Efficient topology estimation for large scale optical mapping

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios

Visión por computador para UAS

La visión por computador es una parte de la inteligencia artificial que tiene una aplicación industrial muy amplia, desde la detección de piezas defectuosas al control de movimientos de los robots para la fabricación de piezas. En el ámbito aeronáutico, la visión por computador es una herramienta de ayuda a la navegación, pudiendo usarse como complemento al sistema de navegación inercial, como complemento a un sistema de posicionamiento como el GPS, o como sistema de navegación visual autónomo.Este proyecto establece una primera aproximación a los sistemas de visión articial y sus aplicaciones en aeronaves no tripuladas. La aplicación que se desarrollará será la de apoyo al sistema de navegación, mediante una herramienta que a través de las imágenes capturadas por una cámara embarcada, dé la orden al autopiloto para posicionar el aparato frente la pista en la maniobra de aterrizaje.Para poder realizar ese cometido, hay que estudiar las posibilidades y los desarrollos que el mercado ofrece en este campo, así como los esfuerzos investigadores de los diferentes centros de investigación, donde se publican multitud soluciones de visión por computador para la navegación de diferentes vehículos no tripulados, en diferentes entornos. Ese estudio llevará a cabo el proceso de la aplicación de un sistema de visión articial desde su inicio. Para ello, lo primero que se realizará será definir una solución viable dentro de las posibilidades que la literatura permita conocer. Además, se necesitará realizar un estudio de las necesidades del sistema, tanto de hardware como de software, y acudir al mercado para adquirir la opción más adecuada que satisfaga esas necesidades. El siguiente paso es el planteamiento y desarrollo de la aplicación, mediante la defnición de un algoritmo y un programa informático que aplique el algoritmo y analizar los resultados de los ensayos y las simulaciones de la solución. Además, se estudiará una propuesta de integración en una aeronave y la interfaz de la estación de tierra que debe controlar el proceso. Para finalizar, se exponen las conclusiones y los trabajos futuros para continuar la labor de desarrollo de este proyecto.

Desarrollo de un programa informático para potenciar las prácticas sobre GPS en la ayuda a la navegación terrestre.

Este proyecto ha sido desarrollado en el Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones e Ingeniería Telemática de la Universidad de Valladolid, y han contribuido a su realización cuatro profesores del citado departamento. El objetivo principal de este proyecto ha sido desarrollar un programa informático que permita la navegación terrestre mediante el Sistema de Posicionamiento Global por Satélites (GPS). Concretamente, se ha aplicado para que permita la navegación terrestre en los alrededores de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad de Valladold. Para ello, se ha desarrollado un programa software en el entorno de programación Visual C++ . Esta aplicación dispone de un interface gráfico para el tratamiento de los datos recogidos con una tarjeta receptora GPS Microtraker, que se utiliza para adquirir los datos emitidos por los satélites y calcular los diferentes parámetros dados por este sistema. La aplicación elaborada sirve para potenciar la eficacia de las prácticas y por ello se ha adaptado para incorporarla a las prácticas relativas al sistema GPS, que se llevan a cabo en la asignatura optativa de segundo ciclo : Sistemas de telecomunicación III que se imparte en la titulación de Ingeniería de la Telecomunicación. Como resultado del proyecto tenemos la aplicación informática desarrollada que permite la navegación terrestre mediante GPS y un manual de usuario para su utilización, que en la actualidad no está publicado.

Indagaciones visuales en la representación fotográfica del foto estudio Rosales: cartografía de los flujos de poder. Apuntes de navegación de -un velero llamado- Plataforma_SUR

