Image-Based Coral Reef Classification and Thematic Mapping

This paper presents a novel image classification scheme for benthic coral reef images that can be applied to both single image and composite mosaic datasets. The proposed method can be configured to the characteristics (e.g., the size of the dataset, number of classes, resolution of the samples, color information availability, class types, etc.) of individual datasets. The proposed method uses completed local binary pattern (CLBP), grey level co-occurrence matrix (GLCM), Gabor filter response, and opponent angle and hue channel color histograms as feature descriptors. For classification, either k-nearest neighbor (KNN), neural network (NN), support vector machine (SVM) or probability density weighted mean distance (PDWMD) is used. The combination of features and classifiers that attains the best results is presented together with the guidelines for selection. The accuracy and efficiency of our proposed method are compared with other state-of-the-art techniques using three benthic and three texture datasets. The proposed method achieves the highest overall classification accuracy of any of the tested methods and has moderate execution time. Finally, the proposed classification scheme is applied to a large-scale image mosaic of the Red Sea to create a completely classified thematic map of the reef benthos

Methods for Region Based Paper Surface Roughness Measurement

Paperin pinnan karheus on yksi paperin laatukriteereistä. Sitä mitataan fyysisestipaperin pintaa mittaavien laitteiden ja optisten laitteiden avulla. Mittaukset vaativat laboratorioolosuhteita, mutta nopeammille, suoraan linjalla tapahtuville mittauksilla olisi tarvetta paperiteollisuudessa. Paperin pinnan karheus voidaan ilmaista yhtenä näytteelle kohdistuvana karheusarvona. Tässä työssä näyte on jaettu merkitseviin alueisiin, ja jokaiselle alueelle on laskettu erillinen karheusarvo. Karheuden mittaukseen on käytetty useita menetelmiä. Yleisesti hyväksyttyä tilastollista menetelmää on käytetty tässä työssä etäisyysmuunnoksen lisäksi. Paperin pinnan karheudenmittauksessa on ollut tarvetta jakaa analysoitava näyte karheuden perusteella alueisiin. Aluejaon avulla voidaan rajata näytteestä selvästi karheampana esiintyvät alueet. Etäisyysmuunnos tuottaa alueita, joita on analysoitu. Näistä alueista on muodostettu yhtenäisiä alueita erilaisilla segmentointimenetelmillä. PNN -menetelmään (Pairwise Nearest Neighbor) ja naapurialueiden yhdistämiseen perustuvia algoritmeja on käytetty.Alueiden jakamiseen ja yhdistämiseen perustuvaa lähestymistapaa on myös tarkasteltu. Segmentoitujen kuvien validointi on yleensä tapahtunut ihmisen tarkastelemana. Tämän työn lähestymistapa on verrata yleisesti hyväksyttyä tilastollista menetelmää segmentoinnin tuloksiin. Korkea korrelaatio näiden tulosten välillä osoittaa onnistunutta segmentointia. Eri kokeiden tuloksia on verrattu keskenään hypoteesin testauksella. Työssä on analysoitu kahta näytesarjaa, joidenmittaukset on suoritettu OptiTopolla ja profilometrillä. Etäisyysmuunnoksen aloitusparametrit, joita muutettiin kokeiden aikana, olivat aloituspisteiden määrä ja sijainti. Samat parametrimuutokset tehtiin kaikille algoritmeille, joita käytettiin alueiden yhdistämiseen. Etäisyysmuunnoksen jälkeen korrelaatio oli voimakkaampaa profilometrillä mitatuille näytteille kuin OptiTopolla mitatuille näytteille. Segmentoiduilla OptiTopo -näytteillä korrelaatio parantui voimakkaammin kuin profilometrinäytteillä. PNN -menetelmän tuottamilla tuloksilla korrelaatio oli paras.

