The ENCARA system for face detection and normalization

[EN]Facial image processing is becoming widespread in human-computer applications, despite its complexity. High-level processes such as face recognition or gender determination rely on low-level routines that must e ectively detect and normalize the faces that appear in the input image. In this paper, a face detection and normalization system is described. The approach taken is based on a cascade of fast, weak classi ers that together try to determine whether a frontal face is present in the image.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Multiresolution analysis (discrete wavelet transform) through Daubechies family for emotion recognition in speech

We propose a study of the mathematical properties of voice as an audio signal -- This work includes signals in which the channel conditions are not ideal for emotion recognition -- Multiresolution analysis- discrete wavelet transform – was performed through the use of Daubechies Wavelet Family (Db1-Haar, Db6, Db8, Db10) allowing the decomposition of the initial audio signal into sets of coefficients on which a set of features was extracted and analyzed statistically in order to differentiate emotional states -- ANNs proved to be a system that allows an appropriate classification of such states -- This study shows that the extracted features using wavelet decomposition are enough to analyze and extract emotional content in audio signals presenting a high accuracy rate in classification of emotional states without the need to use other kinds of classical frequency-time features -- Accordingly, this paper seeks to characterize mathematically the six basic emotions in humans: boredom, disgust, happiness, anxiety, anger and sadness, also included the neutrality, for a total of seven states to identify

A full identification system for a tactile fingerprint sensor

International audience

Automatic Target Recognition in Synthetic Aperture Radar Imagery: A State-of-the-Art Review

The purpose of this paper is to survey and assess the state-of-the-art in automatic target recognition for synthetic aperture radar imagery (SAR-ATR). The aim is not to develop an exhaustive survey of the voluminous literature, but rather to capture in one place the various approaches for implementing the SAR-ATR system. This paper is meant to be as self-contained as possible, and it approaches the SAR-ATR problem from a holistic end-to-end perspective. A brief overview for the breadth of the SAR-ATR challenges is conducted. This is couched in terms of a single-channel SAR, and it is extendable to multi-channel SAR systems. Stages pertinent to the basic SAR-ATR system structure are defined, and the motivations of the requirements and constraints on the system constituents are addressed. For each stage in the SAR-ATR processing chain, a taxonomization methodology for surveying the numerous methods published in the open literature is proposed. Carefully selected works from the literature are presented under the taxa proposed. Novel comparisons, discussions, and comments are pinpointed throughout this paper. A two-fold benchmarking scheme for evaluating existing SAR-ATR systems and motivating new system designs is proposed. The scheme is applied to the works surveyed in this paper. Finally, a discussion is presented in which various interrelated issues, such as standard operating conditions, extended operating conditions, and target-model design, are addressed. This paper is a contribution toward fulfilling an objective of end-to-end SAR-ATR system design.

Football Video Annotation Based on Player Motion Recognition Using Enhanced Entropy

This paper presents a semi-parametric Algorithm for parsing football video structures. The approach works on a two interleaved based process that closely collaborate towards a common goal. The core part of the proposed method focus perform a fast automatic football video annotation by looking at the enhance entropy variance within a series of shot frames. The entropy is extracted on the Hue parameter from the HSV color system, not as a global feature but in spatial domain to identify regions within a shot that will characterize a certain activity within the shot period. The second part of the algorithm works towards the identification of dominant color regions that could represent players and playfield for further activity recognition. Experimental Results shows that the proposed football video segmentation algorithm performs with high accuracy.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

Innate immune humoral factors, C1q and factor H, with differential pattern recognition properties, alter macrophage response to carbon nanotubes

