Local Features in Image and Video Processing - Object Class Matching and Video Shot Detection

The usage of digital content, such as video clips and images, has increased dramatically during the last decade. Local image features have been applied increasingly in various image and video retrieval applications. This thesis evaluates local features and applies them to image and video processing tasks. The results of the study show that 1) the performance of different local feature detector and descriptor methods vary significantly in object class matching, 2) local features can be applied in image alignment with superior results against the state-of-the-art, 3) the local feature based shot boundary detection method produces promising results, and 4) the local feature based hierarchical video summarization method shows promising new new research direction. In conclusion, this thesis presents the local features as a powerful tool in many applications and the imminent future work should concentrate on improving the quality of the local features.

In vitro culture at low temperature and ex vitro acclimatization of Vriesea inflata an ornamental bromeliad

(In vitro culture at low temperature and ex vitro acclimatization of Vriesea inflata an ornamental bromeliad). In vitro culture by seeds is a technique for preservation of threatened species because it may provide a large number of plants with genetic diversity. The bromeliad Vriesea inflata (Wawra) Wawra, an ornamental bromeliad, is extensively and illegally collected from the nature and must be preserved. It is possible to form plant threatened collections in vitro by reducing the temperature of culture, while occupying little space, with the consequent reduction of maintenance costs. This work evaluated the influence of temperature on in vitro growth and morphology of plants of V. inflata, with the aim of establishing a slow growth-rate and analyzing the ex vitro acclimatization. Seeds were germinated in vitro in Murashige and Skoog (MS) medium, with macronutrients reduced to 50% (MS/2). After three months the plants were transferred to flasks of new same medium and kept in two germination chambers with the temperature adjusted to 15 °C and to 28 °C. After 24 months the plants were subject to biometric, photosynthetic pigments content and anatomical analyses. Results showed that plants maintained at 15 °C were smaller than those at 28 °C. Nevertheless, there were no alterations in pigments content, anatomy. In both treatments there was a survival rate of 100%. This work showed that plants of this species can be kept in vitro at 15 °C with the aim of forming a slow-growth collection, thereby seeking its preservation, and can be transferred to growth at ex vitro condition to achieved 100% survival rate.

Sensory profile of Italian salami with coriander (Coriandrum sativum L.) essential oil

The descriptive terminology and sensory prolife of four samples of Italian salami were determined using a methodology based on the Quantitative Descriptive Analysis (QDA). A sensory panel consensually defined sensory descriptors, their respective reference materials, and the descriptive evaluation ballot. Twelve individuals were selected as judges and properly trained. They used the following criteria: discriminating power, reproducibility, and individual consensus. Twelve descriptors were determined showing similarities and differences among the Italian salami samples. Each descriptor was evaluated using a 10 cm non-structured scale. The data were analyzed by ANOVA, Tukey test, and the Principal Component Analysis (PCA). The salami with coriander essential oil (T3) had lower rancid taste and rancid odor, whereas the control (T1) showed high values of these sensory attributes. Regarding brightness, T4 showed the best result. For the other attributes, T1, T2, T3, and T4 were similar.

Chemical pattern of brazilian apples: a chemometric approach based on the Fuji and Gala varieties

The chemical composition of apple juices may be used to discriminate between the varieties for consumption and those for raw material. Fuji and Gala have a chemical pattern that can be used for this classification. Multivariate methods correlate independent continuous chemical descriptors with the categorical apple variety. Three main descriptors of apple juice were selected: malic acid, total reducing sugar and total phenolic compounds. A chemometric approach, employing PCA and SIMCA, was used to classify apple juice samples. PCA was performed with 24 juices from Fuji and Gala, and SIMCA, with 15 juices. The exploratory and predictive models recognized 88% and 64%, respectively, as belonging to a mixed domain. The apple juice from commercial fruits shows a pattern related to cv. Fuji and Gala with boundaries from 0.18 to 0.389 g.100 mL-1 (malic acid), from 8.65 to 15.18 g.100 mL-1 (total reducing sugar) and from 100 to 400 mg.L-1 (total phenolic compounds), but such boundaries were slightly shorter in the remaining set of commercial apple juices, specifically from 0.16 to 0.36 g.100 mL-1, from 9.25 to 15.5 g.100 mL-1 and from 180 to 606 mg.L-1 for acidity, reducing sugar and phenolic compounds, respectively, representing the acid, sweet and bitter tastes.