Altruism, spite and choosy females

Natural selection favours the genes which are able to introduce replicates of themselves in the next generation with higher certainty than do rival genes (Hamilton 1963). The fitness of an individual, it?s ability to produce future parents, depends on it?s own behaviour as well as on the behaviour of other individuals in the population. For instance, the intensity of competition an individual experience depends on the exploitation of resources by neighbours. The fitness is thus frequency dependent on what neighbours do. Behaviours can be classified according to the costs and benefits they have on the fitness of the behaver and it?s neighbours (Hamilton 1964, Hamilton 1975). According to this classification there exist four distinct social behaviours. (1) A gene confering the ability to use a new ressource is called selfish because it has a positive e_ect on the bearer of the gene but a negative e_ect on neighbours by the concomitant increase in competition. (2) An altruistic behaviour is defined as an action where an individual increases the fitness of a neighbour at the expense of it?s own. The e_ect is deleterious for the actor but positive for the receptor. (3) More surprinsingly, an individual might sacrifice a fraction of it?s ressources to harm another at no direct benefits. This spitefull behaviour incurs a cost for the actor but is also deleterious for the receptor. (4) Finally a cooperative behaviour breeds benefits for both actors and neighbours. In this thesis I will continue on the path traced by numerous evolutionnary biologist which attempt to fine tune our understanding of the evolution of social behaviours since Hamilton?s foundation (1963, 1964). A critical development over the last 40 years has been the realisation that competition between kin can partly or completely cancel out the role of relatedness as an agent favouring altruism (Wilson et al., 1992; Taylor, 1992a,b). Of importance is thus to determine the scale at which competition and altruism occur. One mechanism avoiding the complete dilution of relatedness by competition is the conditionnal expression of the social behaviors. Focus will be given in this thesis at the role played by di_erent recognition mechanism in paving the way to altruism (Komdeur and Hatchwell, 1999) when the population has a spatial structure. Further, the evolution of spite will also be considered in these settings. The thesis is fractionated into two parts. First, di_erent models promoting altruism cooperation and spite will be compared under the same theoretical umbrella. This is a rather informal and more personnal part of my thesis. It also serve as a justification and basis to "Altruism among kin and non-kin individuals" which is an article attempting to clas- sify the mechanisms leading to altruism and cooperation. Second, in the annexe, there are three research papers about kin selection, altruism and dispersal: "Is sociality driven by the costs of dispersal or the benefits of philopatry?: A role for kin-discrimination mechanism", "Altruism, dispersal and phenotype kin recognition" and "Inbreeding avoidance through kin recognition: choosy female boost male dispersal" this last paper incorporates kin recognition as an agent favoring sex-biased dispersal.

Distance Transforms on Gray-Level Surfaces

This thesis studies gray-level distance transforms, particularly the Distance Transform on Curved Space (DTOCS). The transform is produced by calculating distances on a gray-level surface. The DTOCS is improved by definingmore accurate local distances, and developing a faster transformation algorithm. The Optimal DTOCS enhances the locally Euclidean Weighted DTOCS (WDTOCS) with local distance coefficients, which minimize the maximum error from the Euclideandistance in the image plane, and produce more accurate global distance values.Convergence properties of the traditional mask operation, or sequential localtransformation, and the ordered propagation approach are analyzed, and compared to the new efficient priority pixel queue algorithm. The Route DTOCS algorithmdeveloped in this work can be used to find and visualize shortest routes between two points, or two point sets, along a varying height surface. In a digital image, there can be several paths sharing the same minimal length, and the Route DTOCS visualizes them all. A single optimal path can be extracted from the route set using a simple backtracking algorithm. A new extension of the priority pixel queue algorithm produces the nearest neighbor transform, or Voronoi or Dirichlet tessellation, simultaneously with the distance map. The transformation divides the image into regions so that each pixel belongs to the region surrounding the reference point, which is nearest according to the distance definition used. Applications and application ideas for the DTOCS and its extensions are presented, including obstacle avoidance, image compression and surface roughness evaluation.

