Signal Subspace Identification in Hyperspectral Linear Mixtures

Chpater in Book Proceedings with Peer Review Second Iberian Conference, IbPRIA 2005, Estoril, Portugal, June 7-9, 2005, Proceedings, Part II

Variabilidade introduzida pelo operador no processamento dos estudos Gated-SPECT do miocárdio

Introdução – Os estudos Gated – Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT) são uma das técnicas de imagiologia cardíaca que mais evoluiu nas últimas décadas. Para a análise das imagens obtidas, a utilização de softwares de quantificação leva a um aumento da reprodutibilidade e exatidão das interpretações. O objetivo deste estudo consiste em avaliar, em estudos Gated-SPECT, a variabilidade intra e interoperador de parâmetros quantitativos de função e perfusão do miocárdio, obtidos com os softwares Quantitative Gated SPECT (QGS) e Quantitative Perfusion SPECT (QPS). Material e métodos – Recorreu-se a uma amostra não probabilística por conveniência de 52 pacientes, que realizaram estudos Gated-SPECT do miocárdio por razões clínicas e que integravam a base de dados da estação de processamento da Xeleris da ESTeSL. Os cinquenta e dois estudos foram divididos em dois grupos distintos: Grupo I (GI) de 17 pacientes com imagens com perfusão do miocárdio normal; Grupo II (GII) de 35 pacientes que apresentavam defeito de perfusão nas imagens Gated-SPECT. Todos os estudos foram processados 5 vezes por 4 operadores independentes (com experiência de 3 anos em Serviços de Medicina Nuclear com casuística média de 15 exames/semana de estudos Gated-SPECT). Para a avaliação da variabilidade intra e interoperador foi utilizado o teste estatístico de Friedman, considerando α=0,01. Resultados e discussão – Para todos os parâmetros avaliados, os respectivos valores de p não traduziram diferenças estatisticamente significativas (p>α). Assim, não foi verificada variabilidade intra ou interoperador significativa no processamento dos estudos Gated-SPECT do miocárdio. Conclusão – Os softwares QGS e QPS são reprodutíveis na quantificação dos parâmetros de função e perfusão avaliados, não existindo variabilidade introduzida pelo operador.

Efeito fisiológico da cafeína em estudos neurológicos com base na ponderação em susceptibilidade ferromagnética (SWI)

Introdução – O presente estudo avaliou o efeito da cafeína no valor da razão contraste ruído (CNR) em imagens SWI. Objetivos – Avaliar o efeito da cafeína qualitativamente e quantificado pelo cálculo do valor CNR em imagens de magnitude e MIP para as estruturas: veia cerebral interna, seio sagital superior, tórcula e artéria cerebral média. Metodologia – A população do estudo incluiu 24 voluntários saudáveis que estiveram pelo menos 24h privados da ingestão de cafeína. Adquiriram-se imagens SWI antes e após a ingestão de 100ml de café. Os voluntários foram subdivididos em quatro grupos de seis indivíduos/grupo e avaliados separadamente após decorrido um intervalo de tempo diferente para cada grupo (15, 25, 30 ou 45min pós-cafeína). Utilizou-se um scanner Siemens Avanto 1,5 T com bobine standard de crânio e os parâmetros: T2* GRE 3D de alta resolução no plano axial, TR=49; TE=40; FA=15; FOV=187x230; matriz=221x320. O processamento de imagem foi efetuado no software OsiriX® e a análise estatística no GraphPadPrism®. Resultados e Discussão – As alterações de sinal e diferenças de contraste predominaram nas estruturas venosas e não foram significantes na substância branca, LCR e artéria cerebral média. Os valores CNR pré-cafeína diferiram significativamente do pós-cafeína nas imagens de magnitude e MIP na veia cerebral interna e nas imagens de magnitude do seio sagital superior e da tórcula (p<0,0001). Não se verificaram diferenças significativas entre os grupos avaliados nos diferentes tempos pós-cafeína. Conclusões – Especulamos que a cafeína possa vir a ser usada como agente de contraste nas imagens SWI barato, eficaz e de fácil administração.

