Recognition of Facial Expressions with Autoencoders and Convolutional-Nets

Les humains communiquent via différents types de canaux: les mots, la voix, les gestes du corps, des émotions, etc. Pour cette raison, un ordinateur doit percevoir ces divers canaux de communication pour pouvoir interagir intelligemment avec les humains, par exemple en faisant usage de microphones et de webcams. Dans cette thèse, nous nous intéressons à déterminer les émotions humaines à partir d’images ou de vidéo de visages afin d’ensuite utiliser ces informations dans différents domaines d’applications. Ce mémoire débute par une brève introduction à l'apprentissage machine en s’attardant aux modèles et algorithmes que nous avons utilisés tels que les perceptrons multicouches, réseaux de neurones à convolution et autoencodeurs. Elle présente ensuite les résultats de l'application de ces modèles sur plusieurs ensembles de données d'expressions et émotions faciales. Nous nous concentrons sur l'étude des différents types d’autoencodeurs (autoencodeur débruitant, autoencodeur contractant, etc) afin de révéler certaines de leurs limitations, comme la possibilité d'obtenir de la coadaptation entre les filtres ou encore d’obtenir une courbe spectrale trop lisse, et étudions de nouvelles idées pour répondre à ces problèmes. Nous proposons également une nouvelle approche pour surmonter une limite des autoencodeurs traditionnellement entrainés de façon purement non-supervisée, c'est-à-dire sans utiliser aucune connaissance de la tâche que nous voulons finalement résoudre (comme la prévision des étiquettes de classe) en développant un nouveau critère d'apprentissage semi-supervisé qui exploite un faible nombre de données étiquetées en combinaison avec une grande quantité de données non-étiquetées afin d'apprendre une représentation adaptée à la tâche de classification, et d'obtenir une meilleure performance de classification. Finalement, nous décrivons le fonctionnement général de notre système de détection d'émotions et proposons de nouvelles idées pouvant mener à de futurs travaux.

Simulation des fonctions de texture bidirectionnelles

Le réalisme des objets en infographie exige de simuler adéquatement leur apparence sous divers éclairages et à différentes échelles. Une solution communément adoptée par les chercheurs consiste à mesurer avec l’aide d’appareils calibrés la réflectance d’un échantillon de surface réelle, pour ensuite l’encoder sous forme d’un modèle de réflectance (BRDF) ou d’une texture de réflectances (BTF). Malgré des avancées importantes, les données ainsi mises à la portée des artistes restent encore très peu utilisées. Cette réticence pourrait s’expliquer par deux raisons principales : (1) la quantité et la qualité de mesures disponibles et (2) la taille des données. Ce travail propose de s’attaquer à ces deux problèmes sous l’angle de la simulation. Nous conjecturons que le niveau de réalisme du rendu en infographie produit déjà des résultats satisfaisants avec les techniques actuelles. Ainsi, nous proposons de précalculer et encoder dans une BTF augmentée les effets d’éclairage sur une géométrie, qui sera par la suite appliquée sur les surfaces. Ce précalcul de rendu et textures étant déjà bien adopté par les artistes, il pourra mieux s’insérer dans leurs réalisations. Pour nous assurer que ce modèle répond aussi aux exigences des représentations multi-échelles, nous proposons aussi une adaptation des BTFs à un encodage de type MIP map.

A robust algorithm for segmenting fluorescence images and its application to single-molecule counting

