Disposable solid state probe for optical screening of chlorpromazine

We are presenting a simple, low-cost and rapid solid-state optical probe for screening chlorpromazine (CPZ) in aquacultures. The method exploits the colourimetric reaction between CPZ and Fe(III) ion that occurs at a solid/liquid interface, the solid layer consisting of ferric iron entrapped in a layer of plasticized PVC. If solutions containing CPZ are dropped onto such a layer, a colour change occurs from light yellow to dark pink or even light blue, depending on the concentration of CPZ. Visual inspection enables the concentration of CPZ to be estimated. The resulting colouration was also monitored by digital image collection for a more accurate quantification. The three coordinates of the hue, saturation and lightness system were obtained by standard image processing along with mathematical data treatment. The parameters affecting colour were assessed and optimized. Studies were conducted by visible spectrophotometry and digital image acquisition, respectively. The response of the optimized probe towards the concentration of CPZ was tested for several mathematical transformations of the colour coordinates, and a linear relation was found for the sum of hue and luminosity. The limit of detection is 50 μM (corresponding to about 16 μg per mL). The probe enables quick screening for CPZ in real water samples with prior sample treatment.

Groundtruth system for underwater benchmarking

Oceans - San Diego, 2013

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.

Aquisição por Visão Artificial e Medição Automática de Micro Dureza Vickers

O ensaio de dureza, e mais concretamente o ensaio de micro dureza Vickers, é no universo dos ensaios mecânicos um dos mais utilizados quer seja na indústria, no ensino ou na investigação e desenvolvimento de produto no âmbito das ciências dos materiais. Na grande maioria dos casos, a utilização deste ensaio tem como principal aplicação a caracterização ou controlo da qualidade de fabrico de materiais metálicos. Sendo um ensaio de relativa simplicidade de execução, rapidez e com resultados comparáveis e relacionáveis a outras grandezas físicas das propriedades dos materiais. Contudo, e tratando-se de um método de ensaio cuja intervenção humana é importante, na medição da indentação gerada por penetração mecânica através de um sistema ótico, não deixa de exibir algumas debilidades que daí advêm, como sendo o treino dos técnicos e respetivas acuidades visuais, fenómenos de fadiga visual que afetam os resultados ao longo de um turno de trabalho; ora estes fenómenos afetam a repetibilidade e reprodutibilidade dos resultados obtidos no ensaio. O CINFU possui um micro durómetro Vickers, cuja realização dos ensaios depende de um técnico treinado para a execução do mesmo, apresentando todas as debilidades já mencionadas e que o tornou elegível para o estudo e aplicação de uma solução alternativa. Assim, esta dissertação apresenta o desenvolvimento de uma solução alternativa ao método ótico convencional na medição de micro dureza Vickers. Utilizando programação em LabVIEW da National Instruments, juntamente com as ferramentas de visão computacional (NI Vision), o programa começa por solicitar ao técnico a seleção da câmara para aquisição da imagem digital acoplada ao micro durómetro, seleção do método de ensaio (Força de ensaio); posteriormente o programa efetua o tratamento da imagem (aplicação de filtros para eliminação do ruído de fundo da imagem original), segue-se, por indicação do operador, a zona de interesse (ROI) e por sua vez são identificadas automaticamente os vértices da calote e respetivas distâncias das diagonais geradas concluindo, após aceitação das mesmas, com o respetivo cálculo de micro dureza resultante. Para validação dos resultados foram utilizados blocos-padrão de dureza certificada (CRM), cujos resultados foram satisfatórios, tendo-se obtido um elevado nível de exatidão nas medições efetuadas. Por fim, desenvolveu-se uma folha de cálculo em Excel com a determinação da incerteza associada às medições de micro dureza Vickers. Foram então comparados os resultados nas duas metodologias possíveis, pelo método ótico convencional e pela utilização das ferramentas de visão computacional, tendo-se obtido bons resultados com a solução proposta.

Distributed processing of large remote sensing images using MapReduce - A case of Edge Detection

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Estudo da Delaminação em Compósitos de Epóxido Reforçado com Borracha e Fibras Naturais

