Classification of very high spatial resolution imagery using mathematical morphology and support vector machines

We investigate the relevance of morphological operators for the classification of land use in urban scenes using submetric panchromatic imagery. A support vector machine is used for the classification. Six types of filters have been employed: opening and closing, opening and closing by reconstruction, and opening and closing top hat. The type and scale of the filters are discussed, and a feature selection algorithm called recursive feature elimination is applied to decrease the dimensionality of the input data. The analysis performed on two QuickBird panchromatic images showed that simple opening and closing operators are the most relevant for classification at such a high spatial resolution. Moreover, mixed sets combining simple and reconstruction filters provided the best performance. Tests performed on both images, having areas characterized by different architectural styles, yielded similar results for both feature selection and classification accuracy, suggesting the generalization of the feature sets highlighted.

Emission of carbon nanofiber (CNF) from CNF-containing composite adsorbents

In spite of numerous applications of carbon nanofibers (CNFs) in a variety of fields, the potential release of airborne CNF during their special application, which could lead to workers or end-users exposure, has not been well investigated. In this study, the potential release of CNF from an organic vapour respirator cartridge was evaluated by carbon analysis and microscopy analysis. The cartridge consisted of an AC (Activated Carbon)/CNF composite adsorbent and different types of particulate filters. The composite adsorbent CNF were prepared by chemical vapour deposition (CVD). Air was passed through the prepared cartridge for 12 hours at 12 l/min and particles were collected on sampling filters suitable for measuring organic and elemental carbon (OC/EC) by carbon analysis based on the NIOSH 5040 method. Breakthrough of CNFs was also checked by scanning and transmission electron microscopy (SEM/TEM). This study found only minimal amounts of released elemental carbon while passing the air through the cartridge. Meanwhile TEM photos showed a few CNF structures for AC/CNF composite adsorbents which were not in the critical range in terms of length, aspect ratio, or number. [Authors]

Mixed spectral-structural classification of very high resolution images with summation kernels

In this paper, mixed spectral-structural kernel machines are proposed for the classification of very-high resolution images. The simultaneous use of multispectral and structural features (computed using morphological filters) allows a significant increase in classification accuracy of remote sensing images. Subsequently, weighted summation kernel support vector machines are proposed and applied in order to take into account the multiscale nature of the scene considered. Such classifiers use the Mercer property of kernel matrices to compute a new kernel matrix accounting simultaneously for two scale parameters. Tests on a Zurich QuickBird image show the relevance of the proposed method : using the mixed spectral-structural features, the classification accuracy increases of about 5%, achieving a Kappa index of 0.97. The multikernel approach proposed provide an overall accuracy of 98.90% with related Kappa index of 0.985.

Fast Bias Field Correction for 9.4 Tesla Magnetic Resonance Imaging

In this paper the problem of intensity inhomogeneity athigh magnetic field on magnetic resonance images isaddressed. Specifically, rat brain images at 9.4Tacquired with a surface coil are bias corrected. Wepropose a low- pass frequency model that takes intoaccount not only background-object contours but alsoother important contours inside the image. Twopre-processing filters are proposed: first, to create avolume of interest without contours, and second, toextrapolate the image values of such masked area to thewhole image. Results are assessed quantitatively andvisually in comparison to standard low pass filterapproach, and they show as expected better accuracy inenhancing image intensity.

Spatial prediction of monthly wind speeds in complex terrain with adaptive general regression neural networks

