Locating control points in aerial images with a multi-scale approach based on terrestrial image patches

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Digitale Einstrahl-Holographie atmosphärischer Eiskristalle

Es wurde ein für bodengebundene Feldmessungen geeignetes System zur digital-holographischen Abbildung luftgetragener Objekte entwickelt und konstruiert. Es ist, abhängig von der Tiefenposition, geeignet zur direkten Bestimmung der Größe luftgetragener Objekte oberhalb von ca. 20 µm, sowie ihrer Form bei Größen oberhalb von ca. 100µm bis in den Millimeterbereich. Die Entwicklung umfaßte zusätzlich einen Algorithmus zur automatisierten Verbesserung der Hologrammqualität und zur semiautomatischen Entfernungsbestimmung großer Objekte entwickelt. Eine Möglichkeit zur intrinsischen Effizienzsteigerung der Bestimmung der Tiefenposition durch die Berechnung winkelgemittelter Profile wurde vorgestellt. Es wurde weiterhin ein Verfahren entwickelt, das mithilfe eines iterativen Ansatzes für isolierte Objekte die Rückgewinnung der Phaseninformation und damit die Beseitigung des Zwillingsbildes erlaubt. Weiterhin wurden mithilfe von Simulationen die Auswirkungen verschiedener Beschränkungen der digitalen Holographie wie der endlichen Pixelgröße untersucht und diskutiert. Die geeignete Darstellung der dreidimensionalen Ortsinformation stellt in der digitalen Holographie ein besonderes Problem dar, da das dreidimensionale Lichtfeld nicht physikalisch rekonstruiert wird. Es wurde ein Verfahren entwickelt und implementiert, das durch Konstruktion einer stereoskopischen Repräsentation des numerisch rekonstruierten Meßvolumens eine quasi-dreidimensionale, vergrößerte Betrachtung erlaubt. Es wurden ausgewählte, während Feldversuchen auf dem Jungfraujoch aufgenommene digitale Hologramme rekonstruiert. Dabei ergab sich teilweise ein sehr hoher Anteil an irregulären Kristallformen, insbesondere infolge massiver Bereifung. Es wurden auch in Zeiträumen mit formal eisuntersättigten Bedingungen Objekte bis hinunter in den Bereich ≤20µm beobachtet. Weiterhin konnte in Anwendung der hier entwickelten Theorie des ”Phasenrandeffektes“ ein Objekt von nur ca. 40µm Größe als Eisplättchen identifiziert werden. Größter Nachteil digitaler Holographie gegenüber herkömmlichen photographisch abbildenden Verfahren ist die Notwendigkeit der aufwendigen numerischen Rekonstruktion. Es ergibt sich ein hoher rechnerischer Aufwand zum Erreichen eines einer Photographie vergleichbaren Ergebnisses. Andererseits weist die digitale Holographie Alleinstellungsmerkmale auf. Der Zugang zur dreidimensionalen Ortsinformation kann der lokalen Untersuchung der relativen Objektabstände dienen. Allerdings zeigte sich, dass die Gegebenheiten der digitalen Holographie die Beobachtung hinreichend großer Mengen von Objekten auf der Grundlage einzelner Hologramm gegenwärtig erschweren. Es wurde demonstriert, dass vollständige Objektgrenzen auch dann rekonstruiert werden konnten, wenn ein Objekt sich teilweise oder ganz außerhalb des geometrischen Meßvolumens befand. Weiterhin wurde die zunächst in Simulationen demonstrierte Sub-Bildelementrekonstruktion auf reale Hologramme angewandt. Dabei konnte gezeigt werden, dass z.T. quasi-punktförmige Objekte mit Sub-Pixelgenauigkeit lokalisiert, aber auch bei ausgedehnten Objekten zusätzliche Informationen gewonnen werden konnten. Schließlich wurden auf rekonstruierten Eiskristallen Interferenzmuster beobachtet und teilweise zeitlich verfolgt. Gegenwärtig erscheinen sowohl kristallinterne Reflexion als auch die Existenz einer (quasi-)flüssigen Schicht als Erklärung möglich, wobei teilweise in Richtung der letztgenannten Möglichkeit argumentiert werden konnte. Als Ergebnis der Arbeit steht jetzt ein System zur Verfügung, das ein neues Meßinstrument und umfangreiche Algorithmen umfaßt. S. M. F. Raupach, H.-J. Vössing, J. Curtius und S. Borrmann: Digital crossed-beam holography for in-situ imaging of atmospheric particles, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 8, 796-806 (2006) S. M. F. Raupach: A cascaded adaptive mask algorithm for twin image removal and its application to digital holograms of ice crystals, Appl. Opt. 48, 287-301 (2009) S. M. F. Raupach: Stereoscopic 3D visualization of particle fields reconstructed from digital inline holograms, (zur Veröffentlichung angenommen, Optik - Int. J. Light El. Optics, 2009)

