comarques gironines (1970-1998)

Aquesta tesi doctoral té quatre objectius fonamentals: 1) analitzar la legislació espanyola i catalana referent a l'escola unitària i cíclica -altrament dita escola rural, escola incompleta o escola petita- des de final del segle XIX fins avui; 2) analitzar la política educativa teòrica i real que s'ha aplicat a aquest tipus d'escola des del final del segle XIX fins avui; 3) analitzar l'evolució del mapa escolar de les comarques gironines -i més concretament l'evolució de l'escola unitària i cíclica- durant el període 1970-1998; i 4) copsar les característiques bàsiques de les escoles unitàries i cícliques de les comarques gironines que impartien docència durant el curs 1997-98. L'aconseguiment d'aquest objectius han estat precedits i condicionats a la vegada per l'emmarcament teòric que hem elaborat i per la metodologia que hem aplicat. Pel que fa als aspectes pròpiament teòrics hem establert a grosso modo dues reflexions bàsiques: a) l'escola unitària i cíclica ha experimentat un procés de transformació notable des del final de la dècada dels 70 fins avui dia, i b) l'escola unitària i cíclica té un gran potencial pedagògic, relacional i humà arran dels "límits" objectius que té. En l'emmarcament teòric afirmem que l'escola "petita" ha evolucionat -sempre en termes generals- d'una manera positiva gràcies a la confluència de diversos factors. D'una banda cal parlar del paper assumit per bona part dels "mestres rurals", els pares i mares, els moviments de renovació pedagògica, el Secretariat d'Escola Rural de Catalunya, els sindicats i alguns partits politics, l'administració educativa i darrerament, el Grup Interuniversitari d'Escola Rural. D'altra banda, no podem oblidar que la millora de l''escola unitària i cíclica també es deu, segons el nostre parer, a l'emergència d'un discurs positivitzador així com a la revalorització social dels pobles "petits" (amb pocs habitants) i especialment dels que tenen una estructura rural. En l'emmarcament teòric també afirmem que l'escola unitària i cíclica compta amb un escenari educatiu privilegiat per impartir una educació més flexible i més oberta. Això es deu, entre altres aspectes, a allò que durant molt de temps s'ha considerat límits estructurals o dèficits: nombre reduït d'alumnes, nombre reduït d'unitats o aules, pocs mestres, espai escolar escàs i a més, molt poc fragmentat, etc. Tots aquests elements, que constitueixen els trets bàsics i més essencials de les escoles unitàries i no tant de les cícliques més grans, propicien allò que B. Bemstein anomena: un text pedagògic integrador, una classificació feble del currículum, un emmarcament dèbil de les relacions socials i una pedagogia invisible. La metodologia que s'ha utilitzat per aconseguir els objectius que hem esmentat es caracteritza per ser plural i per combinar els mètodes quantitatius i els qualitatius. L'objectiu nº1 s'ha aconseguit a través del buidatge i de la interpretació de la normativa referida al nostre objecte d'estudi. L'objectiu nº2 s'ha aconseguit mitjançant l'anàlisi global de la normativa anteriorment comentada i a través de dades estadístiques que provenen de diversos censos escolars. L'objectiu nº3 s'ha acomplert mitjançant el buidatge de les Fulls d'Estadística i dels Fulls d'organització pedagògica (elaborats pel MEC pel Departament d'Ensenyament respectivament). I el darrer objectiu s'ha aconseguit mitjançant l'elaboració d'un qüestionari adreçat a tots els directors i als mestres en plantilla de les escoles unitàries i cícliques. També s'ha elaborat una entrevista semiestructurada que s'ha passat a vuit persones relacionades amb l'escola que aquí ens ocupa. I per últim, també s'ha practicat l'observació participant en una dotzena de centres. Les principals conclusions que hem obtingut -seguint l'orde dels objectius i considerant el que hem exposat en parlar de l'emmarcament teòric són les següents: 1) La política educativa teòrica sobre l'escola unitària i cíclica s'estructura, pel que fa a l'àmbit de l'Estat Espanyol, a l'entorn de set períodes: i) 1838-1910. Des de les instancies governamentals s'accepta aquest tipus d'escola per bé que s'estableixen diferències notables entre les escoles "petites" del món rural i les del món urbà. ii) 1910-1931. S'inicia una política educativa poc favorable perquè s'insta a la graduació de les escoles unitàries i cícliques, malgrat ho facin d'una manera poc ortodoxa. iii) 1931-1939. La