Lossless compression of hyperspectral images

Technological progress has made a huge amount of data available at increasing spatial and spectral resolutions. Therefore, the compression of hyperspectral data is an area of active research. In somefields, the original quality of a hyperspectral image cannot be compromised andin these cases, lossless compression is mandatory. The main goal of this thesisis to provide improved methods for the lossless compression of hyperspectral images. Both prediction- and transform-based methods are studied. Two kinds of prediction based methods are being studied. In the first method the spectra of a hyperspectral image are first clustered and and an optimized linear predictor is calculated for each cluster. In the second prediction method linear prediction coefficients are not fixed but are recalculated for each pixel. A parallel implementation of the above-mentioned linear prediction method is also presented. Also,two transform-based methods are being presented. Vector Quantization (VQ) was used together with a new coding of the residual image. In addition we have developed a new back end for a compression method utilizing Principal Component Analysis (PCA) and Integer Wavelet Transform (IWT). The performance of the compressionmethods are compared to that of other compression methods. The results show that the proposed linear prediction methods outperform the previous methods. In addition, a novel fast exact nearest-neighbor search method is developed. The search method is used to speed up the Linde-Buzo-Gray (LBG) clustering method.

Invisible Environments: Old Age and its spaces

Despite the progressive ageing of a worldwide population, negative attitudes towards old age have proliferated thanks to cultural constructs and myths that, for decades, have presented old age as a synonym of decay, deterioration and loss. Moreover, even though every human being knows he/she will age and that ageing is a process that cannot be stopped, it always seems distant, far off in the future and, therefore, remains invisible. In this paper, I aim to analyse the invisibility of old age and its spaces through two contemporary novels and their ageing females protagonists –Maudie Fowler in Doris Lessing ’s The Diary of a Good Neighbour and Erica March in Rose Tremain ’s The Cupboard. Although invisible to the rest of society, these elderly characters succeed in becoming significant in the lives of younger protagonists who, immersed in their active lives, become aware of the need to enlarge our vision of old age.

Development of advanced silicon radiation detectors for harsh radiation environment

This thesis describes the development of advanced silicon radiation detectors and their characterization by simulations, used in the work for searching elementary particles in the European Organization for Nuclear Research, CERN. Silicon particle detectors will face extremely harsh radiation in the proposed upgrade of the Large Hadron Collider, the future high-energy physics experiment Super-LHC. The increase in the maximal fluence and the beam luminosity up to 1016 neq / cm2 and 1035 cm-2s-1 will require detectors with a dramatic improvement in radiation hardness, when such a fluence will be far beyond the operational limits of the present silicon detectors. The main goals of detector development concentrate on minimizing the radiation degradation. This study contributes mainly to the device engineering technology for developing more radiation hard particle detectors with better characteristics. Also the defect engineering technology is discussed. In the nearest region of the beam in Super-LHC, the only detector choice is 3D detectors, or alternatively replacing other types of detectors every two years. The interest in the 3D silicon detectors is continuously growing because of their many advantages as compared to conventional planar detectors: the devices can be fully depleted at low bias voltages, the speed of the charge collection is high, and the collection distances are about one order of magnitude less than those of planar technology strip and pixel detectors with electrodes limited to the detector surface. Also the 3D detectors exhibit high radiation tolerance, and thus the ability of the silicon detectors to operate after irradiation is increased. Two parameters, full depletion voltage and electric field distribution, is discussed in more detail in this study. The full depletion of the detector is important because the only depleted area in the detector is active for the particle tracking. Similarly, the high electric field in the detector makes the detector volume sensitive, while low-field areas are non-sensitive to particles. This study shows the simulation results of full depletion voltage and the electric field distribution for the various types of 3D detectors. First, the 3D detector with the n-type substrate and partial-penetrating p-type electrodes are researched. A detector of this type has a low electric field on the pixel side and it suffers from type inversion. Next, the substrate is changed to p-type and the detectors having electrodes with one doping type and the dual doping type are examined. The electric field profile in a dual-column 3D Si detector is more uniform than that in the single-type column 3D detector. The dual-column detectors are the best in radiation hardness because of their low depletion voltages and short drift distances.

