Localizzazione e riconoscimento di oggetti mediante descrittori locali

La tesi presenta un lavoro svolto nell'ambito dell'object recognition, in particolare riguardante l'analisi dei descrittori locali SIFT e BRIEF. Dopo aver implementato BRIEF, sono stati realizzati numerosi test al fine di presentare un esauriente confronto prestazionale tra i due descrittori. Infine, è stato realizzato un applicativo per la localizzazione e il riconoscimento di oggetti su ripiani.

Studio ed implementazione di algoritmi di stereo vision in ambito mobile: l'applicazione "SuperStereo"

L'analisi di un'immagine con strumenti automatici si è sviluppata in quella che oggi viene chiamata "computer vision", la materia di studio proveniente dal mondo informatico che si occupa, letteralmente, di "vedere oltre", di estrarre da una figura una serie di aspetti strutturali, sotto forma di dati numerici. Tra le tante aree di ricerca che ne derivano, una in particolare è dedicata alla comprensione di un dettaglio estremamente interessante, che si presta ad applicazioni di molteplici tipologie: la profondità. L'idea di poter recuperare ciò che, apparentemente, si era perso fermando una scena ed imprimendone l'istante in un piano a due dimensioni poteva sembrare, fino a non troppi anni fa, qualcosa di impossibile. Grazie alla cosiddetta "visione stereo", invece, oggi possiamo godere della "terza dimensione" in diversi ambiti, legati ad attività professionali piuttosto che di svago. Inoltre, si presta ad utilizzi ancora più interessanti quando gli strumenti possono vantare caratteristiche tecniche accessibili, come dimensioni ridotte e facilità d'uso. Proprio quest'ultimo aspetto ha catturato l'attenzione di un gruppo di lavoro, dal quale è nata l'idea di sviluppare una soluzione, chiamata "SuperStereo", capace di permettere la stereo vision usando uno strumento estremamente diffuso nel mercato tecnologico globale: uno smartphone e, più in generale, qualsiasi dispositivo mobile appartenente a questa categoria.

Analysis of morphological and functional heterogeneity in ct perfusion images of lung tumours

Questa tesi si propone di innovare lo stato dell’arte dei metodi di analisi dell’eterogeneità in lesioni polmonari attualmente utilizzati, affiancando l’analisi funzionale (emodinamica) a quella morfologica, grazie allo sviluppo di nuove feature specifiche. Grazie alla collaborazione tra il Computer Vision Group (CVG) dell’Università di Bologna e l’Unità Operativa di Radiologia dell’IRCCS-IRST di Meldola (Istituto di Ricovero e Cura a Carattere Scientifico – Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori), è stato possibile analizzare un adeguato numero di casi reali di pazienti affetti da lesioni polmonari primitive, effettuando un’analisi dell’eterogeneità sia su sequenze di immagini TC baseline sia contrast-enhanced, consentendo quindi un confronto tra eterogeneità morfologica e funzionale. I risultati ottenuti sono infine discussi sulla base del confronto con le considerazioni di natura clinica effettuate in cieco da due esperti radiologi dell’IRCCS-IRST.

Geophotohunt: Studio di algoritmi di confronto di immagini per realizzare una caccia al tesoro fotografica

