Valutazione di un sistema di recupero di immagini dermatologiche

Questa tesi si inserisce in un progetto di ricerca fra il gruppo di Matematica della Visione del Prof. Ferri e CA-MI S.r.l. volto a progettare un sistema di recupero di immagini mediante il quale un dermatologo potrà acquisire l’immagine di una lesione e recuperare da un database classificato le immagini più somiglianti. Il concetto stesso di “somiglianza” è formalmente realizzato da una parte dell’omologia persistente (funzioni di taglia). Questa tesi utilizza tali metodi al fine di ottenere una combinazione ottimale dei diversi classificatori che si ottengono utilizzando la modularità intrinseca nella teoria. A questo scopo vengono impiegati due modelli e diversi metodi numerici.

Tecniche di elaborazione di immagini radiografiche in odontoiatria

Il presente progetto di tesi è stato svolto in collaborazione con l’ufficio tecnico di Ricerca & Sviluppo dell’azienda Cefla Dentale, divisione MyRay (Imola - BO Italia). A seguito dell’esperienza maturata nel settore dei radiografici dentali, scelte aziendali hanno richiesto l’aggiornamento delle tecniche di elaborazione dell’immagine acquisita. Ogni prodotto commercializzato è fornito di un software predisposto alla gestione dei pazienti e alle operazioni di post-procesing tipiche: riduzione del rumore, aumento dei contrasti, della luminosità, misurazioni e tutti quelli presenti nei più comuni software di elaborazione grafica. Questi filtri digitali sono raccolti in una libreria sviluppata a seguito di una collaborazione esterna. Col presente elaborato viene effettuata una panoramica sulle tecniche di filtraggio utilizzate e vengono introdotte diverse proposte finalizzate alla riduzione del rumore. Test di valutazione qualitativa e quantitativa, su fantocci target, fantocci antropomorfi e set di immagini in-vivo, guideranno la scelta verso la proposta migliore, la quale verrà successivamente inserita all’interno della libreria e andrà ad aggiungersi ai filtri a disposizione dell’utente finale.

Segmentazione e categorizzazione di oggetti mediante immagini depth e deep learning

Questo lavoro è iniziato con uno studio teorico delle principali tecniche di classificazione di immagini note in letteratura, con particolare attenzione ai più diffusi modelli di rappresentazione dell’immagine, quali il modello Bag of Visual Words, e ai principali strumenti di Apprendimento Automatico (Machine Learning). In seguito si è focalizzata l’attenzione sulla analisi di ciò che costituisce lo stato dell’arte per la classificazione delle immagini, ovvero il Deep Learning. Per sperimentare i vantaggi dell’insieme di metodologie di Image Classification, si è fatto uso di Torch7, un framework di calcolo numerico, utilizzabile mediante il linguaggio di scripting Lua, open source, con ampio supporto alle metodologie allo stato dell’arte di Deep Learning. Tramite Torch7 è stata implementata la vera e propria classificazione di immagini poiché questo framework, grazie anche al lavoro di analisi portato avanti da alcuni miei colleghi in precedenza, è risultato essere molto efficace nel categorizzare oggetti in immagini. Le immagini su cui si sono basati i test sperimentali, appartengono a un dataset creato ad hoc per il sistema di visione 3D con la finalità di sperimentare il sistema per individui ipovedenti e non vedenti; in esso sono presenti alcuni tra i principali ostacoli che un ipovedente può incontrare nella propria quotidianità. In particolare il dataset si compone di potenziali ostacoli relativi a una ipotetica situazione di utilizzo all’aperto. Dopo avere stabilito dunque che Torch7 fosse il supporto da usare per la classificazione, l’attenzione si è concentrata sulla possibilità di sfruttare la Visione Stereo per aumentare l’accuratezza della classificazione stessa. Infatti, le immagini appartenenti al dataset sopra citato sono state acquisite mediante una Stereo Camera con elaborazione su FPGA sviluppata dal gruppo di ricerca presso il quale è stato svolto questo lavoro. Ciò ha permesso di utilizzare informazioni di tipo 3D, quali il livello di depth (profondità) di ogni oggetto appartenente all’immagine, per segmentare, attraverso un algoritmo realizzato in C++, gli oggetti di interesse, escludendo il resto della scena. L’ultima fase del lavoro è stata quella di testare Torch7 sul dataset di immagini, preventivamente segmentate attraverso l’algoritmo di segmentazione appena delineato, al fine di eseguire il riconoscimento della tipologia di ostacolo individuato dal sistema.