La microscopie par fluorescence de cellules vivantes produit de grandes quantités de données. Ces données sont composées d’une grande diversité au niveau de la forme des objets d’intérêts et possèdent un ratio signaux/bruit très bas. Pour concevoir un pipeline d’algorithmes efficaces en traitement d’image de microscopie par fluorescence, il est important d’avoir une segmentation robuste et fiable étant donné que celle-ci constitue l’étape initiale du traitement d’image. Dans ce mémoire, je présente MinSeg, un algorithme de segmentation d’image de microscopie par fluorescence qui fait peu d’assomptions sur l’image et utilise des propriétés statistiques pour distinguer le signal par rapport au bruit. MinSeg ne fait pas d’assomption sur la taille ou la forme des objets contenus dans l’image. Par ce fait, il est donc applicable sur une grande variété d’images. Je présente aussi une suite d’algorithmes pour la quantification de petits complexes dans des expériences de microscopie par fluorescence de molécules simples utilisant l’algorithme de segmentation MinSeg. Cette suite d’algorithmes a été utilisée pour la quantification d’une protéine nommée CENP-A qui est une variante de l’histone H3. Par cette technique, nous avons trouvé que CENP-A est principalement présente sous forme de dimère.

Apprentissage d'espaces sémantiques

Dans cette dissertation, nous présentons plusieurs techniques d’apprentissage d’espaces sémantiques pour plusieurs domaines, par exemple des mots et des images, mais aussi à l’intersection de différents domaines. Un espace de représentation est appelé sémantique si des entités jugées similaires par un être humain, ont leur similarité préservée dans cet espace. La première publication présente un enchaînement de méthodes d’apprentissage incluant plusieurs techniques d’apprentissage non supervisé qui nous a permis de remporter la compétition “Unsupervised and Transfer Learning Challenge” en 2011. Le deuxième article présente une manière d’extraire de l’information à partir d’un contexte structuré (177 détecteurs d’objets à différentes positions et échelles). On montrera que l’utilisation de la structure des données combinée à un apprentissage non supervisé permet de réduire la dimensionnalité de 97% tout en améliorant les performances de reconnaissance de scènes de +5% à +11% selon l’ensemble de données. Dans le troisième travail, on s’intéresse à la structure apprise par les réseaux de neurones profonds utilisés dans les deux précédentes publications. Plusieurs hypothèses sont présentées et testées expérimentalement montrant que l’espace appris a de meilleures propriétés de mixage (facilitant l’exploration de différentes classes durant le processus d’échantillonnage). Pour la quatrième publication, on s’intéresse à résoudre un problème d’analyse syntaxique et sémantique avec des réseaux de neurones récurrents appris sur des fenêtres de contexte de mots. Dans notre cinquième travail, nous proposons une façon d’effectuer de la recherche d’image ”augmentée” en apprenant un espace sémantique joint où une recherche d’image contenant un objet retournerait aussi des images des parties de l’objet, par exemple une recherche retournant des images de ”voiture” retournerait aussi des images de ”pare-brises”, ”coffres”, ”roues” en plus des images initiales.

Investigations on Ultrasonic Transducer Array Systems for NDE of Underwater Pipelines

The main objective of carrying out this investigation is to develop suitable transducer array systems so that underwater pipeline inspection could be carried out in a much better way, a focused beam and electronic steering can reduce inspection time as well. Better results are obtained by optimizing the array parameters. The spacing between the elements is assumed to be half the wavelength so that the interelement interaction is minimum. For NDT applications these arrays are operated at MHz range. The wavelengths become very small in these frequency ranges. Then the size of the array elements becomes very small, requiring hybrid construction techniques for their fabrication. Transducer elements have been fabricated using PVDF as the active, mild steel as the backing and conducting silver preparation as the bonding materials. The transducer is operated in the (3,3) mode. The construction of a high frequency array is comparatively complicated. The interelement spacing between the transducer elements becomes considerably small when high frequencies are considered. It becomes very difficult to construct the transducer manually. The electrode connections to the elements can produce significant loading effect. The array has to be fabricated using hybrid construction techniques. The active materials has to be deposited on a proper substrate and etching techniques are required to fabricate the array. The annular ring, annular cylindrical or other similar structural forms of arrays may also find applications in the near future in treatments were curved contours of the human body are affected.