Non-invasive method to predict viscosity and size using total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM) system

This study develops an automated analysis tool by combining total internal reflection fluorescence microscopy (TIRFM), an evanescent wave microscopic imaging technique to capture time-sequential images and the corresponding image processing Matlab code to identify movements of single individual particles. The developed code will enable us to examine two dimensional hindered tangential Brownian motion of nanoparticles with a sub-pixel resolution (nanoscale). The measured mean square displacements of nanoparticles are compared with theoretical predictions to estimate particle diameters and fluid viscosity using a nonlinear regression technique. These estimated values will be confirmed by the diameters and viscosities given by manufacturers to validate this analysis tool. Nano-particles used in these experiments are yellow-green polystyrene fluorescent nanospheres (200 nm, 500 nm and 1000 nm in diameter (nominal); 505 nm excitation and 515 nm emission wavelengths). Solutions used in this experiment are de-ionized (DI) water, 10% d-glucose and 10% glycerol. Mean square displacements obtained near the surface shows significant deviation from theoretical predictions which are attributed to DLVO forces in the region but it conforms to theoretical predictions after ~125 nm onwards. The proposed automation analysis tool will be powerfully employed in the bio-application fields needed for examination of single protein (DNA and/or vesicle) tracking, drug delivery, and cyto-toxicity unlike the traditional measurement techniques that require fixing the cells. Furthermore, this tool can be also usefully applied for the microfluidic areas of non-invasive thermometry, particle tracking velocimetry (PTV), and non-invasive viscometry.

Corneal topography reinterpretation through separate analysis of the projected rings

Póster presentado en SPIE Photonics Europe, Brussels, 16-19 April 2012.

Mitigating non-Lambertian surfaces issues in Stereo Matching with Neural Radiance Fields

Depth estimation from images has long been regarded as a preferable alternative compared to expensive and intrusive active sensors, such as LiDAR and ToF. The topic has attracted the attention of an increasingly wide audience thanks to the great amount of application domains, such as autonomous driving, robotic navigation and 3D reconstruction. Among the various techniques employed for depth estimation, stereo matching is one of the most widespread, owing to its robustness, speed and simplicity in setup. Recent developments has been aided by the abundance of annotated stereo images, which granted to deep learning the opportunity to thrive in a research area where deep networks can reach state-of-the-art sub-pixel precision in most cases. Despite the recent findings, stereo matching still begets many open challenges, two among them being finding pixel correspondences in presence of objects that exhibits a non-Lambertian behaviour and processing high-resolution images. Recently, a novel dataset named Booster, which contains high-resolution stereo pairs featuring a large collection of labeled non-Lambertian objects, has been released. The work shown that training state-of-the-art deep neural network on such data improves the generalization capabilities of these networks also in presence of non-Lambertian surfaces. Regardless being a further step to tackle the aforementioned challenge, Booster includes a rather small number of annotated images, and thus cannot satisfy the intensive training requirements of deep learning. This thesis work aims to investigate novel view synthesis techniques to augment the Booster dataset, with ultimate goal of improving stereo matching reliability in presence of high-resolution images that displays non-Lambertian surfaces.

Estudos anatômicos e histológicos sôbre a sub-família Triatominae (Heteroptera, Reduviidae): parte XVIII: estígmas respiratórios de Triatoma infestans

O aparelho respiratório de Triatoma infestans, na fase adulta, consta de 9 pares de estígmas, traquéias e traquéolas. Os estígmas dispõem-se em 2 pares torácicos e 7 pares abdominais. É estudado o mecanismo responsável pela abertura e fechamento dos mesmos. A forma, estrutura e situação de todos os espiráculos constituem fatos novos e interessantes, no estudo dêste grupo. Os estígmas torácicos apresentam forma semelhante, diferenciando-se, porém, outros detalhes, o possuir ou não uma zona reforçada de exocutícula, que serve de ponto de implantação aos músculos. O 1º par torácico fica situado na zona látero-ventral da região anterior do mesotórax; enquanto que 2.º par dispõe-se na linha lateral, na região anterior do metatórax. Ambos ficam encobertos por escleritos do tórax, sendo que no 1.º par, o pronoto é o responsável, e no 2.º par, os epiméron e méron do mesotórax e metatórax. Os estígmas abdominais são em número de 7, sendo que o 1.º par, até o presente, não havia sido mencionado na literatura, e não segue a mesma linha de orientação que os demais. Êste encontra-se na região látero-dorsal, da zona intersegmental do tórax com o abdômen. Os demais espiráculos, estão situados na região látero-ventral. Êste 1.º par de estígma abdominal parece ter importância como caráter filogenético, uma vez que se repete em alguns Triatomíneos, como por exemplo: T. sordida, T. maculata, T. vitticeps, P. megistus e R. prolixus. A explicação que encontramos para a sua localização está ligada diretamente ao desaparecimento do 1.º esternito abdominal e atrofia do 1.º tergito abdominal. Nossos estudos encontram apôio na II parte dêste trabalho, quando nos referimos à disposição do sistema traqueal. Todos os estígmas, torácicos ou abdominais,, apresentam modificações que servem para protegê-los contra estranhos em suspensão no ar. Os espiráculos torácicos apresentam apenas um dispositivo de proteção; o 1.º abdominal dois, e, finalmente, os abdominais ventrais, três. Êstes elementos são estudados com precisão no presente trabalho.

