Parallel Computer Vision Algorithms for Graphics Processing Units

La evolución de los teléfonos móviles inteligentes, dotados de cámaras digitales, está provocando una creciente demanda de aplicaciones cada vez más complejas que necesitan algoritmos de visión artificial en tiempo real; puesto que el tamaño de las señales de vídeo no hace sino aumentar y en cambio el rendimiento de los procesadores de un solo núcleo se ha estancado, los nuevos algoritmos que se diseñen para visión artificial han de ser paralelos para poder ejecutarse en múltiples procesadores y ser computacionalmente escalables. Una de las clases de procesadores más interesantes en la actualidad se encuentra en las tarjetas gráficas (GPU), que son dispositivos que ofrecen un alto grado de paralelismo, un excelente rendimiento numérico y una creciente versatilidad, lo que los hace interesantes para llevar a cabo computación científica. En esta tesis se exploran dos aplicaciones de visión artificial que revisten una gran complejidad computacional y no pueden ser ejecutadas en tiempo real empleando procesadores tradicionales. En cambio, como se demuestra en esta tesis, la paralelización de las distintas subtareas y su implementación sobre una GPU arrojan los resultados deseados de ejecución con tasas de refresco interactivas. Asimismo, se propone una técnica para la evaluación rápida de funciones de complejidad arbitraria especialmente indicada para su uso en una GPU. En primer lugar se estudia la aplicación de técnicas de síntesis de imágenes virtuales a partir de únicamente dos cámaras lejanas y no paralelas—en contraste con la configuración habitual en TV 3D de cámaras cercanas y paralelas—con información de color y profundidad. Empleando filtros de mediana modificados para la elaboración de un mapa de profundidad virtual y proyecciones inversas, se comprueba que estas técnicas son adecuadas para una libre elección del punto de vista. Además, se demuestra que la codificación de la información de profundidad con respecto a un sistema de referencia global es sumamente perjudicial y debería ser evitada. Por otro lado se propone un sistema de detección de objetos móviles basado en técnicas de estimación de densidad con funciones locales. Este tipo de técnicas es muy adecuada para el modelado de escenas complejas con fondos multimodales, pero ha recibido poco uso debido a su gran complejidad computacional. El sistema propuesto, implementado en tiempo real sobre una GPU, incluye propuestas para la estimación dinámica de los anchos de banda de las funciones locales, actualización selectiva del modelo de fondo, actualización de la posición de las muestras de referencia del modelo de primer plano empleando un filtro de partículas multirregión y selección automática de regiones de interés para reducir el coste computacional. Los resultados, evaluados sobre diversas bases de datos y comparados con otros algoritmos del estado del arte, demuestran la gran versatilidad y calidad de la propuesta. Finalmente se propone un método para la aproximación de funciones arbitrarias empleando funciones continuas lineales a tramos, especialmente indicada para su implementación en una GPU mediante el uso de las unidades de filtraje de texturas, normalmente no utilizadas para cómputo numérico. La propuesta incluye un riguroso análisis matemático del error cometido en la aproximación en función del número de muestras empleadas, así como un método para la obtención de una partición cuasióptima del dominio de la función para minimizar el error. ABSTRACT The evolution of smartphones, all equipped with digital cameras, is driving a growing demand for ever more complex applications that need to rely on real-time computer vision algorithms. However, video signals are only increasing in size, whereas the performance of single-core processors has somewhat stagnated in the past few years. Consequently, new computer vision algorithms will need to be parallel to run on multiple processors and be computationally scalable. One of the most promising classes of processors nowadays can be found in graphics processing units (GPU). These are devices offering a high parallelism degree, excellent numerical performance and increasing versatility, which makes them interesting to run scientific computations. In this thesis, we explore two computer vision applications with a high computational complexity that precludes them from running in real time on traditional uniprocessors. However, we show that by parallelizing subtasks and implementing them on a GPU, both applications attain their goals of running at interactive frame rates. In addition, we propose a technique for fast evaluation of arbitrarily complex functions, specially designed for GPU implementation. First, we explore the application of depth-image–based rendering techniques to the unusual configuration of two convergent, wide baseline cameras, in contrast to the usual configuration used in 3D TV, which are narrow baseline, parallel cameras. By using a backward mapping approach with a depth inpainting scheme based on median filters, we show that these techniques are adequate for free viewpoint video applications. In addition, we show that referring depth information to a global reference system is ill-advised and should be avoided. Then, we propose a background subtraction system based on kernel density estimation techniques. These techniques are very adequate for modelling complex scenes featuring multimodal backgrounds, but have not been so popular due to their huge computational and memory complexity. The proposed system, implemented in real time on a GPU, features novel proposals for dynamic kernel bandwidth estimation for the background model, selective update of the background model, update of the position of reference samples of the foreground model using a multi-region particle filter, and automatic selection of regions of interest to reduce computational cost. The results, evaluated on several databases and compared to other state-of-the-art algorithms, demonstrate the high quality and versatility of our proposal. Finally, we propose a general method for the approximation of arbitrarily complex functions using continuous piecewise linear functions, specially formulated for GPU implementation by leveraging their texture filtering units, normally unused for numerical computation. Our proposal features a rigorous mathematical analysis of the approximation error in function of the number of samples, as well as a method to obtain a suboptimal partition of the domain of the function to minimize approximation error.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