Strategies for Inverse Profiling of Two Dimensional Dielectric Scatterers Using Electromagnetic Illumination

Electromagnetic tomography has been applied to problems in nondestructive evolution, ground-penetrating radar, synthetic aperture radar, target identification, electrical well logging, medical imaging etc. The problem of electromagnetic tomography involves the estimation of cross sectional distribution dielectric permittivity, conductivity etc based on measurement of the scattered fields. The inverse scattering problem of electromagnetic imaging is highly non linear and ill posed, and is liable to get trapped in local minima. The iterative solution techniques employed for computing the inverse scattering problem of electromagnetic imaging are highly computation intensive. Thus the solution to electromagnetic imaging problem is beset with convergence and computational issues. The attempt of this thesis is to develop methods suitable for improving the convergence and reduce the total computations for tomographic imaging of two dimensional dielectric cylinders illuminated by TM polarized waves, where the scattering problem is defmed using scalar equations. A multi resolution frequency hopping approach was proposed as opposed to the conventional frequency hopping approach employed to image large inhomogeneous scatterers. The strategy was tested on both synthetic and experimental data and gave results that were better localized and also accelerated the iterative procedure employed for the imaging. A Degree of Symmetry formulation was introduced to locate the scatterer in the investigation domain when the scatterer cross section was circular. The investigation domain could thus be reduced which reduced the degrees of freedom of the inverse scattering process. Thus the entire measured scattered data was available for the optimization of fewer numbers of pixels. This resulted in better and more robust reconstructions of the scatterer cross sectional profile. The Degree of Symmetry formulation could also be applied to the practical problem of limited angle tomography, as in the case of a buried pipeline, where the ill posedness is much larger. The formulation was also tested using experimental data generated from an experimental setup that was designed. The experimental results confirmed the practical applicability of the formulation.

Thread Scheduling Mechanisms for Multiple-Context Parallel Processors

Scheduling tasks to efficiently use the available processor resources is crucial to minimizing the runtime of applications on shared-memory parallel processors. One factor that contributes to poor processor utilization is the idle time caused by long latency operations, such as remote memory references or processor synchronization operations. One way of tolerating this latency is to use a processor with multiple hardware contexts that can rapidly switch to executing another thread of computation whenever a long latency operation occurs, thus increasing processor utilization by overlapping computation with communication. Although multiple contexts are effective for tolerating latency, this effectiveness can be limited by memory and network bandwidth, by cache interference effects among the multiple contexts, and by critical tasks sharing processor resources with less critical tasks. This thesis presents techniques that increase the effectiveness of multiple contexts by intelligently scheduling threads to make more efficient use of processor pipeline, bandwidth, and cache resources. This thesis proposes thread prioritization as a fundamental mechanism for directing the thread schedule on a multiple-context processor. A priority is assigned to each thread either statically or dynamically and is used by the thread scheduler to decide which threads to load in the contexts, and to decide which context to switch to on a context switch. We develop a multiple-context model that integrates both cache and network effects, and shows how thread prioritization can both maintain high processor utilization, and limit increases in critical path runtime caused by multithreading. The model also shows that in order to be effective in bandwidth limited applications, thread prioritization must be extended to prioritize memory requests. We show how simple hardware can prioritize the running of threads in the multiple contexts, and the issuing of requests to both the local memory and the network. Simulation experiments show how thread prioritization is used in a variety of applications. Thread prioritization can improve the performance of synchronization primitives by minimizing the number of processor cycles wasted in spinning and devoting more cycles to critical threads. Thread prioritization can be used in combination with other techniques to improve cache performance and minimize cache interference between different working sets in the cache. For applications that are critical path limited, thread prioritization can improve performance by allowing processor resources to be devoted preferentially to critical threads. These experimental results show that thread prioritization is a mechanism that can be used to implement a wide range of scheduling policies.

Análisis de las tensiones geopolíticas entre Kirguistán y Uzbekistán por el Valle de Fergana y sus recursos energéticos durante el periodo 2001-2010

Las tensiones geopolíticas entre Kirguistán y Uzbekistán por el Valle de Fergana durante el periodo 2001-2010 a partir de un análisis histórico de la formación de la población y la influencia de los diferentes imperios en la región. Adicionalmente, los aspectos relativos a la importancia de los recursos energéticos en el Valle de Fergana como la configuración de las tensiones generadas entre estos dos países, haciendo énfasis en el conflicto étnico latente que se ha generado en la zona. De se utilizarán la teoría constructivista de Alexander Wendt y la teoría de la geopolítica de Yves Lacoste.