Dalla gestione cartacea dei testi a quella digitale: lo stato dell'arte e possibili miglioramenti.

Questa tesi tratta la gestione dei formati digitali dei testi, parziale argomento del progetto Biblio dell'università di Bologna. L'analisi proposta in questa tesi prevede la proposta di un'architettura che sfrutta in parte tecnologie già esistenti come linguaggi di markup, gestione di frammenti di testo con XPointer e epubcfi, tools per NLP, TEI, DocBook. Questa architettura ha il compito di modificare i formati digitali dei documenti in modo tale che la struttura sia indipendente dall'impaginazione. Ciò avviene attraverso l'introduzione delle unità informative, ossia nuovi elementi nella struttura del testo. Le unità informative sono di vari tipi, quelle più rilevanti ed innovative riguardano parti di testo e periodi; esse, infatti, permettono di identificare un preciso periodo dall'opera senza che esso dipenda dal tipo di impaginazione. Per ottenere questo risultato sono state sollevate tre problematiche principali: la gestione delle opere già esistenti, la gestione delle traduzioni, la gestione di opere inedite; esse vengono rispettivamente risolte nelle proposte dei postprocessor, del translationSystem e dell'authorSystem. Tutte e tre si basano sulla produzione di un'enumerazione delle unità informative, con una particolare attenzione per i periodi. Per riuscire a reperire i periodi si sfruttano le tecnologie di riconoscimento NLP. Il translationSystem e l'authorSystem presentano inoltre funzioni per la gestione della numerazione. Inoltre si prende in considerazione un repository e un sistema di autenticazione certificato per combattere furti d'identità, plagi e simili. Comprende accenni al recupero di unità informative sulla base di FRBR e una proposta per un sistema multiautore.

Tecniche di elaborazione di immagini tomografiche con raggi X finalizzate alla creazione di modelli virtuali 3D

In questo elaborato sono state messe a confronto differenti procedure per la creazione di file in formato STL a partire da dati tomografici. Questo tipo di formato di dati è attualmente molto richiesto in quanto è adottato dalle stampanti 3D. I tre software presi in analisi, nello specifico, sono: DEVIDE, un programma open source, compatibile sia con Windows che con Linux, sviluppato presso la Delft University of Technology, nei Paesi Bassi; Imagej, un programma informatico di elaborazione digitale delle immagini, accessibile a tutti, basato su Sun-Java e sviluppato dal National Institutes of Health negli Stati Uniti; e infine VGStudioMax, un software sviluppato in Germania dalla VolumeGraphics GmbH. Un confronto diretto di questi software ha portato ad evidenziare i pregi ed i difetti d’ognuno di questi programmi, prendendo come criteri svariati fattori, tra cui la possibilità di scelta di uno o più soglie per i livelli di grigio, la velocità di esecuzione, il fatto che sia open-source o meno, ecc. I risultati ottenuti tramite l’utilizzo di slice filtrate riguardanti una Cera Anatomica e un Feticcio Africano, sono stati molto soddisfacenti, in quanto hanno permesso la realizzazione di modelli virtuali 3D di entrambi i reperti nel formato richiesto.

