Combining 3D and 2D for less constrained periocular recognition

Periocular recognition has recently become an active topic in biometrics. Typically it uses 2D image data of the periocular region. This paper is the first description of combining 3D shape structure with 2D texture. A simple and effective technique using iterative closest point (ICP) was applied for 3D periocular region matching. It proved its strength for relatively unconstrained eye region capture, and does not require any training. Local binary patterns (LBP) were applied for 2D image based periocular matching. The two modalities were combined at the score-level. This approach was evaluated using the Bosphorus 3D face database, which contains large variations in facial expressions, head poses and occlusions. The rank-1 accuracy achieved from the 3D data (80%) was better than that for 2D (58%), and the best accuracy (83%) was achieved by fusing the two types of data. This suggests that significant improvements to periocular recognition systems could be achieved using the 3D structure information that is now available from small and inexpensive sensors.

Using GNG to improve 3D feature extraction—Application to 6DoF egomotion

Several recent works deal with 3D data in mobile robotic problems, e.g. mapping or egomotion. Data comes from any kind of sensor such as stereo vision systems, time of flight cameras or 3D lasers, providing a huge amount of unorganized 3D data. In this paper, we describe an efficient method to build complete 3D models from a Growing Neural Gas (GNG). The GNG is applied to the 3D raw data and it reduces both the subjacent error and the number of points, keeping the topology of the 3D data. The GNG output is then used in a 3D feature extraction method. We have performed a deep study in which we quantitatively show that the use of GNG improves the 3D feature extraction method. We also show that our method can be applied to any kind of 3D data. The 3D features obtained are used as input in an Iterative Closest Point (ICP)-like method to compute the 6DoF movement performed by a mobile robot. A comparison with standard ICP is performed, showing that the use of GNG improves the results. Final results of 3D mapping from the egomotion calculated are also shown.

Estudio y mejora de métodos de registro 3D: aceleración sobre unidades de procesamiento gráfico y caracterización del espacio de transformaciones iniciales