Análisis geopolítico de las relaciones y tensiones político-militares entre Rusia y Georgia a raíz de su participación en el conflicto de independencia de Osetia del Sur entre 2004 y 2008

Desde la caída de la URSS el continente Euroasiático ha sufrido cambios importantes como una nueva configuración del Sistema Internacional que generó procesos políticos a través de la lucha de los Estados por alcanzar sus objetivos. La ubicación geográfica y los recursos resaltan la importancia de la zona y es por esto empiezan los conflictos entre los Estados por obtener un control y poder sobre estos territorios. Rusia afianzo su fuerza con la influencia que logró sobre los territorios que quedaron después de la disolución de la URSS en 1991 creando así una zona de protección y apoyo para sus intereses. Por su lado Georgia que había logrado finalmente su independencia total buscaba consolidar una estabilidad política, económica, social y cultural, elementos que se habían perdido un poco después de las invasiones y ocupaciones por otros poderes. En este contexto cae como una bomba la intención independentista de Abjasia y Osetia del Sur, territorios que siempre habían estado bajo mando de otros poderes y ahora querían libertad a través de la conformación de un Estado propio y una autonomía que les permitiera tener un gobierno y un aparato estatal que velara por sus intereses. Este trabajo se centrará en contestar a la siguiente pregunta ¿De qué manera la situación geopolítica de Osetia del Sur y Abjasia y las relaciones entre Rusia y Georgia influyeron en el conflicto generado a partir de la intención de independencia de los territorios de Abjasia y Osetia del Sur?

Calidad de vida en personas con hemofilia: una revisión de la literatura

Introducción: La hemofilia es una enfermedad poco frecuente; no obstante, los avances en los tratamientos de pacientes hemofílicos en las últimas décadas han generado cambios en su calidad de vida. Esto ha motivado el desarrollo de múltiples investigaciones al respecto. Objetivo: Revisar la literatura sobre la calidad de vida en el paciente hemofílico, producida en el periodo 2008-2012. Método: Se consultaron algunas bases de datos científicas utilizando como palabras clave “hemofilia” y “calidad de vida”. Se recopiló la información encontrada y se organizó según los objetivos propuestos en “factores negativos” y “factores protectores” de la calidad de vida a nivel fisiológico, psicosocial y cultural; “instrumentos para la evaluación de la calidad de vida” a nivel específico y general; y antecedentes empíricos de los últimos cinco años en los que se evaluara la calidad de vida o se realizara alguna intervención en la misma. Resultados: En general la información disponible sobre el comportamiento epidemiológico de la hemofilia es limitada. El interés por factores protectores y negativos es principalmente de tipo fisiológico, aunque se encontraron factores de tipo psicosocial y cultural, lo que indica la importancia de profundizar en esta temática. Existen pocos instrumentos especializados para la evaluación de la calidad de vida en hemofílicos. La evidencia empírica se centra en la evaluación. Conclusión: El estudio de la calidad de vida en pacientes hemofílicos amerita ser abordado de manera interdisciplinaria.

Política exterior de Canadá en el ártico: entre la seguridad nacional y la prosperidad económica (2006-2011)

En el año 2010 el gobierno de Canadá pública su estrategia de política exterior hacia el Ártico, en la cual manifiesta que esta región es una de las principales prioridades del Gobierno de Stephen Harper en materia de política exterior. Así las cosas, a partir de la perspectiva teórica del realismo neoclásico la investigación se enfoca en analizar por qué la seguridad nacional y la prosperidad económica son los principales intereses de este Gobierno en la zona.

