Nonrigid Structure-From-Motion From 2-D Images Using Markov Chain Monte Carlo

In this paper we present a new method for simultaneously determining three dimensional (3-D) shape and motion of a non-rigid object from uncalibrated two dimensional (2- D) images without assuming the distribution characteristics. A non-rigid motion can be treated as a combination of a rigid rotation and a non-rigid deformation. To seek accurate recovery of deformable structures, we estimate the probability distribution function of the corresponding features through random sampling, incorporating an established probabilistic model. The fitting between the observation and the projection of the estimated 3-D structure will be evaluated using a Markov chain Monte Carlo based expectation maximisation algorithm. Applications of the proposed method to both synthetic and real image sequences are demonstrated with promising results.

The velocity distribution of solar photospheric magnetic bright points.

We use high spatial resolution observations and numerical simulations to study the velocity distribution of solar photospheric magnetic bright points. The observations were obtained with the Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere instrument at the Dunn Solar Telescope, while the numerical simulations were undertaken with the MURaM code for average magnetic fields of 200 G and 400 G. We implemented an automated bright point detection and tracking algorithm on the data set and studied the subsequent velocity characteristics of over 6000 structures, finding an average velocity of approximately 1 km s(-1), with maximum values of 7 km s(-1). Furthermore, merging magnetic bright points were found to have considerably higher velocities, and significantly longer lifetimes, than isolated structures. By implementing a new and novel technique, we were able to estimate the background magnetic flux of our observational data, which is consistent with a field strength of 400 G.

Adaptations of lateral hand movements to early and late visual occlusion in catching

Recent studies suggested that the control of hand movements in catching involves continuous vision-based adjustments. More insight into these adjustments may be gained by examining the effects of occluding different parts of the ball trajectory. Here, we examined the effects of such occlusion on lateral hand movements when catching balls approaching from different directions, with the occlusion conditions presented in blocks or in randomized order. The analyses showed that late occlusion only had an effect during the blocked presentation, and early occlusion only during the randomized presentation. During the randomized presentation movement biases were more leftward if the preceding trial was an early occlusion trial. The effect of early occlusion during the randomized presentation suggests that the observed leftward movement bias relates to the rightward visual acceleration inherent to the ball trajectories used, while its absence during the blocked presentation seems to reflect trial-by-trial adaptations in the visuomotor gain, reminiscent of dynamic gain control in the smooth pursuit system. The movement biases during the late occlusion block were interpreted in terms of an incomplete motion extrapolation--a reduction of the velocity gain--caused by the fact that participants never saw the to-be-extrapolated part of the ball trajectory. These results underscore that continuous movement adjustments for catching do not only depend on visual information, but also on visuomotor adaptations based on non-visual information.

Visually extracting data records from the deep web

Web sites that rely on databases for their content are now ubiquitous. Query result pages are dynamically generated from these databases in response to user-submitted queries. Automatically extracting structured data from query result pages is a challenging problem, as the structure of the data is not explicitly represented. While humans have shown good intuition in visually understanding data records on a query result page as displayed by a web browser, no existing approach to data record extraction has made full use of this intuition. We propose a novel approach, in which we make use of the common sources of evidence that humans use to understand data records on a displayed query result page. These include structural regularity, and visual and content similarity between data records displayed on a query result page. Based on these observations we propose new techniques that can identify each data record individually, while ignoring noise items, such as navigation bars and adverts. We have implemented these techniques in a software prototype, rExtractor, and tested it using two datasets. Our experimental results show that our approach achieves significantly higher accuracy than previous approaches. Furthermore, it establishes the case for use of vision-based algorithms in the context of data extraction from web sites.