This paper presents the general regression neural networks (GRNN) as a nonlinear regression method for the interpolation of monthly wind speeds in complex Alpine orography. GRNN is trained using data coming from Swiss meteorological networks to learn the statistical relationship between topographic features and wind speed. The terrain convexity, slope and exposure are considered by extracting features from the digital elevation model at different spatial scales using specialised convolution filters. A database of gridded monthly wind speeds is then constructed by applying GRNN in prediction mode during the period 1968-2008. This study demonstrates that using topographic features as inputs in GRNN significantly reduces cross-validation errors with respect to low-dimensional models integrating only geographical coordinates and terrain height for the interpolation of wind speed. The spatial predictability of wind speed is found to be lower in summer than in winter due to more complex and weaker wind-topography relationships. The relevance of these relationships is studied using an adaptive version of the GRNN algorithm which allows to select the useful terrain features by eliminating the noisy ones. This research provides a framework for extending the low-dimensional interpolation models to high-dimensional spaces by integrating additional features accounting for the topographic conditions at multiple spatial scales. Copyright (c) 2012 Royal Meteorological Society.

Enhanced MDIR receiver for space-time dispersive channels

A particular property of the matched desiredimpulse response receiver is introduced in this paper, namely,the fact that full exploitation of the diversity is obtained withmultiple beamformers when the channel is spatially and timelydispersive. This particularity makes the receiver specially suitablefor mobile and underwater communications. The new structureprovides better performance than conventional and weightedVRAKE receivers, and a diversity gain with no needs of additionalradio frequency equipment. The baseband hardware neededfor this new receiver may be obtained through reconfigurabilityof the RAKE architectures available at the base station. Theproposed receiver is tested through simulations assuming UTRAfrequency-division-duplexing mode.

Incidence and management of pulmonary embolism following spinal surgery occurring while under chemical thromboprophylaxis.

Patients undergoing spinal surgery are at risk of developing thromboembolic complications even though lower incidences have been reported as compared to joint arthroplasty surgery. Deep vein thrombosis (DVT) has been studied extensively in the context of spinal surgery but symptomatic pulmonary embolism (PE) has engaged less attention. We prospectively followed a consecutive cohort of 270 patients undergoing spinal surgery at a single institution. From these patients, only 26 were simple discectomies, while the largest proportion (226) was fusions. All patients received both low molecular weight heparin (LMWH) initiated after surgery and compressive stockings. PE was diagnosed with spiral chest CT. Six patients developed symptomatic PE, five during their hospital stay. In three of the six patients the embolic event occurred during the first 3 postoperative days. They were managed by the temporary insertion of an inferior vena cava (IVC) filter thus allowing for a delay in full-dose anticoagulation until removal of the filter. None of the PE patients suffered any bleeding complication as a result of the introduction of full anticoagulation. Two patients suffered postoperative haematomas, without development of neurological symptoms or signs, requiring emergency evacuation. The overall incidence of PE was 2.2% rising to 2.5% after exclusion of microdiscectomy cases. The incidence of PE was highest in anterior or combined thoracolumbar/lumbar procedures (4.2%). There is a large variation in the reported incidence of PE in the spinal literature. Results from the only study found in the literature specifically monitoring PE suggest an incidence of PE as high as 2.5%. Our study shows a similar incidence despite the use of LMWH. In the absence of randomized controlled trials (RCT) it is uncertain if this type of prophylaxis lowers the incidence of PE. However, other studies show that the morbidity of LMWH is very low. Since PE can be a life-threatening complication, LMWH may be a worthwhile option to consider for prophylaxis. RCTs are necessary in assessing the efficacy of DVT and PE prophylaxis in spinal patients.

