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

Enhanced Model Selection for motion segmentation

In this paper a novel rank estimation technique for trajectories motion segmentation within the Local Subspace Affinity (LSA) framework is presented. This technique, called Enhanced Model Selection (EMS), is based on the relationship between the estimated rank of the trajectory matrix and the affinity matrix built by LSA. The results on synthetic and real data show that without any a priori knowledge, EMS automatically provides an accurate and robust rank estimation, improving the accuracy of the final motion segmentation

Rank estimation of trajectory matrix in motion segmentation

A novel technique for estimating the rank of the trajectory matrix in the local subspace affinity (LSA) motion segmentation framework is presented. This new rank estimation is based on the relationship between the estimated rank of the trajectory matrix and the affinity matrix built with LSA. The result is an enhanced model selection technique for trajectory matrix rank estimation by which it is possible to automate LSA, without requiring any a priori knowledge, and to improve the final segmentation

Compression-based Image Registration

Image registration is an important component of image analysis used to align two or more images. In this paper, we present a new framework for image registration based on compression. The basic idea underlying our approach is the conjecture that two images are correctly registered when we can maximally compress one image given the information in the other. The contribution of this paper is twofold. First, we show that the image registration process can be dealt with from the perspective of a compression problem. Second, we demonstrate that the similarity metric, introduced by Li et al., performs well in image registration. Two different versions of the similarity metric have been used: the Kolmogorov version, computed using standard real-world compressors, and the Shannon version, calculated from an estimation of the entropy rate of the images

Image Segmentation Using Information Bottleneck Method

In image processing, segmentation algorithms constitute one of the main focuses of research. In this paper, new image segmentation algorithms based on a hard version of the information bottleneck method are presented. The objective of this method is to extract a compact representation of a variable, considered the input, with minimal loss of mutual information with respect to another variable, considered the output. First, we introduce a split-and-merge algorithm based on the definition of an information channel between a set of regions (input) of the image and the intensity histogram bins (output). From this channel, the maximization of the mutual information gain is used to optimize the image partitioning. Then, the merging process of the regions obtained in the previous phase is carried out by minimizing the loss of mutual information. From the inversion of the above channel, we also present a new histogram clustering algorithm based on the minimization of the mutual information loss, where now the input variable represents the histogram bins and the output is given by the set of regions obtained from the above split-and-merge algorithm. Finally, we introduce two new clustering algorithms which show how the information bottleneck method can be applied to the registration channel obtained when two multimodal images are correctly aligned. Different experiments on 2-D and 3-D images show the behavior of the proposed algorithms

An octree isosurface codification based on discrete planes

Describes a method to code a decimated model of an isosurface on an octree representation while maintaining volume data if it is needed. The proposed technique is based on grouping the marching cubes (MC) patterns into five configurations according the topology and the number of planes of the surface that are contained in a cell. Moreover, the discrete number of planes on which the surface lays is fixed. Starting from a complete volume octree, with the isosurface codified at terminal nodes according to the new configuration, a bottom-up strategy is taken for merging cells. Such a strategy allows one to implicitly represent co-planar faces in the upper octree levels without introducing any error. At the end of this merging process, when it is required, a reconstruction strategy is applied to generate the surface contained in the octree intersected leaves. Some examples with medical data demonstrate that a reduction of up to 50% in the number of polygons can be achieved

An information theoretic framework for image segmentation

In this paper, an information theoretic framework for image segmentation is presented. This approach is based on the information channel that goes from the image intensity histogram to the regions of the partitioned image. It allows us to define a new family of segmentation methods which maximize the mutual information of the channel. Firstly, a greedy top-down algorithm which partitions an image into homogeneous regions is introduced. Secondly, a histogram quantization algorithm which clusters color bins in a greedy bottom-up way is defined. Finally, the resulting regions in the partitioning algorithm can optionally be merged using the quantized histogram

Les pintures rupestres prehistòriques del Zemmur (Sahara Occidental)