Durante los últimos años ha sido creciente el uso de las unidades de procesamiento gráfico, más conocidas como GPU (Graphic Processing Unit), en aplicaciones de propósito general, dejando a un lado el objetivo para el que fueron creadas y que no era otro que el renderizado de gráficos por computador. Este crecimiento se debe en parte a la evolución que han experimentado estos dispositivos durante este tiempo y que les ha dotado de gran potencia de cálculo, consiguiendo que su uso se extienda desde ordenadores personales a grandes cluster. Este hecho unido a la proliferación de sensores RGB-D de bajo coste ha hecho que crezca el número de aplicaciones de visión que hacen uso de esta tecnología para la resolución de problemas, así como también para el desarrollo de nuevas aplicaciones. Todas estas mejoras no solamente se han realizado en la parte hardware, es decir en los dispositivos, sino también en la parte software con la aparición de nuevas herramientas de desarrollo que facilitan la programación de estos dispositivos GPU. Este nuevo paradigma se acuñó como Computación de Propósito General sobre Unidades de Proceso Gráfico (General-Purpose computation on Graphics Processing Units, GPGPU). Los dispositivos GPU se clasifican en diferentes familias, en función de las distintas características hardware que poseen. Cada nueva familia que aparece incorpora nuevas mejoras tecnológicas que le permite conseguir mejor rendimiento que las anteriores. No obstante, para sacar un rendimiento óptimo a un dispositivo GPU es necesario configurarlo correctamente antes de usarlo. Esta configuración viene determinada por los valores asignados a una serie de parámetros del dispositivo. Por tanto, muchas de las implementaciones que hoy en día hacen uso de los dispositivos GPU para el registro denso de nubes de puntos 3D, podrían ver mejorado su rendimiento con una configuración óptima de dichos parámetros, en función del dispositivo utilizado. Es por ello que, ante la falta de un estudio detallado del grado de afectación de los parámetros GPU sobre el rendimiento final de una implementación, se consideró muy conveniente la realización de este estudio. Este estudio no sólo se realizó con distintas configuraciones de parámetros GPU, sino también con diferentes arquitecturas de dispositivos GPU. El objetivo de este estudio es proporcionar una herramienta de decisión que ayude a los desarrolladores a la hora implementar aplicaciones para dispositivos GPU. Uno de los campos de investigación en los que más prolifera el uso de estas tecnologías es el campo de la robótica ya que tradicionalmente en robótica, sobre todo en la robótica móvil, se utilizaban combinaciones de sensores de distinta naturaleza con un alto coste económico, como el láser, el sónar o el sensor de contacto, para obtener datos del entorno. Más tarde, estos datos eran utilizados en aplicaciones de visión por computador con un coste computacional muy alto. Todo este coste, tanto el económico de los sensores utilizados como el coste computacional, se ha visto reducido notablemente gracias a estas nuevas tecnologías. Dentro de las aplicaciones de visión por computador más utilizadas está el registro de nubes de puntos. Este proceso es, en general, la transformación de diferentes nubes de puntos a un sistema de coordenadas conocido. Los datos pueden proceder de fotografías, de diferentes sensores, etc. Se utiliza en diferentes campos como son la visión artificial, la imagen médica, el reconocimiento de objetos y el análisis de imágenes y datos de satélites. El registro se utiliza para poder comparar o integrar los datos obtenidos en diferentes mediciones. En este trabajo se realiza un repaso del estado del arte de los métodos de registro 3D. Al mismo tiempo, se presenta un profundo estudio sobre el método de registro 3D más utilizado, Iterative Closest Point (ICP), y una de sus variantes más conocidas, Expectation-Maximization ICP (EMICP). Este estudio contempla tanto su implementación secuencial como su implementación paralela en dispositivos GPU, centrándose en cómo afectan a su rendimiento las distintas configuraciones de parámetros GPU. Como consecuencia de este estudio, también se presenta una propuesta para mejorar el aprovechamiento de la memoria de los dispositivos GPU, permitiendo el trabajo con nubes de puntos más grandes, reduciendo el problema de la limitación de memoria impuesta por el dispositivo. El funcionamiento de los métodos de registro 3D utilizados en este trabajo depende en gran medida de la inicialización del problema. En este caso, esa inicialización del problema consiste en la correcta elección de la matriz de transformación con la que se iniciará el algoritmo. Debido a que este aspecto es muy importante en este tipo de algoritmos, ya que de él depende llegar antes o no a la solución o, incluso, no llegar nunca a la solución, en este trabajo se presenta un estudio sobre el espacio de transformaciones con el objetivo de caracterizarlo y facilitar la elección de la transformación inicial a utilizar en estos algoritmos.

Hydrocarbon plasma for treatment of biodegradable food containers

A newly developed middle-frequency (2 MHz) inductively coupled plasma (ICP) source with internal oscillating current is used to treat biodegradable food packaging surfaces. Initially hydrophilic packaging turns to hydrophobic after being processed by ICP plasma. The investigation of optical emission from hydrocarbon radicals in the Ar/ CH4 plasma helps us to understand the property of the hydrophobicity of the surfaces. © 2008 IEEE.

Construction d'un Atlas 3D numérique de la cornée humaine par recalage d'images

Nous proposons de construire un atlas numérique 3D contenant les caractéristiques moyennes et les variabilités de la morphologie d’un organe. Nos travaux seront appliqués particulièrement à la construction d'un atlas numérique 3D de la totalité de la cornée humaine incluant la surface antérieure et postérieure à partir des cartes topographiques fournies par le topographe Orbscan II. Nous procédons tout d'abord par normalisation de toute une population de cornées. Dans cette étape, nous nous sommes basés sur l'algorithme de recalage ICP (iterative closest point) pour aligner simultanément les surfaces antérieures et postérieures d'une population de cornée vers les surfaces antérieure et postérieure d'une cornée de référence. En effet, nous avons élaboré une variante de l'algorithme ICP adapté aux images (cartes) de cornées qui tient compte de changement d'échelle pendant le recalage et qui se base sur la recherche par voisinage via la distance euclidienne pour établir la correspondance entre les points. Après, nous avons procédé pour la construction de l'atlas cornéen par le calcul des moyennes des élévations de surfaces antérieures et postérieures recalées et leurs écarts-types associés. Une population de 100 cornées saines a été utilisée pour construire l'atlas cornéen normal. Pour visualiser l’atlas, on a eu recours à des cartes topographiques couleurs similairement à ce qu’offrent déjà les systèmes topographiques actuels. Enfin, des observations ont été réalisées sur l'atlas cornéen reflétant sa précision et permettant de développer une meilleure connaissance de l’anatomie cornéenne.