Interaction between the complement system and carbon nanotubes (CNTs) can modify their intended biomedical applications. Pristine and derivatised CNTs can activate complement primarily via the classical pathway which enhances uptake of CNTs and suppresses pro-inflammatory response by immune cells. Here, we report that the interaction of C1q, the classical pathway recognition molecule, with CNTs involves charge pattern and classical pathway activation that is partly inhibited by factor H, a complement regulator. C1q and its globular modules, but not factor H, enhanced uptake of CNTs by macrophages and modulated the pro-inflammatory immune response. Thus, soluble complement factors can interact differentially with CNTs and alter the immune response even without complement activation. Coating CNTs with recombinant C1q globular heads offers a novel way of controlling classical pathway activation in nanotherapeutics. Surprisingly, the globular heads also enhance clearance by phagocytes and down-regulate inflammation, suggesting unexpected complexity in receptor interaction. From the Clinical Editor: Carbon nanotubes (CNTs) maybe useful in the clinical setting as targeting drug carriers. However, it is also well known that they can interact and activate the complement system, which may have a negative impact on the applicability of CNTs. In this study, the authors functionalized multi-walled CNT (MWNT), and investigated the interaction with the complement pathway. These studies are important so as to gain further understanding of the underlying mechanism in preparation for future use of CNTs in the clinical setting.

Object detection and recognition in complex scenes

Dissertação de Mestrado, Engenharia Informática, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Targeted gene modification in Fragaria vesca mediated by CRISPR/Cas9 system

Genome editing is becoming an important biotechnological tool for gene function analysis and crop improvement, being the CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat-CRISPR associated protein 9) system the most widely used. The natural CRISPR/Cas9 system has been reduced to two components: a single-guide RNA (sgRNA) for target recognition via RNA-DNA base pairing, which is commonly expressed using a promoter for small-RNAs (U6 promoter), and the Cas9 endonuclease for DNA cleavage (1). To validate the CRISPR/Cas9 system in strawberry plants, we designed two sgRNAs directed against the floral homeotic gene APETALA3 (sgRNA-AP3#1 and sgRNA-AP3#2). This gene was selected because ap3 mutations induce clear developmental phenotypes in which petals and stamens are missing or partially converted to sepals and carpels respectively (2). In this work, we used two different U6 promoters to drive the sgRNA-AP3s expression: AtU6-26 from Arabidopsis (4), and a U6 promoter from Fragaria vesca (FvU6) (this work). We also tested two different coding sequences of Cas9: a human- (hSpCas9) (3) and a plant-codon optimized (pSpCas9) (this work). Transient expression experiments using both CRISPR/Cas9 systems (AtU6-26:sgRNA-AP3#1_35S:hSpCas9_AtU6-26:sgRNA-AP3#2 and FvU6:sgRNA-AP3#1_35S:pSpCas9_FvU6:sgRNA-AP3#2) were performed infiltrating Agrobacterium tumefaciens into F. vesca fruits. PCR amplification and sequencing analyses across the target sites showed a deletion of 188-189 bp corresponding to the region comprised between the two cutting sites of Cas9, confirming that the CRISPR/Cas9 system is functional in F. vesca. Remarkably, the two systems showed different mutagenic efficiency that could be related to differences in expression of the U6 promoters as well as differences in the Cas9 transcripts stability and translation. Stable transformants for both F. vesca (2n) and Fragaria X anannassa (8n) are currently being established to test whether is possible to obtain heritable homozygous mutants derived from CRISPR/Cas9 strategies in strawberry. Thus, our work offers a promising tool for genome editing and gene functional analysis in strawberry. This tool might represent a more efficient alternative to the sometimes inefficient RNAi silencing methods commonly used in this species.

A discrete-time queueing system with feedback and optional service

Queueing systems constitute a central tool in modeling and performance analysis. These types of systems are in our everyday life activities, and the theory of queueing systems was developed to provide models for forecasting behaviors of systems subject to random demand. The practical and useful applications of the discrete-time queues make the researchers to con- tinue making an e ort in analyzing this type of models. Thus the present contribution relates to a discrete-time Geo/G/1 queue in which some messages may need a second service time in addition to the rst essential service. In day-to-day life, there are numerous examples of queueing situations in general, for example, in manufacturing processes, telecommunication, home automation, etc, but in this paper a particular application is the use of video surveil- lance with intrusion recognition where all the arriving messages require the main service and only some may require the subsidiary service provided by the server with di erent types of strategies. We carry out a thorough study of the model, deriving analytical results for the stationary distribution. The generating functions of the number of messages in the queue and in the system are obtained. The generating functions of the busy period as well as the sojourn times of a message in the server, the queue and the system are also provided.