política de construccions escolars de la República contempla i fins i tot discrimina d'una manera positiva les escoles incompletes. iv) 1939-1955. EI franquisme de la postguerra tolera, almenys de manera oficial, la presencia i la construcció de noves escoles "petites" per bé que a mesura que s'avança només preveu que es construeixin en el medi rural. v) 1955-1970. S'inicia un procés d'asfíxia que acaba prohibint la construcció d'escoles incompletes. vi) 1971-1982. S'aguditza la política del període anterior. vii) 1982-1995. S'enceta . una política educativa sensible amb l'escola unitària I cíclica. Pel que fa a Catalunya, la política educativa teòrica s'estructura en dos períodes: a) 1981-1987. Es projecta una política més aviat grisa i poc ambiciosa, i b) 1987 fins als nostres dies. Desenvolupament d'una política que, en alguns aspectes, es mostra a favor de l'escola "petita". 2) Malgrat que durant molt temps l'escola unitària cíclica, tant en l'àmbit espanyol com en el català, no hagi tingut una política teòrica favorable ha perdurat fins el dia d'avui. Per fer-nos una idea del que ha representat aquest tipus de centres pensem que són significatives les afirmacions següents: i) L'escola unitària i cíclica és l'única escola pública que existeix a l'Estat espanyol fins al final del segle XIX, ii) L'escola unitària i cíclica augmenta de manera progressivament dades absolutes- fins el 1935, iii) L'escola unitària i cíclica és el tipus de centre més representat -considerant la resta de centres- fins al final de la dècada dels 60. 3) Durant el període 1970-1998 constatem que el mapa escolar de les comarques gironines s'ha transformat notablement arran, tal com succeeix en el conjunt de l'Estat espanyol, de l'expansió progressiva de l'escola graduada o completa. Al curs 1970-71 les comarques gironines tenien 34 escoles graduades (que representaven el 10,9% dels centres públics gironins) i 279 escoles incompletes (149 escoles cícliques 1130 d'unitàries que representaven el 89,1% del total). Al curs 1997-98, en canvi, hem comptabilitzat 111 escoles completes (54,7% dels centres públics) i 92 d'incompletes (72 escoles cícliques i 20 d'unitàries que representen el 45,3%). Malgrat aquesta davallada cal fer pal·lès que avui dia l'escola unitària i cíclica és majoritària (representa el 50% o més dels centres públics) en quatre de les comarques gironines: l'Alt Empordà, el Baix Empordà, la Garrotxa i el Pla de l'Estany. 4) Pel que fa al darrer objectiu, així com els dos aspectes principals que hem plantejat en el marc teòric arribem a les conclusions següents: L'escola unitària i cíclica de les comarques gironines si bé és cert que en termes generals ha millorat notablement -ha millorat la infraestructura, ha incrementat el material didàctic, ha incorporat mestres especialistes, etc.- no ha assolit encara la plena normalització. Avui dia encara trobem escoles que per deixadesa de l'ajuntament no tenen telèfon, l'edifici no es troba en bones condicions, el pati no reuneix les condicions mínimes, etc. D'altra banda, més del 90% d'aquests centres no disposen de mestre d'educació especial. També considerem important remarcar el fet que una part considerable dels centres estudiants no tenen serveis paraescolars de primera necessitat: el 50% no té menjador, el 72,7% no té llar d'infants i el 76,2% no té transport escolar. Per acabar, només cal dir que si bé l'escola incompleta de les comarques gironines imparteix una educació de qualitat i renovadora, no totes les escoles exploten al màxim les potencialitats educatives i relacionals que els atribuïm en l'emmarcament teòric. Conseqüentment no totes apliquen una pedagogia invisible en el sentit Bemstenià del terme. Si bé el 75% dels centres utilitzen, de manera parcial, una modalitat de transmissió difusa perquè utilitzen una pedagogia activa, no podem oblidar que només una minoria -que no arriba al 3%- s'atreveix a prescindir -i només en determinades circumstàncies- dels llibres de text. Les relacions de poder, de jerarquia, i control només són difuses en unes poques escoles ja que l'elaboració de les normes i l'aplicació de les sancions corre a càrrec del mestre en el 75,7% i en el 58% dels centres respectivament. Les regles de seqüència són flexibles en el 68% dels centres perquè adapten el ritme d'aprenentatge a l'especificitat de cada alumne, però molt poques escoles, el 12,4%, són les que alteren amb certa assiduïtat l'ordre del currículum.

