Integration of Pore Features into the Evaluation of Fingerprint Evidence

Fingerprint practitioners rely on level 3 features to make decisions in relation to the source of an unknown friction ridge skin impression. This research proposes to assess the strength of evidence associated with pores when shown in (dis)agreement between a mark and a reference print. Based upon an algorithm designed to automatically detect pores, a metric is defined in order to compare different impressions. From this metric, the weight of the findings is quantified using a likelihood ratio. The results obtained on four configurations and 54 donors show the significant contribution of the pore features and translate into statistical terms what latent fingerprint examiners have developed holistically through experience. The system provides LRs that are indicative of the true state under both the prosecution and the defense propositions. Not only such a system brings transparency regarding the weight to assign to such features, but also forces a discussion in relation to the risks of such a model to mislead.

Importance of the subscapularis muscle after total shoulder arthroplasty.

BACKGROUND: The rotator cuff muscles are the main stabilizer of the glenohumeral joint. After total shoulder arthroplasty using anterior approaches, a dysfunction of the subscapularis muscle has been reported. In the present paper we tested the hypothesis that a deficient subscapularis following total shoulder arthroplasty can induce joint instability. METHODS: To test this hypothesis we have developed an EMG-driven musculoskeletal model of the glenohumeral joint. The model was based on an algorithm that minimizes the difference between measured and predicted muscular activities, while satisfying the mechanical equilibrium of the glenohumeral joint. A movement of abduction in the scapular plane was simulated. We compared a normal and deficient subscapularis. Muscle forces, joint force, contact pattern and humeral head translation were evaluated. FINDINGS: To satisfy the mechanical equilibrium, a deficient subscapularis induced a decrease of the force of the infraspinatus muscle. This force decrease was balanced by an increase of the supraspinatus and middle deltoid. As a consequence, the deficient subscapularis induced an upward migration of the humeral head, an eccentric contact pattern and higher stress within the cement. INTERPRETATION: These results confirm the importance of the suscapularis for the long-term stability of total shoulder arthroplasty.

Biomechanical analysis of alpine skiers performing giant slalom turns

Over the past few years, technological breakthroughs have helpedcompetitive sports to attain new levels. Training techniques, athletes' management and methods to analyse specific technique and performancehave sharpened, leading to performance improvement. Alpine skiing is not different. The objective of the present work was to study the technique of highy skilled alpine skiers performing giant slalom, in order to determine the quantity of energy that can be produced by skiers to increase their speed. To reach this goal, several tools have been developed to allow field testing on ski slopes; a multi cameras system, a wireless synchronization system, an aerodynamic drag model and force plateforms have especially been designed and built. The analyses performed using the different tools highlighted the possibility for several athletes to increase their energy by approximately 1.5 % using muscular work. Nevertheless, the athletes were in average not able to use their muscular work in an efficient way. By offering functional tools such as drift analysis using combined data from GPS and inertial sensors, or trajectory analysis based on tracking morphological points, this research makes possible the analysis of alpine skiers technique and performance in real training conditions. The author wishes for this work to be used as a basis for continued knowledge and understanding of alpine skiing technique. - Le sport de compétition bénéficie depuis quelques années des progrès technologiques apportés par la science. Les techniques d'entraînement, le suivi des athlètes et les méthodes d'analyse deviennent plus pointus, induisant une nette amélioration des performances. Le ski alpin ne dérogeant pas à cette règle, l'objectif de ce travail était d'analyser la technique de skieurs de haut niveau en slalom géant afin de déterminer la quantité d'énergie fournie par les skieurs pour augmenter leur vitesse. Pour ce faire, il a été nécessaire de developer différents outils d'analyse adaptés aux contraintes inhérentes aux tests sur les pistes de skis; un système multi caméras, un système de synchronisation, un modèle aérodynamique et des plateformes de force ont notamment été développés. Les analyses effectuées grâce à ces différents outils ont montré qu'il était possible pour certains skieur d'augmenter leur énergie d'environ 1.5 % grâce au travail musculaire. Cependant, les athlètes n'ont en moyenne pas réussi à utiliser leur travail musculaire de manière efficace. Ce projet a également rendu possible des analyses adaptées aux conditions d'entraînement des skieurs en proposant des outils fonctionnels tels que l'analyse du drift grâce à des capteurs inertiels et GPS, ainsi que l'analyse simplifiée de trajectoires grâce au suivi de points morphologiques. L'auteur espère que ce travail servira de base pour approfondir les connaissances de la technique en ski alpin.