Investigation of Utilizing Single Surface Depressions in Optimization of NLF Aerofoil Design

An environment has been created for the optimisation of aerofoil profiles with inclusion of small surface features. For TS wave dominated flows, the paper examines the consequences of the addition of a depression on the aerodynamic optimisation of an NLF aerofoil, and describes the geometry definition fidelity and optimisation algorithm employed in the development process. The variables that define the depression for this optimisation investigation have been fixed, however a preliminary study is presented demonstrating the sensitivity of the flow to the depression characteristics. Solutions to the optimisation problem are then presented using both gradient-based and genetic algorithm techniques, and for accurate representation of the inclusion of small surface perturbations it is concluded that a global optimisation method is required for this type of aerofoil optimisation task due to the nature of the response surface generated. When dealing with surface features, changes in the transition onset are likely to be of a non-linear nature so it is highly critical to have an optimisation algorithm that is robust, suggesting that for this framework, gradient-based methods alone are not suited.

Kinect and Episodic Reasoning for Human Action Recognition

This paper presents a method for rational behaviour recognition that combines vision-based pose estimation with knowledge modeling and reasoning. The proposed method consists of two stages. First, RGB-D images are used in the estimation of the body postures. Then, estimated actions are evaluated to verify that they make sense. This method requires rational behaviour to be exhibited. To comply with this requirement, this work proposes a rational RGB-D dataset with two types of sequences, some for training and some for testing. Preliminary results show the addition of knowledge modeling and reasoning leads to a significant increase of recognition accuracy when compared to a system based only on computer vision.

Wireless networks congestion control

Congestion control in wireless networks is an important and open issue. Previous research has proven the poor performance of the Transport Control Protocol (TCP) in such networks. The factors that contribute to the poor performance of TCP in wireless environments concern its unsuitability to identify/detect and react properly to network events, its TCP window based ow control algorithm that is not suitable for the wireless channel, and the congestion collapse due to mobility. New rate based mechanisms have been proposed to mitigate TCP performance in wired and wireless networks. However, these mechanisms also present poor performance, as they lack of suitable bandwidth estimation techniques for multi-hop wireless networks. It is thus important to improve congestion control performance in wireless networks, incorporating components that are suitable for wireless environments. A congestion control scheme which provides an e - cient and fair sharing of the underlying network capacity and available bandwidth among multiple competing applications is crucial to the definition of new e cient and fair congestion control schemes on wireless multi-hop networks. The Thesis is divided in three parts. First, we present a performance evaluation study of several congestion control protocols against TCP, in wireless mesh and ad-hoc networks. The obtained results show that rate based congestion control protocols need an eficient and accurate underlying available bandwidth estimation technique. The second part of the Thesis presents a new link capacity and available bandwidth estimation mechanism denoted as rt-Winf (real time wireless inference). The estimation is performed in real-time and without the need to intrusively inject packets in the network. Simulation results show that rt-Winf obtains the available bandwidth and capacity estimation with accuracy and without introducing overhead trafic in the network. The third part of the Thesis proposes the development of new congestion control mechanisms to address the congestion control problems of wireless networks. These congestion control mechanisms use cross layer information, obtained by rt-Winf, to accurately and eficiently estimate the available bandwidth and the path capacity over a wireless network path. Evaluation of these new proposed mechanisms, through ns-2 simulations, shows that the cooperation between rt-Winf and the congestion control algorithms is able to significantly increase congestion control eficiency and network performance.

Discrete Gaussian Sampling for Low-Power Devices

Thesis (Master's)--University of Washington, 2015

Soluções de transporte ferroviário: simulação de marcha e de tráfego de veículos de tração diesel e elétrica

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Amplificação em imunohistoquímica: estudo comparativo de sistemas de polímeros