Modelling and segmentation of the vocal tract during speech production by using deformable models in magnetic resonance images

The first and second authors would like to thank the support of the PhD grants with references SFRH/BD/28817/2006 and SFRH/PROTEC/49517/2009, respectively, from Fundação para a Ciência e Tecnol ogia (FCT). This work was partially done in the scope of the project “Methodologies to Analyze Organs from Complex Medical Images – Applications to Fema le Pelvic Cavity”, wi th reference PTDC/EEA- CRO/103320/2008, financially supported by FCT.

Dominant set approach to ECG biometrics

Electrocardiographic (ECG) signals are emerging as a recent trend in the field of biometrics. In this paper, we propose a novel ECG biometric system that combines clustering and classification methodologies. Our approach is based on dominant-set clustering, and provides a framework for outlier removal and template selection. It enhances the typical workflows, by making them better suited to new ECG acquisition paradigms that use fingers or hand palms, which lead to signals with lower signal to noise ratio, and more prone to noise artifacts. Preliminary results show the potential of the approach, helping to further validate the highly usable setups and ECG signals as a complementary biometric modality.

Drilling delamination outcomes on glass and sisal reinforced plastics

Nowadays, fibre reinforced plastics are used in a wide variety of applications. Apart from the most known reinforcement fibres, like glass or carbon, natural fibres can be seen as an economical alternative. However, some mistrust is yet limiting the use of such materials, being one of the main reasons the inconsistency normally found in their mechanical properties. It should be noticed that these materials are more used for their low density than for their high stiffness. In this work, two different types of reinforced plates were compared: glass reinforced epoxy plate and sisal reinforced epoxy plate. For material characterization purposes, tensile and flexural tests were carried out. Main properties of both materials, like elastic modulus, tensile strength or flexural modulus, are presented and compared with reference values. Afterwards, plates were drilled under two different feed rates: low and high, with two diverse tools: twist and brad type drill, while cutting speed was kept constant. Thrust forces during drilling were monitored. Then, delamination area around the hole was assessed by using digital images that were processed using a computational platform previously developed. Finally, drilled plates were mechanically tested for bearing and open-hole resistance. Results were compared and correlated with the measured delamination. Conclusions contribute to the understanding of natural fibres reinforced plastics as a substitute to glass fibres reinforced plastics, helping on cost reductions without compromising reliability, as well as the consequence of delamination on mechanical resistance of this type of composites.

O património local como recurso para o desenvolvimento de competências essenciais da história no 1.º ciclo

Relatório de Estágio apresentado à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção de grau de mestre em Ensino do 1.º e do 2.º Ciclo do Ensino Básico

Modification of cell volume and proliferative capacity of Pseudokirchneriella subcapitata cells exposed to metal stress

The impact of metals (Cd, Cr, Cu and Zn) on growth, cell volume and cell division of the freshwateralga Pseudokirchneriella subcapitata exposed over a period of 72 h was investigated. The algal cells wereexposed to three nominal concentrations of each metal: low (closed to 72 h-EC10values), intermediate(closed to 72 h-EC50values) and high (upper than 72 h-EC90values). The exposure to low metal concen-trations resulted in a decrease of cell volume. On the contrary, for the highest metal concentrations anincrease of cell volume was observed; this effect was particularly notorious for Cd and less pronouncedfor Zn. Two behaviours were found when algal cells were exposed to intermediate concentrations ofmetals: Cu(II) and Cr(VI) induced a reduction of cell volume, while Cd(II) and Zn(II) provoked an oppositeeffect. The simultaneous nucleus staining and cell image analysis, allowed distinguishing three phases inP. subcapitata cell cycle: growth of mother cell; cell division, which includes two divisions of the nucleus;and, release of four autospores. The exposure of P. subcapitata cells to the highest metal concentrationsresulted in the arrest of cell growth before the first nucleus division [for Cr(VI) and Cu(II)] or after thesecond nucleus division but before the cytokinesis (release of autospores) when exposed to Cd(II). Thedifferent impact of metals on algal cell volume and cell-cycle progression, suggests that different toxic-ity mechanisms underlie the action of different metals studied. The simultaneous nucleus staining andcell image analysis, used in the present work, can be a useful tool in the analysis of the toxicity of thepollutants, in P. subcapitata, and help in the elucidation of their different modes of action.