The construction of national identity as a developmental process from childhood to adolescence in Catalonia

La idea que per entendre alguna cosa hem d'entendre el procés pel qual s'ha produït va ser assumida des de l'origen de l'estudi "La construcció de la identitat nacional com a procés de desenvolupament des de la infància a l'adolescència a Catalunya". Per tal d'estudiar el procés de desenvolupament relacionat amb la construcció de la identitat nacional, no és suficient considerar-lo en el seu context social, sinó que és necessari considerar la seva construcció social. Tres objectius principals van orientar el nostre estudi . Primer, indagar si els processos de categorització, identificació, coneixement, imatge, avaluació i afecte són també elements implicats en la construcció de la identitat nacional des de la infància a l'adolescència. Segon investigar el procés de desenvolupament d'aquests elements des dels 6 anys fins als 15 anys per contribuir amb dades a I'explicació sobre com es desenvolupa del coneixement social. Tres són les explicacions principals; la primera que es basa en processos cognitius d'inclusió-decentració; la segona, si aquest desenvolupament es dóna en cercles concèntrics des de I'interior (contextos quotidians) fins a l'exterior (amb intercanvis més amples i una educació formal envers la vida social); i la tercera, si el desenvolupament del coneixement social d'allò més immediat i directe es reorganitzat i adquireix nous significats per la integració dels elements més generals i abstractes. Tercer, donat el fet que el 50% de les famílies tenen el català com a llengua materna, hem estudiat la influència de la llengua o llengües utilitzades en el context familiar en el procés de construcció de la identitat nacional. Es va dissenyar una entrevista individual seguint una estructura amb les parts següents: identificació subjectiva i identificació nacional; coneixement dels països; estereotips, avaluació i sentiments, i entorn social. La mostra del present estudi va estar formada per 495 nens i adolescents de 6, 9, 12 i 15 anys d'edat. Es va utilitzar per cada grup un número similar de nens i nenes. La mostra es va dividir en tres grups segons la o les llengües utilitzades pel nen o nena en el seu context familiar. Tres van ser les categones lingüístiques utilitzades: castellà, nens que només utilitzin el castellà a casa; català, nens que només usen el català en el context familiar; i bilingües, nens que utilitzin tots dos idiomes a casa. Aquestes categories lingüístiques s'han utilitzat com a indicador dels contextos familiars. Dues conclusions principals es poden extreure d'aquest estudi. Primer, I'ús de categories nacionals no és una conseqüència del procés cognitiu d'inclusió-decentració ni en cercles concentrics (concret/abstracte). La idea d'un procés del món en paral·lel, d'un coneixement que integra simultàniament creences i sentiments de l'ambient concret o proper i de l'abstracte o llunyà pot explicar millor els nostres resultats. Els nens aprenen i pensen sobre la vida quotidara, les característiques de l'ambient, la informació circulant en el seu entom social i la importància o els diferents nivells de coneixement depenent del context. Els nens integren la informació que està circulant en el seu ambient i construeixen un món que necessàriament no ha de coincidir amb el món deis adults, però que els ajuda a comunicar-se i a entendre les situacions en les quals estan immersos. Els nens més joves són capaços d'utilitzar categories nacionals de manera similar als adolescents. Segon, la identitat nacional a Catalunya es construeix al voltant del nucli de la llengua parlada a casa. A través de tot I'estudi es pot veure un resultat consistent i reiterat. Els infants d'un entom familiar en què s'usa només el castellà s'identifiquen com a pertanyents a tots dos grups nacionals, Espanyol i Català. Els infants d'un entom familiar que utilitzen només el català s'identifiquen com a pertanyents només al grup Català. Aquestes identificacions guien com aquests nens avaluen i senten envers el propi grup nacional i els altres. A més, sembla que el context sòcio-polític és un vehicle important en la transmissió de les estructures de semblances i que I'estructura d'afecte es transmet principalment a través de I'entom familiar.

