Semi-supervised segmentation of ultrasound images based on patch representation and continuous min cut.

Ultrasound segmentation is a challenging problem due to the inherent speckle and some artifacts like shadows, attenuation and signal dropout. Existing methods need to include strong priors like shape priors or analytical intensity models to succeed in the segmentation. However, such priors tend to limit these methods to a specific target or imaging settings, and they are not always applicable to pathological cases. This work introduces a semi-supervised segmentation framework for ultrasound imaging that alleviates the limitation of fully automatic segmentation, that is, it is applicable to any kind of target and imaging settings. Our methodology uses a graph of image patches to represent the ultrasound image and user-assisted initialization with labels, which acts as soft priors. The segmentation problem is formulated as a continuous minimum cut problem and solved with an efficient optimization algorithm. We validate our segmentation framework on clinical ultrasound imaging (prostate, fetus, and tumors of the liver and eye). We obtain high similarity agreement with the ground truth provided by medical expert delineations in all applications (94% DICE values in average) and the proposed algorithm performs favorably with the literature.

An Automatic Approach for Learning and Tuning Gaussian Interval Type-2 Fuzzy Membership Functions Applied to Lung CAD Classification System

The potential of type-2 fuzzy sets for managing high levels of uncertainty in the subjective knowledge of experts or of numerical information has focused on control and pattern classification systems in recent years. One of the main challenges in designing a type-2 fuzzy logic system is how to estimate the parameters of type-2 fuzzy membership function (T2MF) and the Footprint of Uncertainty (FOU) from imperfect and noisy datasets. This paper presents an automatic approach for learning and tuning Gaussian interval type-2 membership functions (IT2MFs) with application to multi-dimensional pattern classification problems. T2MFs and their FOUs are tuned according to the uncertainties in the training dataset by a combination of genetic algorithm (GA) and crossvalidation techniques. In our GA-based approach, the structure of the chromosome has fewer genes than other GA methods and chromosome initialization is more precise. The proposed approach addresses the application of the interval type-2 fuzzy logic system (IT2FLS) for the problem of nodule classification in a lung Computer Aided Detection (CAD) system. The designed IT2FLS is compared with its type-1 fuzzy logic system (T1FLS) counterpart. The results demonstrate that the IT2FLS outperforms the T1FLS by more than 30% in terms of classification accuracy.

Control d'un sistema de marcatge làser de caixes

RESUM Avui en dia, l’alta competitivitat que existeix al mercat, fa que les empreses hagin d’esprémer al màxim les seves possibilitats per no quedar-se enrere. Un dels processos en que aquest fet hi és més present és el productiu. L’empresa JCM Technologies també engloba aquest camp i és en un dels seus processos productius on aquest projecte pren part. L’objectiu d’aquest projecte final de carrera ha estat desenvolupar un sistema per poder marcar caixes mitjançant un làser de CO2 i un automatisme manipulador de caixes. D’aquesta manera aquest procés productiu té una durada molt inferior a l’antic procés, que consistia en enganxar una etiqueta al lloc on ara és marcat pel làser. Per satisfer els objectius, s’ha creat una aplicació de Windows que per mitjà d’una interfície gràfica, permet a l’usuari realitzar els passos necessaris per fer el marcatge. Primerament es recullen les dades procedents de la comanda; seguidament es seleccionen les que s’han de marcar a les caixes i s’envien al làser mitjançant comunicació sèrie; una vegada aquesta inicialització ha finalitzat correctament, s’engega la seqüència de marcatge de les caixes, que en marcarà la quantitat indicada. Aquest procés de marcatge consisteix en supervisar l’estat en que es troben certes senyals, procedents de l’automatisme i del làser, i depenent d’aquestes generar-ne unes altres. Aconseguint així realitzar el procés de marcatge de cada caixa. Com a conclusions cal dir, que els objectius s’han complert, ja que s’ha aconseguit un procés de marcatge ràpid i robust. També s’ha aconseguit que les parts de configuració de l’aplicació, i de les caixes siguin de fàcil manipulació. Per tant, amb l’acompliment dels objectius d’aquest projecte, aconseguim completar el sistema de marcatge, i permetre que les caixes siguin marcades de forma correcta, ràpida i eficient.