Durability performance of self-compacting concrete (SCC) with binary and ternary mixes of fly ash and limestone filler

The basic objective of this work is to evaluate the durability of self-compacting concrete (SCC) produced in binary and ternary mixes using fly ash (FA) and limestone filler (LF) as partial replacement of cement. The main characteristics that set SCC apart from conventional concrete (fundamentally its fresh state behaviour) essentially depend on the greater or lesser content of various constituents, namely: greater mortar volume (more ultrafine material in the form of cement and mineral additions); proper control of the maximum size of the coarse aggregate; use of admixtures such as superplasticizers. Significant amounts of mineral additions are thus incorporated to partially replace cement, in order to improve the workability of the concrete. These mineral additions necessarily affect the concrete’s microstructure and its durability. Therefore, notwithstanding the many well-documented and acknowledged advantages of SCC, a better understanding its behaviour is still required, in particular when its composition includes significant amounts of mineral additions. An ambitious working plan was devised: first, the SCC’s microstructure was studied and characterized and afterwards the main transport and degradation mechanisms of the SCC produced were studied and characterized by means of SEM image analysis, chloride migration, electrical resistivity, and carbonation tests. It was then possible to draw conclusions about the SCC’s durability. The properties studied are strongly affected by the type and content of the additions. Also, the use of ternary mixes proved to be extremely favourable, confirming the expected beneficial effect of the synergy between LF and FA. © 2015 RILEM.

Exploiting the bin-class histograms for feature selection on discrete data

In machine learning and pattern recognition tasks, the use of feature discretization techniques may have several advantages. The discretized features may hold enough information for the learning task at hand, while ignoring minor fluctuations that are irrelevant or harmful for that task. The discretized features have more compact representations that may yield both better accuracy and lower training time, as compared to the use of the original features. However, in many cases, mainly with medium and high-dimensional data, the large number of features usually implies that there is some redundancy among them. Thus, we may further apply feature selection (FS) techniques on the discrete data, keeping the most relevant features, while discarding the irrelevant and redundant ones. In this paper, we propose relevance and redundancy criteria for supervised feature selection techniques on discrete data. These criteria are applied to the bin-class histograms of the discrete features. The experimental results, on public benchmark data, show that the proposed criteria can achieve better accuracy than widely used relevance and redundancy criteria, such as mutual information and the Fisher ratio.

Hyperspectral signal subspace estimation

Given an hyperspectral image, the determination of the number of endmembers and the subspace where they live without any prior knowledge is crucial to the success of hyperspectral image analysis. This paper introduces a new minimum mean squared error based approach to infer the signal subspace in hyperspectral imagery. The method, termed hyperspectral signal identification by minimum error (HySime), is eigendecomposition based and it does not depend on any tuning parameters. It first estimates the signal and noise correlation matrices and then selects the subset of eigenvalues that best represents the signal subspace in the least squared error sense. The effectiveness of the proposed method is illustrated using simulated data based on U.S.G.S. laboratory spectra and real hyperspectral data collected by the AVIRIS sensor over Cuprite, Nevada.