Questo studio si propone di realizzare un’applicazione per dispositivi Android che permetta, per mezzo di un gioco di ruolo strutturato come caccia al tesoro, di visitare in prima persona città d’arte e luoghi turistici. Gli utenti finali, grazie alle funzionalità dell’app stessa, potranno giocare, creare e condividere cacce al tesoro basate sulla ricerca di edifici, monumenti, luoghi di rilevanza artistico-storica o turistica; in particolare al fine di completare ciascuna tappa di una caccia al tesoro il giocatore dovrà scattare una fotografia al monumento o edificio descritto nell’obiettivo della caccia stessa. Il software grazie ai dati rilevati tramite GPS e giroscopio (qualora il dispositivo ne sia dotato) e per mezzo di un algoritmo di instance recognition sarà in grado di affermare se la foto scattata rappresenta la risposta corretta al quesito della tappa. L’applicazione GeoPhotoHunt rappresenta non solo uno strumento ludico per la visita di città turistiche o più in generale luoghi di interesse, lo studio propone, infatti come suo contributo originale, l’implementazione su piattaforma mobile di un Content Based Image Retrieval System (CBIR) del tutto indipendente da un supporto server. Nello specifico il server dell’applicazione non sarà altro che uno strumento di appoggio con il quale i membri della “community” di GeoPhotoHunt potranno pubblicare le cacce al tesoro da loro create e condividere i punteggi che hanno totalizzato partecipando a una caccia al tesoro. In questo modo quando un utente ha scaricato sul proprio smartphone i dati di una caccia al tesoro potrà iniziare l’avventura anche in assenza di una connessione internet. L’intero studio è stato suddiviso in più fasi, ognuna di queste corrisponde ad una specifica sezione dell’elaborato che segue. In primo luogo si sono effettuate delle ricerche, soprattutto nel web, con lo scopo di individuare altre applicazioni che implementano l’idea della caccia al tesoro su piattaforma mobile o applicazioni che implementassero algoritmi di instance recognition direttamente su smartphone. In secondo luogo si è ricercato in letteratura quali fossero gli algoritmi di riconoscimento di immagini più largamente diffusi e studiati in modo da avere una panoramica dei metodi da testare per poi fare la scelta dell’algoritmo più adatto al caso di studio. Quindi si è proceduto con lo sviluppo dell’applicazione GeoPhotoHunt stessa, sia per quanto riguarda l’app front-end per dispositivi Android sia la parte back-end server. Infine si è passati ad una fase di test di algoritmi di riconoscimento di immagini in modo di avere una sufficiente quantità di dati sperimentali da permettere di effettuare una scelta dell’algoritmo più adatto al caso di studio. Al termine della fase di testing si è deciso di implementare su Android un algoritmo basato sulla distanza tra istogrammi di colore costruiti sulla scala cromatica HSV, questo metodo pur non essendo robusto in presenza di variazioni di luminosità e contrasto, rappresenta un buon compromesso tra prestazioni, complessità computazionale in modo da rendere la user experience quanto più coinvolgente.

Applicazioni di realtà aumentata in ambito museale

La realtà aumentata, unitamente a quella mista, stanno rapidamente prendendo pieno all'interno di molti aspetti della vita umana. Scopo di questo lavoro è di analizzare tecnologie e tecniche esistenti al fine di applicarle ad un caso reale, la rilevazione e la sovrapposizione di un oggetto digitale tridimensionale ad uno presente in un museo.

Lag Camera: A Moving Multi-Camera Array for Scene-Acquisition

Many applications, such as telepresence, virtual reality, and interactive walkthroughs, require a three-dimensional(3D)model of real-world environments. Methods, such as lightfields, geometric reconstruction and computer vision use cameras to acquire visual samples of the environment and construct a model. Unfortunately, obtaining models of real-world locations is a challenging task. In particular, important environments are often actively in use, containing moving objects, such as people entering and leaving the scene. The methods previously listed have difficulty in capturing the color and structure of the environment while in the presence of moving and temporary occluders. We describe a class of cameras called lag cameras. The main concept is to generalize a camera to take samples over space and time. Such a camera, can easily and interactively detect moving objects while continuously moving through the environment. Moreover, since both the lag camera and occluder are moving, the scene behind the occluder is captured by the lag camera even from viewpoints where the occluder lies in between the lag camera and the hidden scene. We demonstrate an implementation of a lag camera, complete with analysis and captured environments.

Spare Time Activity Sheets from Photo Albums

Given arbitrary pictures, we explore the possibility of using new techniques from computer vision and artificial intelligence to create customized visual games on-the-fly. This includes coloring books, link-the-dot and spot-the-difference popular games. The feasibility of these systems is discussed and we describe prototype implementation that work well in practice in an automatic or semi-automatic way.

