Image Analysis Methods for Sugar Beet Phenotyping

In un mondo che richiede sempre maggiormente un'automazione delle attività della catena produttiva industriale, la computer vision rappresenta uno strumento fondamentale perciò che viene già riconosciuta internazionalmente come la Quarta Rivoluzione Industriale o Industry 4.0. Avvalendomi di questo strumento ho intrapreso presso l'azienda Syngenta lo studio della problematica della conta automatica del numero di foglie di una pianta. Il problema è stato affrontato utilizzando due differenti approcci, ispirandosi alla letteratura. All'interno dell'elaborato è presente anche la descrizione progettuale di un ulteriore metodo, ad oggi non presente in letteratura. Le metodologie saranno spiegate in dettaglio ed i risultati ottenuti saranno confrontati utilizzando i primi due approcci. Nel capitolo finale si trarranno le conclusioni sulle basi dei risultati ottenuti e dall'analisi degli stessi.

Structural analysis of a UAV wing through image processing and FEM

Analisi strutturale dell’ala di un UAV (velivolo senza pilota a bordo), sviluppata usando varie metodologie: misurazioni sperimentali statiche e dinamiche, e simulazioni numeriche con l’utilizzo di programmi agli elementi finiti. L’analisi statica è stata a sua volta portata avanti seguendo due differenti metodi: la classica e diretta determinazione degli spostamenti mediante l’utilizzo di un catetometro e un metodo visivo, basato sull’elaborazione di immagini e sviluppato appositamente a tale scopo in ambiente Matlab. Oltre a ciò è stata svolta anche una analisi FEM volta a valutare l’errore che si ottiene affrontando il problema con uno studio numerico. Su tale modello FEM è stata svolta anche una analisi di tipo dinamico con lo scopo di confrontare tali dati con i dati derivanti da un test dinamico sperimentale per ottenere informazioni utili per una seguente possibile analisi aeroelastica.

Interfaccia grafica per l'elaborazione di immagini microscopiche di colture batteriche geneticamente modificate

Le moderne tecniche di imaging e i recenti sviluppi nel campo della visione computazionale consentono sempre più diffusamente l'utilizzo di metodi di image analysis, specialmente in ambito medico e biologico, permettendo un maggiore supporto sia alla diagnosi, sia alla ricerca. Il lavoro svolto in questa tesi si pone in un contesto di ricerca di carattere interdisciplinare, e riguarda il progetto e la realizzazione di un‘interfaccia grafica per l'analisi di colture batteriche geneticamente modificate, marcate con proteine fluorescenti (GFP), acquisite tramite un microscopio ad epifluorescenza. Nota la funzione di risposta del sistema di acquisizione delle immagini, l'analisi quantitativa delle colture batteriche è effettuata mediante la misurazione di proprietà legate all'intensità della risposta al marcatore fluorescente. L'interfaccia consente un'analisi sia globale dei batteri individuati nell'immagine, sia di singoli gruppi di batteri selezionati dall'utente, fornendo utili informazioni statistiche, sia in forma grafica che numerica. Per la realizzazione dell'interfaccia sono state adottate tecniche di ingegneria del software, con particolare enfasi alla interazione uomo-macchina e seguendo criteri di usability, al fine di consentire un corretto utilizzo dello strumento anche da parte di personale senza conoscenza in campo informatico.

Collection and real-time analysis of images from aircraft to support civil protection operational activities

This report describes the realization of a system, in which an object detection model will be implemented, whose aim is to detect the presence of people in images. This system could be used for several applications: for example, it could be carried on board an aircraft or a drone. In this case, the system is designed in such a way that it can be mounted on light/medium weight helicopters, helping the operator to find people in emergency situations. In the first chapter the use of helicopters for civil protection is analysed and applications similar to this case study are listed. The second chapter describes the choice of the hardware devices that have been used to implement a prototype of a system to collect, analyse and display images. At first, the PC necessary to process the images was chosen, based on the characteristics of the algorithms that are necessary to run the analysis. In the further, a camera that could be compatible with the PC was selected. Finally, the battery pack was chosen taking into account the electrical consumption of the devices. The third chapter illustrates the algorithms used for image analysis. In the fourth, some of the requirements listed in the regulations that must be taken into account for carrying on board all the devices have been briefly analysed. In the fifth chapter the activity of design and modelling, with the CAD Solidworks, the devices and a prototype of a case that will house them is described. The sixth chapter discusses the additive manufacturing, since the case was printed exploiting this technology. In the seventh chapter, part of the tests that must be carried out on the equipment to certificate it have been analysed, and some simulations have been carried out. In the eighth chapter the results obtained once loaded the object detection model on a hardware for image analyses were showed. In the ninth chapter, conclusions and future applications were discussed.