Uso del gas como recurso estratégico en la política exterior rusa. Análisis de caso Ucrania periodo 2000-2010

Estudio de caso que busca evaluar el uso del gas natural dentro de la política exterior rusa como recurso estratégico en las relaciones con Ucrania. Se describe y analiza cómo la importancia geoestratégica de Ucrania genera una percepción de seguridad y relevancia económica en Rusia, por esta razón la Federación utiliza el gas natural como mecanismo de presión frente al Estado ucraniano para satisfacer sus intereses nacionales en función de los elementos mencionados anteriormente.Todo lo anterior a través de la Teoría del Heartland desarrollada por Halford Mackinder y El Concepto de Área Pivote de Zbigniew Brzezinski para determinar cómo se genera la importancia del Estado ucraniano frente a Rusia

Estado situacional de los modelos basados en agentes y su impacto en la investigación organizacional

En un mundo hiperconectado, dinámico y cargado de incertidumbre como el actual, los métodos y modelos analíticos convencionales están mostrando sus limitaciones. Las organizaciones requieren, por tanto, herramientas útiles que empleen tecnología de información y modelos de simulación computacional como mecanismos para la toma de decisiones y la resolución de problemas. Una de las más recientes, potentes y prometedoras es el modelamiento y la simulación basados en agentes (MSBA). Muchas organizaciones, incluidas empresas consultoras, emplean esta técnica para comprender fenómenos, hacer evaluación de estrategias y resolver problemas de diversa índole. Pese a ello, no existe (hasta donde conocemos) un estado situacional acerca del MSBA y su aplicación a la investigación organizacional. Cabe anotar, además, que por su novedad no es un tema suficientemente difundido y trabajado en Latinoamérica. En consecuencia, este proyecto pretende elaborar un estado situacional sobre el MSBA y su impacto sobre la investigación organizacional.

Turquía: puente, escudo o punta de lanza de occidente?

Turquía es el resultado exitoso de la implementación de un esquema en principio ajeno a sus características históricas tradicionales, que ha dado como resultado un modelo de gobierno laico y basado en un sistema Occidental

Perfil microbiológico, prevalencia de resistencia antibiótica y patrones de susceptibilidad en infección urinaria en una población pediátrica

Introducción: El incremento de la resistencia antibiótica se considera un problema de salud pública con consecuencias clínicas y económicas, por lo tanto se determinará la prevalencia de resistencia antibiótica en Infección del Tracto Urinario (ITU, el perfil microbiológico y los patrones de susceptibilidad en una población pediátrica atendida en la Fundación Cardioinfantil. Materiales y métodos: Estudio observacional de corte transversal, retrospectivo, entre 1 mes a 18 años de edad, con diagnóstico de ITU comunitaria atendidos entre Enero de 2011 y Diciembre de 2013. Se excluyeron pacientes con dispositivos en la vía urinaria, instrumentación quirúrgica previa, trayectos fistulosos entre la vía urinaria y sistema digestivo, ITU luego de 48 horas de hospitalización y recaída clínica en tratamiento. Se estableció la prevalencia de ITU resistente y se realizó un análisis descriptivo de la información. Resultados: Se evaluaron 385 registros clínicos, con una mediana de 1.08 años (RIQ 0.8 – 4.08), el 73.5% eran niñas. La fiebre predominó (76.5%), seguido de emesis (32.0%), disuria (23.7%) y dolor abdominal (23.1%). El uropatógeno más frecuente fue E.coli (75%), seguido de Proteus mirabilis (8.5%) y Klebsiella spp. (8.3%). La Ampicilina, el Trimetropim sulfametoxazol, la Ampicilina sulbactam y el ácido nalidixico tuvieron mayor tasa de resistencia. La prevalencia de BLEE fue 5.2% y AmpC 3.9%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%. Conclusiones: La E.coli es el uropatogeno más frecuentemente aislado en ITU, con resistencia a la ampicilina en 60.2%, cefalosporinas de primera generación en 15.5%, trimetropin sulfametoxazol en 43.9%, cefepime 4.8%. La prevalencia de resistencia antimicrobiana fue de 11.9%.