Fast Approximation of Nonlinearities for improving inversion algorithms of PNL mixtures and Wiener systems

This paper proposes a very fast method for blindly approximating a nonlinear mapping which transforms a sum of random variables. The estimation is surprisingly good even when the basic assumption is not satisfied.We use the method for providing a good initialization for inverting post-nonlinear mixtures and Wiener systems. Experiments show that the algorithm speed is strongly improved and the asymptotic performance is preserved with a very low extra computational cost.

Verkkolaskutuksen integroiminen toiminnanohjausjärjestelmään

Pk-yritykset tavoittelevat toiminnanohjausjärjestelmän käyttämisellä taloudellisia ja ajallisia säästöjä. Sama pyrkimys on ollut myös verkkolaskutuksen käyttämisellä. Projektinhallinta.com-toiminnanohjausjärjestelmän kehittämisen yhteydessä nämä tarpeet ovat tulleet voimakkaasti esille. Taustalla vaikuttaa laajemmalti koko yrityskenttää myllertävä liiketoiminnan sähköistyminen. Sähköisen tiedonsiirron osalta jo EDI-standardi loi uraauurtavaa pohjaa toiminnoille, jotka ovat omalta osaltaan olleet vaikuttamassa nykymuotoisen sähköisen laskutuksen kehittymiseen. Lähdettäessä kehittämään verkkolaskutoimintoa toiminnanohjausjärjestelmään tulee ottaa huomioon mm. tiedon rakenteellinen määrittäminen. Tätä varten tutkielmassa toteutetaan kuvaus tiedonsiirtoprosessista ja määritellään laskusisältö. Lisäksi kartoitetaan verkkolaskua tukevat operaattorit sekä verkkolaskun kehittämisorganisaatiot. Toteutus- ja käyttöönottosuunnitelmaa varten käydään läpi myös erilaisia mahdollisia verkkolaskumäärityksiä sekä kerrotaan seikoista, jotka verkkolaskutuksen käyttöönottajan tulee ottaa huomioon.

Pinnan ominaisuuksien karakterisointi kiiltomittalaitteella ja kiiltomittalaitteen soveltuvuus tuotannon laadunvarmistuksessa

Alahuulten, kärkilistojen, turboputkien ja telapinnoitteiden pinnankarheutta mitataan Rautpohjan tehtaalla nykyään pääosin koskettavalla pinnankarheusprofilometrilla. Profilometrin käyttö on hankalaa ja epäluotettavaa tai käytössä on muita ongelmia. Paperin kuituorientaation mittaamiseen käytetään nykyisin mm. TSO-menetelmää tai repäisymenetelmää. Tämän diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa diffraktiiviseen optiseen elementtiin perustuvan kiiltomittalaiteprototyypin mahdollisuuksia karakteroida pinnan ominaisuuksia ja tutkia kiiltomittalaitteen soveltuvuutta tuotannon laadunvarmistuksessa. Alahuuli-, kärkilista-, turboputki-, telapinnoite- ja paperinäytteistä valmistettiinnäytesarjoja, jotka mitattiin nykymenetelmin ja kiiltomittalaitteella. Tulostenkorreloituvuutta tutkittiin ja taloudellista merkitystä arvioitiin investointilaskelmin. Paperin kuituorientaation, paperin pinnan kuituorientaation ja telapinnoitteiden mittaaminen kiiltomittalaitteella osoittautui taloudellisesti erittäin merkittäväksi. Ennen mahdollista kiiltomittalaitteen käyttöönottoa prototyyppiä on kehitettävä, kiillon korreloituvuutta tulee tutkia edelleen ja aiheesta on tehtävä lisätutkimuksia.

Improving algorithm speed in PNL mixture separation and Wiener system inversion

This paper proposes a very simple method for increasing the algorithm speed for separating sources from PNL mixtures or invertingWiener systems. The method is based on a pertinent initialization of the inverse system, whose computational cost is very low. The nonlinear part is roughly approximated by pushing the observations to be Gaussian; this method provides a surprisingly good approximation even when the basic assumption is not fully satisfied. The linear part is initialized so that outputs are decorrelated. Experiments shows the impressive speed improvement.

