FeatureMatch: A General ANNF Estimation Technique and its Applications

In this paper, we propose FeatureMatch, a generalised approximate nearest-neighbour field (ANNF) computation framework, between a source and target image. The proposed algorithm can estimate ANNF maps between any image pairs, not necessarily related. This generalisation is achieved through appropriate spatial-range transforms. To compute ANNF maps, global colour adaptation is applied as a range transform on the source image. Image patches from the pair of images are approximated using low-dimensional features, which are used along with KD-tree to estimate the ANNF map. This ANNF map is further improved based on image coherency and spatial transforms. The proposed generalisation, enables us to handle a wider range of vision applications, which have not been tackled using the ANNF framework. We illustrate two such applications namely: 1) optic disk detection and 2) super resolution. The first application deals with medical imaging, where we locate optic disks in retinal images using a healthy optic disk image as common target image. The second application deals with super resolution of synthetic images using a common source image as dictionary. We make use of ANNF mappings in both these applications and show experimentally that our proposed approaches are faster and accurate, compared with the state-of-the-art techniques.

Born-ratio type data normalization improves quantitation in photoacoustic tomography

In this report, we present a Born-ratio type of data normalization for reconstruction of initial acoustic pressure distribution in photoacoustic tomography (PAT). The normalized Born-ratio type of data is obtained as a ratio of photoacoustic pressure obtained with tissue sample in a coupling medium to the one obtained using purely coupling medium. It is shown that this type of data normalization improves the quantitation (intrinsic contrast) of the reconstructed images in comparison to the traditional techniques (unnormalized) that are currently available in PAT. Studies are carried out using various tissue samples. The robustness of the proposed method is studied at various noise levels added to the collected data. The improvement in quantitation can enable accurate estimation of pathophysiological parameter (optical absorption coefficient, a) of tissue sample under investigation leading to better sensitivity in PAT.

Intense Acoustic Burst Ultrasound Modulated Optical Tomography for Elasticity Mapping of Soft Biological Tissue Mimicking Phantom: A Laser Speckle Contrast Analysis Study

This report addresses the assessment of variation in elastic property of soft biological tissues non-invasively using laser speckle contrast measurement. The experimental as well as the numerical (Monte-Carlo simulation) studies are carried out. In this an intense acoustic burst of ultrasound (an acoustic pulse with high power within standard safety limits), instead of continuous wave, is employed to induce large modulation of the tissue materials in the ultrasound insonified region of interest (ROI) and it results to enhance the strength of the ultrasound modulated optical signal in ultrasound modulated optical tomography (UMOT) system. The intensity fluctuation of speckle patterns formed by interference of light scattered (while traversing through tissue medium) is characterized by the motion of scattering sites. The displacement of scattering particles is inversely related to the elastic property of the tissue. We study the feasibility of laser speckle contrast analysis (LSCA) technique to reconstruct a map of the elastic property of a soft tissue-mimicking phantom. We employ source synchronized parallel speckle detection scheme to (experimentally) measure the speckle contrast from the light traversing through ultrasound (US) insonified tissue-mimicking phantom. The measured relative image contrast (the ratio of the difference of the maximum and the minimum values to the maximum value) for intense acoustic burst is 86.44 % in comparison to 67.28 % for continuous wave excitation of ultrasound. We also present 1-D and 2-D image of speckle contrast which is the representative of elastic property distribution.

Convex Relaxation for Low-Dimensional Representation: Phase Transitions and Limitations

There is a growing interest in taking advantage of possible patterns and structures in data so as to extract the desired information and overcome the curse of dimensionality. In a wide range of applications, including computer vision, machine learning, medical imaging, and social networks, the signal that gives rise to the observations can be modeled to be approximately sparse and exploiting this fact can be very beneficial. This has led to an immense interest in the problem of efficiently reconstructing a sparse signal from limited linear observations. More recently, low-rank approximation techniques have become prominent tools to approach problems arising in machine learning, system identification and quantum tomography.