A proposal to estimate the motion of an underwater vehicle through visual mosaicking

This thesis proposes a solution to the problem of estimating the motion of an Unmanned Underwater Vehicle (UUV). Our approach is based on the integration of the incremental measurements which are provided by a vision system. When the vehicle is close to the underwater terrain, it constructs a visual map (so called "mosaic") of the area where the mission takes place while, at the same time, it localizes itself on this map, following the Concurrent Mapping and Localization strategy. The proposed methodology to achieve this goal is based on a feature-based mosaicking algorithm. A down-looking camera is attached to the underwater vehicle. As the vehicle moves, a sequence of images of the sea-floor is acquired by the camera. For every image of the sequence, a set of characteristic features is detected by means of a corner detector. Then, their correspondences are found in the next image of the sequence. Solving the correspondence problem in an accurate and reliable way is a difficult task in computer vision. We consider different alternatives to solve this problem by introducing a detailed analysis of the textural characteristics of the image. This is done in two phases: first comparing different texture operators individually, and next selecting those that best characterize the point/matching pair and using them together to obtain a more robust characterization. Various alternatives are also studied to merge the information provided by the individual texture operators. Finally, the best approach in terms of robustness and efficiency is proposed. After the correspondences have been solved, for every pair of consecutive images we obtain a list of image features in the first image and their matchings in the next frame. Our aim is now to recover the apparent motion of the camera from these features. Although an accurate texture analysis is devoted to the matching pro-cedure, some false matches (known as outliers) could still appear among the right correspon-dences. For this reason, a robust estimation technique is used to estimate the planar transformation (homography) which explains the dominant motion of the image. Next, this homography is used to warp the processed image to the common mosaic frame, constructing a composite image formed by every frame of the sequence. With the aim of estimating the position of the vehicle as the mosaic is being constructed, the 3D motion of the vehicle can be computed from the measurements obtained by a sonar altimeter and the incremental motion computed from the homography. Unfortunately, as the mosaic increases in size, image local alignment errors increase the inaccuracies associated to the position of the vehicle. Occasionally, the trajectory described by the vehicle may cross over itself. In this situation new information is available, and the system can readjust the position estimates. Our proposal consists not only in localizing the vehicle, but also in readjusting the trajectory described by the vehicle when crossover information is obtained. This is achieved by implementing an Augmented State Kalman Filter (ASKF). Kalman filtering appears as an adequate framework to deal with position estimates and their associated covariances. Finally, some experimental results are shown. A laboratory setup has been used to analyze and evaluate the accuracy of the mosaicking system. This setup enables a quantitative measurement of the accumulated errors of the mosaics created in the lab. Then, the results obtained from real sea trials using the URIS underwater vehicle are shown.