Optimizing Mobile Java Location-Based Services in Symbian OS

This thesis evaluates methods for obtaining high performance in applications running on the mobile Java platform. Based on the evaluated methods, an optimization was done to a Java extension API running on top the Symbian operating system. The API provides location-based services for mobile Java applications. As a part of this thesis, the JNI implementation in Symbian OS was also benchmarked. A benchmarking tool was implemented in the analysis phase in order to implement extensive performance test set. Based on the benchmark results, it was noted that the landmarks implementation of the API was performing very slowly with large amounts of data. The existing implementation proved to be very inconvenient for optimization because the early implementers did not take performance and design issues into consideration. A completely new architecture was implemented for the API in order to provide scalable landmark initialization and data extraction by using lazy initialization methods. Additionally, runtime memory consumption was also an important part of the optimization. The improvement proved to be very efficient based on the measurements after the optimization. Most of the common API use cases performed extremely well compared to the old implementation. Performance optimization is an important quality attribute of any piece of software especially in embedded mobile devices. Typically, projects get into trouble with performance because there are no clear performance targets and knowledge how to achieve them. Well-known guidelines and performance models help to achieve good overall performance in Java applications and programming interfaces.

Control d'un sistema de marcatge làser de caixes

Avui en dia, l’alta competitivitat que existeix al mercat, fa que les empreses hagin d’esprémer al màxim les seves possibilitats per no quedar-se enrere. Un dels processos en que aquest fet hi és més present és el productiu. L’empresa JCM Technologies també engloba aquest camp i és en un dels seus processos productius on aquest projecte pren part. L’objectiu d’aquest projecte final de carrera ha estat desenvolupar un sistema per poder marcar caixes mitjançant un làser de CO2 i un automatisme manipulador de caixes. D’aquesta manera aquest procés productiu té una durada molt inferior a l’antic procés, que consistia en enganxar una etiqueta al lloc on ara és marcat pel làser. Per satisfer els objectius, s’ha creat una aplicació de Windows que per mitjà d’una interfície gràfica, permet a l’usuari realitzar els passos necessaris per fer el marcatge. Primerament es recullen les dades procedents de la comanda; seguidament es seleccionen les que s’han de marcar a les caixes i s’envien al làser mitjançant comunicació sèrie; una vegada aquesta inicialització ha finalitzat correctament, s’engega la seqüència de marcatge de les caixes, que en marcarà la quantitat indicada. Aquest procés de marcatge consisteix en supervisar l’estat en que es troben certes senyals, procedents de l’automatisme i del làser, i depenent d’aquestes generar-ne unes altres. Aconseguint així realitzar el procés de marcatge de cada caixa. Com a conclusions cal dir, que els objectius s’han complert, ja que s’ha aconseguit un procés de marcatge ràpid i robust. També s’ha aconseguit que les parts de configuració de l’aplicació, i de les caixes siguin de fàcil manipulació. Per tant, amb l’acompliment dels objectius d’aquest projecte, aconseguim completar el sistema de marcatge, i permetre que les caixes siguin marcades de forma correcta, ràpida i eficient.

Varastoinnin kehittäminen eräässä huolintaliikkeessä

Tässä työssä kuvataan Saimaa Linesin varastointiin ja työturvallisuuteen liittyviä ongelmia sekä esitetään ehdotuksia niin varastoinnin tehostamiseksi kuin työturvallisuuden parantamiseksi. Saimaa Lines on lappeenrantalainen huolintaliike, jonka asiakkaat sijaitsevat pääasiassa entisen Neuvostoliiton alueella. Varastolla on lastausongelmia ja työturvallisuus on puutteellisesti hoidettu. Aluksi työssä tutkitaan ja vertaillaan viivakoodi- sekä RFID-järjestelmiä. Vertailujen pohjalta valitaan järjestelmistä toinen ja selvitetään, kuinka järjestelmä parantaisi varastointia Saimaa Linesilla sekä selvitetään käyttöönottokustannukset. Omana osionaan tarkastellaan työturvallisuutta ensin teoreettiselta pohjalta ja sen jälkeen esitellään tulokset Saimaa Linesille tehdystä Turvallisuuskympistä. Osion lopussa esitetään ehdotuksia turvallisuuden parantamiseksi.

Nollapistekiinnittimen hyödyntäminen työkalun valmistuksessa ja muovausprosessissa

Tämä diplomityö tehtiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston konetekniikan osastolle. Työn tavoitteena oli kartoittaa nollapistekiinnittimien tyyppejä ja toimintaperiaatteita sekä luoda muistilista liittyen nollapistekiinnittimen käyttöönottoon kiinnitysratkaisuna. Nollapistekiinnitin on konepajatekniikan kappaleenkiinnitin, joka tarjoaa tarkan paikoituksen, nopean asetusajan ja yksinkertaisen kappaleenvaihdon. Työssä tutkitaan nollapistekiinnittimien ominaisuuksia ja käyttökohteita, esitellään erityyppisiä nollapistekiinnittimiä ja vertaillaan niitä perinteisiin kiinnitysmenetelmiin. Työn kokeellisen osuuden tavoite oli tutkia nollapistekiinnittimen ominaisuuksia ja toimintaa ja pohtia mahdollisuuksia muovaustyökalun valmistuksessa ja kiinnittämisessä muovauspuristimeen. Kokeet tehtiin LTY:n konepajatekniikan laboratoriossa kesä- ja heinäkuussa 2010.