Keraamisten laattojen luokittelu väripiirteiden avulla

Vaikka keraamisten laattojen valmistusprosessi onkin täysin automatisoitu, viimeinen vaihe eli laaduntarkistus ja luokittelu tehdään yleensä ihmisvoimin. Automaattinen laaduntarkastus laattojen valmistuksessa voidaan perustella taloudellisuus- ja turvallisuusnäkökohtien avulla. Tämän työn tarkoituksena on kuvata tutkimusprojektia keraamisten laattojen luokittelusta erilaisten väripiirteiden avulla. Oleellisena osana tutkittiin RGB- ja spektrikuvien välistä eroa. Työn teoreettinen osuus käy läpi aiemmin aiheesta tehdyn tutkimuksen sekä antaa taustatietoa konenäöstä, hahmontunnistuksesta, luokittelijoista sekä väriteoriasta. Käytännön osan aineistona oli 25 keraamista laattaa, jotka olivat viidestä eri luokasta. Luokittelussa käytettiin apuna k:n lähimmän naapurin (k-NN) luokittelijaa sekä itseorganisoituvaa karttaa (SOM). Saatuja tuloksia verrattiin myös ihmisten tekemään luokitteluun. Neuraalilaskenta huomattiin tärkeäksi työkaluksi spektrianalyysissä. SOM:n ja spektraalisten piirteiden avulla saadut tulokset olivat lupaavia ja ainoastaan kromatisoidut RGB-piirteet olivat luokittelussa parempia kuin nämä.

A Large-Sized Multiwire Proportional Counter for Radiological Survey of Large Areas and Surfaces

Työn tavoitteena oli selvittää, miten eri parametrit vaikuttavat monilankaisen verrannollisuuslaskurin laskennallisiin ominaisuuksiin sekä voidaanko suurikokoista monilankaverrannollisuuslaskuria käyttää tehokkaasti suurien pintojen ? - ja ?- kontaminaation mittaamiseen. Ensin selvitettiin EU:n nykyistä clearing-käytäntöä sekä hahmoteltiin tulevia materiaalivirtoja, esiteltiin verrannollisuuslaskurin ja sen monilankamallin toimintaperiaate sekä käytettävien materiaalien ominaisuudet. Kootun teorian pohjalta selvitettiin tärkeimpien parametrien vaikutus ilmaisimen laskennallisiin ominaisuuksiin. Lopuksi suoritettiin rakenteilla olevan monilankaverrannollisuuslaskurin alustava testaus. Tulevien vuosien aikana eri puolilla maailmaa suljettavat erityyppiset ydinlaitokset luovat suuren tarpeen tehokkaiden kontaminaatiomittauslaitteistojen kehittämiselle. Tällä hetkellä mittaukset suoritetaan lähinnä noin 1 dm2 käsi-instrumentein, joten suurikokoinen, automatisoitu mittauslaitteisto sekä tehostaisi mittausprosessia suuresti sekä säästäisi runsaasti miestyötunteja. Jatkotoimenpiteiksi ehdotetaan laitteiston jatkotestausta, liikkeen ja nopeuden testausta sekä lopulta paikkaherkkyystoiminnon toteuttamisperiaatteen valintaa ja testausta.

Proximity of excitatory synapses and astroglial gap junctions in layer IV of the mouse barrel cortex.

Neurons and astrocytes, the two major cell populations in the adult brain, are characterized by their own mode of intercellular communication--the synapses and the gap junctions (GJ), respectively. In addition, there is increasing evidence for dynamic and metabolic neuroglial interactions resulting in the modulation of synaptic transmission at the so-called "tripartite synapse". Based on this, we have investigated at the ultrastructural level how excitatory synapses (ES) and astroglial GJ are spatially distributed in layer IV of the barrel cortex of the adult mouse. We used specific antibodies for connexin (Cx) 30 and 43 to identify astroglial GJ, these two proteins are known to be present in the majority of astroglial GJ in the cerebral cortex. In electron-microscopic images, we measured the distance between two ES, between two GJ and between a GJ and its nearest ES. We found a ratio of two GJ per three ES in the hollow and septal areas. Taking into account the size of an astrocyte domain, the high density of GJ suggests the occurrence of reflexive type, i.e. GJ between processes of the same astrocyte. Interestingly, the distance between an ES and an astroglial GJ was found to be significantly lower than that between either two synapses or between two GJ. These observations indicate that the two modes of cell-to-cell communication are not randomly distributed in layer IV of the barrel cortex. Consequently, this feature may provide the morphological support for the recently reported functional interactions between neuronal circuits and astroglial networks.

