Mallinsovitusta käyttävä konenäköohjelmisto teollisuusrobotin ohjaukseen

Tässä työssä kehitettiin teollisuusrobottijärjestelmiin soveltuva, mallinsovitusta hyödyntävä konenäköohjelmisto. Yleiskäyttöiseksi tarkoitettuun ohjelmistoon tehtiin toiminnot konenäköjärjestelmän kalibrointiin, mallinsovitukseen käytettävien mallien hallintaan ja tulosten välitykseen teollisuusroboteille. Ohjelmiston tuli olla myös niin helppokäyttöinen, että sen käyttö onnistuu lyhyellä koulutuksella. Ohjelmistoa sovellettiin puuikkunapuitteiden robotisoituun maalausjärjestelmään. Maalausjärjestelmästä onnistuttiin tekemään automaattinen, tuotteisiin mukautuva ja virhetilanteista toipuva pitkälti toimitetun konenäköjärjestelmän ansiosta.

Semi-automatic modeling of buildings from digital surface models

Semi-automatic building detection and extraction is a topic of growing interest due to its potential application in such areas as cadastral information systems, cartographic revision, and GIS. One of the existing strategies for building extraction is to use a digital surface model (DSM) represented by a cloud of known points on a visible surface, and comprising features such as trees or buildings. Conventional surface modeling using stereo-matching techniques has its drawbacks, the most obvious being the effect of building height on perspective, shadows, and occlusions. The laser scanner, a recently developed technological tool, can collect accurate DSMs with high spatial frequency. This paper presents a methodology for semi-automatic modeling of buildings which combines a region-growing algorithm with line-detection methods applied over the DSM.

Desarrollo de un sistema de estimación de mapas de profundidad densos a partir de secuencias reales de vídeo 3D.

Este proyecto fín de carrera describe el desarrollo de un sistema de estimación de mapas de profundidad densos a partir de secuencias reales de vídeo 3D. Está motivado por la necesidad de utilizar la información de profundidad de un vídeo estéreo para calcular las oclusiones en el módulo de inserción de objetos sintéticos interactivos desarrollado en el proyecto ImmersiveTV. En el receptor 3DTV, el sistema debe procesar en tiempo real secuencias estéreo de escenas reales en alta resolución con formato Side-by-Side. Se analizan las características del contenido para conocer los problemas a enfrentar. Obtener un mapa de profundidad denso mediante correspondencia estéreo (stereo matching) permite calcular las oclusiones del objeto sintético con la escena. No es necesario que el valor de disparidad asignado a cada píxel sea preciso, basta con distinguir los distintos planos de profundidad ya que se trabaja con distancias relativas. La correspondencia estéreo exige que las dos vistas de entrada estén alineadas. Primero se comprueba si se deben rectificar y se realiza un repaso teórico de calibración y rectificación, resumiendo algunos métodos a considerar en la resolución del problema. Para estimar la profundidad, se revisan técnicas de correspondencia estéreo densa habituales, seleccionando un conjunto de implementaciones con el fin de valorar cuáles son adecuadas para resolver el problema, incluyendo técnicas locales, globales y semiglobales, algunas sobre CPU y otras para GPU; modificando algunas para soportar valores negativos de disparidad. No disponer de ground truth de los mapas de disparidad del contenido real supone un reto que obliga a buscar métodos indirectos de comparación de resultados. Para una evaluación objetiva, se han revisado trabajos relacionados con la comparación de técnicas de correspondencia y entornos de evaluación existentes. Se considera el mapa de disparidad como error de predicción entre vistas desplazadas. A partir de la vista derecha y la disparidad de cada píxel, puede reconstruirse la vista izquierda y, comparando la imagen reconstruida con la original, se calculan estadísticas de error y las tasas de píxeles con disparidad inválida y errónea. Además, hay que tener en cuenta la eficiencia de los algoritmos midiendo la tasa de cuadros por segundo que pueden procesar. Observando los resultados, atendiendo a los criterios de maximización de PSNR y minimización de la tasa de píxeles incorrectos, se puede elegir el algoritmo con mejor comportamiento. Como resultado, se ha implementado una herramienta que integra el sistema de estimación de mapas de disparidad y la utilidad de evaluación de resultados. Trabaja sobre una imagen, una secuencia o un vídeo estereoscópico. Para realizar la correspondencia, permite escoger entre un conjunto de algoritmos que han sido adaptados o modificados para soportar valores negativos de disparidad. Para la evaluación, se ha implementado la reconstrucción de la vista de referencia y la comparación con la original mediante el cálculo de la RMS y PSNR, como medidas de error, además de las tasas de píxeles inválidos e incorrectos y de la eficiencia en cuadros por segundo. Finalmente, se puede guardar las imágenes (o vídeos) generados como resultado, junto con un archivo de texto en formato csv con las estadísticas para su posterior comparación.