La presente investigación indaga desde los Estudios Culturales, y en especial a partir del entrecruzamiento entre los Estudios Visuales (Estudios Culturales de lo visual en la acepción de José Luís Brea) y las prácticas artísticas, unos potenciales modos-otros para (re)leer la representación fotográfica de género, clase y etnia. En tal virtud, este trabajo parte del análisis de la visualidad -los modos de ver y ser vistos- que los distintos grupos sociales registraron para la posteridad en un determinado número de series de retratos fotográficos producidos por el Foto Estudio Rosales entre 1925 y 1965 en la ciudad de Ibarra. La idea de un “retrato consensuado” entre retratado y retratante permite pensar en una suerte de mise-en-scène (puesta en escena) como forma discursiva de los llamados flujos de poder que décadas más tarde pueden ser rastreados en tales imágenes fotográficas. El desarrollo argumentativo y estructural de esta tesis puede ser leída como un texto dramatúrgico que, en tres actos (partes) establece los tres momentos del “drama”. Así, el primer acto está reservado a la presentación del conflicto en el que establecemos los personajes [sociales] y la trama que suponen las preguntas de investigación y las precisiones conceptuales y metodológicas. El segundo acto, conocido en la dramaturgia como el desarrollo, permite rastrear en tres capítulos -concebidos como tres casos de estudio- las tensiones que, en torno a los modos de retratarse y ser retratados, desarrollaron los diferentes grupos como parte de sus estrategias de visibilizacion. El conflicto es llevado aquí a las disputas por el encuadre del retrato fotográfico, una porción poética de lo real retratado por el fotógrafo para “la eternidad”. En la parte final, el llamado desenlace, sistematiza una serie de conclusiones que permiten pensar un marco metodológico para poner en marcha políticas-otras de ver y ser vistos.

Arquitectura cognitiva híbrida para la navegación autónoma de UAVs mediante mapas topológicos visuales

El objetivo fundamental de la presente tesis doctoral es el diseño de una arquitectura cognitiva, que pueda ser empleada para la navegación autónoma de vehículos aéreos no tripulados conocidos como UAV (Unmanned Aerial Vehicle). Dicha arquitectura cognitiva se apoya en la definición de una librería de comportamientos, que aportarán la inteligencia necesaria al UAV para alcanzar los objetivos establecidos, en base a la información sensorial recopilada del entorno de operación. La navegación autónoma del UAV se apoyará en la utilización de un mapa topológico visual, consistente en la definición de un grafo que engloba mediante nodos los diferentes landmarks ubicados en el entorno, y que le servirán al UAV de guía para alcanzar su objetivo. Los arcos establecidos entre los nodos del mapa topológico, le proporcionarán de la información necesaria para establecer el rumbo más adecuado para alcanzar el siguiente landmark a visitar, siguiendo siempre una secuencia lógica de navegación, basada en la distancia entre un determinado landmark con respecto al objetivo final ó landmark destino. La arquitectura define un mecanismo híbrido de control, el cual puede conmutar entre dos diferentes modos de navegación. El primero es el denominado como Search Mode, el cual se activará cuando el UAV se encuentre en un estado desconocido dentro del entorno, para lo cual hará uso de cálculos basado en la entropía para la búsqueda de posibles landmarks. Se empleará como estrategia novedosa la idea de que la entropía de una imagen tiene una correlación directa con respecto a la probabilidad de que dicha imagen contenga uno ó varios landmarks. De esta forma, la estrategia para la búsqueda de nuevos landmarks en el entorno, se basará en un proceso continuo de maximización de la entropía. Si por el contrario el UAV identifica la existencia de un posible landmark entre los definidos en su mapa topológico, se considerará que está sobre un estado conocido, por lo que se conmutará al segundo modo de navegación denominado como Homing Mode, el cual se encargará de calcular señales de control para la aproximación del UAV al landmark localizado. Éste último modo implementa un control dual basado en dos tipos de controladores (FeedForward/FeedBack) que mediante su combinación, aportarán al UAV señales de control cada vez más óptimas, además de llevar a cabo un entrenamiento continuo y en tiempo real. Para cumplir con los requisitos de ejecución y aprendizaje en tiempo real de la arquitectura, se han tomado como principales referencias dos paradigmas empleados en diferentes estudios dentro del área de la robótica, como son el paradigma de robots de desarrollo (developmental robots) basado en un aprendizaje del robot en tiempo real y de forma adaptativa con su entorno, así como del paradigma de modelos internos (internal models) basado en los resultados obtenidos a partir de estudios neurocientíficos del cerebelo humano; dicho modelo interno sirve de base para la construcción del control dual de la arquitectura. Se presentarán los detalles de diseño e implementación de los diferentes módulos que componen la arquitectura cognitiva híbrida, y posteriormente, los diferentes resultados obtenidos a partir de las pruebas experimentales ejecutadas, empleando como UAV la plataforma robótica aérea de AR.Drone. Como resultado final se ha obtenido una validación completa de la arquitectura cognitiva híbrida objetivo de la tesis, cumplimento con la totalidad de requisitos especificados y garantizando su viabilidad como aplicación operativa en el mundo real. Finalmente, se muestran las distintas conclusiones a las cuales se ha llegado a partir de los resultados experimentales, y se presentan las diferentes líneas de investigación futuras que podrán ser ejecutadas.