Structured sparsity for spatially coherent fibre orientation estimation in diffusion MRI.

We propose a novel formulation to solve the problem of intra-voxel reconstruction of the fibre orientation distribution function (FOD) in each voxel of the white matter of the brain from diffusion MRI data. The majority of the state-of-the-art methods in the field perform the reconstruction on a voxel-by-voxel level, promoting sparsity of the orientation distribution. Recent methods have proposed a global denoising of the diffusion data using spatial information prior to reconstruction, while others promote spatial regularisation through an additional empirical prior on the diffusion image at each q-space point. Our approach reconciles voxelwise sparsity and spatial regularisation and defines a spatially structured FOD sparsity prior, where the structure originates from the spatial coherence of the fibre orientation between neighbour voxels. The method is shown, through both simulated and real data, to enable accurate FOD reconstruction from a much lower number of q-space samples than the state of the art, typically 15 samples, even for quite adverse noise conditions.

Haulikkoratamelun minimoinnin suunnittelu

Työn tavoitteena oli tutkia kilpa- ja harjoitusammuntaan käytettävällä haulikkoradalla käytettäväksi soveltuvia passiivisia meluntorjuntamenetelmiä ja suunnitella niistä toimiva kokonaisuus kohderadoille siten, että rata-alueen läheisillä asuinalueilla alitetaan 50 dB LAIMax-taso sekä muilla alueilla ampumaratamelun ohjearvot. Aluksi tarkasteltiin kohderatojen vanhoja menetelmiä ja radan meluntorjunnan kannalta olennaiset suunnat selvitettiin mittauksilla. Myös laukausmelun spektriä tutkittiin mittauksilla. Olemassa oleville menetelmille etsittiin korvaavia ja täydentäviä menetelmiä. Radan sijoittaminen maastoon on tärkeä osa meluntorjuntaa uutta rataa suunniteltaessa, mutta kohteena olleiden ratojen sijoittamista ei voitu enää muuttaa. Koska haulikkoammunnan säännöt eivät mahdollista aliääniammusten tai äänenvaimentimien käyttöä, ei varsinaista melupäästöä pystytä pienentämään. Melulle altistuvan kohteen sisätilojen suojaaminenkin on käytännössä hyödytöntä, koska ampumamelun ohjearvot ovat ulkoalueille. Ainoastaan melun absorptio, etenemisen estäminen ja ohjaaminen ovat kelvollisia menetelmiä kohderadoilla. Rata-alueelle suunniteltiin uudet ratojen väliset meluseinät, joiden ääneneristävyys ja -absorptio on vanhoja seiniä parempi. Taustavallille suunniteltiin jatkamista maavallina ja korottamista meluaitana, joka toimii myös haulienkierrätysjärjestelmän runkona. Alueen maaperä suunniteltiin muutettavaksi akustisesti pehmeämmäksi. Käytettävien menetelmien suunnittelussa tehtiin eri vaihtoehdoille laskennallisia arvioita, tietokonemallinnuksia ja laboratoriokokeita. Myös uusia menetelmiä haulikkoradan meluntorjunnassa tutkittiin. Tutkimusten perusteella näitä menetelmiä tutkitaan jatkossa käytännössä.

