Identification and characterization of the sRNA network in Neisseria meningitidis

Bacterial small regulatory RNAs (sRNAs) are posttranscriptional regulators involved in stress responses. These short non-coding transcripts are synthesised in response to a signal, and control gene expression of their regulons by modulating the translation or stability of the target mRNAs, often in concert with the RNA chaperone Hfq. Characterization of a Hfq knock out mutant in Neisseria meningitidis revealed that it has a pleiotropic phenotype, suggesting a major role for Hfq in adaptation to stresses and virulence and the presence of Hfq-dependent sRNA activity. Global gene expression analysis of regulated transcripts in the Hfq mutant revealed the presence of a regulated sRNA, incorrectly annotated as an open reading frame, which we renamed AniS. The synthesis of this novel sRNA is anaerobically induced through activation of its promoter by the FNR global regulator and through global gene expression analyses we identified at least two predicted mRNA targets of AniS. We also performed a detailed molecular analysis of the action of the sRNA NrrF,. We demonstrated that NrrF regulates succinate dehydrogenase by forming a duplex with a region of complementarity within the sdhDA region of the succinate dehydrogenase transcript, and Hfq enhances the binding of this sRNA to the identified target in the sdhCDAB mRNA; this is likely to result in rapid turnover of the transcript in vivo. In addition, in order to globally investigate other possible sRNAs of N. meningitdis we Deep-sequenced the transcriptome of this bacterium under both standard in vitro and iron-depleted conditions. This analysis revealed genes that were actively transcribed under the two conditions. We focused our attention on the transcribed non-coding regions of the genome and, along with 5’ and 3’ untranslated regions, 19 novel candidate sRNAs were identified. Further studies will be focused on the identification of the regulatory networks of these sRNAs, and their targets.

Caratterizzazione tecnica e fisiologica della Muay Thai

La Muay Thai, comunemente detta “Boxe Thailandese” è un'arte marziale che rientra nella classificazione delle attività intermittenti con entrambi i sistemi energetici reclutati, aerobico e anaerobico, è inoltre caratterizzata dal fatto che il combattimento alla distanza si alterna alla lotta, denominata “clinch”. Nonostante la popolarità della Muay Thai, in ambito mondiale, stia progressivamente aumentando così come è in aumento il numero di atleti che la praticano, le ricerche incentrate su questa arte marziale e gli studi relativi agli aggiustamenti cardiometabolici nonché alle modalità temporali con cui gli specifici gesti atletici si possono succedere nel tempo durante un match, sono ancora estremamente esigui. L’oggetto del nostro studio è stato l’analisi della struttura temporale del combattimento, tramite la Match Analysis off line (analisi visiva del combattimento), con comparazione dei dati ottenuti tra il vincitore (winner) e il perdente (loser) e la valutazione dell’andamento di alcuni importanti parametri metabolici attraverso la misurazione del lattato e della HR, durante un incontro reale di Boxe Thailandese. La sperimentazione è stata condotta su un gruppo di dieci soggetti di sesso maschile, praticanti la disciplina ad un alto livello nazionale, la cui media ± deviazione standard (DS), di età, peso e altezza è di 24,6 ±4,01 anni, 69,4 ±7 kg e 174,1 ±4,3 cm. Gli atleti sono stati sottoposti, in due diverse giornate separate da almeno tre giorni, a due test; durante una prima seduta sperimentale preliminare abbiamo determinato il massimo consumo di ossigeno (VO2max) nel corso di un test sul nastro trasportare, con concomitante stima della Soglia anaerobica (SA) e misura della massima frequenza cardiaca (HR max). In una seconda seduta sperimentale abbiamo effettuato i test di combattimento in palestra e infine abbiamo analizzato i video degli incontri attraverso la Match Analysis. Dai risultati della Match - Analysis è scaturito che i vincitori hanno eseguito un numero più elevato di azioni efficaci (p < 0,05) rispetto ai non-vincitori, grazie ad un numero maggiore di combinazioni (C ) e di attacchi singoli (A) e un numero minore di difese (D) e di tecniche inefficaci. È così emerso come il livello delle realizzazioni sia quasi esclusivamente dovuto all’efficacia della tecnica e alla tattica delle azioni. Abbiamo quindi focalizzato la nostra attenzione sul clinch e sulle azioni di attacco perché si ipotizzava che potessero essere attività dispendiose e probabilmente responsabili dell’incremento di lattato durante il combattimento, dall’ analisi dei dati però non è stata riscontrata nessuna significativa correlazione tra l’andamento dei dati metabolici e le fasi di attacco e di lotta. Dai nostri risultati emerge in maniera interessante come durante le fasi attive del combattimento si siano raggiunti alti valori di lattato ematico e di frequenza cardiaca, rispettivamente di 12,55 mmol/L e di 182,68 b/min, ben oltre la SA rilevata nel test incrementale dove la HR si posizionava a 168,2 b/min. In conclusione si evidenzia come la Boxe Thailandese sia una disciplina caratterizzata da un considerevole impegno energetico-metabolico, sia aerobico che anaerobico. La predominanza del metabolismo lattacido è dimostrata dagli elevati valori di lattato osservati nel presente studio e dalla frequenza degli attacchi (8,6 ± 3,5 sec.). Questo studio potrà essere utilizzato dagli allenatori per la predisposizione di allenamenti specifici che inducano gli adattamenti propri della Muay Thai.