Off-line and On-line Affective Recognition of a Computer User through A Biosignal Processing Approach

Physiological signals, which are controlled by the autonomic nervous system (ANS), could be used to detect the affective state of computer users and therefore find applications in medicine and engineering. The Pupil Diameter (PD) seems to provide a strong indication of the affective state, as found by previous research, but it has not been investigated fully yet. In this study, new approaches based on monitoring and processing the PD signal for off-line and on-line affective assessment (“relaxation” vs. “stress”) are proposed. Wavelet denoising and Kalman filtering methods are first used to remove abrupt changes in the raw Pupil Diameter (PD) signal. Then three features (PDmean, PDmax and PDWalsh) are extracted from the preprocessed PD signal for the affective state classification. In order to select more relevant and reliable physiological data for further analysis, two types of data selection methods are applied, which are based on the paired t-test and subject self-evaluation, respectively. In addition, five different kinds of the classifiers are implemented on the selected data, which achieve average accuracies up to 86.43% and 87.20%, respectively. Finally, the receiver operating characteristic (ROC) curve is utilized to investigate the discriminating potential of each individual feature by evaluation of the area under the ROC curve, which reaches values above 0.90. For the on-line affective assessment, a hard threshold is implemented first in order to remove the eye blinks from the PD signal and then a moving average window is utilized to obtain the representative value PDr for every one-second time interval of PD. There are three main steps for the on-line affective assessment algorithm, which are preparation, feature-based decision voting and affective determination. The final results show that the accuracies are 72.30% and 73.55% for the data subsets, which were respectively chosen using two types of data selection methods (paired t-test and subject self-evaluation). In order to further analyze the efficiency of affective recognition through the PD signal, the Galvanic Skin Response (GSR) was also monitored and processed. The highest affective assessment classification rate obtained from GSR processing is only 63.57% (based on the off-line processing algorithm). The overall results confirm that the PD signal should be considered as one of the most powerful physiological signals to involve in future automated real-time affective recognition systems, especially for detecting the “relaxation” vs. “stress” states.

Call recognition and individual identification of fish vocalizations based on automatic speech recognition: An example with the Lusitanian toadfish

The study of acoustic communication in animals often requires not only the recognition of species specific acoustic signals but also the identification of individual subjects, all in a complex acoustic background. Moreover, when very long recordings are to be analyzed, automatic recognition and identification processes are invaluable tools to extract the relevant biological information. A pattern recognition methodology based on hidden Markov models is presented inspired by successful results obtained in the most widely known and complex acoustical communication signal: human speech. This methodology was applied here for the first time to the detection and recognition of fish acoustic signals, specifically in a stream of round-the-clock recordings of Lusitanian toadfish (Halobatrachus didactylus) in their natural estuarine habitat. The results show that this methodology is able not only to detect the mating sounds (boatwhistles) but also to identify individual male toadfish, reaching an identification rate of ca. 95%. Moreover this method also proved to be a powerful tool to assess signal durations in large data sets. However, the system failed in recognizing other sound types.

Prototype and proof of concept for a display system in retail stores

Selling devices on retail stores comes with the big challenge of grabbing the customer’s attention. Nowadays people have a lot of offers at their disposal and new marketing techniques must emerge to differentiate the products. When it comes to smartphones and tablets, those devices can make the difference by themselves, if we use their computing power and capabilities to create something unique and interactive. With that in mind, three prototypes were developed during an internship: a face recognition based Customer Detection, a face tracking solution with an Avatar and interactive cross-app Guides. All three revealed to have potential to be differentiating solutions in a retail store, not only raising the chance of a customer taking notice of the device but also of interacting with them to learn more about their features. The results were meant to be only proof of concepts and therefore were not tested in the real world.