El treball de tesi ha tingut per objectiu estudiar les pintures rupestres del Zemmur, al Sahara Occidental. El Zemmur és una regió muntanyosa molt rica en abrics, que s'obren a les cingleres dels seus turons de gres baixos, aplanats i allargassats. Aquestes pintures foren descobertes al 1995, quan el personal del ministeri de Cultura de la República Àrab Sahrauí i Democràtica les va mostrar a un equip d'arqueòlegs i antropòlegs de la Universitat de Girona. Les campanyes d'estudi continuades que s'han realitzat en aquests jaciments de pintura rupestre prehistòrica des d'aleshores han proporcionat les dades per aquesta investigació. En total es tracta d'un conjunt de 2734 figures repartides en 130 abrics de 5 jaciments diferents: Uad Ymal, Uadi Kenta, Rekeiz Ajahfun, Rekeiz Lemgasem i Asako. Les hipòtesis a contrastar eren dues. La primera que al Zemmur hi havia diversos estils de pintura rupestre. La segona que la majoria d'aquests estils dataven de la prehistòria. Ambdues han pogut ser verificades i s'han aportat arguments que demostren que eren certes. El treball de tesi ha consistit en fotografiar les pintures, digitalitzar-les, reproduir-les i estudiar-les. Concretament l'estudi ha consistit en descriure-les, classificar-les estilísticament i datar-les. La classificació s'ha realitzat a partir d'una sèrie de criteris morfològics i tècnics. Posteriorment les imatges han estat atribuïdes a diversos estils, que també havien estat definits amb criteris morfotècnics a partir de l'observació de les imatges. La seva existència, i per tant la verificació de la primera hipòtesi, es dedueix de la presència de recurrències morfotècniques en les representacions. Més tard aquests estils han estat ordenats de manera relativa tot estudiant les seves superposicions. La seqüència dels cinc estils identificats, de més antic a més recent és: Balladors, Modelats, Tracejats, Figures Fosques i Linial. Posteriorment s'ha intentat datar cadascun dels estils a partir de les representacions ja que les anàlisis efectuades indicaren que no era possible datar les imatges per tècniques radiomètriques a causa de la manca de matèria orgànica en les pintures. En qualsevol cas, gràcies a les representacions d'armes, d'animals i els textos escrits hem pogut verificar que la majoria d'elles són prehistòriques, tal com apuntàvem en la nostra segona hipòtesi. Finalment s'ha arribat a la conclusió que l'estil dels Balladors data, de manera molt aproximada, d'ara fa entre 3800 i 3200 anys tal com indiquen les representacions d'alabardes. L'estil Linial, el més recent, data d'entre ara fa 2400 i 2000 anys perquè és acompanyat de textos líbico-berbers però no de representacions de camells. Els estils Modelat, Tracejat i Figures Fosques es daten entremig. A part de les conclusions obtingudes, un dels resultats més importants d'aquest treball ha estat la realització del corpus de pintura prehistòrica del Zemmur que consta, com ja hem dit, de milers d'imatges. Per tant aquesta recerca, a més de tractar sobre un material inèdit i d'un gran interès històric, hauria d'ésser útil per a la gestió de tot aquest patrimoni.

Protecció dels dret de copia en imatges digitals

L'objectiu principal d'aquest treball consisteix a aconseguir i documentar algun tipus de sistema que permeti encastar, a una imatge digital, un codi que la identifiqui respecte de la resta de les còpies i que no comporti un canvi visual en la imatge.

Estimació de la massa d'un porc a partir de l'anàlisi d'imatges digitals

El programa permet estimar la massa d'un porc a partir de sis longituds (la llargada i l'amplada en cinc posicions corresponents a espatlla, abdomen i malucs) obtingudes en una imatge digital de l'animal amb la càmera situada en posició zenital. S'adjunten dos conjunts de dades de referència que permeten obtenir l'equació que relaciona la massa del porc amb el seu volum, considerat com una esfera o un cilindre. Manual d'us: Per a usar el programa només cal indicar en la primera secció de codi el nom del fitxer de dades que es vol importar per generar el model pes / volum i en la darrera de totes, la llargada i les cinc amplades (en cm) del porc per al qual es vol estimar la massa.

Les Imatges digitals en l'ensenyament de la Història de l'art: base de dades d'imatges d'art contemporani

L’objectiu d’aquesta comunicació és presentar el treball que s’ha vingut desenvolupant al llarg dels darrers anys en els estudis d’Història de l’art de la Universitat de Girona, i més concretament entorn de l’àrea de coneixement d’Art contemporani. Aquest treball, emmarcat en diversos programes d’innovació docent, va consistir, en una primera fase, en la digitalització del material visual utilitzat en la docència (les anteriors diapositives); i en la fase que actualment estem desenvolupant, en la creació i posta en marxa d’una Base d’imatges d’art contemporani en línia, que està actualment en fase de proves. Des del punt de vista docent, aquest projecte posa èmfasi en l’aspecte que nosaltres considerem clau en l’àmbit de la nostra tasca docent: el que hem intentat és crear una eina que faciliti la tasca dels nostres estudiants posant a la seva disposició tot el material visual treballat a les classes, de manera que el seu procés d’aprenentatge esdevingui molt més autònom i individualitzat. La valoració que els estudiants han fet de les fases del projecte executades fins ara ha estat molt positiva, i per això creiem que aquest projecte continua essent vàlid per al seu desenvolupament futur. Així mateix, aquesta eina s’està mostrant també molt útil pel que fa a temes de recerca, tant per als docents com per els estudiants, i voldríem aprofundir també en aquesta direcció. En la propera fase el que pretenem és afavorir molt més la implicació de l’estudiant, ja que posant al seu abast més recursos, esperem que els utilitzi també de forma més autònoma i creativa, i que això tingui una repercussió positiva en el seu procés d’aprenentatge. Així mateix, i partint del fet que tot aquest material serà disponible on-line, pretenem explorar les possibilitats de connectar el nostre recurs amb altres de similars que puguin altres universitats, amb l’objectiu d’optimitzar-ne l’ús i les potencialitats