Venäjälle suuntautuva tavaraliikenne ja sen ympäristöhaittojen minimointi

Tavaranvaihto Suomen itärajalla on aina ollut hyvin vilkasta. Neuvostoliiton romahtamisen jälkeen kauppaan tuli hetkellisesti erittäin syvä notkahdus, joka kääntyi voimakkaaksi nousuksi lähestyttäessä 1990-luvun puoliväliä. Pelkän vientikaupan oheen tuli välityskauppaa, sekä transitoliikennettä, jolla on ollut huomattavaa paikallista vaikutusta Kaakkois-Suomen työllisyyteen, sekä kuljetusalalle maanlaajuisestikin. Venäjän devalvaatio elokuussa 1998 romahdutti, sekä kaupan, että transitoliikenteen, mutta on sittemmin kääntynyt uuteen nousuun. Koko Venäjän tulevaisuus ja sitä kautta maamme itärajan liikennemäärät ovat varsin vaikeasti ennustettavissa, mutta todennäköisintä on Venäjän talouskasvun jatkuminen, jonka hyödyntämisessä ja tukemisessa myös Suomen tulisi olla. Liikennemäärien kasvu on aiheuttanut paikallisia ympäristöongelmia myös Suomen puolella rajaa. Ongelmat ovat kasaantuneet rajanylityspaikoille Nuijamaalle ja Vaalimaalle valtavien rekkajonojen myötä. Paikallisten asukkaiden elämän helpottamiseksi olisi valtiovallan pyrittävä kehittämään rajanylityspaikkoja, joista erityisesti Nuijamaa on käynyt jo kauan sitten liian pieneksi. Tekninen kehitys pienentää yksittäisen auton aiheuttamaa kuormitusta luonnolle, mutta liikennemäärien kasvu aiheuttaa kasaantuvia paikallisia ongelmia. Olemme toistaiseksi Suomessa EU:n itärajalla. Viron ja muiden Baltian maiden liittymiseen saakka, ja maantieteellisessä erityisasemassa koko unionin alueella. Samalla Suomen olisi muistettava, että meidän itärajalla on toistaiseksi maailman suurin elintasokuilu ja eurooppalainen vastakkain asettelu: EU vastaan Venäjä, länsi vastaan itä.

Deep GMRT radio observations and a multi-wavelength study of the region around HESS J1858+020

Context. There are a number of very high energy sources in the Galaxy that remain unidentified. Multi-wavelength and variability studies, and catalogue searches, are powerful tools to identify the physical counterpart, given the uncertainty in the source location and extension. Aims. This work carries out a thorough multi-wavelength study of the unidentified, very high energy source HESS J1858+020 and its environs. Methods. We have performed Giant Metrewave Radio Telescope observations at 610 MHz and 1.4 GHz to obtain a deep, low-frequency radio image of the region surrounding HESS J1858+020. We analysed archival radio, infrared, and X-ray data as well. This observational information, combined with molecular data, catalogue sources, and a nearby Fermi gamma-ray detection of unidentified origin, are combined to explore possible counterparts to the very high energy source. Results. We provide with a deep radio image of a supernova remnant that might be related to the GeV and TeV emission in the region. We confirm the presence of an H ii region next to the supernova remnant and coincident with molecular emission. A potential region of star formation is also identified. We identify several radio and X-ray sources in the surroundings. Some of these sources are known planetary nebulae, whereas others may be non-thermal extended emitters and embedded young stellar objects. Three old, background Galactic pulsars also neighbour HESS J1858+020 along the line of sight. Conclusions. The region surrounding HESS J1858+020 is rich in molecular structures and non-thermal objects that may potentially be linked to this unidentified very high energy source. In particular, a supernova remnant interacting with nearby molecular clouds may be a good candidate, but a star forming region, or a non-thermal radio source of yet unclear nature, may also be behind the gamma-ray source. The neighbouring pulsars, despite being old and distant, cannot be discarded as candidates. Further observational studies are needed, however, to narrow the search for a counterpart to the HESS source.

Naisyrittäjyys ja sen edistäminen Etelä-Savon maaseutualueilla naisyrittäjien näkökulmasta

The goal of this research was to establish the development of the female entrepreneurship in rural areas of South Savo. The main problem was approached discussing female entrepreneurship and characteristics of women-owned enterprises theoretically. Also the rural areas as operational environment and development of female entrepreneurship were examined. The empirical part was implemented as an interview study by interviewing twelve rural female entrepreneurs from South Savo. The main thing should be taken into account improving female entrepreneurship is motivation and encouraging of female entrepreneurs. Female entrepreneurs feel that own municipality is the nearest public actor to develop small entrepreneurship in rural areas. Municipalities should be taken small enterprises even more into consideration when developing entrepreneurship in rural areas. Co-operation with other enterprises and interest groups was considered as one of the most important things in the development of entrepreneurship.