A new approach to segmentation based on fusing circumscribed contours, region growing and clustering

One of the major problems in machine vision is the segmentation of images of natural scenes. This paper presents a new proposal for the image segmentation problem which has been based on the integration of edge and region information. The main contours of the scene are detected and used to guide the posterior region growing process. The algorithm places a number of seeds at both sides of a contour allowing stating a set of concurrent growing processes. A previous analysis of the seeds permits to adjust the homogeneity criterion to the regions's characteristics. A new homogeneity criterion based on clustering analysis and convex hull construction is proposed

El problema de Alhacén

El presente documento es un estudio detallado del problema conocido bajo el título de Problema de Alhacén. Este problema fue formulado en el siglo X por el filósofo y matemático árabe conocido en occidente bajo el nombre de Alhacén. El documento hace una breve presentación del filósofo y una breve reseña de su trascendental tratado de óptica Kitab al-Manazir. A continuación el documento se detiene a estudiar cuidadosamente los lemas requeridos para enfrentar el problema y se presentan las soluciones para el caso de los espejos esféricos (convexos y cóncavos), cilíndricos y cónicos. También se ofrece una conjetura que habría de explicar la lógica del descubrimiento implícita en la solución que ofreció Alhacén. Tanto los lemas como las soluciones se han modelado en los software de geometría dinámica Cabri II-Plus y Cabri 3-D. El lector interesado en seguir dichas modelaciones debe contar con los programas mencionados para adelantar la lectura de los archivos. En general, estas presentaciones constan de tres partes: (i) formulación del problema (se formula en forma concisa el problema); (ii) esquema general de la construcción (se presentan los pasos esenciales que conducen a la construcción solicitada y las construcciones auxiliares que demanda el problema), esta parte se puede seguir en los archivos de Cabri; y (iii) demostración (se ofrece la justificación detallada de la construcción requerida). Los archivos en Cabri II plus cuentan con botones numerados que pueden activarse haciendo “Click” sobre ellos. La numeración corresponde a la numeración presente en el documento. El lector puede desplazar a su antojo los puntos libres que pueden reconocerse porque ellos se distinguen con la siguiente marca (º). Los puntos restantes no pueden modificarse pues son el resultado de construcciones adelantadas y ajustadas a los protocolos recomendados en el esquema general.

Distribución hiperbólica generalizada: una aplicación en la selección de portafolios y en la cuantificación de medidas de riesgo de mercado

En este trabajo se implementa una metodología para incluir momentos de orden superior en la selección de portafolios, haciendo uso de la Distribución Hiperbólica Generalizada, para posteriormente hacer un análisis comparativo frente al modelo de Markowitz.

Labor supply, biased technological change and economic growth

Se utiliza un modelo de innovaciones sesgadas para estudiar los efectos de cambios exógenos en la oferta laboral. En un contexto de innovaciones sesgadas, a medida que las economías acumulan capital, el trabajo se hace relativamente más escaso y más caro, por este motivo, hay incentivos para adoptar tecnologías ahorradoras de trabajo. Del mismo modo un cambio en la oferta laboral afecta la abundancia de factores y sus precios relativos. En general, una reducción de la oferta laboral, hace que el trabajo sea más caro y genera incentivos para cambio tecnológico ahorrador de trabajo. Así, el efecto inicial que tiene el cambio en la oferta laboral sobre los precios de los factores es mitigado por el cambio tecnológico. Finalmente, los movimientos en la remuneración a los factores afectan las decisiones de ahorro y, por lo tanto, la dinámica del crecimiento. En este trabajo se exploran las consecuencias de una reducción de la oferta laboral en dos contextos teóricos diferentes: un modelo de agentes homogéneos y horizonte infinito y un modelo de generaciones traslapadas.

Computing Distance Functions from Generalized Sources on Weighted Polyhedral Surfaces

We present algorithms for computing approximate distance functions and shortest paths from a generalized source (point, segment, polygonal chain or polygonal region) on a weighted non-convex polyhedral surface in which obstacles (represented by polygonal chains or polygons) are allowed. We also describe an algorithm for discretizing, by using graphics hardware capabilities, distance functions. Finally, we present algorithms for computing discrete k-order Voronoi diagrams