Desde o início da utilização da imunohistoquímica em anatomia patológica, um dos objetivos tem sido detetar as quantidades mais ínfimas de antigénio, tornando-o visível ao microscópio ótico. Vários sistemas de amplificação têm sido aplicados de forma a concretizar este objetivo, tendo surgido um grupo genérico de métodos simples e que apresentam uma amplificação superior: são os denominados métodos do polímero indireto. Tendo em conta a variedade de métodos disponíveis, o autor propõe-se a comparar a qualidade de quatro sistemas de amplificação, que recorrem ao método do polímero indireto com horseradish peroxidase (HRP). Foram utilizadas lâminas de diferentes tecidos, fixados em formol e incluídos em parafina, nos quais se procedeu à identificação de 15 antigénios distintos. Na amplificação recorreu-se a quatro sistemas de polímero indireto (Dako EnVision+ System – K4006; LabVision UltraVision LP Detection System – TL-004-HD; Leica NovoLink – RE7140-k; Vector ImmPRESS Reagent Kit – MP-7402). A observação microscópica e classificação da imunomarcação obtida foram feitas com base num algoritmo que enquadra intensidade, marcação específica, marcação inespecífica e contraste, num score global que pode tomar valores entre 0 e 25. No tratamento dos dados, para além da estatística descritiva, foi utilizado o teste one-way ANOVA com posthoc de tukey (alfa=0.05). O melhor resultado obtido, em termos de par média/desvio-padrão, dos scores globais foi o do NovoLink (22,4/2,37) e o pior foi o do EnVision+ (17,43/3,86). Verificou-se ainda que existe diferença estatística entre os resultados obtidos pelo sistema NovoLink e os sistemas UltraVision (p=.004), ImmPRESS (p=.000) e EnVision+ (p=.000). Concluiu-se que o sistema que permitiu a obtenção de melhores resultados, neste estudo, foi o Leica NovoLink.

PV inverters for module level applications

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Energias Renováveis – Conversão Eléctrica e Utilização Sustentáveis

Calibration Method for Underwater Visual Ground-Truth System

This work presents an automatic calibration method for a vision based external underwater ground-truth positioning system. These systems are a relevant tool in benchmarking and assessing the quality of research in underwater robotics applications. A stereo vision system can in suitable environments such as test tanks or in clear water conditions provide accurate position with low cost and flexible operation. In this work we present a two step extrinsic camera parameter calibration procedure in order to reduce the setup time and provide accurate results. The proposed method uses a planar homography decomposition in order to determine the relative camera poses and the determination of vanishing points of detected lines in the image to obtain the global pose of the stereo rig in the reference frame. This method was applied to our external vision based ground-truth at the INESC TEC/Robotics test tank. Results are presented in comparison with an precise calibration performed using points obtained from an accurate 3D LIDAR modelling of the environment.

Impact of an intervention to control risk associated with patient transfer.

QUESTION UNDER STUDY: Hospitals transferring patients retain responsibility until admission to the new health care facility. We define safe transfer conditions, based on appropriate risk assessment, and evaluate the impact of this strategy as implemented at our institution. METHODS: An algorithm defining transfer categories according to destination, equipment monitoring, and medication was developed and tested prospectively over 6 months. Conformity with algorithm criteria was assessed for every transfer and transfer category. After introduction of a transfer coordination centre with transfer nurses, the algorithm was implemented and the same survey was carried out over 1 year. RESULTS: Over the whole study period, the number of transfers increased by 40%, chiefly by ambulance from the emergency department to other hospitals and private clinics. Transfers to rehabilitation centres and nursing homes were reassigned to conventional vehicles. The percentage of patients requiring equipment during transfer, such as an intravenous line, decreased from 34% to 15%, while oxygen or i.v. drug requirement remained stable. The percentage of transfers considered below theoretical safety decreased from 6% to 4%, while 20% of transfers were considered safer than necessary. A substantial number of planned transfers could be "downgraded" by mutual agreement to a lower degree of supervision, and the system was stable on a short-term basis. CONCLUSION: A coordinated transfer system based on an algorithm determining transfer categories, developed on the basis of simple but valid medical and nursing criteria, reduced unnecessary ambulance transfers and treatment during transfer, and increased adequate supervision.