Testing of Vacuum Drum Filter

Tämän diplomityön tavoitteena oli testata ja optimoida erään alipainerumpusuodattimen toimivuutta, ja lisäksi maksimoida tuottavuus ja vertailla erilaisten pesumenetelmientehokkuutta. Testilietteiden ¿ rautarikasteen ja täyteainepastan ¿ karakterisointi oli myös tärkeää. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin lyhyesti neste-kiintoaine-erotuksen teoriaa, erityisesti alipainesuodatusta ja alipainerumpusuodattimia. Lisäksi käsiteltiin kapillaarisuodatuksen toimintaperiaatteita sekä selvitettiin kaivosteollisuuden veden talteenottokeinoja, kiintoainejäämien käsittelymenetelmiä ja Chilen kaivosteollisuuden nykytilaa. Työn kokeellinen osa suoritettiin käyttämällä raskaita ja kiintoainepitoisuuksiltaan korkeita lietteitä, eli rautarikastetta ja täyteainepastaa. Kokeet suoritettiin erityisellä alipainerumpusuodattimella, joka oli muokattu perinteisestäpäältä syötettävästä alipainerumpusuodattimesta. Kokeissa tutkittiin pyörimisnopeuden ja erilaisten pesumenetelmien vaikutusta kakun kosteuteen ja suodatuskapasiteettiin. Koelietteiden karakterisointi suoritettiin analysoimalla partikkelikokojakauma, kiintoainepitoisuus, metallipitoisuus ja koostumus. Kokeiden perusteella havaittiin, että rummun pyörimisnopeudella ja lietteen kiintoainepitoisuudella on merkittävä vaikutus suodatuskapasiteettiin ja kakun kosteuspitoisuuteen. Havaittiin myös, että kakun kosteuspitoisuuksissa ja rummun suodatuskapasiteeteissa oli eroja, kun verrattiin eri suodatinväliaineen pesumenetelmiä. Täten oikean pesumenetelmän valinta on tärkeää, ja sillä pystytään lisäämään suodatinväliaineen käyttöikää.

Muurahaishapon käyttö etikkahapon ja propionihapon sovelluksissa

Työssä tutkittiin muurahais-, etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisia sovelluskohteita. Työn tarkoituksena oli löytää muurahaishapolle tai sen johdannaisille potentiaalisia käyttökohteita etikka- ja propionihapon sekä näiden johdannaisten teollisista sovelluskohteista. Työssä on laaja kirjallisuuskatsaus, jossa käsitellään muurahais-, etikka- ja propionihapon kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, ekologisia ja korroosiovaikutuksia sekä yleensä orgaanisten happojen antimikrobisia ominaisuuksia. Tämän lisäksi työssä esitellään tarkasteltavien happojen sekä happojohdannaisten markkinat teollisissa sovelluksissa Yhdysvalloissa, Länsi-Euroopassa ja Japanissa. Korvaavuuksien syventävän analyysin avulla pyrittiin löytämään ne sovelluskohteet muurahaishapolle tai sen johdannaisille, joissa ne voisivat olla hinnaltaan kilpailukykyisiä vastaavien etikka-ja propionihapposovellusten kanssa. Mahdollisen korvaavuuden rajaksi asetettiin5 000 tonnia sovelluskohdetta kohti. Kirjallisuustutkimuksen perusteella etikkahapon estereiden (asetaattiestereiden) käyttökohde liuottimien komponentteinavoisi olla potentiaalisin käyttökohde vastaaville muurahaishapon estereille (formiaattiestereille). Asetaattiestereitä on ennustettu käytettävän maailmalla 2 808 000 tonnia vuonna 2006. Niiden pääkäyttöalueet ovat liuottimina pintapäällysteissä kuten maaleissa, lakoissa sekä painomusteissa ja -väreissä. Toistaiseksi formiaattiestereitä on hyödynnetty vain muutamia satoja tonneja lähinnä lääketeollisuuden sovelluksissa välituotteena. Työssä tehtyjen alustavien laskelmien perusteella muurahaishapon esterit ovat hintatasoltaan kilpailukykyinen vaihtoehto vastaaville asetaattiestereille. Diplomityön kokeellisessa osassa etyyliformiaattia valmistettiin menestyksekkäästi laboratoriomittakaavassa. Toinen potentiaalinen uusi tuote on selluloosaformiaattikuitu (SF-kuitu). Selluloosa-asetaattikuitua käytettiin vuonna 2001 845 000 tonnia, josta 79 % kului savukefilttereiden valmistukseen. SF-kuitu on kirjallisuuden mukaan vaihtoehtoinen raaka-aine savukefilttereiden valmistukseen.