A Closed-Form, Consistent and Robust Solution to Uncalibrated Photometric Stereo Via Local Diffuse Reflectance Maxima

Images of an object under different illumination are known to provide strong cues about the object surface. A mathematical formalization of how to recover the normal map of such a surface leads to the so-called uncalibrated photometric stereo problem. In the simplest instance, this problem can be reduced to the task of identifying only three parameters: the so-called generalized bas-relief (GBR) ambiguity. The challenge is to find additional general assumptions about the object, that identify these parameters uniquely. Current approaches are not consistent, i.e., they provide different solutions when run multiple times on the same data. To address this limitation, we propose exploiting local diffuse reflectance (LDR) maxima, i.e., points in the scene where the normal vector is parallel to the illumination direction (see Fig. 1). We demonstrate several noteworthy properties of these maxima: a closed-form solution, computational efficiency and GBR consistency. An LDR maximum yields a simple closed-form solution corresponding to a semi-circle in the GBR parameters space (see Fig. 2); because as few as two diffuse maxima in different images identify a unique solution, the identification of the GBR parameters can be achieved very efficiently; finally, the algorithm is consistent as it always returns the same solution given the same data. Our algorithm is also remarkably robust: It can obtain an accurate estimate of the GBR parameters even with extremely high levels of outliers in the detected maxima (up to 80 % of the observations). The method is validated on real data and achieves state-of-the-art results.

GoCARB: Smartphone-App zur Kohlenhydratberechnung bei Typ-1-Diabetes

Smartphone-App zur Kohlenhydratberechnung Neue Technologien wie Blutzuckersensoren und moderne Insulinpumpen prägten die Therapie des Typ-1-Diabetes (T1D) in den letzten Jahren in wesentlichem Ausmaß. Smartphones sind aufgrund ihrer rasanten technischen Entwicklung eine weitere Plattform für Applikationen zur Therapieunterstützung bei T1D. GoCARB Hierbei handelt es sich um ein zur Kohlenhydratberechnung entwickeltes System für Personen mit T1D. Die Basis für Endanwender stellt ein Smartphone mit Kamera dar. Zur Berechnung werden 2 mit dem Smartphone aus verschiedenen Winkeln aufgenommene Fotografien einer auf einem Teller angerichteten Mahlzeit benötigt. Zusätzlich ist eine neben dem Teller platzierte Referenzkarte erforderlich. Die Grundlage für die Kohlenhydratberechnung ist ein Computer-Vision-gestütztes Programm, das die Mahlzeiten aufgrund ihrer Farbe und Textur erkennt. Das Volumen der Mahlzeit wird mit Hilfe eines dreidimensional errechneten Modells bestimmt. Durch das Erkennen der Art der Mahlzeiten sowie deren Volumen kann GoCARB den Kohlenhydratanteil unter Einbeziehung von Nährwerttabellen berechnen. Für die Entwicklung des Systems wurde eine Bilddatenbank von mehr als 5000 Mahlzeiten erstellt und genutzt. Resümee Das GoCARB-System befindet sich aktuell in klinischer Evaluierung und ist noch nicht für Patienten verfügbar.

Lung Pattern Classification for Interstitial Lung Diseases Using a Deep Convolutional Neural Network

Automated tissue characterization is one of the most crucial components of a computer aided diagnosis (CAD) system for interstitial lung diseases (ILDs). Although much research has been conducted in this field, the problem remains challenging. Deep learning techniques have recently achieved impressive results in a variety of computer vision problems, raising expectations that they might be applied in other domains, such as medical image analysis. In this paper, we propose and evaluate a convolutional neural network (CNN), designed for the classification of ILD patterns. The proposed network consists of 5 convolutional layers with 2×2 kernels and LeakyReLU activations, followed by average pooling with size equal to the size of the final feature maps and three dense layers. The last dense layer has 7 outputs, equivalent to the classes considered: healthy, ground glass opacity (GGO), micronodules, consolidation, reticulation, honeycombing and a combination of GGO/reticulation. To train and evaluate the CNN, we used a dataset of 14696 image patches, derived by 120 CT scans from different scanners and hospitals. To the best of our knowledge, this is the first deep CNN designed for the specific problem. A comparative analysis proved the effectiveness of the proposed CNN against previous methods in a challenging dataset. The classification performance (~85.5%) demonstrated the potential of CNNs in analyzing lung patterns. Future work includes, extending the CNN to three-dimensional data provided by CT volume scans and integrating the proposed method into a CAD system that aims to provide differential diagnosis for ILDs as a supportive tool for radiologists.