Controle cooperativo aplicado a sistemas de posicionamento dinâmico.

Hoje em dia com o crescente aumento da exploração de petróleo e gás em águas profundas, há um aumento na demanda por operações offshore envolvendo a cooperação entre unidades flutuantes. Tais operações requerem um alto nível de planejamento e coordenação, o que na maioria dos casos é feito com a troca de informação no nível de operação, com cada unidade flutuante comandada independentemente. Exemplos de operações deste tipo vão desde operações de alívio passando por operações de instalação de equipamento submarino, até operações de pesquisa envolvendo múltiplas unidades flutuantes dotadas de sistema de posicionamento dinâmico (DP). As vantagens do controle cooperativo surgem com a redução do erro da distância relativa durante a manutenção do posicionamento ou durante a execução de manobras de posicionamento conjuntas. No presente trabalho, os conceitos de controle de consenso são aplicados de forma combinada com o sistema DP de cada navio. A influência dos ganhos do controlador cooperativo no sistema como um todo será discutida, utilizando-se técnicas de análise da resposta em frequência. Simulações completas no domínio do tempo e experimentos usando modelos em escala serão utilizados para se demonstrar o funcionamento do controle cooperativo. Todas as simulações serão conduzidas no simulador Dynasim e os ensaios experimentais no tanque de provas da Engenharia Naval da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Além disso, serão feitas comparações entre os experimentos em tanque de provas e simulações numéricas equivalentes, demonstrando-se a validade dos ensaios numéricos. Será também demonstrado que os requisitos de projetos adotados são atendidos pelos ensaios em tanque de provas. .

Controlador integrado baseado em conceito híbrido e controle geométrico para embarcações posicionadas dinamicamente.

O conceito de controle híbrido é aplicado à operação de alívio entre um FPWSO e um navio aliviador. Ambos os navios mantêm suas posições e aproamentos pelo resultado da ação do seu Sistema de Posicionamento Dinâmico (SPD). O alívio dura cerca de 24 horas para ser concluído. Durante este período, o estado de mar pode se alterar e os calados estão sendo constantemente alterados. Um controlador híbrido é projetado para permitir modificacões dos parâmetros de controle/observação se alguma alteração significante do estado de mar e/ou calado das embarcações ocorrer. O principal objetivo dos controladores é manter o posicionamento relativo entre os navios com o intuito de evitar perigosa proximidade ou excesso de tensão no cabo. Com isto em mente, uma nova estratégia de controle que atue integradamente em ambos os navios é proposta baseda em geometria diferencial. Observadores não lineares baseados em passividade são aplicados para estimar a posição, a velocidade e as forças externas de mares calmos até extremos. O critério para troca do controle/observação é baseado na variação do calado e no estado de mar. O calado é assumido conhecido e o estado de mar é estimado pela frequência de pico do espectro do movimento de primeira ordem dos navios. Um modelo de perturbação é proposto para encontrar o número de controladores do sistema híbrido. A equivalência entre o controle geométrico e o controlador baseado em Multiplicadores de Lagrange é demonstrada. Assumindo algumas hipóteses, a equivalência entre os controladores geométrico e o PD é também apresentada. O desempenho da nova estratégia é avaliada por meio de simulações numéricas e comparada a um controlador PD. Os resultados apresentam muito bom desempenho em função do objetivo proposto. A comparação entre a abordagem geométrica e o controlador PD aponta um desempenho muito parecido entre eles.