Morphological characterization with image analysis of cocoa beverage powder agglomerated with steam

In this study, the morphological characteristics of cocoa beverage powder granules under minimal, average, and maximal process conditions of a steam agglomerator were studied. a stereoscopic microscope coupled to a digital camera was used for the morphological analysis. The images were analyzed to obtain shape and size descriptors. aiming to evaluate the descriptors, 150 particles were analyzed. The results showed that there was no difference between the shape descriptors - compacity, circularity, roughness, and aspect ratio - in the operating conditions evaluated. It was observed that the cocoa beverage powder granules are elongated in shape. The size descriptors, area, perimeter, perimeter of convex bounding polygon, minimal and maximal Feret diameter, were different in the process conditions for the granules of size above 600 μm. as for the minimal process conditions, especially due to low solid feed rates, there is an increase in the size descriptor values. In addition, under the minimum process conditions, in which there is low solid feed rate (400g/min) for a steam pressure of 1.0 bar, it was obtained a good granular condition with retention of 81.1% of granules on sieves with aperture size between 300 and 1190 μm.

Seed anatomy and germination of Phoenix roebelenii O'Brien (Arecaceae)

The objective of this study was to investigate the morphology, anatomy and germination behaviour of Phoenix roebelenii seeds. Biometric data were obtained by measuring 100 seeds extracted from recently harvested fruits and air-dried for one day. Four replications of 50 seeds each were previously treated with Vitavax-Thiran and then put to germinate in Sphagnum sp. in plastic trays at room temperature. Morphological details of the seeds were documented with the help of a scanning electronic microscope and then drawings were made with the help of a clear camera coupled to a stereomicroscope. Permanent lamina containing embryo sections were prepared to study its anatomy. The mean dimensions of the seeds were: length of 10.32mm, width of 5.21mm and thickness of 3.91mm. The weight of one thousand seeds was of 151.1g and the mean number of units.kg-1 was 6,600. Germination started between 27 and 58 days after sowing. The seeds are of the albuminous type, the endosperm is hard and the embryo (which is not clearly differentiated) occupies a lateral and peripheral position. During seed germination, seedling protrusion begins with the opening of an operculum, through which the cotyledon petiole is emitted with the embryonic axis at its tip. The portion of the cotyledon petiole that remains inside the seeds acts as a haustorium for the absorption of nutrients from the endosperm. The plumule emerges through a rift in the posterior part of the cotyledon. Secondary roots are observed to grow from the anterior part of the primary root.

Effets secondaires métaboliques de l’olanzapine dans la schizophrénie : variables cliniques, structurales et fonctionnelles

Les antipsychotiques atypiques sont des options de traitement de première ligne pour la schizophrénie. Cependant, la prise d’antipsychotiques atypiques, comme l’olanzapine, est associée à des effets secondaires métaboliques : l’augmentation du poids, la dyslipidémie et l’intolérance au glucose. Les mécanismes en lien avec ces effets secondaires sont à ce jour peu connus. Ce mémoire étudie l’évolution de différents paramètres, tant au niveau biométrique (poids, IMC, circonférence abdominale), qu’au niveau sérique (bilan lipidique, glycémie à jeun, insuline, leptine, ghreline) et clinique (mesures des symptômes positifs, négatifs et généraux de la schizophrénie, de même que des comportements alimentaires) chez des sujets schizophrènes, traités pendant 16 semaines avec l’olanzapine. Des examens de résonance magnétique, structurale et fonctionnelle, ont été effectués au début et à la fin du traitement d’olanzapine chez les sujets schizophrènes et chez un groupe de sujets contrôles afin d’identifier les régions cérébrales dont les volumes ou les activations pourraient être associés aux mécanismes d’effets secondaires métaboliques. Nos résultats confirment l’émergence de multiples effets secondaires métaboliques, associés à des modifications des comportements alimentaires, en lien avec la prise d’olanzapine auprès de notre échantillon. Des associations ont été retrouvées entre les changements métaboliques et les volumes de plusieurs régions cérébrales, notamment les hippocampes, les précunei et le gyrus orbitofrontal droit. De plus, des différences en terme d’activations cérébrales entre les sujets contrôles et les patients schizophrènes, qui ont été accentuées par le traitement d’olanzapine, ont aussi été décrites notamment au niveau amygdalien, cérébelleux et des insulas, suggérant l’implication de mécanismes neuronaux dans l’apparition des troubles métaboliques associés aux antipsychotiques atypiques.