Viewpoint-Based Ambient Occlusion

We've developed a new ambient occlusion technique based on an information-theoretic framework. Essentially, our method computes a weighted visibility from each object polygon to all viewpoints; we then use these visibility values to obtain the information associated with each polygon. So, just as a viewpoint has information about the model's polygons, the polygons gather information on the viewpoints. We therefore have two measures associated with an information channel defined by the set of viewpoints as input and the object's polygons as output, or vice versa. From this polygonal information, we obtain an occlusion map that serves as a classic ambient occlusion technique. Our approach also offers additional applications, including an importance-based viewpoint-selection guide, and a means of enhancing object features and producing nonphotorealistic object visualizations

New delay-dependent stability criteria for uncertain neutral systems with mixed time-varying delays and nonlinear perturbations

The problem of stability analysis for a class of neutral systems with mixed time-varying neutral, discrete and distributed delays and nonlinear parameter perturbations is addressed. By introducing a novel Lyapunov-Krasovskii functional and combining the descriptor model transformation, the Leibniz-Newton formula, some free-weighting matrices, and a suitable change of variables, new sufficient conditions are established for the stability of the considered system, which are neutral-delay-dependent, discrete-delay-range dependent, and distributeddelay-dependent. The conditions are presented in terms of linear matrix inequalities (LMIs) and can be efficiently solved using convex programming techniques. Two numerical examples are given to illustrate the efficiency of the proposed method

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

Computationally reliable approaches of contractive MPC for discrete-time systems

La tesis pretende explorar acercamientos computacionalmente confiables y eficientes de contractivo MPC para sistemas de tiempo discreto. Dos tipos de contractivo MPC han sido estudiados: MPC con coacción contractiva obligatoria y MPC con una secuencia contractiva de conjuntos controlables. Las técnicas basadas en optimización convexa y análisis de intervalos son aplicadas para tratar MPC contractivo lineal y no lineal, respectivamente. El análisis de intervalos clásicos es ampliado a zonotopes en la geometría para diseñar un conjunto invariante de control terminal para el modo dual de MPC. También es ampliado a intervalos modales para tener en cuenta la modalidad al calcula de conjuntos controlables robustos con una interpretación semántica clara. Los instrumentos de optimización convexa y análisis de intervalos han sido combinados para mejorar la eficacia de contractive MPC para varias clases de sistemas de tiempo discreto inciertos no lineales limitados. Finalmente, los dos tipos dirigidos de contractivo MPC han sido aplicados para controlar un Torneo de Fútbol de Copa Mundial de Micro Robot (MiroSot) y un Tanque-Reactor de Mezcla Continua (CSTR), respectivamente.

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

Evaluating the Potential Impact of a Gas Pipeline on Whimbrel Breeding Habitat in the Outer Mackenzie Delta, Northwest Territories

We used ground surveys to identify breeding habitat for Whimbrel (Numenius phaeopus) in the outer Mackenzie Delta, Northwest Territories, and to test the value of high-resolution IKONOS imagery for mapping additional breeding habitat in the Delta. During ground surveys, we found Whimbrel nests (n = 28) in extensive areas of wet-sedge low-centered polygon (LCP) habitat on two islands in the Delta (Taglu and Fish islands) in 2006 and 2007. Supervised classification using spectral analysis of IKONOS imagery successfully identified additional areas of wet-sedge habitat in the region. However, ground surveys to test this classification found that many areas of wet-sedge habitat had dense shrubs, no standing water, and/or lacked polygon structure and did not support breeding Whimbrel. Visual examination of the IKONOS imagery was necessary to determine which areas exhibited LCP structure. Much lower densities of nesting Whimbrel were also found in upland habitats near wetlands. We used habitat maps developed from a combination of methods, to perform scenario analyses to estimate the potential effects of the Mackenzie Gas Project on Whimbrel habitat. Assuming effective complete habitat loss within 20 m, 50 m, or 250 m of any infrastructure or pipeline, the currently proposed pipeline development would result in loss of 8%, 12%, or 30% of existing Whimbrel habitat. If subsidence were to occur, most Whimbrel habitat could become unsuitable. If the facility is developed, follow-up surveys will be required to test these models.

Efficient evaluation of highly oscillatory acoustic scattering surface integrals

We consider the approximation of some highly oscillatory weakly singular surface integrals, arising from boundary integral methods with smooth global basis functions for solving problems of high frequency acoustic scattering by three-dimensional convex obstacles, described globally in spherical coordinates. As the frequency of the incident wave increases, the performance of standard quadrature schemes deteriorates. Naive application of asymptotic schemes also fails due to the weak singularity. We propose here a new scheme based on a combination of an asymptotic approach and exact treatment of singularities in an appropriate coordinate system. For the case of a spherical scatterer we demonstrate via error analysis and numerical results that, provided the observation point is sufficiently far from the shadow boundary, a high level of accuracy can be achieved with a minimal computational cost.