What direction for reforms in China? CEPS Commentary, 9 January 2014

Following the recent ‘third plenum’ in China, CEPS Director Daniel Gros finds that China has reached a difficult crossroads in terms of making the necessary reforms that will foster continued growth and productivity. Continuing in the direction that so far has been followed with astounding success, namely giving the market a greater role and opening to the rest of the world, might no longer be sufficient. He points out, for example, that combating pollution requires more state intervention, not less. And similarly, strengthening a huge, potentially unstable, financial system requires stronger oversight and some continuing separation from the global financial system. Navigating this change in the right direction will be crucial not only for China, but also for the global economy.

Asset-backed securities: The key to unlocking Europe's credit markets? Bruegel Policy Contribution 2014/07, 24 July 2014

The European market for asset-backed securities (ABS) has all but closed for business since the start of the economic and financial crisis. ABS (see Box 1) were in fact the first financial assets hit at the onset of the crisis in 2008. The subprime mortgage meltdown caused a deterioration in the quality of collateral in the ABS market in the United States, which in turn dried up overall liquidity because ABS AAA notes were popular collateral for inter-bank lending. The lack of demand for these products, together with the Great Recession in 2009, had a considerable negative impact on the European ABS market. The post-crisis regulatory environment has further undermined the market. The practice of slicing and dicing of loans into ABS packages was blamed for starting and spreading the crisis through the global financial system. Regulation in the post-crisis context has thus been relatively unfavourable to these types of instruments, with heightened capital requirements now necessary for the issuance of new ABS products. And yet policymakers have recently underlined the need to revitalise the ABS market as a tool to improve credit market conditions in the euro area and to enhance transmission of monetary policy. In particular, the European Central Bank and the Bank of England have jointly emphasised that: “a market for prudently designed ABS has the potential to improve the efficiency of resource allocation in the economy and to allow for better risk sharing... by transforming relatively illiquid assets into more liquid securities. These can then be sold to investors thereby allowing originators to obtain funding and, potentially, transfer part of the underlying risk, while investors in such securities can diversify their portfolios... . This can lead to lower costs of capital, higher economic growth and a broader distribution of risk” (ECB and Bank of England, 2014a). In addition, consideration has started to be given to the extent to which ABS products could become the target of explicit monetary policy operations, a line of action proposed by Claeys et al (2014). The ECB has officially announced the start of preparatory work related to possible outright purchases of selected ABS1. In this paper we discuss how a revamped market for corporate loans securitised via ABS products, and how use of ABS as a monetary policy instrument, can indeed play a role in revitalising Europe’s credit market. However, before using this instrument a number of issues should be addressed: First, the European ABS market has significantly contracted since the crisis. Hence it needs to be revamped through appropriate regulation if securitisation is to play a role in improving the efficiency of resource allocation in the economy. Second, even assuming that this market can expand again, the European ABS market is heterogeneous: lending criteria are different in different countries and banking institutions and the rating methodologies to assess the quality of the borrowers have to take these differences into account. One further element of differentiation is default law, which is specific to national jurisdictions in the euro area. Therefore, the pool of loans will not only be different in terms of the macro risks related to each country of origination (which is a ‘positive’ idiosyncratic risk, because it enables a portfolio manager to differentiate), but also in terms of the normative side, in case of default. The latter introduces uncertainties and inefficiencies in the ABS market that could create arbitrage opportunities. It is also unclear to what extent a direct purchase of these securities by the ECB might have an impact on the credit market. This will depend on, for example, the type of securities targeted in terms of the underlying assets that would be considered as eligible for inclusion (such as loans to small and medium-sized companies, car loans, leases, residential and commercial mortgages). The timing of a possible move by the ECB is also an issue; immediate action would take place in the context of relatively limited market volumes, while if the ECB waits, it might have access to a larger market, provided steps are taken in the next few months to revamp the market. We start by discussing the first of these issues – the size of the EU ABS market. We estimate how much this market could be worth if some specific measures are implemented. We then discuss the different options available to the ECB should they decide to intervene in the EU ABS market. We include a preliminary list of regulatory steps that could be taken to homogenise asset-backed securities in the euro area. We conclude with our recommended course of action.