Caratterizzazione fisica di apparati per tomosintesi digitale della mammella

In questo lavoro di tesi sono state studiate le caratteristiche di una macchina per tomosintesi Fujifilm AMULET Innovality in uso presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) di Meldola. Le valutazioni sono state fatte utilizzando diversi fantocci, uno dei quali costruito durante il lavoro di tesi. Per la valutazione delle immagini di mammografia digitale e di tomosintesi sono state seguite le linee guida della International Electrotechnical Commission (IEC) e della European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services (EUREF). Per lo studio delle mammografie digitali sono stati valutati, utilizzando i software COQ e ImageJ, i parametri di NPS, MTF e DQE. Per lo studio delle immagini di tomosintesi sono stati appositamente sviluppati degli algoritmi in linguaggio Java, integrati poi all'interno del software COQ. Il programma sviluppato ha permesso di valutare ASF, MTF, NPS e omogeneità delle immagini ricostruite.

Riconoscimento delle emozioni tramite strumentazione per EEG

Lo scopo di questa trattazione è quindi di illustrare il lavoro svolto nel tentativo di classificare le reazioni emozionali ad immagini con una forte carica emozionale, sia positiva che negativa. A tale scopo sono stati acquisiti i segnali EEG di diversi soggetti durante l’esposizione ad immagini di vario contenuto, insieme alla loro reazione dichiarata alle immagini stesse. Queste sono state immagazzinate, elaborate utilizzando diversi metodi di estrazione delle informazioni, ed infine si è tentato di effettuare un riconoscimento di pattern sui segnali tramite algoritmi di apprendimento supervisionato; i dati sono stati quindi divisi tra dati di “training”, utilizzati per la strutturazione dell’algoritmo, e dati di test, necessari per la verifica dell’affidabilità dell’algoritmo.

Biomechanical modeling of parotid glands morphing in head & neck radiation therapy treatments

Durante i trattamenti radioterapici dei pazienti oncologici testa-collo, le ghiandole parotidee (PGs) possono essere indebitamente irradiate a seguito di modificazioni volumetriche-spaziali inter/intra-frazione causate da fattori quali il dimagrimento, l’esposizione a radiazioni ionizzanti ed il morphing anatomico degli organi coinvolti nelle aree d’irraggiamento. Il presente lavoro svolto presso la struttura di Fisica Medica e di Radioterapia Oncologica dell’A.O.U di Modena, quale parte del progetto di ricerca del Ministero della Salute (MoH2010, GR-2010-2318757) “ Dose warping methods for IGRT and Adaptive RT: dose accumulation based on organ motion and anatomical variations of the patients during radiation therapy treatments ”, sviluppa un modello biomeccanico in grado di rappresentare il processo di deformazione delle PGs, considerandone la geometria, le proprietà elastiche e l'evoluzione durante il ciclo terapeutico. Il modello di deformazione d’organo è stato realizzato attraverso l’utilizzo di un software agli elementi finiti (FEM). Molteplici superfici mesh, rappresentanti la geometria e l’evoluzione delle parotidi durante le sedute di trattamento, sono state create a partire dai contorni dell’organo definiti dal medico radioterapista sull’immagine tomografica di pianificazione e generati automaticamente sulle immagini di setup e re-positioning giornaliere mediante algoritmi di registrazione rigida/deformabile. I constraints anatomici e il campo di forze del modello sono stati definiti sulla base di ipotesi semplificative considerando l’alterazione strutturale (perdita di cellule acinari) e le barriere anatomiche dovute a strutture circostanti. L’analisi delle mesh ha consentito di studiare la dinamica della deformazione e di individuare le regioni maggiormente soggette a cambiamento. Le previsioni di morphing prodotte dal modello proposto potrebbero essere integrate in un treatment planning system per metodiche di Adaptive Radiation Therapy.