Application of Computational Fluid Dynamics in Modeling Blood Flow in Human Thoracic Aorta

The aim of this study was to simulate blood flow in thoracic human aorta and understand the role of flow dynamics in the initialization and localization of atherosclerotic plaque in human thoracic aorta. The blood flow dynamics in idealized and realistic models of human thoracic aorta were numerically simulated in three idealized and two realistic thoracic aorta models. The idealized models of thoracic aorta were reconstructed with measurements available from literature, and the realistic models of thoracic aorta were constructed by image processing Computed Tomographic (CT) images. The CT images were made available by South Karelia Central Hospital in Lappeenranta. The reconstruction of thoracic aorta consisted of operations, such as contrast adjustment, image segmentations, and 3D surface rendering. Additional design operations were performed to make the aorta model compatible for the numerical method based computer code. The image processing and design operations were performed with specialized medical image processing software. Pulsatile pressure and velocity boundary conditions were deployed as inlet boundary conditions. The blood flow was assumed homogeneous and incompressible. The blood was assumed to be a Newtonian fluid. The simulations with idealized models of thoracic aorta were carried out with Finite Element Method based computer code, while the simulations with realistic models of thoracic aorta were carried out with Finite Volume Method based computer code. Simulations were carried out for four cardiac cycles. The distribution of flow, pressure and Wall Shear Stress (WSS) observed during the fourth cardiac cycle were extensively analyzed. The aim of carrying out the simulations with idealized model was to get an estimate of flow dynamics in a realistic aorta model. The motive behind the choice of three aorta models with distinct features was to understand the dependence of flow dynamics on aorta anatomy. Highly disturbed and nonuniform distribution of velocity and WSS was observed in aortic arch, near brachiocephalic, left common artery, and left subclavian artery. On the other hand, the WSS profiles at the roots of branches show significant differences with geometry variation of aorta and branches. The comparison of instantaneous WSS profiles revealed that the model with straight branching arteries had relatively lower WSS compared to that in the aorta model with curved branches. In addition to this, significant differences were observed in the spatial and temporal profiles of WSS, flow, and pressure. The study with idealized model was extended to study blood flow in thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. One of the idealized aorta models was modified along with the boundary conditions to mimic the thoracic aorta under the effects of hypertension and hypotension. The results of simulations with realistic models extracted from CT scans demonstrated more realistic flow dynamics than that in the idealized models. During systole, the velocity in ascending aorta was skewed towards the outer wall of aortic arch. The flow develops secondary flow patterns as it moves downstream towards aortic arch. Unlike idealized models, the distribution of flow was nonplanar and heavily guided by the artery anatomy. Flow cavitation was observed in the aorta model which was imaged giving longer branches. This could not be properly observed in the model with imaging containing a shorter length for aortic branches. The flow circulation was also observed in the inner wall of the aortic arch. However, during the diastole, the flow profiles were almost flat and regular due the acceleration of flow at the inlet. The flow profiles were weakly turbulent during the flow reversal. The complex flow patterns caused a non-uniform distribution of WSS. High WSS was distributed at the junction of branches and aortic arch. Low WSS was distributed at the proximal part of the junction, while intermedium WSS was distributed in the distal part of the junction. The pulsatile nature of the inflow caused oscillating WSS at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Based on the WSS distribution in the realistic model, one of the aorta models was altered to induce artificial atherosclerotic plaque at the branch entry region and inner curvature of aortic arch. Atherosclerotic plaque causing 50% blockage of lumen was introduced in brachiocephalic artery, common carotid artery, left subclavian artery, and aortic arch. The aim of this part of the study was first to study the effect of stenosis on flow and WSS distribution, understand the effect of shape of atherosclerotic plaque on flow and WSS distribution, and finally to investigate the effect of lumen blockage severity on flow and WSS distributions. The results revealed that the distribution of WSS is significantly affected by plaque with mere 50% stenosis. The asymmetric shape of stenosis causes higher WSS in branching arteries than in the cases with symmetric plaque. The flow dynamics within thoracic aorta models has been extensively studied and reported here. The effects of pressure and arterial anatomy on the flow dynamic were investigated. The distribution of complex flow and WSS is correlated with the localization of atherosclerosis. With the available results we can conclude that the thoracic aorta, with complex anatomy is the most vulnerable artery for the localization and development of atherosclerosis. The flow dynamics and arterial anatomy play a role in the localization of atherosclerosis. The patient specific image based models can be used to diagnose the locations in the aorta vulnerable to the development of arterial diseases such as atherosclerosis.