Consistência hidrológica de modelos digitais de elevação (MDE) para definição da rede de drenagem na sub-bacia do horto florestal Terra Dura, Eldorado do Sul, RS

O desenvolvimento da erosão hídrica ocorre em resposta ao modo como a água se move através e sobre uma determinada paisagem. O modelo digital de elevação (MDE) deve, portanto, ser o mais preciso possível, uma vez que constitui a base para a análise do relevo. Este trabalho teve como objetivo definir um modelo digital de elevação hidrologicamente consistente (MDEHC) e o método de direção de fluxo mais adequado para a definição da rede de drenagem na sub-bacia do horto florestal Terra Dura, município de Eldorado do Sul, RS. Foram testados os modelos gerados com os interpoladores Topogrid e redes triangulares irregulares (Triangulated Irregular Network -TIN) linear (TIN L) e TIN natural neighbor (TIN NN). A qualidade em relação às análises hidrológicas foi avaliada por meio da comparação das curvas de nível geradas pelos modelos testados com as curvas originais da sub-bacia (escala 1:10.000); da avaliação da quantidade de áreas planas; e da comparação da drenagem gerada pelos modelos a partir dos métodos de direção de fluxo Deterministic (D8) e Deterministic infinity (D∞ ou D infinito) com a drenagem original. Entre os modelos avaliados, o Topogrid apresentou maior consistência hidrológica, verificada na melhor continuidade das curvas de nível (menos arestas) e maior detalhamento da área de drenagem e divisores, acarretando menor quantidade de áreas planas e caminhos de fluxo mais detalhados, independentemente do método de direção de fluxo utilizado. Em relação à rede de drenagem, o método distribuído D∞ obteve melhor desempenho na descrição dos caminhos de fluxo, comparado ao método de direção única D8. O MDEHC Topogrid associado ao método D∞ proporcionou a identificação mais precisa dos caminhos preferenciais do fluxo que formam a rede de drenagem.

Comparando metodologias para avaliar a cobertura do dossel e a luminosidade no sub-bosque de um reflorestamento e uma floresta madura

Os objetivos deste trabalho foram: (1) registrar as vantagens e desvantagens de cinco metodologias utilizadas para avaliar a cobertura do dossel (interpretação de ecounidades, densiômetro esférico, fotografia hemisférica com lente de 8 mm e fotografia digital com lente de 32 mm) e a quantidade de luz que o atravessa (luxímetro e fotografia hemisférica com lente de 8 mm); e (2) comparar a estrutura do dossel de um reflorestamento e de um fragmento de Floresta Estacional Semidecídual no norte do Paraná. A classificação em ecounidades é uma metodologia rápida e barata, mas com baixa reprodutibilidade. O densiômetro produz medidas rápidas e confiáveis, e o luxímetro e a fotografia com lente de 32 mm forneceram dados com pouca precisão, pois são sensíveis a pequenas variações do dossel, e a fotografia com lente de 8 mm é uma metodologia rápida e de alta precisão, mas apresenta alto custo. Analisando-se a estrutura do dossel, não houve diferenças significativas entre o densiômetro e a fotografia em 8 mm em nenhum dos dois ambientes; a fotografia em 32 mm apresentou resultados diferentes, com grande variação nas médias, indicando alta sensibilidade a pequenas alterações no dossel. Na avaliação da quantidade de luz que penetra no sub-bosque, o luxímetro e a lente de 8 mm foram diferentes. Todas as metodologias apresentaram diferenças entre a floresta madura e o reflorestamento.