In sparse and low-rank estimation problems, the challenge is the inherent intractability of the objective function, and one needs efficient methods to capture the low-dimensionality of these models. Convex optimization is often a promising tool to attack such problems. An intractable problem with a combinatorial objective can often be "relaxed" to obtain a tractable but almost as powerful convex optimization problem. This dissertation studies convex optimization techniques that can take advantage of low-dimensional representations of the underlying high-dimensional data. We provide provable guarantees that ensure that the proposed algorithms will succeed under reasonable conditions, and answer questions of the following flavor:

More specifically, i) Focusing on linear inverse problems, we generalize the classical error bounds known for the least-squares technique to the lasso formulation, which incorporates the signal model. ii) We show that intuitive convex approaches do not perform as well as expected when it comes to signals that have multiple low-dimensional structures simultaneously. iii) Finally, we propose convex relaxations for the graph clustering problem and give sharp performance guarantees for a family of graphs arising from the so-called stochastic block model. We pay particular attention to the following aspects. For i) and ii), we aim to provide a general geometric framework, in which the results on sparse and low-rank estimation can be obtained as special cases. For i) and iii), we investigate the precise performance characterization, which yields the right constants in our bounds and the true dependence between the problem parameters.

Yb：YAG晶体的红外闪烁特性

用脉冲电子束激发测量了不同Yb^3+掺杂浓度的Yb：YAG晶体的红外(IR)闪烁发光性能。Yb：YAG晶体的IR闪烁发光具有高的光产额和长的衰减时间，但存在浓度猝灭效应和温度依赖关系。Yb：YAG晶体的IR闪烁性能还与晶体品质有关，相同掺杂浓度的Yb：YAG晶体，品质优异的会获得更高的光产额。这一初步的研究成果表明，部分掺Yb^3+晶体有可能用于医学成像装置。

Meio quilo de gente! - produção do prazer de ver e construção da pessoa fetal mediada pela ultra-sonografia: um estudo etnográfico em clínicas de imagem na cidade do Rio de Janeiro

O foco central desta tese consiste em procurar compreender um fenômeno que se verifica na atualidade em torno das imagens ultra-sonográficas fetais. O que era a princípio e em princípio uma tecnologia de imagem médica, inventada com propósitos diagnósticos, gradualmente transformou-se em objeto de consumo e lazer. Para investigar o fenômeno, a pesquisa teórica aborda como foram construídos o olhar e o observador modernos, e de que modo as tecnologias de imageamento médico incidem na construção social do corpo. Outro aspecto teórico consiste na investigação, de um ponto de vista sócio-histórico, acerca da produção da gravidez e do feto como temas médicos, e de que modo a tecnologia de ultra-som aplicada à obstetrícia está situada na articulação de vários processos: o da construção de um novo olhar, o das reconfigurações do corpo, o da medicalização da gestação e do feto e, finalmente, o da construção do feto como Pessoa antes de seu nascimento. Estudos antropológicos produzidos no exterior, ao longo da década de 1990, apontaram que o fenômeno envolvendo as imagens fetais encontrava-se inscrito nos e delimitado pelos códigos socioculturais específicos de onde ocorriam. A inexistência de pesquisas acerca do tema, no contexto brasileiro, foi o ponto de partida para uma investigação empírica. Foi realizada uma observação antropológica de ultra-sonografias obstétricas, em abordagem etnográfica, em três clínicas privadas de imagem, ao longo de 2003, no Rio de Janeiro, visando compreender como tal fenômeno se dava, de que modo era produzido e significado pelos atores e quais os desdobramentos de tais práticas, modelados por especificidades culturais locais. O trabalho de campo evidenciou que a ultra-sonografia obstétrica caracteriza-se por ser uma tecnologia de imagem interativa, em contraste com outras técnicas de imageamento médico, uma peculiaridade que propicia a construção de diversos significados a partir das imagens fetais cinzentas e esfumaçadas. A produção do prazer de ver o feto é a pedra de toque que une o útil ao agradável, e o consumo de imagens é um ponto de articulação de diversas questões expostas ao longo da tese. Pode-se pensar nesta situação como parte de um panopticismo que devassa corpos femininos e fetais, em um mesmo processo normatizando-os e construindo novos sujeitos calcados em corporalidades virtuais.