Étude comparative du vocabulaire de description de la danse dans les archives et du vocabulaire de représentation de la danse dans la littérature

Notre recherche s’insère dans la mouvance des humanités numériques; nous y faisons dialoguer les arts et les sciences de l’information. Depuis quelques décennies, la danse est un sujet d’études et de recherche à part entière. Il devient donc nécessaire de mieux décrire la danse dans les archives, sachant que la description en amont influe grandement sur l’accès en aval. Les méthodes d’extraction automatique de connaissances nous semblent offrir de nouvelles possibilités. L’objectif de notre recherche est de contribuer au développement d’outils de gestion de l’information dans les archives de la danse en comparant un vocabulaire de description de la danse dans les archives et un vocabulaire de représentation de la danse dans la littérature, recueilli grâce à des méthodes d’extraction automatique de connaissances, pour en distinguer une possible complémentarité, particulièrement en ce qui a trait au vocabulaire de l’expérience esthétique. D’abord, nous analysons un vocabulaire de description de la danse dans les archives. Nous décrivons certains outils de description des archives de la danse et nous analysons le thésaurus de descripteurs Collier. Nous constatons que le vocabulaire de description de la danse dans les archives ne semble pas prendre en compte l’expérience esthétique. Ensuite, nous analysons un vocabulaire de représentation de la danse dans la littérature. Un vocabulaire structuré de l’expérience esthétique de la danse moderne est ainsi extrait d’un corpus de textes de l’écrivain français Stéphane Mallarmé et analysé. Puis nous comparons les deux vocabulaires afin d'en distinguer la complémentarité quant à la description de l’expérience esthétique. Nous formulons une première suggestion d’amélioration de certains thésaurus employés dans les archives de la danse : un thésaurus au vocabulaire essentiellement factuel, comme le thésaurus de descripteurs Collier, peut être enrichi de termes à propos de l’expérience esthétique. Le vocabulaire de représentation de la danse dans la littérature est jusqu’à un certain point complémentaire au vocabulaire de description de l’expérience esthétique de la danse dans les archives. Nous menons ainsi une première expérimentation qui justifie en partie la pertinence de certaines méthodes d’extraction de connaissances dans le développement et la maintenance de ressources documentaires pour le domaine des arts d’interprétation tels que la danse.

Conceptualisation et communication des nuances de timbre à la guitare classique

La version intégrale de cette thèse est disponible uniquement pour consultation individuelle à la Bibliothèque de musique de l’Université de Montréal (www.bib.umontreal.ca/MU).

Cadre juridique de l'utilisation de la biométrie au Québec : sécurité et vie privée

La biométrie, appliquée dans un contexte de traitement automatisé des données et de reconnaissance des identités, fait partie de ces technologies nouvelles dont la complexité d’utilisation fait émerger de nouveaux enjeux et où ses effets à long terme sont incalculables. L’envergure des risques suscite des questionnements dont il est essentiel de trouver les réponses. On justifie le recours à cette technologie dans le but d’apporter plus de sécurité, mais, vient-elle vraiment apporter plus de protection dans le contexte actuel? En outre, le régime législatif québécois est-il suffisant pour encadrer tous les risques qu’elle génère? Les technologies biométriques sont flexibles en ce sens qu’elles permettent de saisir une multitude de caractéristiques biométriques et offrent aux utilisateurs plusieurs modalités de fonctionnement. Par exemple, on peut l’utiliser pour l’identification tout comme pour l’authentification. Bien que la différence entre les deux concepts puisse être difficile à saisir, nous verrons qu’ils auront des répercussions différentes sur nos droits et ne comporteront pas les mêmes risques. Par ailleurs, le droit fondamental qui sera le plus touché par l’utilisation de la biométrie sera évidemment le droit à la vie privée. Encore non bien compris, le droit à la vie privée est complexe et son application est difficile dans le contexte des nouvelles technologies. La circulation des données biométriques, la surveillance accrue, le détournement d’usage et l’usurpation d’identité figurent au tableau des risques connus de la biométrie. De plus, nous verrons que son utilisation pourra avoir des conséquences sur d’autres droits fondamentaux, selon la manière dont le système est employé. Les tests de nécessité du projet et de proportionnalité de l’atteinte à nos droits seront les éléments clés pour évaluer la conformité d’un système biométrique. Ensuite, le succès de la technologie dépendra des mesures de sécurité mises en place pour assurer la protection des données biométriques, leur intégrité et leur accès, une fois la légitimité du système établie.