Territorio, ambiente y actores. Aportes metodológicos para la formulación de Códigos urbanos : Caso Paraná, Entre Ríos. Area de la Bajada

El tema central se vincula con el Ordenamiento territorial y su correlato en herramientas y metodologías de intervención y gestión urbanas, desde una visión del saber ambiental. A partir de los conceptos categoriales de territorio, actores y ambiente se propone aportar, por un lado metodologías para la comprensión, explicación y análisis del territorio y sus lugares, por el otro mecanismos de gestión para una normativa basada en la inteligencia territorial. Desde estos conceptos se pretende entonces, realizar una vinculación conceptual y normativa para la gestión sustentable del territorio que logre salvar las diferencias entre el estatismo normativo y la dinámica socio-espacial. El área objeto de estudio, es el aquella denominada aquí Area de La Bajada. Así, para un abordaje integral y conceptual del territorio se trabaja desde lo metodológico con los métodos Territorii y Stlocus. Incluyendo mecanismos participativos, como talleres y encuestas que aporten a la comprensión del territorio real, pensado, legal, vivido y posible, propuestos por Territorii que estructura el proceso de lectura y comprensión del lugar. Por su parte el método Stlocus en su ensamble con Territorii permite indagar y analizar el lugar, desde el reconocimiento de patrones de ocupación del lugar, apropiación territorial y vocaciones. Conceptos que llevarán a incoporar a la normativa categorías y dimensiones de urbanístico-territoriales. Desde lo ambiental, se cree de gran importancia el desarrollo del riesgo (vulnerabilidad + amenazas) como concepto operativo para la obtención de dos objetivos: la inclusión de los actores a la dinámica de gestión y la operativización de acciones ambientales directas sobre el territorio. Finalmente, luego del proceso de comprensión y análisis iniciado se arriba a tres cuestiones fundamentales: los métodos propuestos son herramientas flexibles que aportan a la comprensión del territorio desde conceptos categoriales de espacio se torna fundamental, los actores pueden ser incluidos en esta indagación en cualquier etapa del proceso. Sin embargo, aquí aparece la terca línea fundamental: la participación y la gestión de territorios sustentables. Para ello es necesario iniciar un proceso de gobernanza que logre minimizar los impactos de los procesos distorsivos del mercado mediante un Estado proactivo que regule de manera inclusiva, para reducir al mínimo las diferentes dinámicas entre los cuerpos normativos, y su vinculación directa con el territorio deseado por todos los ciudadanos a través de una normativa urbana con inteligencia territorial

Territorio, ambiente y actores. Aportes metodológicos para la formulación de Códigos urbanos : Caso Paraná, Entre Ríos. Area de la Bajada

El tema central se vincula con el Ordenamiento territorial y su correlato en herramientas y metodologías de intervención y gestión urbanas, desde una visión del saber ambiental. A partir de los conceptos categoriales de territorio, actores y ambiente se propone aportar, por un lado metodologías para la comprensión, explicación y análisis del territorio y sus lugares, por el otro mecanismos de gestión para una normativa basada en la inteligencia territorial. Desde estos conceptos se pretende entonces, realizar una vinculación conceptual y normativa para la gestión sustentable del territorio que logre salvar las diferencias entre el estatismo normativo y la dinámica socio-espacial. El área objeto de estudio, es el aquella denominada aquí Area de La Bajada. Así, para un abordaje integral y conceptual del territorio se trabaja desde lo metodológico con los métodos Territorii y Stlocus. Incluyendo mecanismos participativos, como talleres y encuestas que aporten a la comprensión del territorio real, pensado, legal, vivido y posible, propuestos por Territorii que estructura el proceso de lectura y comprensión del lugar. Por su parte el método Stlocus en su ensamble con Territorii permite indagar y analizar el lugar, desde el reconocimiento de patrones de ocupación del lugar, apropiación territorial y vocaciones. Conceptos que llevarán a incoporar a la normativa categorías y dimensiones de urbanístico-territoriales. Desde lo ambiental, se cree de gran importancia el desarrollo del riesgo (vulnerabilidad + amenazas) como concepto operativo para la obtención de dos objetivos: la inclusión de los actores a la dinámica de gestión y la operativización de acciones ambientales directas sobre el territorio. Finalmente, luego del proceso de comprensión y análisis iniciado se arriba a tres cuestiones fundamentales: los métodos propuestos son herramientas flexibles que aportan a la comprensión del territorio desde conceptos categoriales de espacio se torna fundamental, los actores pueden ser incluidos en esta indagación en cualquier etapa del proceso. Sin embargo, aquí aparece la terca línea fundamental: la participación y la gestión de territorios sustentables. Para ello es necesario iniciar un proceso de gobernanza que logre minimizar los impactos de los procesos distorsivos del mercado mediante un Estado proactivo que regule de manera inclusiva, para reducir al mínimo las diferentes dinámicas entre los cuerpos normativos, y su vinculación directa con el territorio deseado por todos los ciudadanos a través de una normativa urbana con inteligencia territorial