Dynamic breast MRI: Image registration and its impact on enhancement curve estimation

A novel algorithm for performing registration of dynamic contrast-enhanced (DCE) MRI data of the breast is presented. It is based on an algorithm known as iterated dynamic programming originally devised to solve the stereo matching problem. Using artificially distorted DCE-MRI breast images it is shown that the proposed algorithm is able to correct for movement and distortions over a larger range than is likely to occur during routine clinical examination. In addition, using a clinical DCE-MRI data set with an expertly labeled suspicious region, it is shown that the proposed algorithm significantly reduces the variability of the enhancement curves at the pixel level yielding more pronounced uptake and washout phases.

Evaluation of confidence-driven cost aggregation strategies

In this thesis I describe eight new stereo matching algorithms that perform the cost-aggregation step using a guided filter with a confidence map as guidance image, and share the structure of a linear stereo matching algorithm. The results of the execution of the proposed algorithms on four pictures from the Middlebury dataset are shown as well. Finally, based on these results, a ranking of the proposed algorithms is presented.

Percezione depth guidata mediante proiezione virtuale di pattern

L’utilizzo di informazioni di profondità è oggi di fondamentale utilità per molteplici settori applicativi come la robotica, la guida autonoma o assistita, la realtà aumentata e il monitoraggio ambientale. I sensori di profondità disponibili possono essere divisi in attivi e passivi, dove i sensori passivi ricavano le informazioni di profondità dall'ambiente senza emettere segnali, bensì utilizzando i segnali provenienti dall'ambiente (e.g., luce solare). Nei sensori depth passivi stereo è richiesto un algoritmo per elaborare le immagini delle due camere: la tecnica di stereo matching viene utilizzata appunto per stimare la profondità di una scena. Di recente la ricerca si è occupata anche della sinergia con sensori attivi al fine di migliorare la stima della depth ottenuta da un sensore stereo: si utilizzano i punti affidabili generati dal sensore attivo per guidare l'algoritmo di stereo matching verso la soluzione corretta. In questa tesi si è deciso di affrontare questa tematica da un punto di vista nuovo, utilizzando un sistema di proiezione virtuale di punti corrispondenti in immagini stereo: i pixel delle immagini vengono alterati per guidare l'algoritmo ottimizzando i costi. Un altro vantaggio della strategia proposta è la possibilità di iterare il processo, andando a cambiare il pattern in ogni passo: aggregando i passi in un unico risultato, è possibile migliorare il risultato finale. I punti affidabili sono ottenuti mediante sensori attivi (e.g. LiDAR, ToF), oppure direttamente dalle immagini, stimando la confidenza delle mappe prodotte dal medesimo sistema stereo: la confidenza permette di classificare la bontà di un punto fornito dall'algoritmo di matching. Nel corso della tesi sono stati utilizzati sensori attivi per verificare l'efficacia della proiezione virtuale, ma sono state anche effettuate analisi sulle misure di confidenza: lo scopo è verificare se le misure di confidenza possono rimpiazzare o assistere i sensori attivi.