Una aproximación a la realidad de las plataformas virtuales de las universidades españolas: el primer reto para una educación personalizada en personas con discapacidad motórica o visual

El punto de partida para ofrecer una educación universitaria personalizada basada en entornos de educación onlinea personas con diversidad funcional debe centrarse en garantizar la óptima accesibilidad a su contenido web y a los recursos de aprendizaje. En la actualidad, la mayoría de las universidades disponen de plataformas virtuales de educación, con un importante peso para el correcto desarrollo de sus estudios y para la optimización del aprendizaje de su alumnado. Por otro lado, los entornos virtuales suponen un importante punto de acceso a la posible matriculación en dichas universidades del alumnado con discapacidad. Este trabajo tiene dos objetivos. El primero de ellos consiste en definir cuáles son las condiciones óptimas de accesibilidad web de las plataformas virtuales de educación y de los sitios web de las universidades para personas que presentan discapacidad visual o discapacidad motórica, de acuerdo a los estándares internacionales. El segundo objetivo del trabajo persigue ofrecer una breve aproximación al grado de accesibilidad de los sitios web de las universidades españolas para el alumnado con esas dos discapacidades. El trabajo sigue un diseño descriptivo basado en dos elementos de análisis. Por un lado, la revisión de estudios de accesibilidad y diversidad funcional y, por otro, el análisis de la accesibilidad web de los sitios web de las 78 universidades españolas. Se concluye que existen dificultades de accesibilidad web y navegación en los entornos virtuales de las universidades españolas, situación que, por lo tanto, redunda en limitaciones en el aprendizaje de los colectivos de estudiantes con limitaciones.

Advancing Bag-of-visual-words Representations For Lesion Classification In Retinal Images.

Diabetic Retinopathy (DR) is a complication of diabetes that can lead to blindness if not readily discovered. Automated screening algorithms have the potential to improve identification of patients who need further medical attention. However, the identification of lesions must be accurate to be useful for clinical application. The bag-of-visual-words (BoVW) algorithm employs a maximum-margin classifier in a flexible framework that is able to detect the most common DR-related lesions such as microaneurysms, cotton-wool spots and hard exudates. BoVW allows to bypass the need for pre- and post-processing of the retinographic images, as well as the need of specific ad hoc techniques for identification of each type of lesion. An extensive evaluation of the BoVW model, using three large retinograph datasets (DR1, DR2 and Messidor) with different resolution and collected by different healthcare personnel, was performed. The results demonstrate that the BoVW classification approach can identify different lesions within an image without having to utilize different algorithms for each lesion reducing processing time and providing a more flexible diagnostic system. Our BoVW scheme is based on sparse low-level feature detection with a Speeded-Up Robust Features (SURF) local descriptor, and mid-level features based on semi-soft coding with max pooling. The best BoVW representation for retinal image classification was an area under the receiver operating characteristic curve (AUC-ROC) of 97.8% (exudates) and 93.5% (red lesions), applying a cross-dataset validation protocol. To assess the accuracy for detecting cases that require referral within one year, the sparse extraction technique associated with semi-soft coding and max pooling obtained an AUC of 94.2 ± 2.0%, outperforming current methods. Those results indicate that, for retinal image classification tasks in clinical practice, BoVW is equal and, in some instances, surpasses results obtained using dense detection (widely believed to be the best choice in many vision problems) for the low-level descriptors.

Visual Navigation In The Neotropical Ant Odontomachus Hastatus (formicidae, Ponerinae), A Predominantly Nocturnal, Canopy-dwelling Predator Of The Atlantic Rainforest.