Nauhasuodatukseen vaikuttavien parametrien tutkiminen

Nauhasuodattimia käytetään teollisuuden aloilla, joissa suodatettavan suspension määrä vaihtelee laajalti ja suodinkakun peseytyminen on tärkeää. Oikean kangasrakenteen valinnalla voidaan kasvattaa suodatuskapasiteettia ja parantaa suodatustulosta. Tämän diplomityön tavoitteena oli tutkia metallisulfidisakan nauhasuodatukseen liittyviä parametreja suodatuksen parantamiseksi. Tavoitteena oli löytää sopiva kangas ja ajoparametrit kloridin pesemiseksi suodinkakusta mahdollisimman tarkasti ja samalla säilyttää hyvä suodospuhtaus. Suodatuskapasiteetin kasvattaminen oli myös toivottavaa. Kirjallisuusosassa keskityttiin kakkusuodatuksen teoriaan, nauhasuodatukseen ja tutustuttiin hieman nauhasuodatukseen liittyvään laskentaan. Uusia kehitteillä olevia suodatusta parantavia menetelmiä käsiteltiin myös kirjallisuusosassa. Kokeellisessa osassa tutkittiin koesuunnittelua hyväksi käyttäen metallisulfidisakan suodatukseen vaikuttavienparametrien vaikutusta. Testattavia parametreja olivat mm. alipaine, lietteen kiintoainepitoisuus, syötön ja pesuveden määrä. Kokeet osoittivat, että kankaan rakenteella ei ole suurta vaikutusta pesutulokseen. Pesuilla ei myöskään voida kokonaan poistaa suodinkakussa olevaa kloridia. Tulosten perusteella kokeissa käytetyillä kudotuilla kankailla päästiin yhtä hyviin kuin huopakankaalla. Suodattimen toiminnan kannalta paras tilanne on, jos suodattimelle tulevan lietteen kiintoainepitoisuus pysyy melko vakiona. Suodattimella käytettävän kankaan käyttöikää kasvattaa kankaan hyvä kulutuskestävyys, kakun irtoaminen helposti kankaan pinnalta ja kankaan pysyminen huokoisena kankaan pesujen ansiosta.

Puhdastilojen suunnitteluprosessi ja teknisten järjestelmien validointi

Puhdastilojen suunnittelussa pyritään saamaan hallittu ja valvottu ilmanpuhtaus luokiteltuun tilaan.Luokittelu tapahtuu puhdastilastandardeilla, lisäksi lääkevalmisteita valmistettavassa tilassa GMP -säädösten mukaisin luokituksin. Puhdastilastandardi ISO 14644 käsittää seitsemän osaa, jossa on käsitelty puhdastilaa koskevia määräyksiä suunnittelusta käyttöön ja testaukseen. GMP-säädökset sisältävät yhdeksän kappaletta, joista kappale 3: 'Tilat ja laitteet' on keskeinen osa lääkeainevalmistuksen puhdastilasuunnittelua. Puhtaan ilman aikaansaamiseksi puhdastilaan merkittävimmät roolit ovat ilmanvaihdolla, puhdastilarakenteilla ja rakennusautomaatiolla. Ilma voidaan tuoda tilaan kolmella eri periaatteella. Ilmaa tuodaan tilaan yhdensuuntaisesti, turbulenttisesti tai sekavirtauksena HEPA -suodattimien kautta, joilla varmistetaan epäpuhtauksien korkea suodatusaste. Ilmapoistetaan rei'itettyjen, korotettujen lattioiden kautta tai tilan alaosassa olevien poistoilmasäleikköjen kautta, josta se johdetaan noin 75-90%:sti kierrätettynä takaisin tilaan. Lääketeollisuudessa rei'itettyjä, korotettuja lattioita eivoida käyttää kontaminaatiovaaran, vuoksi. Tilaan suunniteltuja olosuhteita ylläpidetään rakennusautomaation avulla ja monitorointijärjestelmällä valvotaan tilassa olevan ilman laatua. Kaikki GMP-luokituksen mukaiset puhdastilat tulee validoida. Validointiin kuuluu teknisten järjestelmien kvalifiointi ja koko prosessin validointi. Teknisten järjestel-mien kvalifiointi käsittää suunnitelmien tarkastuksen (DQ), asennus - ja käyttöönotto tarkastukset (IQ), toiminnan testauksen (OQ) ja suorituksen testauksen (PQ). Kvali-fiointi kuuluu yhtenä osa-alueena validointiin. Prosessin validointi on osa yrityksen laadunvarmistusta. Validoinnilla hankitaan dokumentoidut todisteet siitä, että tila tai prosessi todella täyttää annetut vaatimukset. Tässä työssä laadittiin esimerkinomainen kvalifiointisuunnitelma puhdastilan tekni-sille järjestelmille. Suunnitelma sisältää asennus- ja käyttöönoton mukaiset tarkastukset (IQ)ja toiminnan aikaiset testaukset (OQ).