Integration of Bridge Damage Detection Concepts and Components (3 volumes), TR-636, 2013

This work is divided into three volumes: Volume I: Strain-Based Damage Detection; Volume II: Acceleration-Based Damage Detection; Volume III: Wireless Bridge Monitoring Hardware. Volume I: In this work, a previously-developed structural health monitoring (SHM) system was advanced toward a ready-for-implementation system. Improvements were made with respect to automated data reduction/analysis, data acquisition hardware, sensor types, and communication network architecture. The statistical damage-detection tool, control-chart-based damage-detection methodologies, were further investigated and advanced. For the validation of the damage-detection approaches, strain data were obtained from a sacrificial specimen attached to the previously-utilized US 30 Bridge over the South Skunk River (in Ames, Iowa), which had simulated damage,. To provide for an enhanced ability to detect changes in the behavior of the structural system, various control chart rules were evaluated. False indications and true indications were studied to compare the damage detection ability in regard to each methodology and each control chart rule. An autonomous software program called Bridge Engineering Center Assessment Software (BECAS) was developed to control all aspects of the damage detection processes. BECAS requires no user intervention after initial configuration and training. Volume II: In this work, a previously developed structural health monitoring (SHM) system was advanced toward a ready-for-implementation system. Improvements were made with respect to automated data reduction/analysis, data acquisition hardware, sensor types, and communication network architecture. The objective of this part of the project was to validate/integrate a vibration-based damage-detection algorithm with the strain-based methodology formulated by the Iowa State University Bridge Engineering Center. This report volume (Volume II) presents the use of vibration-based damage-detection approaches as local methods to quantify damage at critical areas in structures. Acceleration data were collected and analyzed to evaluate the relationships between sensors and with changes in environmental conditions. A sacrificial specimen was investigated to verify the damage-detection capabilities and this volume presents a transmissibility concept and damage-detection algorithm that show potential to sense local changes in the dynamic stiffness between points across a joint of a real structure. The validation and integration of the vibration-based and strain-based damage-detection methodologies will add significant value to Iowa’s current and future bridge maintenance, planning, and management Volume III: In this work, a previously developed structural health monitoring (SHM) system was advanced toward a ready-for-implementation system. Improvements were made with respect to automated data reduction/analysis, data acquisition hardware, sensor types, and communication network architecture. This report volume (Volume III) summarizes the energy harvesting techniques and prototype development for a bridge monitoring system that uses wireless sensors. The wireless sensor nodes are used to collect strain measurements at critical locations on a bridge. The bridge monitoring hardware system consists of a base station and multiple self-powered wireless sensor nodes. The base station is responsible for the synchronization of data sampling on all nodes and data aggregation. Each wireless sensor node include a sensing element, a processing and wireless communication module, and an energy harvesting module. The hardware prototype for a wireless bridge monitoring system was developed and tested on the US 30 Bridge over the South Skunk River in Ames, Iowa. The functions and performance of the developed system, including strain data, energy harvesting capacity, and wireless transmission quality, were studied and are covered in this volume.

Origin of the spectral shifts among the early intermediates of the rhodopsin photocycle.