Territorio, ambiente y actores. Aportes metodológicos para la formulación de Códigos urbanos : Caso Paraná, Entre Ríos. Area de la Bajada

El tema central se vincula con el Ordenamiento territorial y su correlato en herramientas y metodologías de intervención y gestión urbanas, desde una visión del saber ambiental. A partir de los conceptos categoriales de territorio, actores y ambiente se propone aportar, por un lado metodologías para la comprensión, explicación y análisis del territorio y sus lugares, por el otro mecanismos de gestión para una normativa basada en la inteligencia territorial. Desde estos conceptos se pretende entonces, realizar una vinculación conceptual y normativa para la gestión sustentable del territorio que logre salvar las diferencias entre el estatismo normativo y la dinámica socio-espacial. El área objeto de estudio, es el aquella denominada aquí Area de La Bajada. Así, para un abordaje integral y conceptual del territorio se trabaja desde lo metodológico con los métodos Territorii y Stlocus. Incluyendo mecanismos participativos, como talleres y encuestas que aporten a la comprensión del territorio real, pensado, legal, vivido y posible, propuestos por Territorii que estructura el proceso de lectura y comprensión del lugar. Por su parte el método Stlocus en su ensamble con Territorii permite indagar y analizar el lugar, desde el reconocimiento de patrones de ocupación del lugar, apropiación territorial y vocaciones. Conceptos que llevarán a incoporar a la normativa categorías y dimensiones de urbanístico-territoriales. Desde lo ambiental, se cree de gran importancia el desarrollo del riesgo (vulnerabilidad + amenazas) como concepto operativo para la obtención de dos objetivos: la inclusión de los actores a la dinámica de gestión y la operativización de acciones ambientales directas sobre el territorio. Finalmente, luego del proceso de comprensión y análisis iniciado se arriba a tres cuestiones fundamentales: los métodos propuestos son herramientas flexibles que aportan a la comprensión del territorio desde conceptos categoriales de espacio se torna fundamental, los actores pueden ser incluidos en esta indagación en cualquier etapa del proceso. Sin embargo, aquí aparece la terca línea fundamental: la participación y la gestión de territorios sustentables. Para ello es necesario iniciar un proceso de gobernanza que logre minimizar los impactos de los procesos distorsivos del mercado mediante un Estado proactivo que regule de manera inclusiva, para reducir al mínimo las diferentes dinámicas entre los cuerpos normativos, y su vinculación directa con el territorio deseado por todos los ciudadanos a través de una normativa urbana con inteligencia territorial

Reference list of 120 datasets from time series station Payerne used for exploratory search

The analysis of time-dependent data is an important problem in many application domains, and interactive visualization of time-series data can help in understanding patterns in large time series data. Many effective approaches already exist for visual analysis of univariate time series supporting tasks such as assessment of data quality, detection of outliers, or identification of periodically or frequently occurring patterns. However, much fewer approaches exist which support multivariate time series. The existence of multiple values per time stamp makes the analysis task per se harder, and existing visualization techniques often do not scale well. We introduce an approach for visual analysis of large multivariate time-dependent data, based on the idea of projecting multivariate measurements to a 2D display, visualizing the time dimension by trajectories. We use visual data aggregation metaphors based on grouping of similar data elements to scale with multivariate time series. Aggregation procedures can either be based on statistical properties of the data or on data clustering routines. Appropriately defined user controls allow to navigate and explore the data and interactively steer the parameters of the data aggregation to enhance data analysis. We present an implementation of our approach and apply it on a comprehensive data set from the field of earth bservation, demonstrating the applicability and usefulness of our approach.