Imagiologia Espetral - Análise Forense de Notas e Escrita Manual

A análise forense de documentos é uma das áreas das Ciências Forenses, responsável pela verificação da autenticidade dos documentos. Os documentos podem ser de diferentes tipos, sendo a moeda ou escrita manual as evidências forenses que mais frequentemente motivam a análise. A associação de novas tecnologias a este processo de análise permite uma melhor avaliação dessas evidências, tornando o processo mais célere. Esta tese baseia-se na análise forense de dois tipos de documentos - notas de euro e formulários preenchidos por escrita manual. Neste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas de processamento e análise de imagens de evidências dos tipos referidos com vista a extração de medidas que permitam aferir da autenticidade dos mesmos. A aquisição das imagens das notas foi realizada por imagiologia espetral, tendo-se definidas quatro modalidades de aquisição: luz visível transmitida, luz visível refletida, ultravioleta A e ultravioleta C. Para cada uma destas modalidades de aquisição, foram também definidos 2 protocolos: frente e verso. A aquisição das imagens dos documentos escritos manualmente efetuou-se através da digitalização dos mesmos com recurso a um digitalizador automático de um aparelho multifunções. Para as imagens das notas desenvolveram-se vários algoritmos de processamento e análise de imagem, específicos para este tipo de evidências. Esses algoritmos permitem a segmentação da região de interesse da imagem, a segmentação das sub-regiões que contém as marcas de segurança a avaliar bem como da extração de algumas características. Relativamente as imagens dos documentos escritos manualmente, foram também desenvolvidos algoritmos de segmentação que permitem obter todas as sub-regiões de interesse dos formulários, de forma a serem analisados os vários elementos. Neste tipo de evidências, desenvolveu-se ainda um algoritmo de análise para os elementos correspondentes à escrita de uma sequência numérica o qual permite a obtenção das imagens correspondentes aos caracteres individuais. O trabalho desenvolvido e os resultados obtidos permitiram a definição de protocolos de aquisição de imagens destes tipos de evidências. Os algoritmos automáticos de segmentação e análise desenvolvidos ao longo deste trabalho podem ser auxiliares preciosos no processo de análise da autenticidade dos documentos, o qual, ate então, é feito manualmente. Apresentam-se ainda os resultados dos estudos feitos às diversas evidências, nomeadamente as performances dos diversos algoritmos analisados, bem como algumas das adversidades encontradas durante o processo. Apresenta-se também uma discussão da metodologia adotada e dos resultados, bem como de propostas de continuação deste trabalho, nomeadamente, a extração de características e a implementação de classificadores capazes aferir da autenticidade dos documentos.

Real-Time Visual Ground-Truth System for Indoor Robotic Applications

The robotics community is concerned with the ability to infer and compare the results from researchers in areas such as vision perception and multi-robot cooperative behavior. To accomplish that task, this paper proposes a real-time indoor visual ground truth system capable of providing accuracy with at least more magnitude than the precision of the algorithm to be evaluated. A multi-camera architecture is proposed under the ROS (Robot Operating System) framework to estimate the 3D position of objects and the implementation and results were contextualized to the Robocup Middle Size League scenario.

Structured Light System Calibration for Perception in Underwater Tanks

The process of visually exploring underwater environments is still a complex problem. Underwater vision systems require complementary means of sensor information to help overcome water disturbances. This work proposes the development of calibration methods for a structured light based system consisting on a camera and a laser with a line beam. Two different calibration procedures that require only two images from different viewpoints were developed and tested in dry and underwater environments. Results obtained show, an accurate calibration for the camera/projector pair with errors close to 1 mm even in the presence of a small stereos baseline.

Aquisição e Processamento de Imagens de Microscopia em Balística Forense

As novas tecnologias aplicadas ao processamento de imagem e reconhecimento de padrões têm sido alvo de um grande progresso nas últimas décadas. A sua aplicação é transversal a diversas áreas da ciência, nomeadamente a área da balística forense. O estudo de evidências (invólucros e projeteis) encontradas numa cena de crime, recorrendo a técnicas de processamento e análise de imagem, é pertinente pelo facto de, aquando do disparo, as armas de fogo imprimirem marcas únicas nos invólucros e projéteis deflagrados, permitindo relacionar evidências deflagradas pela mesma arma. A comparação manual de evidências encontradas numa cena de crime com evidências presentes numa base de dados, em termos de parâmetros visuais, constitui uma abordagem demorada. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver técnicas automáticas de processamento e análise de imagens de evidências, obtidas através do microscópio ótico de comparação, tendo por base algoritmos computacionais. Estes foram desenvolvidos com recurso a pacotes de bibliotecas e a ferramentas open-source. Para a aquisição das imagens de evidências balísticas foram definidas quatro modalidades de aquisição: modalidade Planar, Multifocus, Microscan e Multiscan. As imagens obtidas foram aplicados algoritmos de processamento especialmente desenvolvidos para o efeito. A aplicação dos algoritmos de processamento permite a segmentação de imagem, a extração de características e o alinhamento de imagem. Este último tem como finalidade correlacionar as evidências e obter um valor quantitativo (métrica), indicando o quão similar essas evidências são. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, foram definidos protocolos de aquisição de imagens de microscopia, que possibilitam a aquisição de imagens das regiões passiveis de serem estudadas, assim como algoritmos que permitem automatizar o posterior processo de alinhamento de imagens de evidências, constituindo uma vantagem em relação ao processo de comparação manual.