Tecniche GPS/INS per l'anilisi dinamica di un ciclomotore

Nel seguente elaborato si espone l’utilizzo del sistema GPS/INS per la valutazione del moto di un ciclomotore. Tale sistema è composto da sensori GPS ( Global Navigation System ) per la misurazione della posizione, e da sensori INS ( Inertial Navigation System) per la misurazione dell’accelerazione e delle velocità angolari rispetto a tre assi coordinati. Chiaramente le misure di accelerazioni e di velocità angolari da parte dei sensori, presentano dei minimi errori, che però si ripercuotono sul posizionamento finale. Per limitare questo fenomeno e rendere la misura di velocità e posizione utilizzabile, un filtro di Kalman viene impiegato per correggere il risultato dell'integrazione usando le misurazioni del GPS. Il connubio tra il sistema INS e il sistema GPS è molto efficacie anche quando si ha una assenza di ricezione satellitare o perdita parziale dei satelliti (cycle slip). Infine è stato utilizzato uno smartphone sfruttando i sensori in esso presenti : accelerometri, giroscopi, GPS, per analizzare la dinamica di un ciclomotore, concentrandosi sull’assetto in particolar modo l’angolo di rollio. Tale prova è stata affrontata non tanto per validare il sistema GPS/INS, ma per provare una soluzione comoda e di basso costo per analizzare il moto di un ciclomotore.

Satellite applications as an ocean and coastal zone management tool: three cases studies

La presente investigación es un estudio de tres aplicaciones de los satélites del océano y las zonas costeras (OCzM). Los sensores de radar que se utilizan en la exploración batimétrica son útiles en la industria de las tuberías de petróleo y en la navegación costera. Térmica y la imagen de radar se han utilizado para detectar indirectamente la distribución de los recursos de las pesquerías de atún y últimamente también otras pesquerías. El sistema de posicionamiento global (GPS) y de comunicaciones de datos de seguimiento de la flota actual de permisos, aunque el enfoque de esta tesis es sobre la flota pesquera. El desarrollo de cualquier sistema de monitoreo de la flota puede seguir el mismo principio.

Human Mobility, Exposure to the Built Environment, and Health

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Feral goat eradications on islands

Introduced mammals are major drivers of extinction. Feral goats (Capra hircus) are particularly devastating to island ecosystems, causing direct and indirect impacts through overgrazing, which often results in ecosystem degradation and biodiversity loss. Removing goat populations from islands is a powerful conservation tool to prevent extinctions and restore ecosystems. Goats have been eradicated successfully from 120 islands worldwide. With newly developed technology and techniques, island size is perhaps no longer a limiting factor in the successful removal of introduced goat populations. Furthermore,. the use of global positioning systems, geographic information systems, aerial hunting by helicopter specialized bunting dogs, and Judas goats has dramatically increased efficiency and significantly reduced the duration of eradication campaigns. Intensive monitoring programs are also critical for successful eradications. Because of the presence of humans with domestic goat populations on large islands, future island conservation actions will require eradication programs that involve local island inhabitants in a collaborative approach with biologists, sociologists, and educators. Given the clear biodiversity benefits, introduced goat populations should be routinely removed from islands.

Gigantes do telejornalismo mundial Mutações editoriais e tecnológicas das agências internacionais de notícias

Esta tese resgata a história das agências de notícias que atuam em escala internacional (Reuters Television e Associated Press Television News), delimitando suas características operacionais dentro do fluxo informacional do telejornalismo mundial. Por meio dos estudos de caso da Reuters TV e da APTN, a tese mostra o funcionamento do ecossistema noticioso global, voltado para as emissoras de televisão, explorando o entendimento de como ele se comporta a partir da irrupção das novas mídias advindas com a internet. Aponta como o desenvolvimento das tecnologias digitais em rede provocou mudanças editoriais e logísticas na rotina produtiva das agências, vistas neste trabalho como importantes atores sociais da globalização. Ao mapear a dinâmica comercial e estrutural das agências, é sustentada a hipótese de que as reportagens transmitidas por essas empresas são, em sua maioria, determinadas pelos interesses políticos e econômicos de seus maiores clientes. Isso nos leva a ratificar que, ainda hoje, após 30 anos da publicação do Relatório McBride, da UNESCO, há uma assimetria no noticiário internacional, no qual alguns países, regiões e assuntos são negligenciados e excluídos. A tese revela, entre outros pontos, que as agências agora difundem um número expressivo de vídeos relacionados à Ásia e que a maior parte de suas reportagens tem imbricações com os Estados Unidos e/ou a Europa. Durante a cobertura midiática de eventos de grande impacto, as agências renovam seu capital simbólico vendendo a ideia de isenção, credibilidade e multiplicidade de vozes. Reforçam também papéis específicos: a organização do noticiário, a viabilização das imagens e a alimentação contínua, segura e veloz do fluxo informativo.