Nos últimos anos, a utilização dos materiais compósitos tem vindo a tornar-se cada vez mais comum em várias indústrias, onde se verifica uma ascensão na procura pelos mesmos. Características como o baixo peso aliado à sua alta resistência e rigidez permitem que estes materiais possuam diversas aplicações em variadas áreas, desde a medicina, aeronáutica, indústria automóvel e aeroespacial, até à indústria eletrónica. Hoje em dia, o uso de desperdícios sólidos de borracha e fibras naturais na produção de materiais compósitos é, mais que uma opção, uma necessidade ambiental. De forma a reduzir as enormes quantidades de desperdícios, foi criado um material compósito constituído por uma resina termoendurecível reforçada com esses dois tipos de desperdícios. Parâmetros de fabrico como a percentagem de borracha, o tamanho das partículas de borracha, a percentagem de fibras de cana-de-açúcar e o comprimento dessas fibras foram variados, com o objetivo de estudar a influência destes dois materiais nas propriedades mecânicas do compósito. Apesar da maior parte dos compósitos serem fabricados na forma de uma peça funcional quase pronta a ser utilizada, por vezes é necessário recorrer à maquinação de furos. Apesar das muitas técnicas de furação existentes, os defeitos resultantes deste processo aplicado aos materiais compósitos são ainda muito comuns. Desses defeitos o que mais se destaca é sem dúvida a delaminação. Trinta e seis provetes de epóxido reforçado com borracha e fibra de cana-de-açúcar foram fabricados e furados, de modo a possibilitar o estudo das propriedades mecânicas do material compósito, assim como a análise da zona danificada durante a furação. Diferentes condições de furação, como tipos de broca e velocidades de avanço diferentes, foram impostas aos provetes de forma a variar o mais possível a zona de dano de uns furos para os outros. Parâmetros como a área de dano ou ainda o fator de delaminação provam ser muito úteis na caracterização e quantificação do dano na zona periférica de um furo. Recorrendo a técnicas de processamento de imagem foi possível obter esses parâmetros. O processamento e análise de imagem pode ser feito através de vários métodos. O método utilizado neste trabalho foi o software MATLAB® associado a ferramentas de processamento de imagem. Depois de feita a análise dos furos foram realizados ensaios de esmagamento a todos os provetes. Este passo permitiu assim avaliar de que forma os parâmetros de furação influenciam a resistência mecânica do material, e se a avaliação realizada aos furos é um método viável para a avaliação da extensão de dano nesses furos.

Detecting and evaluating land cover change in the eastern half of East Timor (1972-2011)

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Microscopy image segmentation by active contour models

In this thesis a semi-automated cell analysis system is described through image processing. To achieve this, an image processing algorithm was studied in order to segment cells in a semi-automatic way. The main goal of this analysis is to increase the performance of cell image segmentation process, without affecting the results in a significant way. Even though, a totally manual system has the ability of producing the best results, it has the disadvantage of taking too long and being repetitive, when a large number of images need to be processed. An active contour algorithm was tested in a sequence of images taken by a microscope. This algorithm, more commonly known as snakes, allowed the user to define an initial region in which the cell was incorporated. Then, the algorithm would run several times, making the initial region contours to converge to the cell boundaries. With the final contour, it was possible to extract region properties and produce statistical data. This data allowed to say that this algorithm produces similar results to a purely manual system but at a faster rate. On the other hand, it is slower than a purely automatic way but it allows the user to adjust the contour, making it more versatile and tolerant to image variations.

The brushstroke and materials of Amadeo de Souza-Cardoso combined in an authentication tool

Nowadays, authentication studies for paintings require a multidisciplinary approach, based on the contribution of visual features analysis but also on characterizations of materials and techniques. Moreover, it is important that the assessment of the authorship of a painting is supported by technical studies of a selected number of original artworks that cover the entire career of an artist. This dissertation is concerned about the work of modernist painter Amadeo de Souza-Cardoso. It is divided in three parts. In the first part, we propose a tool based on image processing that combines information obtained by brushstroke and materials analysis. The resulting tool provides qualitative and quantitative evaluation of the authorship of the paintings; the quantitative element is particularly relevant, as it could be crucial in solving authorship controversies, such as judicial disputes. The brushstroke analysis was performed by combining two algorithms for feature detection, namely Gabor filter and Scale Invariant Feature Transform. Thanks to this combination (and to the use of the Bag-of-Features model), the proposed method shows an accuracy higher than 90% in distinguishing between images of Amadeo’s paintings and images of artworks by other contemporary artists. For the molecular analysis, we implemented a semi-automatic system that uses hyperspectral imaging and elemental analysis. The system provides as output an image that depicts the mapping of the pigments present, together with the areas made using materials not coherent with Amadeo’s palette, if any. This visual output is a simple and effective way of assessing the results of the system. The tool proposed based on the combination of brushstroke and molecular information was tested in twelve paintings obtaining promising results. The second part of the thesis presents a systematic study of four selected paintings made by Amadeo in 1917. Although untitled, three of these paintings are commonly known as BRUT, Entrada and Coty; they are considered as his most successful and genuine works. The materials and techniques of these artworks have never been studied before. The paintings were studied with a multi-analytical approach using micro-Energy Dispersive X-ray Fluorescence spectroscopy, micro-Infrared and Raman Spectroscopy, micro-Spectrofluorimetry and Scanning Electron Microscopy. The characterization of Amadeo’s materials and techniques used on his last paintings, as well as the investigation of some of the conservation problems that affect these paintings, is essential to enrich the knowledge on this artist. Moreover, the study of the materials in the four paintings reveals commonalities between the paintings BRUT and Entrada. This observation is supported also by the analysis of the elements present in a photograph of a collage (conserved at the Art Library of the Calouste Gulbenkian Foundation), the only remaining evidence of a supposed maquete of these paintings. The final part of the thesis describes the application of the image processing tools developed in the first part of the thesis on a set of case studies; this experience demonstrates the potential of the tool to support painting analysis and authentication studies. The brushstroke analysis was used as additional analysis on the evaluation process of four paintings attributed to Amadeo, and the system based on hyperspectral analysis was applied on the painting dated 1917. The case studies therefore serve as a bridge between the first two parts of the dissertation.