A framework for supporting knowledge representation – an ontological based approach

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Konenäköjärjestelmien ostokriteerit ja laitetoimittajien asiakashankinta

Työn tavoitteena oli edesauttaa Euroelektro International Oy:tä kasvattamaan asiakaskuntaansa löytämällä oikeat lähtökohdat yrityksen markkinoinnin ja myynnin tehostamiselle sekä kannattavien kohdesegmenttien valinnalle. Työssä tehtiin tutkimus, jolla määritettiin yrityksen tyypillinen asiakas, asiakastarpeet, konenäköjärjestelmien ostokriteerit ja –preferenssit sekä ostopäätöksen tekijät ja siihen vaikuttavat henkilöt. Lisäksi selvitettiin, mitkä ovat Euroelektron potentiaalisia ja ei-potentiaalisia teollisuuden aloja. Tutkimuksen tulosten perusteella laadittiin lopuksi yrityksen markkinoinnin ja myynnin kehittämisehdotelma. Tutkimus rajattiin konenäköä jo käyttäviin yrityksiin, konenäön käyttöä suunnitteleviin yrityksiin, yrityksiin, joiden ajateltiin voivan tulevaisuudessa käyttää konenäköä ja yrityksiin, jotka ovat tekemisissä konenäköasiakkaiden kanssa. Markkinointi- ja myyntiprosessien hallintaan yrityksen tulisi kehittää oma seurantaohjelma, jonka avulla valitun markkinointistrategian onnistuneisuutta voitaisiin helposti seurata, sekä laatukäsikirja, mistä löytyisivät standardoidut toimenpidemallit asiakashankintaan, kenttämyyntiin ja myyntiprojektien läpiviemiseen sekä eri toimihenkilöiden toimenkuvaukset ja vastuualueet.

Winâ Foy : functional object-oriented programming language

This thesis will introduce a new strongly typed programming language utilizing Self types, named Win--*Foy, along with a suitable user interface designed specifically to highlight language features. The need for such a programming language is based on deficiencies found in programming languages that support both Self types and subtyping. Subtyping is a concept that is taken for granted by most software engineers programming in object-oriented languages. Subtyping supports subsumption but it does not support the inheritance of binary methods. Binary methods contain an argument of type Self, the same type as the object itself, in a contravariant position, i.e. as a parameter. There are several arguments in favour of introducing Self types into a programming language (11. This rationale led to the development of a relation that has become known as matching [4, 5). The matching relation does not support subsumption, however, it does support the inheritance of binary methods. Two forms of matching have been proposed (lJ. Specifically, these relations are known as higher-order matching and I-bound matching. Previous research on these relations indicates that the higher-order matching relation is both reflexive and transitive whereas the f-bound matching is reflexive but not transitive (7]. The higher-order matching relation provides significant flexibility regarding inheritance of methods that utilize or return values of the same type. This flexibility, in certain situations, can restrict the programmer from defining specific classes and methods which are based on constant values [21J. For this reason, the type This is used as a second reference to the type of the object that cannot, contrary to Self, be specialized in subclasses. F-bound matching allows a programmer to define a function that will work for all types of A', a subtype of an upper bound function of type A, with the result type being dependent on A'. The use of parametric polymorphism in f-bound matching provides a connection to subtyping in object-oriented languages. This thesis will contain two main sections. Firstly, significant details concerning deficiencies of the subtype relation and the need to introduce higher-order and f-bound matching relations into programming languages will be explored. Secondly, a new programming language named Win--*Foy Functional Object-Oriented Programming Language has been created, along with a suitable user interface, in order to facilitate experimentation by programmers regarding the matching relation. The construction of the programming language and the user interface will be explained in detail.

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.