The arboreal ant Odontomachus hastatus nests among roots of epiphytic bromeliads in the sandy forest at Cardoso Island (Brazil). Crepuscular and nocturnal foragers travel up to 8m to search for arthropod prey in the canopy, where silhouettes of leaves and branches potentially provide directional information. We investigated the relevance of visual cues (canopy, horizon patterns) during navigation in O. hastatus. Laboratory experiments using a captive ant colony and a round foraging arena revealed that an artificial canopy pattern above the ants and horizon visual marks are effective orientation cues for homing O. hastatus. On the other hand, foragers that were only given a tridimensional landmark (cylinder) or chemical marks were unable to home correctly. Navigation by visual cues in O. hastatus is in accordance with other diurnal arboreal ants. Nocturnal luminosity (moon, stars) is apparently sufficient to produce contrasting silhouettes from the canopy and surrounding vegetation, thus providing orientation cues. Contrary to the plain floor of the round arena, chemical cues may be important for marking bifurcated arboreal routes. This experimental demonstration of the use of visual cues by a predominantly nocturnal arboreal ant provides important information for comparative studies on the evolution of spatial orientation behavior in ants. This article is part of a Special Issue entitled: Neotropical Behaviour.

Applications Of Visual Evoked Potentials And Fourier-domain Optical Coherence Tomography In Parkinson's Disease: A Controlled Study.

The goal of this cross-sectional observational study was to quantify the pattern-shift visual evoked potentials (VEP) and the thickness as well as the volume of retinal layers using optical coherence tomography (OCT) across a cohort of Parkinson's disease (PD) patients and age-matched controls. Forty-three PD patients and 38 controls were enrolled. All participants underwent a detailed neurological and ophthalmologic evaluation. Idiopathic PD cases were included. Cases with glaucoma or increased intra-ocular pressure were excluded. Patients were assessed by VEP and high-resolution Fourier-domain OCT, which quantified the inner and outer thicknesses of the retinal layers. VEP latencies and the thicknesses of the retinal layers were the main outcome measures. The mean age, with standard deviation (SD), of the PD patients and controls were 63.1 (7.5) and 62.4 (7.2) years, respectively. The patients were predominantly in the initial Hoehn-Yahr (HY) disease stages (34.8% in stage 1 or 1.5, and 55.8 % in stage 2). The VEP latencies and the thicknesses as well as the volumes of the retinal inner and outer layers of the groups were similar. A negative correlation between the retinal thickness and the age was noted in both groups. The thickness of the retinal nerve fibre layer (RNFL) was 102.7 μm in PD patients vs. 104.2 μm in controls. The thicknesses of retinal layers, VEP, and RNFL of PD patients were similar to those of the controls. Despite the use of a representative cohort of PD patients and high-resolution OCT in this study, further studies are required to establish the validity of using OCT and VEP measurements as the anatomic and functional biomarkers for the evaluation of retinal and visual pathways in PD patients.

Physical Activity Interventions For Children And Youth With Visual Impairments.

The authors conducted a systematic literature review on physical activity interventions for children and youth with visual impairment (VI). Five databases were searched to identify studies involving the population of interest and physical activity practices. After evaluating 2,495 records, the authors found 18 original full-text studies published in English they considered eligible. They identified 8 structured exercise-training studies that yielded overall positive effect on physical-fitness and motor-skill outcomes. Five leisure-time-physical-activity and 5 instructional-strategy interventions were also found with promising proposals to engage and instruct children and youth with VI to lead an active lifestyle. However, the current research on physical activity interventions for children and youth with VI is still limited by an absence of high-quality research designs, low sample sizes, use of nonvalidated outcome measures, and lack of generalizability, which need to be addressed in future studies.

Método para avaliação da conduta visual de lactentes

The purpose of this study is to introduce a method to evaluate visual functions in infants in the first three months of life. An adaptation of the Guide for the Assessment of Visual Ability in Infants (Gagliardo, 1997) was used. The instrument was a ring with string. It was implemented a pilot study with 33 infants, selected according to the following criteria: neonates well enough to go home within two days of birth; 1 to 3 months of chronological age; monthly evaluation with no absence; subjects living in Campinas/SP metropolitan area. In the first month we observed: visual fixation (93,9%); eye contact (90,9%); horizontal tracking (72,7%); inspects surroundings (97,0%). In the third month, we observed: inspects own hands (42,4%) and increased movements of arms (36,4%). This method allowed the evaluation of visual functions in infants, according to the chronological age. Alterations in this function will facilitate immediate referral to medical services for diagnoses.