Underwater mapping using sonar

[ES]El proyecto contiene módulos de simulación, procesado de datos, mapeo y localización, desarrollados en C++ utilizando ROS (Robot Operating System) y PCL (Point Cloud Library). Ha sido desarrollado bajo el proyecto de robótica submarina AVORA.Se han caracterizado el vehículo y el sensor, y se han analizado diferentes tecnologías de sensores y mapeo. Los datos pasan por tres etapas: Conversión a nube de puntos, filtrado por umbral, eliminación de puntos espureos y, opcionalmente, detección de formas. Estos datos son utilizados para construir un mapa de superficie multinivel. La otra herramienta desarrollada es un algoritmo de Punto más Cercano Iterativo (ICP) modificado, que tiene en cuenta el modo de funcionamiento del sonar de imagen utilizado.

Algorithms For Automatic And Robust Registration Of 3D Head Scans

wo methods for registering laser-scans of human heads and transforming them to a new semantically consistent topology defined by a user-provided template mesh are described. Both algorithms are stated within the Iterative Closest Point framework. The first method is based on finding landmark correspondences by iteratively registering the vicinity of a landmark with a re-weighted error function. Thin-plate spline interpolation is then used to deform the template mesh and finally the scan is resampled in the topology of the deformed template. The second algorithm employs a morphable shape model, which can be computed from a database of laser-scans using the first algorithm. It directly optimizes pose and shape of the morphable model. The use of the algorithm with PCA mixture models, where the shape is split up into regions each described by an individual subspace, is addressed. Mixture models require either blending or regularization strategies, both of which are described in detail. For both algorithms, strategies for filling in missing geometry for incomplete laser-scans are described. While an interpolation-based approach can be used to fill in small or smooth regions, the model-driven algorithm is capable of fitting a plausible complete head mesh to arbitrarily small geometry, which is known as "shape completion". The importance of regularization in the case of extreme shape completion is shown.

Metal Artifact Reduction in Pelvic Computed Tomography With Hip Prostheses: Comparison of Virtual Monoenergetic Extrapolations From Dual-Energy Computed Tomography and an Iterative Metal Artifact Reduction Algorithm in a Phantom Study.

OBJECTIVE The aim of this study was to directly compare metal artifact reduction (MAR) of virtual monoenergetic extrapolations (VMEs) from dual-energy computed tomography (CT) with iterative MAR (iMAR) from single energy in pelvic CT with hip prostheses. MATERIALS AND METHODS A human pelvis phantom with unilateral or bilateral metal inserts of different material (steel and titanium) was scanned with third-generation dual-source CT using single (120 kVp) and dual-energy (100/150 kVp) at similar radiation dose (CT dose index, 7.15 mGy). Three image series for each phantom configuration were reconstructed: uncorrected, VME, and iMAR. Two independent, blinded radiologists assessed image quality quantitatively (noise and attenuation) and subjectively (5-point Likert scale). Intraclass correlation coefficients (ICCs) and Cohen κ were calculated to evaluate interreader agreements. Repeated measures analysis of variance and Friedman test were used to compare quantitative and qualitative image quality. Post hoc testing was performed using a corrected (Bonferroni) P < 0.017. RESULTS Agreements between readers were high for noise (all, ICC ≥ 0.975) and attenuation (all, ICC ≥ 0.986); agreements for qualitative assessment were good to perfect (all, κ ≥ 0.678). Compared with uncorrected images, VME showed significant noise reduction in the phantom with titanium only (P < 0.017), and iMAR showed significantly lower noise in all regions and phantom configurations (all, P < 0.017). In all phantom configurations, deviations of attenuation were smallest in images reconstructed with iMAR. For VME, there was a tendency toward higher subjective image quality in phantoms with titanium compared with uncorrected images, however, without reaching statistical significance (P > 0.017). Subjective image quality was rated significantly higher for images reconstructed with iMAR than for uncorrected images in all phantom configurations (all, P < 0.017). CONCLUSIONS Iterative MAR showed better MAR capabilities than VME in settings with bilateral hip prosthesis or unilateral steel prosthesis. In settings with unilateral hip prosthesis made of titanium, VME and iMAR performed similarly well.