A combined strategy based on the computation of absorption energies, using the ZINDO/S semiempirical method, for a statistically relevant number of thermally sampled configurations extracted from QM/MM trajectories is used to establish a one-to-one correspondence between the structures of the different early intermediates (dark, batho, BSI, lumi) involved in the initial steps of the rhodopsin photoactivation mechanism and their optical spectra. A systematic analysis of the results based on a correlation-based feature selection algorithm shows that the origin of the color shifts among these intermediates can be mainly ascribed to alterations in intrinsic properties of the chromophore structure, which are tuned by several residues located in the protein binding pocket. In addition to the expected electrostatic and dipolar effects caused by the charged residues (Glu113, Glu181) and to strong hydrogen bonding with Glu113, other interactions such as π-stacking with Ala117 and Thr118 backbone atoms, van der Waals contacts with Gly114 and Ala292, and CH/π weak interactions with Tyr268, Ala117, Thr118, and Ser186 side chains are found to make non-negligible contributions to the modulation of the color tuning among the different rhodopsin photointermediates.

Using the optical mouse sensor as a two-euro counterfeit coin detector

In this paper, the sensor of an optical mouse is presented as a counterfeit coin detector applied to the two-Euro case. The detection process is based on the short distance image acquisition capabilities of the optical mouse sensor where partial images of the coin under analysis are compared with some partial reference coin images for matching. Results show that, using only the vision sense, the counterfeit acceptance and rejection rates are very similar to those of a trained user and better than those of an untrained user.

Yksittäistuotannon robotisointi konenäön avulla

Työn tavoitteena oli uuden konenäköpohjaisen hitsausrobottiaseman käyttöönotto ja järjestelmän kehittäminen siten, että voitiin mahdollistaa vähintään vaadittu 70 %:n kaariaikasuhde ohjelmien sisällä. Aseman käyttöönotolla pyrittiin tehostamaan hitsaustyötä ja helpottamaan tuotanto-paineita osavalmistuksen paneeli-linjalla. Hitsausasemalla parannetaan myös työntekijöiden työergonomiaa sekä koko työn imagoa. Kirjallisen osan tarkoituksena oli tutkia robotisoitua hitsausta ja sen tuomia etuja, verrata jo olemassa olevia ohjelmointimenetelmiä uuteen ohjelmointitapaan ja selvittää robottien tarkkuuksia. Kirjallisuusosan jälkimmäisessä osassa tutustuttiin konenäköön ja sen laitteistoihin sekä sovelluksiin. Kirjallisuus-tutkimuksessa selvisi, että uusi ohjelmointimenetelmä on selvä parannus kyseiseen sovellukseen. Käytännön osassa on esitelty konenäköpohjainen hitsausrobottiasema sen suunnittelusta, käyttöönottoon ja tuotantotesteihin asti. Käytännön osassa on lisäksi esitelty asema osana koko automatisointiprojektia. Lisäksi on kerrottu järjestelmän toiminnasta sekä makroista, joihin robotin toiminta perustuu. Lopuksi on tehty katsaus maailmalla olevista vastaavista järjestelmistä ja niiden teknologioista sekä verrattiin niitä tähän uuteen järjestelmään. Tavoitteena olleeseen 70% kaariaikasuhteeseen ohjelmien sisällä päästiin jo lyhyen koejakson aikana. Käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema on tiettävästi ensimmäinen hitsausasema maailmassa, jota ei tarvitse ohjelmoida etukäteen. Ohjelmointiin kuluva aika on minimaalinen, koska operaattori ohjelmoi robotin sen hitsatessa tuotetta. Kokeellinen osa osoitti, että käyttöönotettu konenäköpohjainen hitsausrobottiasema toimii, kuten se oli suunniteltukin. Käyttöönoton yhteydessä huomattiin monia kehitettäviä asioita, joilla järjestelmästä on mahdollista saada vieläkin tehokkaampi.

Rapid optimization of drug combinations for the optimal angiostatic treatment of cancer.