Entre crânios analógicos e imagens digitais: alguns antecedentes históricos e culturais das tecnologias de neuro-imageamento

Nos últimos anos, temos nos deparado com a difusão maciça e a popularização crescente de descrições biológicas para aspectos outrora pensados como mentais, sociais, ou relacionais. Visível em diversas arenas leigas e científicas, esta tendência freqüentemente elege o cérebro como o órgão privilegiado da sua atenção. A cada semana é divulgada uma nova localização cerebral correlacionada os mais variados aspectos comportamentais e ou de personalidade. Acompanhando este movimento, é notável o esforço intelectual e financeiro despendido nos últimos anos no campo da saúde mental, no sentido de fazer avançar pesquisas cujo foco central é a descoberta das bases neurobiológicas dos transtornos mentais. Esta tendência apontaria na direção de uma fusão entre a psiquiatria e a neurologia em uma disciplina única, de teor fisicalista, chamada por alguns de cerebrologia. Dentre os acontecimentos que serviram de alicerce para a legitimação e a popularização desta tendência, o desenvolvimento nas últimas décadas de novas técnicas e tecnologias de visualização médica, como a tomografia por emissão de pósitrons (PET scan) e a ressonância magnética funcional (fMRI), foi fundamental. Elas permitiram a construção de imagens das mais diversas categorias nosográficas construídas no campo psiquiátrico, veiculando tacitamente uma série de pressupostos e promessas. Malgrado o imaginário cultural sustentado por estas tecnologias e todo o esforço despendido nas últimas décadas no sentido de se tentar localizar os marcadores biológicos dos transtornos psiquiátricos, não há, até o presente momento, nenhum resultado conclusivo que autorize o diagnóstico por imagem de nosografias como a esquizofrenia, a depressão, e muito menos o jogo patológico. Apesar de todo o alarde midiático e dos montantes milionários direcionados para pesquisas nesta área, os resultados concretos obtidos até agora não estão livres das mais ferozes controvérsias. Entretanto, ainda que estejamos muito longe da construção de mapas precisos para as perturbações mentais é espantoso o poder de convencimento que as neuro-imagens comportam na atualidade. Os scans são exibidos como verdades visuais, ou fatos acerca das pessoas e do mundo, numa proporção muito superior aos dados que apresentam. Alguns críticos chamam este aspecto de neurorealismo, ou de retórica da auto-evidência. A intenção deste trabalho é problematizar o poder persuasivo que as neuro-imagens detém na contemporaneidade, especialmente quando utilizadas com a finalidade diagnóstica no campo da saúde mental. Se estas imagens transmitem uma ideia de neutralidade, transparência imediata e auto-evidência, este trabalho almeja inseri-las num contexto sócio-histórico, a partir do qual puderam adquirir sentido, familiaridade e valor de verdade. O ponto de partida é o de que elas estão localizadas no cruzamento de dois movimentos históricos distintos: o das ilustrações médicas, em sua relação com a produção de conhecimento objetivo; e o das pesquisas acerca da localização no córtex cerebral de comportamentos complexos e traços de personalidade. Além de estabelecer algumas condições históricas de possibilidade para a emergência de um neo-localizacionismo cerebral, mediado pelas novas tecnologias de imageamento, pretende-se enfatizar algumas descontinuidades com projetos anteriores e marcar a influência do contexto cultural da atualidade para o sucesso e poder persuasivo deste tipo de tecnologia.