Étude de cas sur l’ajout de vecteurs d’enregistrements typés dans Gambit Scheme

Dans le but d’optimiser la représentation en mémoire des enregistrements Scheme dans le compilateur Gambit, nous avons introduit dans celui-ci un système d’annotations de type et des vecteurs contenant une représentation abrégée des enregistrements. Ces derniers omettent la référence vers le descripteur de type et l’entête habituellement présents sur chaque enregistrement et utilisent plutôt un arbre de typage couvrant toute la mémoire pour retrouver le vecteur contenant une référence. L’implémentation de ces nouvelles fonctionnalités se fait par le biais de changements au runtime de Gambit. Nous introduisons de nouvelles primitives au langage et modifions l’architecture existante pour gérer correctement les nouveaux types de données. On doit modifier le garbage collector pour prendre en compte des enregistrements contenants des valeurs hétérogènes à alignements irréguliers, et l’existence de références contenues dans d’autres objets. La gestion de l’arbre de typage doit aussi être faite automatiquement. Nous conduisons ensuite une série de tests de performance visant à déterminer si des gains sont possibles avec ces nouvelles primitives. On constate une amélioration majeure de performance au niveau de l’allocation et du comportement du gc pour les enregistrements typés de grande taille et des vecteurs d’enregistrements typés ou non. De légers surcoûts sont toutefois encourus lors des accès aux champs et, dans le cas des vecteurs d’enregistrements, au descripteur de type.

Une nouvelle méthode pour estimer la torsion géométrique en scoliose idiopathique de l’adolescent

La scoliose idiopathique de l’adolescent (SIA) est une déformation tridimensionnelle (3D) de la colonne vertébrale. Pour la plupart des patients atteints de SIA, aucun traitement chirurgical n’est nécessaire. Lorsque la déformation devient sévère, un traitement chirurgical visant à réduire la déformation est recommandé. Pour déterminer la sévérité de la SIA, l’imagerie la plus utilisée est une radiographie postéroantérieure (PA) ou antéro-postérieure (AP) du rachis. Plusieurs indices sont disponibles à partir de cette modalité d’imagerie afin de quantifier la déformation de la SIA, dont l’angle de Cobb. La conduite thérapeutique est généralement basée sur cet indice. Cependant, les indices disponibles à cette modalité d’imagerie sont de nature bidimensionnelle (2D). Celles-ci ne décrivent donc pas entièrement la déformation dans la SIA dû à sa nature tridimensionnelle (3D). Conséquemment, les classifications basées sur les indices 2D souffrent des mêmes limitations. Dans le but décrire la SIA en 3D, la torsion géométrique a été étudiée et proposée par Poncet et al. Celle-ci mesure la tendance d’une courbe tridimensionnelle à changer de direction. Cependant, la méthode proposée est susceptible aux erreurs de reconstructions 3D et elle est calculée localement au niveau vertébral. L’objectif de cette étude est d’évaluer une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique par l’approximation de longueurs d’arcs locaux et par paramétrisation de courbes dans la SIA. Une première étude visera à étudier la sensibilité de la nouvelle méthode présentée face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. Par la suite, deux études cliniques vont présenter la iv torsion géométrique comme indice global et viseront à démontrer l’existence de sous-groupes non-identifiés dans les classifications actuelles et que ceux-ci ont une pertinence clinique. La première étude a évalué la robustesse de la nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique chez un groupe de patient atteint de la SIA. Elle a démontré que la nouvelle technique est robuste face aux erreurs de reconstructions 3D du rachis. La deuxième étude a évalué la torsion géométrique utilisant cette nouvelle méthode dans une cohorte de patient avec des déformations de type Lenke 1. Elle a démontré qu’il existe deux sous-groupes, une avec des valeurs de torsion élevées et l’autre avec des valeurs basses. Ces deux sous-groupes possèdent des différences statistiquement significatives, notamment au niveau du rachis lombaire avec le groupe de torsion élevée ayant des valeurs d’orientation des plans de déformation maximales (PMC) en thoraco-lombaire (TLL) plus élevées. La dernière étude a évalué les résultats chirurgicaux de patients ayant une déformation Lenke 1 sous-classifiées selon les valeurs de torsion préalablement. Cette étude a pu démontrer des différences au niveau du PMC au niveau thoraco-lombaire avec des valeurs plus élevées en postopératoire chez les patients ayant une haute torsion. Ces études présentent une nouvelle méthode d’estimation de la torsion géométrique et présentent cet indice quantitativement. Elles ont démontré l’existence de sous-groupes 3D basés sur cet indice ayant une pertinence clinique dans la SIA, qui n’étaient pas identifiés auparavant. Ce projet contribue dans la tendance actuelle vers le développement d’indices 3D et de classifications 3D pour la scoliose idiopathique de l’adolescent.