Drug combinations can improve angiostatic cancer treatment efficacy and enable the reduction of side effects and drug resistance. Combining drugs is non-trivial due to the high number of possibilities. We applied a feedback system control (FSC) technique with a population-based stochastic search algorithm to navigate through the large parametric space of nine angiostatic drugs at four concentrations to identify optimal low-dose drug combinations. This implied an iterative approach of in vitro testing of endothelial cell viability and algorithm-based analysis. The optimal synergistic drug combination, containing erlotinib, BEZ-235 and RAPTA-C, was reached in a small number of iterations. Final drug combinations showed enhanced endothelial cell specificity and synergistically inhibited proliferation (p < 0.001), but not migration of endothelial cells, and forced enhanced numbers of endothelial cells to undergo apoptosis (p < 0.01). Successful translation of this drug combination was achieved in two preclinical in vivo tumor models. Tumor growth was inhibited synergistically and significantly (p < 0.05 and p < 0.01, respectively) using reduced drug doses as compared to optimal single-drug concentrations. At the applied conditions, single-drug monotherapies had no or negligible activity in these models. We suggest that FSC can be used for rapid identification of effective, reduced dose, multi-drug combinations for the treatment of cancer and other diseases.

Konenäköavusteinen robotiikka elintarviketeollisuudessa

Elintarvikeala on muita toimialoja kannattomampana jäänyt automatisoinnin kehityksessä jälkeen. Varsinkin pienet - sekä keskisuuret yritykset ovat olleet haluttomia panostamaan automatisointiin. Monet automatisoitavissa olevat sovellutukset ovat jääneet toteuttamatta ja ne tehdään edelleen manuaalisesti. Automaatioyritykset ovat nähneet tämän elintarviketeollisuudessa vallitsevan potentiaalin, mutta prosessit ovat olleet liian hankalia automatisoida kilpailukykyisesti. Teknologioiden kehityttyä on asia kuitenkin muuttunut ja elintarviketeollisuus on täynnä mahdollisuuksia.

Vuokamallisten kartonkipakkausten laadunvarmistuslaitteiston kehittäminen

Diplomityön tavoitteena oli kehittää vuokamallisille kartonkipakkauksille laadunvarmistuslaitteisto. Kirjallisen osan alussa esiteltiin vuokamallisten kartonkipakkausten valmistusprosessia. Tästä siirryttiin laatuasioihin, jossa tärkeimmät asiat olivat kartonkivuokien valmistuksessa esiintyvät laatupoikkeamat ja konenäkö. Tutkimusosan alussa esitellään Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa kehitetty kartonkivuokien valmistuslinjasto. Tämän jälkeen vaatimuslistan pohjalta suunnitellaan kyseiseen linjastoon sopiva automaattinen laadunvalvontalaite, johon sisältyy myös kartonkivuokien siirtolaite. Suunnitteluprosessi aloitettiin koekuvaamalla kartonkivuokia erilaisilla kameroilla ja valaistusmenetelmillä. Koekuvausten perusteella valittiin konenäkölaitteisto. Tämän jälkeen toiminnoista luotiin periaatepiirroksia, joista kehitettiin varsinainen suunnitelma. Työn tuloksena saatiin suunnitelma konenäköön perustuvan automaattisen laadunvalvontalaitteen rakentamiselle.

Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.

Étude électrophysiologique de la suppression interoculaire : implication pour l'amblyopie