Interoperabilità tra frammenti E.H.R. e coordinamento semantico

La tesi si propone di esaminare le tematiche della rappresentazione della conoscenza in termini di Electronic Health Record (EHR), della loro interoperabilità nei sistemi di e-Health, e del ruolo del coordinamento semantico nella costruzione di sistemi di e-Health basati su EHR.

Epidemiological and functional characterization of Streptococcus pneumoniae pili

Streptococcus pneumoniae is an important life threatening human pathogen causing agent of invasive diseases such as otitis media, pneumonia, sepsis and meningitis, but is also a common inhabitant of the respiratory tract of children and healthy adults. Likewise most streptococci, S. pneumoniae decorates its surface with adhesive pili, composed of covalently linked subunits and involved in the attachment to epithelial cells and virulence. The pneumococcal pili are encoded by two genomic regions, pilus islet 1 (PI-1), and pilus islet-2 (PI-2), which are present in about 30% and 16% of the pneumococcal strains, respectively. PI-1 exists in three clonally related variants, whereas PI-2 is highly conserved. The presence of the islets does not correlate with the serotype of the strains, but with the genotype (as determined by Multi Locus Sequence Typing). The prevalence of PI-1 and PI-2 positive strains is similar in isolates from invasive disease and carriage. To better dissect a possible association between PIs presence and disease we evaluated the distribution of the two PIs in a panel of 113 acute otitis media (AOM) clinical isolates from Israel. PI-1 was present in 30.1% (N=34) of the isolates tested, and PI-2 in 7% (N=8). We found that 50% of the PI-1 positive isolates belonged to the international clones Spain9V-3 (ST156) and Taiwan19F-14 (ST236), and that PI-2 was not present in the absence of Pl-1. In conclusion, there was no correlation between PIs presence and AOM, and, in general, the observed differences in PIs prevalence are strictly dependent upon regional differences in the distribution of the clones. Finally, in the AOM collection the prevalence of PI-1 was higher among antibiotic resistant isolates, confirming previous indications obtained by the in silico analysis of the MLST database collection. Since the pilus-1 subunits were shown to confer protection in mouse models of infection both in active and passive immunization studies, and were regarded as potential candidates for a new generation of protein-based vaccines, the functional characterization was mainly focused on S. pneumoniae pilus -1 components. The pneumococcal pilus-1 is composed of three subunits, RrgA, RrgB and RrgC, each stabilized by intra-molecular isopeptide bonds and covalently polymerized by means of inter-molecular isopeptide bonds to form an extended fibre. The pilus shaft is a multimeric structure mainly composed by the RrgB backbone subunit. The minor ancillary proteins are located at the tip and at the base of the pilus, where they have been proposed to act as the major adhesin (RrgA) and as the pilus anchor (RrgC), respectively. RrgA is protective in in vivo mouse models, and exists in two variants (clades I and II). Mapping of the sequence variability onto the RrgA structure predicted from X-ray data showed that the diversity was restricted to the “head” of the protein, which contains the putative binding domains, whereas the elongated “stalk” was mostly conserved. To investigate whether this variability could influence the adhesive capacity of RrgA and to map the regions important for binding, two full-length protein variants and three recombinant RrgA portions were tested for adhesion to lung epithelial cells and to purified extracellular matrix (ECM) components. The two RrgA variants displayed similar binding abilities, whereas none of the recombinant fragments adhered at levels comparable to those of the full-length protein, suggesting that proper folding and structural arrangement are crucial to retain protein functionality. Furthermore, the two RrgA variants were shown to be cross-reactive in vitro and cross-protective in vivo in a murine model of passive immunization. Taken together, these data indicate that the region implicated in adhesion and the functional epitopes responsible for the protective ability of RrgA may be conserved and that the considerable level of variation found within the “head” domain of RrgA may have been generated by immunologic pressure without impairing the functional integrity of the pilus.