Noninvasive Clinical Assessment of Trunk Deformities Associated With Scoliosis

Besides the spinal deformity, scoliosis modifies notably the general appearance of the trunk resulting in trunk rotation, imbalance, and asymmetries that constitutes patients' major concern. Existing classifications of scoliosis, based on the type of spinal curve as depicted on radiographs, are currently used to guide treatment strategies. Unfortunately, even though a perfect correction of the spinal curve is achieved, some trunk deformities remain, making patients dissatisfied with the treatment received. The purpose of this study is to identify possible shape patterns of trunk surface deformity associated with scoliosis. First, trunk surface is represented by a multivariate functional trunk shape descriptor based on 3-D clinical measurements computed on cross sections of the trunk. Then, the classical formulation of hierarchical clustering is adapted to the case of multivariate functional data and applied to a set of 236 trunk surface 3-D reconstructions. The highest internal validity is obtained when considering 11 clusters that explain up to 65% of the variance in our dataset. Our clustering result shows a concordance with the radiographic classification of spinal curves in 68% of the cases. As opposed to radiographic evaluation, the trunk descriptor is 3-D and its functional nature offers a compact and elegant description of not only the type, but also the severity and extent of the trunk surface deformity along the trunk length. In future work, new management strategies based on the resulting trunk shape patterns could be thought of in order to improve the esthetic outcome after treatment, and thus patients satisfaction.

Non-invasive quantitative assessment of scoliosis spinal surgery outcome

Improving the appearance of the trunk is an important goal of scoliosis surgical treatment, mainly in patients' eyes. Unfortunately, existing methods for assessing postoperative trunk appearance are rather subjective as they rely on a qualitative evaluation of the trunk shape. In this paper, an objective method is proposed to quantify the changes in trunk shape after surgery. Using a non-invasive optical system, the whole trunk surface is acquired and reconstructed in 3D. Trunk shape is described by two functional measurements spanning the trunk length: the lateral deviation and the axial rotation. To measure the pre and postoperative differences, a correction rate is computed for both measurements. On a cohort of 36 scoliosis patients with the same spinal curve type who underwent the same surgical approach, surgery achieved a very good correction of the lateral trunk deviation (median correction of 76%) and a poor to moderate correction of the back axial rotation (median correction of 19%). These results demonstrate that after surgery, patients are still confronted with residual trunk deformity, mainly a persisting hump on the back. That can be explained by the fact that current scoliosis assessment and treatment planning are based solely on radiographic measures of the spinal deformity and do not take trunk deformity into consideration. It is believed that with our novel quantitative trunk shape descriptor, clinicians and surgeons can now objectively assess trunk deformity and postoperative shape and propose new treatment strategies that could better address patients' concern about their appearance. © (2013) COPYRIGHT Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). Downloading of the abstract is permitted for personal use only.

Development of Shape Descriptors Based on Legendre Polynomials and Content-Based Retrieval of Scoliosis Images

The wealth of information available freely on the web and medical image databases poses a major problem for the end users: how to find the information needed? Content –Based Image Retrieval is the obvious solution.A standard called MPEG-7 was evolved to address the interoperability issues of content-based search.The work presented in this thesis mainly concentrates on developing new shape descriptors and a framework for content – based retrieval of scoliosis images.New region-based and contour based shape descriptor is developed based on orthogonal Legendre polymomials.A novel system for indexing and retrieval of digital spine radiographs with scoliosis is presented.