Les algorithmes de haute résolution en tomographie d'émission par positrons : développement et accélération sur les cartes graphiques

La tomographie d’émission par positrons (TEP) est une modalité d’imagerie moléculaire utilisant des radiotraceurs marqués par des isotopes émetteurs de positrons permettant de quantifier et de sonder des processus biologiques et physiologiques. Cette modalité est surtout utilisée actuellement en oncologie, mais elle est aussi utilisée de plus en plus en cardiologie, en neurologie et en pharmacologie. En fait, c’est une modalité qui est intrinsèquement capable d’offrir avec une meilleure sensibilité des informations fonctionnelles sur le métabolisme cellulaire. Les limites de cette modalité sont surtout la faible résolution spatiale et le manque d’exactitude de la quantification. Par ailleurs, afin de dépasser ces limites qui constituent un obstacle pour élargir le champ des applications cliniques de la TEP, les nouveaux systèmes d’acquisition sont équipés d’un grand nombre de petits détecteurs ayant des meilleures performances de détection. La reconstruction de l’image se fait en utilisant les algorithmes stochastiques itératifs mieux adaptés aux acquisitions à faibles statistiques. De ce fait, le temps de reconstruction est devenu trop long pour une utilisation en milieu clinique. Ainsi, pour réduire ce temps, on les données d’acquisition sont compressées et des versions accélérées d’algorithmes stochastiques itératifs qui sont généralement moins exactes sont utilisées. Les performances améliorées par l’augmentation de nombre des détecteurs sont donc limitées par les contraintes de temps de calcul. Afin de sortir de cette boucle et permettre l’utilisation des algorithmes de reconstruction robustes, de nombreux travaux ont été effectués pour accélérer ces algorithmes sur les dispositifs GPU (Graphics Processing Units) de calcul haute performance. Dans ce travail, nous avons rejoint cet effort de la communauté scientifique pour développer et introduire en clinique l’utilisation des algorithmes de reconstruction puissants qui améliorent la résolution spatiale et l’exactitude de la quantification en TEP. Nous avons d’abord travaillé sur le développement des stratégies pour accélérer sur les dispositifs GPU la reconstruction des images TEP à partir des données d’acquisition en mode liste. En fait, le mode liste offre de nombreux avantages par rapport à la reconstruction à partir des sinogrammes, entre autres : il permet d’implanter facilement et avec précision la correction du mouvement et le temps de vol (TOF : Time-Of Flight) pour améliorer l’exactitude de la quantification. Il permet aussi d’utiliser les fonctions de bases spatio-temporelles pour effectuer la reconstruction 4D afin d’estimer les paramètres cinétiques des métabolismes avec exactitude. Cependant, d’une part, l’utilisation de ce mode est très limitée en clinique, et d’autre part, il est surtout utilisé pour estimer la valeur normalisée de captation SUV qui est une grandeur semi-quantitative limitant le caractère fonctionnel de la TEP. Nos contributions sont les suivantes : - Le développement d’une nouvelle stratégie visant à accélérer sur les dispositifs GPU l’algorithme 3D LM-OSEM (List Mode Ordered-Subset Expectation-Maximization), y compris le calcul de la matrice de sensibilité intégrant les facteurs d’atténuation du patient et les coefficients de normalisation des détecteurs. Le temps de calcul obtenu est non seulement compatible avec une utilisation clinique des algorithmes 3D LM-OSEM, mais il permet également d’envisager des reconstructions rapides pour les applications TEP avancées telles que les études dynamiques en temps réel et des reconstructions d’images paramétriques à partir des données d’acquisitions directement. - Le développement et l’implantation sur GPU de l’approche Multigrilles/Multitrames pour accélérer l’algorithme LMEM (List-Mode Expectation-Maximization). L’objectif est de développer une nouvelle stratégie pour accélérer l’algorithme de référence LMEM qui est un algorithme convergent et puissant, mais qui a l’inconvénient de converger très lentement. Les résultats obtenus permettent d’entrevoir des reconstructions en temps quasi-réel que ce soit pour les examens utilisant un grand nombre de données d’acquisition aussi bien que pour les acquisitions dynamiques synchronisées. Par ailleurs, en clinique, la quantification est souvent faite à partir de données d’acquisition en sinogrammes généralement compressés. Mais des travaux antérieurs ont montré que cette approche pour accélérer la reconstruction diminue l’exactitude de la quantification et dégrade la résolution spatiale. Pour cette raison, nous avons parallélisé et implémenté sur GPU l’algorithme AW-LOR-OSEM (Attenuation-Weighted Line-of-Response-OSEM) ; une version de l’algorithme 3D OSEM qui effectue la reconstruction à partir de sinogrammes sans compression de données en intégrant les corrections de l’atténuation et de la normalisation dans les matrices de sensibilité. Nous avons comparé deux approches d’implantation : dans la première, la matrice système (MS) est calculée en temps réel au cours de la reconstruction, tandis que la seconde implantation utilise une MS pré- calculée avec une meilleure exactitude. Les résultats montrent que la première implantation offre une efficacité de calcul environ deux fois meilleure que celle obtenue dans la deuxième implantation. Les temps de reconstruction rapportés sont compatibles avec une utilisation clinique de ces deux stratégies.