Paperikoneen vesi- ja energiatehokkuuden parantaminen

Työn tavoitteena oli laatia reaaliaikaiset vesi- ja energiatasenäytöt Stora Enso PublicationPaper Veitsiluodon tehtaalle, paperikone 5:lle. Tavoitteena oli myös simuloida kyseisen paperikonelinjan vesitase. Aluksi työssä piirrettiin lohkokaaviot taseita varten paperikoneen kaikista vettä tai energiaa sisältävistä jakeista. Näitä yksinkertaistettuja lohkokaavioita hyväksi käyttäen laadittiin taseidenlaskentakaavat, jotka testattiin tarkastuslaskelmien avulla. Vesi- ja energiataseista tehtiin myös suunnitelmat prosessinohjausjärjestelmän tasenäytöiksi. FlowMac-simulointiohjelmalla rakennetun paperikone 5 vesitaseen simulointimallin tulosten oikeellisuutta arvioitiin herkkyysanalyysin avulla. Tehdyn herkkyysanalyysin tuloksien perusteella voidaan olettaa, että simulointimalli toimii luotettavasti. Tämän vesitaseen simulointimallin avulla tarkasteltiin kiekkosuotimien uudistamisen vaikutuksia paperikonelinjan vesitaseeseen. Tarkastelussa huomattiin, että vaihtamalla kiekkosuotimien syöttöventtiilit kolmea jaetta tuottaviksi, voitaisiin flotaatioallas ja suihkuveden kaarisihti poistaa käytöstä. Tulevaisuudessa simulointimallia voidaan käyttää myös monilla muilla eri tavoin hyödyksi kyseisellä paperikoneella. Työssä laaditut vesi- ja energiataseet saatiin niin tarkoiksi kuin se nykyisiä mittauksia hyödyntäen on mahdollista. Jostaseita haluttaisiin tarkentaa, olisi paperikonelinjalle syytä lisätä joitakin mittauksia. Myös työssä tehty vesitaseen simulointi FlowMac:lla onnistui hyvin mutta kyseisessä ohjelmassa havaittiin silti joitakin kehittämistarpeita. Työn tuloksien perusteella vettä ja energiaa voitaisiin mahdollisesti säästää paperikone 5:llä esimerkiksi laimennussäätöisen perälaatikon avulla, kiekkosuotimien uusimisella sekä kenkäpuristimen käyttöönotolla. Jatkotutkimuskohteita voisivat olla esimerkiksi paperikone 5:n lämpötase, kemiallisesti puhdistetun veden tulolämpötilan nostaminen, hiomon suodosveden ylimääräisen lämmön hyödyntäminen paperikone 5 kirkassuodoksen lämmittämisen jälkeen, lämmön talteenotossa lämmitysvesikennon ja prosessivesikennon järjestyksen vaihtaminen sekä vastaavien vesi- ja energiataseiden laatiminen paperikone 1:lle ja hiomolle.