Indoor Localization Solutions for a Marine Industry Augmented Reality Tool

In this report are described means for indoor localization in special, challenging circum-stances in marine industry. The work has been carried out in MARIN project, where a tool based on mobile augmented reality technologies for marine industry is developed. The tool can be used for various inspection and documentation tasks and it is aimed for improving the efficiency in design and construction work by offering the possibility to visualize the newest 3D-CAD model in real environment. Indoor localization is needed to support the system in initialization of the accurate camera pose calculation and auto-matically finding the right location in the 3D-CAD model. The suitability of each indoor localization method to the specific environment and circumstances is evaluated.

Johdon mittariston kehittäminen

Tämän diplomityön tarkoituksena on tarjota yritykselle ratkaisu talouden seu-rantaan reaaliaikaisesti. Nykyaikaisessa maailmassa yrityksen on kehitettävä toimintaansa jatkuvasti toimintaansa pysyäkseen kilpailussa mukana. Yrityksen toiminnan kehittämisen taustalla ovat myös muuttuneet omistussuhteet ja yri-tyksen uuden pääomistajan kiinnostus seurata taloutta reaaliaikaisemmin. Diplomityössä yritykselle tarjottavat ratkaisut tuotetaan teorian ja yritykseltä saadun tiedon yhdistämisellä. Teoriaosuudessa käydään erilaiset ratkaisumallit perusteluineen läpi. Empiirisessä osassa sovelletaan teoriaosa käytäntöön. Lop-putuloksena yrityksen johdolle tarjotaan valmiita työkaluja talouden seurantaan. Työn tulosten luotettavuus perustuu kirjoittajan laajaan yrityksen tuntemukseen, sekä avoimiin keskusteluihin yrityksen ylimmän johdon kanssa. Yritysjohto an-toi työssä käyttöön kaiken mahdollisen, hyvin salaisenkin materiaalin käyttöön, työn mahdollisimman hyvän lopputuloksen saamiseksi. Pääasiallisen lopputuloksena luotiin sähköinen tuntiseurantalomake, jota nimetyt henkilöt pystyvät seuraamaan reaaliaikaisesti internetin avulla. Yritykselle mää-ritettiin olennaisimmat taloudenmittarit, joita yrityksen tulee seurata ja päivittää määritellyin aikavälein, lisäksi määrättiin vastuu alueet, kenelle asioiden päivitys kuuluu. Lisäksi luotiin avainlukujen seurantatyökalupohja, jonne on kerätty kaikki yrityksen toiminnan kannalta tärkeimmät tiedot. Työkalut ovat valmiina käyttöönotettavaksi. Lopullinen luodun ohjelman hyödyntäminen ja käyttöönot-to tapahtuu myöhemmin.

Map matching by using inertial sensors: literature review

This literature review aims to clarify what is known about map matching by using inertial sensors and what are the requirements for map matching, inertial sensors, placement and possible complementary position technology. The target is to develop a wearable location system that can position itself within a complex construction environment automatically with the aid of an accurate building model. The wearable location system should work on a tablet computer which is running an augmented reality (AR) solution and is capable of track and visualize 3D-CAD models in real environment. The wearable location system is needed to support the system in initialization of the accurate camera pose calculation and automatically finding the right location in the 3D-CAD model. One type of sensor which does seem applicable to people tracking is inertial measurement unit (IMU). The IMU sensors in aerospace applications, based on laser based gyroscopes, are big but provide a very accurate position estimation with a limited drift. Small and light units such as those based on Micro-Electro-Mechanical (MEMS) sensors are becoming very popular, but they have a significant bias and therefore suffer from large drifts and require method for calibration like map matching. The system requires very little fixed infrastructure, the monetary cost is proportional to the number of users, rather than to the coverage area as is the case for traditional absolute indoor location systems.