Anàlisi i tècniques de processat del senyal per a la generació de mapes eòlics

L’emplaçament del projecte es situa a un parc eòlic marítim, on es vol observar el vent a través del radar VAD, Velocity Azimuth Display, per poder controlar la velocitat de rotació dels aerogeneradors, i poder substituir els actuals anemòmetres. No ens centrarem en el control d’aquest, sinó que l’objectiu principal d’aquest projecte és analitzar el funcionament i processat de dades del VAD. Es proposaran, simularan i estudiaran noves tècniques d’estimació espectral per obtenir una millora important amb les mesures de velocitat, direcció i divergència del vent, per tal de construir un radar més robust a pertorbacions. A més a més, també il·lustrarem mapes eòlics obtinguts a partir de tot el processat.

Creació de recursos digitals per a la innovació docent en Geologia Estructural i Tectònica

El projecte ha estat dedicat a l’elaboració d’una sèrie de recursos didàctics en format digital per a l’ensenyament de les matèries de Geologia Estructural i Tectònica en titulacions universitàries relacionades amb les Ciències de la Terra. L’objectiu és la millora de la formació i del rendiment dels estudiants mitjançant l’elaboració d’activitats de suport no presencials que fomentin l’autoaprenentatge i l’autoregulació per part de l’estudiant. Les activitats intenten aprofitar les noves eines informàtiques disponibles i fomentar l’accés mitjançant la xarxa. El material que s’elabora en el marc del projecte consisteix en: 1) un fons documental d’imatges relacionades amb la Geologia Estructural i la Tectònica amb explicació, disponibles en xarxa i accessibles per motors específics de cerca, 2) un conjunt d’exercicis i casos pràctics, alguns d’ells resolts, i 3) sortides de camp virtuals d’una regió geològica que permeten proposar activitats prèvies a una pràctica presencial de camp o desenvolupar la pràctica a nivell completament autònom. Per aconseguir aquests objectius, les tasques realitzades són: la compilació i digitalització de la base d'imatges d'exemples naturals d'estructures geològiques de deformació de que disposàvem, junt amb la redacció de material explicatiu (text i figures), la selecció d'un conjunt d'exercicis de la disciplina, i la preparació de dades de camp per a la realització de les sortides virtuals. Paral•lelament, aquest material s'ha estat processant per a la seva disposició en xarxa com un recurs lliure y obert, accessible en una website i domini específics (plataforma REDITEC).

Processament de música basat en el seu contingut

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la National University of Singapore Singapur, entre juliol i octubre del 2007. Donada l'explosió de la música a l'internet i la ràpida expansió de les col•leccions de música digital, un repte clau en l'àrea de la informació musical és el desenvolupament de sistemes de processament musical eficients i confiables. L'objectiu de la investigació proposada ha estat treballar en diferents aspectes de l'extracció, modelatge i processat del contingut musical. En particular, s’ha treballat en l'extracció, l'anàlisi i la manipulació de descriptors d'àudio de baix nivell, el modelatge de processos musicals, l'estudi i desenvolupament de tècniques d'aprenentatge automàtic per a processar àudio, i la identificació i extracció d'atributs musicals d'alt nivell. S’han revisat i millorat alguns components d'anàlisis d'àudio i revisat components per a l'extracció de descriptors inter-nota i intra-nota en enregistraments monofónics d'àudio. S’ha aplicat treball previ en Tempo a la formalització de diferents tasques musicals. Finalment, s’ha investigat el processat d'alt nivell de música basandonos en el seu contingut. Com exemple d'això, s’ha investigat com músics professionals expressen i comuniquen la seva interpretació del contingut musical i emocional de peces musicals, i hem usat aquesta informació per a identificar automàticament intèrprets. S’han estudiat les desviacions en paràmetres com to, temps, amplitud i timbre a nivell inter-nota i intra-nota.