AFL-1: A Programming Language for Massively Concurrent Computers

Computational models are arising is which programs are constructed by specifying large networks of very simple computational devices. Although such models can potentially make use of a massive amount of concurrency, their usefulness as a programming model for the design of complex systems will ultimately be decided by the ease in which such networks can be programmed (constructed). This thesis outlines a language for specifying computational networks. The language (AFL-1) consists of a set of primitives, ad a mechanism to group these elements into higher level structures. An implementation of this language runs on the Thinking Machines Corporation, Connection machine. Two significant examples were programmed in the language, an expert system (CIS), and a planning system (AFPLAN). These systems are explained and analyzed in terms of how they compare with similar systems written in conventional languages.

An O(N) Algorithm for Three-Dimensional N-Body Simulations

We develop an algorithm that computes the gravitational potentials and forces on N point-masses interacting in three-dimensional space. The algorithm, based on analytical techniques developed by Rokhlin and Greengard, runs in order N time. In contrast to other fast N-body methods such as tree codes, which only approximate the interaction potentials and forces, this method is exact ?? computes the potentials and forces to within any prespecified tolerance up to machine precision. We present an implementation of the algorithm for a sequential machine. We numerically verify the algorithm, and compare its speed with that of an O(N2) direct force computation. We also describe a parallel version of the algorithm that runs on the Connection Machine in order 0(logN) time. We compare experimental results with those of the sequential implementation and discuss how to minimize communication overhead on the parallel machine.

Strategy to detect ground control in digital images

The identification of ground control on photographs or images is usually carried out by a human operator, who uses his natural skills to make interpretations. In Digital Photogrammetry, which uses techniques of digital image processing extraction of ground control can be automated by using an approach based on relational matching and a heuristic that uses the analytical relation between straight features of object space and its homologous in the image space. A build-in self-diagnosis is also used in this method. It is based on implementation of data snooping statistic test in the process of spatial resection using the Iterated Extended Kalman Filtering (IEKF). The aim of this paper is to present the basic principles of the proposed approach and results based on real data.

Marco computacional para la definición de un modelo bio-inspirado en la señalización celular