Variabilidade espacial e correlações entre atributos de solo e produtividade na agricultura de precisão

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Imagens hiperespectrais no monitoramento da nutrição em citros

Pós-graduação em Agronomia (Energia na Agricultura) - FCA

Acurácia da mosaicagem gerada por veículo aéreo não tripulado utilizado na agricultura de precisão

The need for unmanned aerial vehicle (UAV) is a Brazilian reality in the worlds agricultural, once they have models penetrating the market with agrictural purpose. After processing, the images collected by a UAV can generate a mosaic of the study area. For making and georeferencing the mosaic, can be deployed or not ground control points. Thus, the study aimed to compare a mosaic with ground control points and without ground control points generated from images collected by a UAV used primarily for agricultural purposes. The results showed that the quality in the determination of areas and perimeters no presented significant difference with or without the use of ground control points. The mosaic generated without ground control points obtained an average error of 23.7% of the pixel size; with ground control points, the average error was 10.6%, providing an improvement of approximately 50%. Planimetric and altimetric errors, with respect to the ground control points, for the controlled mosaic, reached the order of decimeters, with planimetric accuracy of 12.8 cm, a result considered satisfactory taking into account mainly the purpose of assessed UAV

Avaliação da precisão de aquisição de dados nos Sistemas CAD/CAM: desadaptação marginal horizontal

Pós-graduação em Odontologia - FOA

Localización de contornos con precisión sub-píxel en imágenes bidimensionales y tridimensionales

[ES] La detección de contornos en una imagen es un proceso fundamental para poder realizar posteriores cálculos sobre ella. Cuando la precisión es importante, se necesitan desarrollar métodos más exactos. Un objetivo de la informática aplicada al campo de la imagen médica consiste en aportar la mayor información posible al médico para ayudarle en su diagnóstico. Así por ejemplo, si consideramos una angiografía, que no es más que la fotografía de una zona de vasos sanguíneos usando rayos X, podemos observar que la detección precisa de los contornos o bordes de los vasos es un paso previo fundamental para poder estimar medidas concretas sobre la vasculatura, como por ejemplo el grosor o la curvatura de los vasos en cada píxel, lo cual permitiría dar al médico un diagnóstico más preciso.

Percent cropland coverage for sub-Saharan Africa

The dataset contains a cropland percent coverage map for Africa created through the combination of five existing land cover products: GLC-2000, MODIS Land Cover, GlobCover, MODIS Crop Likelihood and AfriCover. A synergy map was created in which the products are ranked by experts, which reflects the likelihood or probability that a given pixel is cropland. The cropland map was calibrated with national and sub-national crop statistics using a novel approach. Preliminary validation of the map was undertaken. The resulting cropland map has an accuracy of 83%, which is higher than the accuracy of any of the individual maps. The cropland percent coverage map for Africa is available for overlay on Google Earth or for download at http://agriculture.geo-wiki.org.

Identificação de padrões de uso do solo urbano em São Paulo/SP utilizando parâmetros de variogramas.

As imagens de alta resolução espacial impulsionaram os estudos de Sensoriamento Remoto em ambientes urbanos, já que elas permitem uma melhor distinção dos elementos que compõem esse ambiente tão heterogêneo. Técnicas de Geoestatística são cada vez mais utilizadas em estudos de Sensoriamento Remoto e o variograma é uma importante ferramenta de análise geoestatística, pois permitem entender o comportamento espacial de uma variável regionalizada, neste caso, os níveis de cinza de uma imagem de satélite. O presente trabalho pretende avaliar a proposta metodológica que consiste em identificar padrões residenciais urbanos de três classes de uso e ocupação do solo por meio da análise dos valores apresentados pelos parâmetros, alcance, patamar e efeito pepita de um variograma. A hipótese é que os valores correspondentes a esses parâmetros representem o comportamento espectral padrão de cada classe e, portando, indicam que há um padrão na organização espacial de cada uma das classes. Para a presente pesquisa foram utilizadas imagem IKONOS 2002, e a classificação de uso e ocupação do solo da sub-bacia do córrego Bananal na bacia do Rio Cabuçu de Baixo em São Paulo SP. Amostras das imagens de cada classe foram extraídas e os valores de nível de cinza em cada pixel foram utilizados para calcular os variogramas. Após análise dos resultados obtidos, apenas o parâmetro alcance foi levado em consideração, pois é através desse parâmetro que se observa o grau de homogeneidade de cada amostra. Os valores de alcance obtidos nos cálculos dos variogramas identificaram com melhor precisão a classe Conjuntos Residenciais que é uma classe com padrões e características singulares, já a identificação das classes Ocupação Densa Regular e Ocupação Densa Irregular não obteve uma precisão boa, sendo que essas classes são similares em diversos aspectos.