Fluoresoivien paperinäytteiden spektrogoniometriset mittaukset

Fluoresoivat värit ovat viime aikoina yleistyneet näkyvästi vaatetuksessa ja huomaamattomammin esimerkiksi erilaisissa turvamerkinnöissä. Työssä tutkittiin fluoresoivan ja fluoresoimattoman paperinäytteen pinnastamitattuja heijastusjakaumia ja verrattiin niitä keskenään. Työn teoriaosuudessaesitellään eri värijärjestelmiä sekä selvitetään fluoresenssiä ilmiönä ja sen aiheuttamia värin mittaamiseen liittyviä ongelmia. Kokeellisessa osuudessa mitattiin heijastus puoliavaruuteen sekä fluoresoivan että tavallisen paperinäytteen pinnasta. Mittauksessa käytettiin suodattimia, jotta nähtiin, miten eri aallonpituudet heijastuivat näytteen pinnasta. Heijastusjakaumien muotoja vertailtiin eri näytteiden kesken. Lisäksi vertailtiin yksittäisen näytteen heijastusjakaumia aallonpituuksittain. Fluoresoivien ja fluoresoimattomien näytteiden heijastusjakaumien muodoissa havaittiin selviä eroavaisuuksia.

Coifman-aallokkeet ja skaalaussuotimen muodostus differentiaalievoluut ion avulla

Ortogonaalisen M-kaistaisen moniresoluutioanalyysin matemaattiset perusteet esitetään yksityiskohtaisesti. Coifman-aallokkeiden määritelmä yleistetään dilaatiokertoimelle M ja nollasta poikkeavalle häviävien momenttien keskukselle.Funktion approksimointia näytepisteistä aallokkeiden avulla pohditaan ja erityisesti esitetään approksimaation asymptoottinen virhearvio Coifman-aallokkeille. Skaalaussuotimelle osoitetaan välttämättömät ja riittävät ehdot, jotka johtavat yleistettyihin Coifman-aallokkeisiin. Moniresoluutioanalyysin tiheys todistetaansuoraan Lebesguen integraalin määritelmään perustuen yksikön partitio-ominaisuutta käyttäen. Todistus on riittävä sellaisenaan avaruudessa L2(Wd) käyttämättä Fourier-tason ominaisuuksia tai ehtoja. Mallatin algoritmi johdetaan M-kaistaisille aallokkeille ja moniuloitteisille signaaleille. Algoritmille esitetään myös rekursiivinen muoto. Differentiaalievoluutioalgoritmin avulla ratkaistaan Coifman-aallokkeisiin liittyvien skaalaussuotimien kertoimien arvoja useille skaalausfunktiolle. Approksimaatio- ja kuvanpakkausesimerkkejä esitetään menetelmien havainnollistamiseksi. Differentiaalievoluutioalgoritmin avulla etsitään myös referenssikuville optimoitu skaalaussuodin. Löydetty suodin on regulaarinen ja erittäinsymmetrinen.

Estudi comparatiu dels filtres de Kalman i IMM per a navegació

Els sistemes híbrids de navegació integren mesures de posició i velocitat provinents de satèl·lits (GPS) i d’unitats de mesura inercials (IMU).Les dades d’aquests sensors s’han de fusionar i suavitzar, i per a aquest propòsit existeixen diversos algorismes de filtratge, que tracten les dades conjuntament o per separat. En aquest treball s’han codificat en Matlab els algorismes dels filtres de Kalman i IMM, i s’han comparat les seves prestacions en diverses trajectòries d’un vehicle. S’han avaluat quantitativament els errors dels dos filtres, i s’han sintonitzat els seus paràmetres per a minimitzar aquests errors. Amb una correcta sintonia dels filtres, s’ha comprovat que el filtre IMM és superior al filtre de Kalman, tant per maniobres brusques com per maniobres suaus, malgrat que la complexitat i el temps de càlcul requerit són majors.