O EFEITO DO CONTROLE RESPIRATÓRIO EM VARIÁVEIS ELETROFISIOLÓGICAS DA ATENÇÃO

A prática do ioga tem se tornado cada vez mais popular, não apenas pelos benefícios físicos, mas principalmente pelo bem-estar psicológico trazido pela sua prática. Um dos componentes do ioga é o Prãnãyama, ou controle da respiração. A atenção e a respiração são dois mecanismos fisiológicos e involuntários requeridos para a execução do Prãnãyama. O principal objetivo desse estudo foi verificar se variáveis contínuas do EEG (potência de diferentes faixas que o compõem) seriam moduladas pelo controle respiratório, comparando-se separadamente as duas fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), na situação de respiração espontânea e controlada. Fizeram parte do estudo 19 sujeitos (7 homens/12 mulheres, idade média de 36,89 e DP = ± 14,46) que foram convidados a participar da pesquisa nas dependências da Faculdade de Saúde da Universidade Metodista de São Paulo. Para o registro do eletroencefalograma foi utilizado um sistema de posicionamento de cinco eletrodos Ag AgCl (FPz, Fz, Cz, Pz e Oz) fixados a uma touca de posicionamento rápido (Quick-Cap, Neuromedical Supplies®), em sistema 10-20. Foram obtidos valores de máxima amplitude de potência (espectro de potência no domínio da frequência) nas frequências teta, alfa e beta e delta e calculada a razão teta/beta nas diferentes fases do ciclo respiratório (inspiração e expiração), separadamente, nas condições de respiração espontânea e de controle respiratório. Para o registro do ciclo respiratório, foi utilizada uma cinta de esforço respiratório M01 (Pletismógrafo). Os resultados mostram diferenças significativas entre as condições de respiração espontânea e de controle com valores das médias da razão teta/beta menores na respiração controlada do que na respiração espontânea e valores de média da potência alfa sempre maiores no controle respiratório. Diferenças significativas foram encontradas na comparação entre inspiração e expiração da respiração controlada com diminuição dos valores das médias da razão teta/beta na inspiração e aumento nos valores das médias da potência alfa, sobretudo na expiração. Os achados deste estudo trazem evidências de que o controle respiratório modula variáveis eletrofisiológicas relativas à atenção refletindo um estado de alerta, porém mais relaxado do que na situação de respiração espontânea.

Transplanting Anglo-American accounting oversight boards to a diverse institutional context

The introduction of accounting and auditing oversight boards (OBs) has been promoted on a global scale as a key component of the international financial architecture that has emerged over the past two decades. Such institutions, modeled on the Anglo-American tradition, are domestically organized and embedded within distinctively diverse institutional contexts. Their role is to ease agency problems, improve the quality of financial reporting, and help provide stability in the global financial system. We employ an institutional approach, located within the broader political economy framework of global capitalism, to examine the establishment and operation of the new regulatory regime in Greece. Greece, a member of the European Union, exhibits characteristics of a "delegative" democracy, i.e. a traditionally weak institutionalization, reform (in)capacity problems and a clientelistic political system. Our case study shows that the formation and operation of the newly-established system of oversight is conditioned by local political and economic constraints and, thus, does not automatically translate into concrete benefits for the quality of financial reporting. We also draw attention to the structural mismatch between a progressing globalized financial integration and the fragmented nature of the system of oversight, and illustrate that OBs' independence from local governments is an important but neglected issue.

The autonomous navigation of an electric vehicle

A navigation and positioning system for an electric automatic guided vehicle has been designed and implemented on an industrial pallet truck. The system includes an optical sensor mounted on the vehicle, capable of recognizing special markers at a distance of 0.3m. Software implemented in a z-80 microprocessor controls the sensor, performs all data processing and contains the decision making processes necessary for the vehicle to navigate its way to its task location. A second microprocessor is used to control the vehicle's drive motors under instruction from the navigation unit, to accurately position the vehicle at its destination. The sensor reliably recognises markers at vehicle speeds up to 1ms- 1, and the system has been integrated into a multiprocessor controlled wire-guidance system and applied to a prototype vehicle.