Visual demonstration of the ionic strength effect in the classroom: the Debye-Hückel limiting law

The effects of ionic strength on ions in aqueous solutions are quite relevant, especially for biochemical systems, in which proteins and amino acids are involved. The teaching of this topic and more specifically, the Debye-Hückel limiting law, is central in chemistry undergraduate courses. In this work, we present a description of an experimental procedure based on the color change of aqueous solutions of bromocresol green (BCG), driven by addition of electrolyte. The contribution of charge product (z+|z-|) to the Debye-Hückel limiting law is demonstrated when the effects of NaCl and Na2SO4 on the color of BCG solutions are compared.

Estudo da circulação retrobulbar e do campo visual após dose única oral de citrato de sildenafil (Viagra®)

Purpose: To analyze the effects of 100 mg of sildenafil citrate (Viagra®) on the retrobulbar circulation and visual field. Methods: A double masked, placebo controlled study was conducted in 10 males with a mean age of 27.7 + 5.68 years. The right eye of each volunteer underwent orbital color Doppler imaging and automated perimetry (Humphrey, program 30-2, Full-Threshold Strategy) at 3 occasions: baseline, 1 hour after placebo and 1 hour after 100 mg of sildenafil. The foveal threshold and the mean deviation (MD) were analyzed by automated perimetry on the three occasions. Color Doppler imaging allowed the measurement of the peak systolic velocity (PSV), end diastolic velocity (EDV) and Pourcelot index (PI) in the central retinal artery and ophthalmic artery. Results: The foveal threshold and the mean deviation did not show a significant change following the administration of sildenafil. The ophthalmic artery peak systolic velocity and end diastolic velocity significantly increased after the administration of sildenafil (p<0.001). The hemodynamic parameters in the central retinal artery and the ophthalmic artery PI did not significantly change. Conclusions: Sildefanil citrate increased the blood flow velocities in the ophthalmic artery in normal subjects, with no significant changes in the foveal threshold and mean deviation in the automated perimetry.

Utilização de recursos ópticos e equipamentos por escolares com deficiência visual

PURPOSE: To verify perceptions and conduct of students with visual impairment regarding devices and equipment utilized in schooling process. METHODS: A transversal descriptive study on a population of 12-year-old or older students in schooling process, affected by congenital or acquired visual impairment, inserted in the government teaching system of Campinas during the year 2000. An interview quiz, created based on an exploratory study was applied. RESULTS: A group of 26 students, 46% of them with low vision and 53.8% affected by blindness was obtained. Most of the students were from fundamental teaching courses (65.4%), studying in schools with classrooms provided with devices (73.1%). Among the resources used in reading and writing activities, 94.1% of the students reported they used the Braille system and 81.8% reported that the reading subject was dictated by a colleague. Most of the students with low vision wore glasses (91.7%), and 33.3% utilized a magnifying glass as optical devices. Among the non-optical devices, the most common were the environmental ones, getting closer to the blackboard (75.0%) and to the window (66.7%) for better lighting. CONCLUSIONS: It became evident that students with low vision eye-sight made use of devices meant for bearers of blindness, such as applying the Braille system. A reduced number of low vision students making use of optical and non-optical devices applicable to their problems were observed, indicating a probable unawareness of their visual potential and the appropriate devices to improve efficiency.

Comportamento visual e perfil socioeconômico e demográfico de recém-nascidos prematuros da Maternidade do Hospital das Clínicas de Pernambuco - UFPE

OBJECTIVE: To characterize the behavior of premature newborns in the first year of chronological age. METHODS: This is a cross-sectional descriptive study, bound to a longitudinal study titled: Comparison of visual behavior on the first quarter of year of life of premature nursling born at two maternities of Recife/PE. The sample was composed by 52 premature newborns selected from June, 2007 to June, 2008 from the Maternity of the Federal University of Pernambuco (UFPE). Biological, socioeconomic and demographic data was collected through medical records and interviews with progeny. Newborns were evaluated by the Assessment Guide of Visual Ability in Infants. RESULTS: Most of the newborns were male at a gestational period between 33 weeks and 36 weeks and 6 days, showed a good visual behavior development for the age researched, and most of the families showed good socioeconomical and demographic profile. Besides, it was possible to detect ocular signs in 19% of sample, that were referred to an Ophthalmology Service. CONCLUSION: This study results point out the method like an important key in the early detection and visual screening for premature nursling since the first month of life and it led us to believe that clinical view for occupational therapy intervention must be focused not only on biological risks but also at the influence environment in newborn performance.