Holocene tidal palaeochannels, Severn Estuary Levels, UK: a search for granulometric and foraminiferal criteria

Holocene tidal palaoechannels, Severn Estuary Levels, UK: a search for granulometric and foraminiferal criteria. Proceedings of the Geologists' Association, 117, 329-344. Grain-size characteristics (by laser granulometry) and foraminiferal assemblages have been established for silts accumulated in five, dissimilar tidal palaeochannels of mid or late Holocene age in the Severn Estuary Levels, representative of muddy tidal systems. For purposes of general comparison, similar data were obtained from a representative active tidal inlet in the area, but all of these channels have been subject to human interference and are not relied upon as a model for environmental interpretation. Although the palaeochannel deposits differ substantially in their bedding characteristics and stratigraphical relationships from the level-bedded salt-marsh platform and mudflat deposits with which they are associated, and although the channel environment is distinctive morphologically and hydraulically, no critical textural differences could be found between the channel deposits and the associated facies. Similarly, no foraminiferal assemblages distinctive of a tidal channel were encountered. Instead, the assemblages compare with those from mudflats and salt-marsh platforms. It is concluded that the sides of the subfossil channels carried some vegetation, as was observed to be the case in the modern inlet. An alternative approach is necessary if concealed palaeochannel deposits are to be recognized in muddy systems from limited numbers of subsurface samples. Although the palaeochannels afforded no characteristic textural signature, they yield transverse grain-size patterns pointing to coastal movements during their evolution. Concave-up trends suggest outward coastal building, whereas convex-up ones point to marsh-edge retreat.

Conservation strategy maps: a tool to facilitate biodiversity action planning illustrated using the heath fritillary butterfly

1. The UK Biodiversity Action Plan (UKBAP) identifies invertebrate species in danger of national extinction. For many of these species, targets for recovery specify the number of populations that should exist by a specific future date but offer no procedure to plan strategically to achieve the target for any species. 2. Here we describe techniques based upon geographic information systems (GIS) that produce conservation strategy maps (CSM) to assist with achieving recovery targets based on all available and relevant information. 3. The heath fritillary Mellicta athalia is a UKBAP species used here to illustrate the use of CSM. A phase 1 habitat survey was used to identify habitat polygons across the county of Kent, UK. These were systematically filtered using relevant habitat, botanical and autecological data to identify seven types of polygon, including those with extant colonies or in the vicinity of extant colonies, areas managed for conservation but without colonies, and polygons that had the appropriate habitat structure and may therefore be suitable for reintroduction. 4. Five clusters of polygons of interest were found across the study area. The CSM of two of them are illustrated here: the Blean Wood complex, which contains the existing colonies of heath fritillary in Kent, and the Orlestone Forest complex, which offers opportunities for reintroduction. 5. Synthesis and applications. Although the CSM concept is illustrated here for the UK, we suggest that CSM could be part of species conservation programmes throughout the world. CSM are dynamic and should be stored in electronic format, preferably on the world-wide web, so that they can be easily viewed and updated. CSM can be used to illustrate opportunities and to develop strategies with scientists and non-scientists, enabling the engagement of all communities in a conservation programme. CSM for different years can be presented to illustrate the progress of a plan or to provide continuous feedback on how a field scenario develops.

Magnetic cloud distortion resulting from propagation through a structured solar wind: Models and observations

Numerical simulations of magnetic clouds (MCs) propagating through a structured solar wind suggest that MC-associated magnetic flux ropes are highly distorted by inhomogeneities in the ambient medium. In particular, a solar wind configuration of fast wind from high latitudes and slow wind at low latitudes, common at periods close to solar minimum, should distort the cross section of magnetic clouds into concave-outward structures. This phenomenon has been reported in observations of shock front orientations, but not in the body of magnetic clouds. In this study an analytical magnetic cloud model based upon a kinematically distorted flux rope is modified to simulate propagation through a structured medium. This new model is then used to identify specific time series signatures of the resulting concave-outward flux ropes. In situ observations of three well studied magnetic clouds are examined with comparison to the model, but the expected concave-outward signatures are not present. Indeed, the observations are better described by the convex-outward flux rope model. This may be due to a sharp latitudinal transition from fast to slow wind, resulting in a globally concave-outward flux rope, but with convex-outward signatures on a local scale.