Ecological status of mesophotic biogenic reefs off Chioggia

This study investigated the coralligenous reefs' benthic assemblages at 6 sites off Chioggia, in the northern Adriatic Sea, comparing 2 different methods of analysis of photographic samples: the grid method (overlapping a grid of 400 cells) and the random point method (random distribution of 100 points on the photo). For the first method, taxonomic recognition and the percentage coverage estimations were performed manually using photoQuad software. In the second, CoralNet semi-automated web-based annotation system was applied. This allows for assisted and supervised identification, the success rate of which gradually improves after initial software training. The results obtained with the two methods of analysing photographic samples are slightly different. The random points method gives lower species richness values and some differences in coverage estimations; all of this is reflected in the calculation of the biotic index. NAMBER values are significantly lower with the random points method and provide locally different classifications (3 out of 6 sites). However, the results obtained with the two methods are closely related to each other and depict a similar spatial trend. These results rise caution in applying different, albeit similar, methods in the analysis of benthic assemblages aimed to environmental quality assessment.

Riconoscimento di gesti: estensione a più punti del corpo e ad attori multipli

Negli ultimi anni si è assistito ad una radicale rivoluzione nell’ambito dei dispositivi di interazione uomo-macchina. Da dispositivi tradizionali come il mouse o la tastiera si è passati allo sviluppo di nuovi sistemi capaci di riconoscere i movimenti compiuti dall’utente (interfacce basate sulla visione o sull’uso di accelerometri) o rilevare il contatto (interfacce di tipo touch). Questi sistemi sono nati con lo scopo di fornire maggiore naturalezza alla comunicazione uomo-macchina. Le nuove interfacce sono molto più espressive di quelle tradizionali poiché sfruttano le capacità di comunicazione naturali degli utenti, su tutte il linguaggio gestuale. Essere in grado di riconoscere gli esseri umani, in termini delle azioni che stanno svolgendo o delle posture che stanno assumendo, apre le porte a una serie vastissima di interessanti applicazioni. Ad oggi sistemi di riconoscimento delle parti del corpo umano e dei gesti sono ampiamente utilizzati in diversi ambiti, come l’interpretazione del linguaggio dei segni, in robotica per l’assistenza sociale, per indica- re direzioni attraverso il puntamento, nel riconoscimento di gesti facciali [1], interfacce naturali per computer (valida alternativa a mouse e tastiera), ampliare e rendere unica l’esperienza dei videogiochi (ad esempio Microsoft 1 Introduzione Kinect© e Nintendo Wii©), nell’affective computing1 . Mostre pubbliche e musei non fanno eccezione, assumendo un ruolo cen- trale nel coadiuvare una tecnologia prettamente volta all’intrattenimento con la cultura (e l’istruzione). In questo scenario, un sistema HCI deve cercare di coinvolgere un pubblico molto eterogeneo, composto, anche, da chi non ha a che fare ogni giorno con interfacce di questo tipo (o semplicemente con un computer), ma curioso e desideroso di beneficiare del sistema. Inoltre, si deve tenere conto che un ambiente museale presenta dei requisiti e alcune caratteristiche distintive che non possono essere ignorati. La tecnologia immersa in un contesto tale deve rispettare determinati vincoli, come: - non può essere invasiva; - deve essere coinvolgente, senza mettere in secondo piano gli artefatti; - deve essere flessibile; - richiedere il minor uso (o meglio, la totale assenza) di dispositivi hardware. In questa tesi, considerando le premesse sopracitate, si presenta una sistema che può essere utilizzato efficacemente in un contesto museale, o in un ambiente che richieda soluzioni non invasive. Il metodo proposto, utilizzando solo una webcam e nessun altro dispositivo personalizzato o specifico, permette di implementare i servizi di: (a) rilevamento e (b) monitoraggio dei visitatori, (c) riconoscimento delle azioni.

Analisi statica dei Deadlock in Featherweight Java con Futuri

Abbiamo studiato ABSFJf, un linguaggio ad oggetti concorrente con tipi di dato futuro ed operazioni per acquisire e rilasciare il controllo delle risorse. I programmi ABSFJf possono manifestare lock (deadlock e livelock) a causa degli errori del programmatore. Per individuare staticamente possibili com- portamenti non voluti abbiamo studiato e implementato una tecnica per l'analisi dei lock basata sui contratti, che sono una descrizione astratta del comportamento dei metodi. I contratti si utilizzano per formare un automa i cui stati racchiudono informazioni di dipendenza di tipo chiamante-chiamato; vengono derivati automaticamente da un algoritmo di type inference e model- lati da un analizzatore che sfrutta la tecnica del punto