Étude électrophysiologique de la suppression interoculaire : implication pour l'amblyopie

L’amblyopie est un trouble développemental de la vision binoculaire. Elle est typiquement caractérisée par des atteintes de l’acuité visuelle et de la stéréoscopie. Toutefois, de plus en plus d’études indiquent la présence d’atteintes plus étendues telles que les difficultés d’attention visuelle ou de lecture. L’amblyopie est généralement expliquée par une suppression interoculaire au niveau cortical, considérée comme chronique ou permanente à l’extérieur de la période développementale. Or, un nombre croissant d’études suggèrent que des interactions binoculaires normales seraient présentes chez les amblyopes adultes. Dans une première étude, nous avons tenté d’identifier un marqueur électrophysiologique de la vision binoculaire. Nous avons enregistré des potentiels évoqués visuels chez des observateurs normaux à qui l’on a induit une dysfonction binoculaire. Les interactions binoculaires étaient caractérisées à l’aide de patrons (facilitation, moyennage et suppression) en comparant les réponses monoculaires et binoculaires. De plus, ces interactions étaient quantifiées à partir d’index d’intégration continus en soustrayant la somme des réponses monoculaires de la réponse binoculaire. Les résultats indiquaient que les patrons d’interaction n’étaient pas optimaux pour estimer les performances stéréoscopiques. Ces dernières étaient, en revanche, mieux expliquées par notre index d’intégration binoculaire. Ainsi, cette étude suggère que l’électrophysiologie est un bon prédicteur de la vision binoculaire. Dans une deuxième étude, nous avons examiné les corrélats neuronaux et comportementaux de la suppression interoculaire chez des amblyopes adultes et des observateurs normaux. Des potentiels évoqués visuels stationnaires ont été enregistrés en utilisant un paradigme de suppression par flash. La suppression était modulée par un changement de contraste du stimulus flash (10, 20, 30, ou 100%), ou le suppresseur, qui était présenté soit dans l’œil dominant ou non-dominant (ou amblyope). Sur le plan comportemental, la suppression interoculaire était observée indépendamment de l’œil stimulé par le flash chez les contrôles. Au contraire, chez les amblyopes, la suppression était asymétrique (c’est-à-dire supérieure lorsqu’elle provenait de l’œil dominant), ce qui suggérait une suppression chronique. De manière intéressante, l’œil amblyope a supprimé l’œil dominant à haut niveau de contraste. Sur le plan électrophysiologique, l’effet de suppression interoculaire observé à la région occipitale était équivalent dans chaque groupe. Toutefois, les réponses électrophysiologiques à la région frontale chez les amblyopes n’étaient pas modulées comme celles des contrôles; la suppression de l’œil amblyope était manifeste même à bas contraste. Nous résultats supportent ainsi l’existence d’interaction binoculaire fonctionnelle chez les amblyopes adultes ainsi que l’implication d’un réseau cortical étendu dans la suppression interoculaire. En somme, l’amblyopie est une condition complexe dont les atteintes corticales et les déficits fonctionnels semblent globaux. L’amblyopie ne doit plus être considérée comme limitée à une dysfonction de l’aire visuelle primaire. La suppression interoculaire semble un point central de cette problématique, mais encore beaucoup d’études seront nécessaires afin de déterminer l’ensemble des mécanismes impliqués dans celle-ci.