Las Redes de Procesadores Evolutivos-NEP propuestas en [Mitrana et al., 2001], son un modelo computacional bio-inspirado a partir de la evolución de poblaciones de células, definiendo a nivel sintáctico algunas propiedades biológicas. En este modelo, las células están representadas por medio de palabras que describen secuencias de ADN. Informalmente, en algún instante de tiempo, el sistema evolutivo está representado por una colección de palabras cada una de las cuales representa una célula. El espacio genotipo de las especies, es un conjunto que recoge aquellas palabras que son aceptadas como sobrevivientes (es decir, como \correctas"). Desde el punto de vista de la evolución, las células pertenecen a especies y su comunidad evoluciona de acuerdo a procesos biológicos como la mutación y la división celular. éstos procesos representan el proceso natural de evolución y ponen de manifiesto una característica intrínseca de la naturaleza: el paralelismo. En este modelo, estos procesos son vistos como operaciones sobre palabras. Formalmente, el modelo de las NEP constituyen una arquitectura paralela y distribuida de procesamiento simbólico inspirada en la Máquina de conexión [Hillis, 1981], en el Paradigma de Flujo Lógico [Errico and Jesshope, 1994] y en las Redes de Procesadores Paralelos de Lenguajes (RPPL) [Csuhaj-Varju and Salomaa, 1997]. Al modelo NEP se han ido agregando nuevas y novedosas extensiones hasta el punto que actualmente podemos hablar de una familia de Redes de Procesadores Bio-inspirados (NBP) [Mitrana et al., 2012b]. Un considerable número de trabajos a lo largo de los últimos años han demostrado la potencia computacional de la familia NBP. En general, éstos modelos son computacionalmente completos, universales y eficientes [Manea et al., 2007], [Manea et al., 2010b], [Mitrana and Martín-Vide, 2005]. De acuerdo a lo anterior, se puede afirmar que el modelo NEP ha adquirido hasta el momento un nivel de madurez considerable. Sin embargo, aunque el modelo es de inspiración biológica, sus metas siguen estando motivadas en la Teoría de Lenguajes Formales y las Ciencias de la Computación. En este sentido, los aspectos biológicos han sido abordados desde una perspectiva cualitativa y el acercamiento a la realidad biológica es de forma meramente sintáctica. Para considerar estos aspectos y lograr dicho acercamiento es necesario que el modelo NEP tenga una perspectiva más amplia que incorpore la interacción de aspectos tanto cualitativos como cuantitativos. La contribución de esta Tesis puede considerarse como un paso hacia adelante en una nueva etapa de los NEPs, donde el carácter cuantitativo del modelo es de primordial interés y donde existen posibilidades de un cambio visible en el enfoque de interés del dominio de los problemas a considerar: de las ciencias de la computación hacia la simulación/modelado biológico y viceversa, entre otros. El marco computacional que proponemos en esta Tesis extiende el modelo de las Redes de Procesadores Evolutivos (NEP) y define arquitectura inspirada en la definición de bloques funcionales del proceso de señalización celular para la solución de problemas computacionales complejos y el modelado de fenómenos celulares desde una perspectiva discreta. En particular, se proponen dos extensiones: (1) los Transductores basados en Redes de Procesadores Evolutivos (NEPT), y (2) las Redes Parametrizadas de Procesadores Evolutivos Polarizados (PNPEP). La conservación de las propiedades y el poder computacional tanto de NEPT como de PNPEP se demuestra formalmente. Varias simulaciones de procesos relacionados con la señalización celular son abordadas sintáctica y computacionalmente, con el _n de mostrar la aplicabilidad e idoneidad de estas dos extensiones. ABSTRACT Network of Evolutionary Processors -NEP was proposed in [Mitrana et al., 2001], as a computational model inspired by the evolution of cell populations, which might model some properties of evolving cell communities at the syntactical level. In this model, cells are represented by words which encode their DNA sequences. Informally, at any moment of time, the evolutionary system is described by a collection of words, where each word represents one cell. Cells belong to species and their community evolves according to mutations and division which are defined by operations on words. Only those cells accepted as survivors (correct) are represented by a word in a given set of words, called the genotype space of the species. This feature is analogous with the natural process of evolution. Formally, NEP is based on an architecture for parallel and distributed processing inspired from the Connection Machine [Hillis, 1981], the Flow Logic Paradigm [Errico and Jesshope, 1994] and the Networks of Parallel Language Processors (RPPL) [Csuhaj-Varju and Salomaa, 1997]. Since the date when NEP was proposed, several extensions and variants have appeared engendering a new set of models named Networks of Bio-inspired Processors (NBP) [Mitrana et al., 2012b]. During this time, several works have proved the computational power of NBP. Specifically, their efficiency, universality, and computational completeness have been thoroughly investigated [Manea et al., 2007, Manea et al., 2010b, Mitrana and Martín-Vide, 2005]. Therefore, we can say that the NEP model has reached its maturity. Nevertheless, although the NEP model is biologically inspired, this model is mainly motivated by mathematical and computer science goals. In this context, the biological aspects are only considered from a qualitative and syntactical perspective. In view of this lack, it is important to try to keep the NEP theory as close as possible to the biological reality, extending their perspective incorporating the interplay of qualitative and quantitative aspects. The contribution of this Thesis, can be considered as a starting point in a new era of the NEP model. Then, the quantitative character of the NEP model is mandatory and it can address completely new different types of problems with respect to the classical computational domain (e.g. from the computer science to system biology). Therefore, the computational framework that we propose extends the NEP model and defines an architecture inspired by the functional blocks from cellular signaling in order to solve complex computational problems and cellular phenomena modeled from a discrete perspective. Particularly, we propose two extensions, namely: (1) Transducers based on Network of Evolutionary Processors (NEPT), and (2) Parametrized Network of Polarized Evolutionary Processors (PNPEP). Additionally, we have formally proved that the properties and computational power of NEP is kept in both extensions. Several simulations about processes related with cellular signaling both syntactical and computationally have been considered to show the model suitability.