Registration and fusion of contrast-enhanced MRI myocardial substrate maps and X-ray angiograms

The aim of this work is to provide the necessary methods to register and fuse the endo-epicardial signal intensity (SI) maps extracted from contrast-enhanced magnetic resonance imaging (ceMRI) with X-ray coronary ngiograms using an intrinsic registrationbased algorithm to help pre-planning and guidance of catheterization procedures. Fusion of angiograms with SI maps was treated as a 2D-3D pose estimation, where each image point is projected to a Plücker line, and the screw representation for rigid motions is minimized using a gradient descent method. The resultant transformation is applied to the SI map that is then projected and fused on each angiogram. The proposed method was tested in clinical datasets from 6 patients with prior myocardial infarction. The registration procedure is optionally combined with an iterative closest point algorithm (ICP) that aligns the ventricular contours segmented from two ventriculograms.

Estabilidade esquelética da multisegmentação maxilar

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Extração de feições retas e cálculo de entidades pontuais a partir de dados LASER para o ajustamento relativo de faixas

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudi i implementació d’un mètode de reconstrucció 3D basat en SfM i registre de vistes 3D parcials

Aquest projecte es basarà en reconstruir una imatge 3D gran a partir d’una seqüència d’imatges 2D capturades per una càmera. Ens centrem en l’estudi de les bases matemàtiques de la visió per computador així com en diferents mètodes emprats en la reconstrucció 3D d’imatges. Per portar a terme aquest estudi s’utilitza la plataforma de desenvolupament MatLab ja que permet tractar operacions matemàtiques, imatges i matrius de gran tamany amb molta senzillesa, rapidesa i eficiència, per aquesta raó s’usa en moltes recerques sobre aquest tema. El projecte aprofundeix en el tema descrit anteriorment estudiant i implementant un mètode que consisteix en aplicar Structure From Motion (SFM) a pocs frames seguits obtinguts d’una seqüència d’imatges 2D per crear una reconstrucció 3D. Quan s’han creat dues reconstruccions 3D consecutives i fent servir un frame com a mínim en comú entre elles, s’aplica un mètode de registre d’estructures 3D, l’Iterative Closest Point (ICP), per crear una reconstrucció 3D més gran a través d’unir les diferents reconstruccions obtingudes a partir de SfM. El mètode consisteix en anar repetint aquestes operacions fins al final dels frames per poder aconseguir una reconstrucció 3D més gran que les petites imatges que s’aconsegueixen a través de SfM. A la Figura 1 es pot veure un esquema del procés que es segueix. Per avaluar el comportament del mètode, utilitzem un conjunt de seqüències sintètiques i un conjunt de seqüències reals obtingudes a partir d’una càmera. L’objectiu final d’aquest projecte és construir una nova toolbox de MatLab amb tots els mètodes per crear reconstruccions 3D grans per tal que sigui possible tractar amb facilitat aquest problema i seguir-lo desenvolupant en un futur

Automatic extraction of the mid-facial plane for cranio-maxillofacial surgery planning

Recently developed computer applications provide tools for planning cranio-maxillofacial interventions based on 3-dimensional (3D) virtual models of the patient's skull obtained from computed-tomography (CT) scans. Precise knowledge of the location of the mid-facial plane is important for the assessment of deformities and for planning reconstructive procedures. In this work, a new method is presented to automatically compute the mid-facial plane on the basis of a surface model of the facial skeleton obtained from CT. The method matches homologous surface areas selected by the user on the left and right facial side using an iterative closest point optimization. The symmetry plane which best approximates this matching transformation is then computed. This new automatic method was evaluated in an experimental study. The study included experienced and inexperienced clinicians defining the symmetry plane by a selection of landmarks. This manual definition was systematically compared with the definition resulting from the new automatic method: Quality of the symmetry planes was evaluated by their ability to match homologous areas of the face. Results show that the new automatic method is reliable and leads to significantly higher accuracy than the manual method when performed by inexperienced clinicians. In addition, the method performs equally well in difficult trauma situations, where key landmarks are unreliable or absent.