L’amblyopie est un trouble développemental de la vision binoculaire. Elle est typiquement caractérisée par des atteintes de l’acuité visuelle et de la stéréoscopie. Toutefois, de plus en plus d’études indiquent la présence d’atteintes plus étendues telles que les difficultés d’attention visuelle ou de lecture. L’amblyopie est généralement expliquée par une suppression interoculaire au niveau cortical, considérée comme chronique ou permanente à l’extérieur de la période développementale. Or, un nombre croissant d’études suggèrent que des interactions binoculaires normales seraient présentes chez les amblyopes adultes. Dans une première étude, nous avons tenté d’identifier un marqueur électrophysiologique de la vision binoculaire. Nous avons enregistré des potentiels évoqués visuels chez des observateurs normaux à qui l’on a induit une dysfonction binoculaire. Les interactions binoculaires étaient caractérisées à l’aide de patrons (facilitation, moyennage et suppression) en comparant les réponses monoculaires et binoculaires. De plus, ces interactions étaient quantifiées à partir d’index d’intégration continus en soustrayant la somme des réponses monoculaires de la réponse binoculaire. Les résultats indiquaient que les patrons d’interaction n’étaient pas optimaux pour estimer les performances stéréoscopiques. Ces dernières étaient, en revanche, mieux expliquées par notre index d’intégration binoculaire. Ainsi, cette étude suggère que l’électrophysiologie est un bon prédicteur de la vision binoculaire. Dans une deuxième étude, nous avons examiné les corrélats neuronaux et comportementaux de la suppression interoculaire chez des amblyopes adultes et des observateurs normaux. Des potentiels évoqués visuels stationnaires ont été enregistrés en utilisant un paradigme de suppression par flash. La suppression était modulée par un changement de contraste du stimulus flash (10, 20, 30, ou 100%), ou le suppresseur, qui était présenté soit dans l’œil dominant ou non-dominant (ou amblyope). Sur le plan comportemental, la suppression interoculaire était observée indépendamment de l’œil stimulé par le flash chez les contrôles. Au contraire, chez les amblyopes, la suppression était asymétrique (c’est-à-dire supérieure lorsqu’elle provenait de l’œil dominant), ce qui suggérait une suppression chronique. De manière intéressante, l’œil amblyope a supprimé l’œil dominant à haut niveau de contraste. Sur le plan électrophysiologique, l’effet de suppression interoculaire observé à la région occipitale était équivalent dans chaque groupe. Toutefois, les réponses électrophysiologiques à la région frontale chez les amblyopes n’étaient pas modulées comme celles des contrôles; la suppression de l’œil amblyope était manifeste même à bas contraste. Nous résultats supportent ainsi l’existence d’interaction binoculaire fonctionnelle chez les amblyopes adultes ainsi que l’implication d’un réseau cortical étendu dans la suppression interoculaire. En somme, l’amblyopie est une condition complexe dont les atteintes corticales et les déficits fonctionnels semblent globaux. L’amblyopie ne doit plus être considérée comme limitée à une dysfonction de l’aire visuelle primaire. La suppression interoculaire semble un point central de cette problématique, mais encore beaucoup d’études seront nécessaires afin de déterminer l’ensemble des mécanismes impliqués dans celle-ci.

Estimating the motion of an underwater robot from a monocular image sequence

When underwater vehicles perform navigation close to the ocean floor, computer vision techniques can be applied to obtain quite accurate motion estimates. The most crucial step in the vision-based estimation of the vehicle motion consists on detecting matchings between image pairs. Here we propose the extensive use of texture analysis as a tool to ameliorate the correspondence problem in underwater images. Once a robust set of correspondences has been found, the three-dimensional motion of the vehicle can be computed with respect to the bed of the sea. Finally, motion estimates allow the construction of a map that could aid to the navigation of the robot

Probabilistic sonar scan matching for an AUV

This paper proposes MSISpIC, a probabilistic sonar scan matching algorithm for the localization of an autonomous underwater vehicle (AUV). The technique uses range scans gathered with a Mechanical Scanning Imaging Sonar (MSIS), the robot displacement estimated through dead-reckoning using a Doppler velocity log (DVL) and a motion reference unit (MRU). The proposed method is an extension of the pIC algorithm. An extended Kalman filter (EKF) is used to estimate the robot-path during the scan in order to reference all the range and bearing measurements as well as their uncertainty to a scan fixed frame before registering. The major contribution consists of experimentally proving that probabilistic sonar scan matching techniques have the potential to improve the DVL-based navigation. The algorithm has been tested on an AUV guided along a 600 m path within an abandoned marina underwater environment with satisfactory results

Sonic Labyrinths - 3 upon a ground (dance mix)

Electronic music based on an algorithm, but with a good deal of human influence. See other items with keywords 'sonic labyrinths' for details.