Streaming di immagini via ethernet con Zynq con sistemi operativi Standalone e Linux

Il seguente lavoro di tesi si inserisce all'interno di un progetto accademico volto alla realizzazione di un sistema capace elaborare immagini utilizzando una rete FPGA, acquisite da un sensore. Ogni scrittura di un nuovo frame in memoria RAM genera un interrupt. L'obiettivo della tesi è creare un sistema client/server che permetta il trasferimento del flusso di frame dalla ZedBoard a un PC e la visualizzazione a video. Il progetto eseguito sulla ZedBoard è proposto in due versioni: la prima in assenza di sistema operativo (Standalone) e una seconda implementata su Linux. Il progetto eseguito sul PC è compatibile con Linux e Windows. La visualizzazione delle immagini è implementata utilizzando la libreria OpenCV.

Recupero digitale di dati storici e tracce per un turismo culturale nell'area del Centro Cadore: fotogrammetria e GIS nella valorizzazione di un territorio.

La tesi si occupa dell'uso di più tecniche fotogrammetriche e di strumenti GIS nel recupero digitale e nell'integrazione di una molteplicità di dati storici, opportunamente georeferenziati, inerenti l'area del Centro Cadore, ai fini anche della valorizzazione turistico-culturale del territorio. Un ampio spazio viene dato alla caratterizzazione del territorio e delle fonti - cartografiche, fotografiche e testuali - che sono state recuperate ed organizzate in archivio. Le applicazioni fotogrammetriche comprendono la generazione di ortofoto digitali a scala territoriale da immagini storiche e modelli 3D close-range ottenuti con tecniche SfM.

Autovettori e riconoscimento facciale

La tesi tratta della tecnica per il riconoscimento facciale delle autofacce, seguendo come traccia l'articolo "Eigenface for Recognition" di Turk e Pentland, pubblicato nel 1991. In particolare ho verificato la semplicità dell'algoritmo che caratterizza questa tecnica testandola sulle immagini di alcuni soggetti dell'MR2 Face Database grazie al codice che ho implementato a partire da quello di Michael Scheinfeild.Il primo capitolo tratta brevemente della storia delle tecniche di riconoscimento facciale studiate fino agli anni '90. Nel secondo capitolo vengono riportati alcuni richiami di autovalori, autovettori, varianza e covarianza.Nel terzo capitolo viene trattata la tecnica autofacce passaggio per passaggio, facendo riferimento alla verifica che ho fatto in laboratorio. In particolare si trattano la generazione dello spazio delle autofacce e quella della procedura di riconoscimento facciale, seguite da un breve accenno al tipo di problema a cui si approccia questa tecnica.

TraSe algorithm : automatic evolutionary morphing of electronic dance music

The TraSe (Transform-Select) algorithm has been developed to investigate the morphing of electronic music through automatically applying a series of deterministic compositional transformations to the source, guided towards a target by similarity metrics. This is in contrast to other morphing techniques such as interpolation or parameters or probabilistic variation. TraSe allows control over stylistic elements of the music through user-defined weighting of numerous compositional transformations. The formal evaluation of TraSe was mostly qualitative and occurred through nine participants completing an online questionnaire. The music generated by TraSe was generally felt to be less coherent than a human composed benchmark but in some cases judged as more creative.

Note sequence morphing algorithms for performance of electronic dance music

This paper describes algorithms that can musically augment the realtime performance of electronic dance music by generating new musical material by morphing. Note sequence morphing involves the algorithmic generation of music that smoothly transitions between two existing musical segments. The potential of musical morphing in electronic dance music is outlined and previous research is summarised; including discussions of relevant music theoretic and algorithmic concepts. An outline and explanation is provided of a novel Markov morphing process that uses similarity measures to construct transition matrices. The paper reports on a ‘focus-concert’ study used to evaluate this morphing algorithm and to compare its output with performances from a professional DJ. Discussions of this trial include reflections on some of the aesthetic characteristics of note sequence morphing. The research suggests that the proposed morphing technique could be effectively used in some electronic dance music contexts.