Automated quantitative analysis of MCC-IMS spectra

Ion Mobility Spectrometry coupled with Multi Capillary Columns (MCC -IMS) is a fast analytical technique working at atmospheric pressure with high sensitivity and selectivity making it suitable for the analysis of complex biological matrices. MCC-IMS analysis generates its information through a 3D spectrum with peaks, corresponding to each of the substances detected, providing quantitative and qualitative information. Sometimes peaks of different substances overlap, making the quantification of substances present in the biological matrices a difficult process. In the present work we use peaks of isoprene and acetone as a model for this problem. These two volatile organic compounds (VOCs) that when detected by MCC-IMS produce two overlapping peaks. In this work it’s proposed an algorithm to identify and quantify these two peaks. This algorithm uses image processing techniques to treat the spectra and to detect the position of the peaks, and then fits the data to a custom model in order to separate the peaks. Once the peaks are separated it calculates the contribution of each peak to the data.

Segmentação de imagens fetais com potencial para desenvolvimento de ferramentas de apoio ao diagnóstico

Programa Doutoral em Engenharia Eletrónica e de Computadores

Development of procedures for the design, optimization and manufacturing of customized orthopaedic and trauma implants: Geometrical/anatomical modelling from 3D medical imaging

Tese de Doutoramento (Programa Doutoral em Engenharia Biomédica)

FISHji: new ImageJ macros for the quantification of fluorescence in epifluorescence images

Fluorescence in situ hybridization (FISH) is based on the use of fluorescent staining dyes, however, the signal intensity of the images obtained by microscopy is seldom quantified with accuracy by the researcher. The development of innovative digital image processing programs and tools has been trying to overcome this problem, however, the determination of fluorescent intensity in microscopy images still has issues due to the lack of precision in the results and the complexity of existing software. This work presents FISHji, a set of new ImageJ methods for automated quantification of fluorescence in images obtained by epifluorescence microscopy. To validate the methods, results obtained by FISHji were compared with results obtained by flow cytometry. The mean correlation between FISHji and flow cytometry was high and significant, showing that the imaging methods are able to accurately assess the signal intensity of fluorescence images. FISHji are available for non-commercial use at http://paginas.fe.up.pt/nazevedo/.

MSight: an image analysis software for liquid chromatography-mass spectrometry.

Images obtained from high-throughput mass spectrometry (MS) contain information that remains hidden when looking at a single spectrum at a time. Image processing of liquid chromatography-MS datasets can be extremely useful for quality control, experimental monitoring and knowledge extraction. The importance of imaging in differential analysis of proteomic experiments has already been established through two-dimensional gels and can now be foreseen with MS images. We present MSight, a new software designed to construct and manipulate MS images, as well as to facilitate their analysis and comparison.

Selective three-dimensional visualization of the coronary arterial lumen using arterial spin tagging.

Conventional coronary magnetic resonance angiography (MRA) techniques display the coronary blood-pool along with the surrounding structures, including the myocardium, the ventricular and atrial blood-pool, and the great vessels. This representation of the coronary lumen is not directly analogous to the information provided by x-ray coronary angiography, in which the coronary lumen displayed by iodinated contrast agent is seen. Analogous "luminographic" data may be obtained using MR arterial spin tagging (projection coronary MRA) techniques. Such an approach was implemented using a 2D selective "pencil" excitation for aortic spin tagging in concert with a 3D interleaved segmented spiral imaging sequence with free-breathing, and real-time navigator technology. This technique allows for selective 3D visualization of the coronary lumen blood-pool, while signal from the surrounding structures is suppressed.