A study of two Languages for Active Objects with Futures

In computer systems, specifically in multithread, parallel and distributed systems, a deadlock is both a very subtle problem - because difficult to pre- vent during the system coding - and a very dangerous one: a deadlocked system is easily completely stuck, with consequences ranging from simple annoyances to life-threatening circumstances, being also in between the not negligible scenario of economical losses. Then, how to avoid this problem? A lot of possible solutions has been studied, proposed and implemented. In this thesis we focus on detection of deadlocks with a static program analysis technique, i.e. an analysis per- formed without actually executing the program. To begin, we briefly present the static Deadlock Analysis Model devel- oped for coreABS−− in chapter 1, then we proceed by detailing the Class- based coreABS−− language in chapter 2. Then, in Chapter 3 we lay the foundation for further discussions by ana- lyzing the differences between coreABS−− and ASP, an untyped Object-based calculi, so as to show how it can be possible to extend the Deadlock Analysis to Object-based languages in general. In this regard, we explicit some hypotheses in chapter 4 first by present- ing a possible, unproven type system for ASP, modeled after the Deadlock Analysis Model developed for coreABS−−. Then, we conclude our discussion by presenting a simpler hypothesis, which may allow to circumvent the difficulties that arises from the definition of the ”ad-hoc” type system discussed in the aforegoing chapter.

Studio ed implementazione di algoritmi di stereo vision in ambito mobile: l'applicazione "SuperStereo"

L'analisi di un'immagine con strumenti automatici si è sviluppata in quella che oggi viene chiamata "computer vision", la materia di studio proveniente dal mondo informatico che si occupa, letteralmente, di "vedere oltre", di estrarre da una figura una serie di aspetti strutturali, sotto forma di dati numerici. Tra le tante aree di ricerca che ne derivano, una in particolare è dedicata alla comprensione di un dettaglio estremamente interessante, che si presta ad applicazioni di molteplici tipologie: la profondità. L'idea di poter recuperare ciò che, apparentemente, si era perso fermando una scena ed imprimendone l'istante in un piano a due dimensioni poteva sembrare, fino a non troppi anni fa, qualcosa di impossibile. Grazie alla cosiddetta "visione stereo", invece, oggi possiamo godere della "terza dimensione" in diversi ambiti, legati ad attività professionali piuttosto che di svago. Inoltre, si presta ad utilizzi ancora più interessanti quando gli strumenti possono vantare caratteristiche tecniche accessibili, come dimensioni ridotte e facilità d'uso. Proprio quest'ultimo aspetto ha catturato l'attenzione di un gruppo di lavoro, dal quale è nata l'idea di sviluppare una soluzione, chiamata "SuperStereo", capace di permettere la stereo vision usando uno strumento estremamente diffuso nel mercato tecnologico globale: uno smartphone e, più in generale, qualsiasi dispositivo mobile appartenente a questa categoria.

Diversity of microbial communities at shallow-hydrothermal vents off Dominica, Lesser Antilles

Hydrothermal vents are often compared to desert oases, because of the presence of highly diverse and abundant biotic communities inhabiting these extreme environments. Nevertheless, the microbial communities associated with shallow-hydrothermal systems have been poorly studied. Hydrothermal activity at Dominica Island is quite well known under the geological and geochemical aspects, but no previous information existed about the microbial communities associated to this area. This thesis is therefore targeting the microbiology of hydrothermal sediments combining geochemical and molecular biological investigations, focusing on differences between hydrothermal vents and background (i.e. control) areas, and between hydrothermal sites. It was also intended to assess relationship between geochemical parameters and microbial diversity at the two hydrothermally impacted sites. Two shallow-sea hydrothermal vents located south-west off Dominica Island (Lesser Antilles) have been investigated in this study: Champagne Hot Springs and Soufriere Bay offshore vent. During this study, sediments for geochemical and molecular analyses were collected every 2 cm from the two impacted areas and from two control sites not associated with hydrothermal activity; in situ temperatures measurements were also taken every 5 cm deep in the sediment for all the sites. A geochemical characterization of the sediment porewater was performed through the analysis of several elements’ concentrations (i.e. H2S, Cl-, Br-, SO42-, Fe2+, Na+, K+, B+, Si+). Microbial communities at the different sites were studied by Automated Intergenic Spacer Analysis (ARISA). Inspection of the operational taxonomic units (OTUs) distribution was performed, as well as statistical analyses for communities’ structure and composition differences, and for changes of β-diversity along with sediment geochemistry. Data suggested that mixing between hydrothermal fluids and seawater results in distinct different environmental gradients and potential ecological niches between the two investigated hydrothermal vents, reflecting a difference in microbial community structures between them.

Messa a punto di un sistema di microscopia per l'analisi quantitativa di segnali fluorescenti

L’elaborato di tesi, che rientra nell’ambito di un progetto di collaborazione tra l’equipe del laboratorio ICM “Silvio Cavalcanti”, coordinato dal professor Giordano, e il CVG (Computer Vision Group) coordinato dal professor Bevilacqua, mira alla messa a punto di un sistema di misura quantitativa di segnali fluorescenti, tramite l’elaborazione di immagini acquisite in microscopia ottica.