Semantic coordination through programmable Tuple spaces

Two of the main features of today complex software systems like pervasive computing systems and Internet-based applications are distribution and openness. Distribution revolves around three orthogonal dimensions: (i) distribution of control|systems are characterised by several independent computational entities and devices, each representing an autonomous and proactive locus of control; (ii) spatial distribution|entities and devices are physically distributed and connected in a global (such as the Internet) or local network; and (iii) temporal distribution|interacting system components come and go over time, and are not required to be available for interaction at the same time. Openness deals with the heterogeneity and dynamism of system components: complex computational systems are open to the integration of diverse components, heterogeneous in terms of architecture and technology, and are dynamic since they allow components to be updated, added, or removed while the system is running. The engineering of open and distributed computational systems mandates for the adoption of a software infrastructure whose underlying model and technology could provide the required level of uncoupling among system components. This is the main motivation behind current research trends in the area of coordination middleware to exploit tuple-based coordination models in the engineering of complex software systems, since they intrinsically provide coordinated components with communication uncoupling and further details in the references therein. An additional daunting challenge for tuple-based models comes from knowledge-intensive application scenarios, namely, scenarios where most of the activities are based on knowledge in some form|and where knowledge becomes the prominent means by which systems get coordinated. Handling knowledge in tuple-based systems induces problems in terms of syntax - e.g., two tuples containing the same data may not match due to differences in the tuple structure - and (mostly) of semantics|e.g., two tuples representing the same information may not match based on a dierent syntax adopted. Till now, the problem has been faced by exploiting tuple-based coordination within a middleware for knowledge intensive environments: e.g., experiments with tuple-based coordination within a Semantic Web middleware (surveys analogous approaches). However, they appear to be designed to tackle the design of coordination for specic application contexts like Semantic Web and Semantic Web Services, and they result in a rather involved extension of the tuple space model. The main goal of this thesis was to conceive a more general approach to semantic coordination. In particular, it was developed the model and technology of semantic tuple centres. It is adopted the tuple centre model as main coordination abstraction to manage system interactions. A tuple centre can be seen as a programmable tuple space, i.e. an extension of a Linda tuple space, where the behaviour of the tuple space can be programmed so as to react to interaction events. By encapsulating coordination laws within coordination media, tuple centres promote coordination uncoupling among coordinated components. Then, the tuple centre model was semantically enriched: a main design choice in this work was to try not to completely redesign the existing syntactic tuple space model, but rather provide a smooth extension that { although supporting semantic reasoning { keep the simplicity of tuple and tuple matching as easier as possible. By encapsulating the semantic representation of the domain of discourse within coordination media, semantic tuple centres promote semantic uncoupling among coordinated components. The main contributions of the thesis are: (i) the design of the semantic tuple centre model; (ii) the implementation and evaluation of the model based on an existent coordination infrastructure; (iii) a view of the application scenarios in which semantic tuple centres seem to be suitable as coordination media.

Performance evaluation of low environmental impact asphalt concretes using the mechanistic empirical design method based on laboratory fatigue and permanent deformation models

The "sustainability" concept relates to the prolonging of human economic systems with as little detrimental impact on ecological systems as possible. Construction that exhibits good environmental stewardship and practices that conserve resources in a manner that allow growth and development to be sustained for the long-term without degrading the environment are indispensable in a developed society. Past, current and future advancements in asphalt as an environmentally sustainable paving material are especially important because the quantities of asphalt used annually in Europe as well as in the U.S. are large. The asphalt industry is still developing technological improvements that will reduce the environmental impact without affecting the final mechanical performance. Warm mix asphalt (WMA) is a type of asphalt mix requiring lower production temperatures compared to hot mix asphalt (HMA), while aiming to maintain the desired post construction properties of traditional HMA. Lowering the production temperature reduce the fuel usage and the production of emissions therefore and that improve conditions for workers and supports the sustainable development. Even the crumb-rubber modifier (CRM), with shredded automobile tires and used in the United States since the mid 1980s, has proven to be an environmentally friendly alternative to conventional asphalt pavement. Furthermore, the use of waste tires is not only relevant in an environmental aspect but also for the engineering properties of asphalt [Pennisi E., 1992]. This research project is aimed to demonstrate the dual value of these Asphalt Mixes in regards to the environmental and mechanical performance and to suggest a low environmental impact design procedure. In fact, the use of eco-friendly materials is the first phase towards an eco-compatible design but it cannot be the only step. The eco-compatible approach should be extended also to the design method and material characterization because only with these phases is it possible to exploit the maximum potential properties of the used materials. Appropriate asphalt concrete characterization is essential and vital for realistic performance prediction of asphalt concrete pavements. Volumetric (Mix design) and mechanical (Permanent deformation and Fatigue performance) properties are important factors to consider. Moreover, an advanced and efficient design method is necessary in order to correctly use the material. A design method such as a Mechanistic-Empirical approach, consisting of a structural model capable of predicting the state of stresses and strains within the pavement structure under the different traffic and environmental conditions, was the application of choice. In particular this study focus on the CalME and its Incremental-Recursive (I-R) procedure, based on damage models for fatigue and permanent shear strain related to the surface cracking and to the rutting respectively. It works in increments of time and, using the output from one increment, recursively, as input to the next increment, predicts the pavement conditions in terms of layer moduli, fatigue cracking, rutting and roughness. This software procedure was adopted in order to verify the mechanical properties of the study mixes and the reciprocal relationship between surface layer and pavement structure in terms of fatigue and permanent deformation with defined traffic and environmental conditions. The asphalt mixes studied were used in a pavement structure as surface layer of 60 mm thickness. The performance of the pavement was compared to the performance of the same pavement structure where different kinds of asphalt concrete were used as surface layer. In comparison to a conventional asphalt concrete, three eco-friendly materials, two warm mix asphalt and a rubberized asphalt concrete, were analyzed. The First Two Chapters summarize the necessary steps aimed to satisfy the sustainable pavement design procedure. In Chapter I the problem of asphalt pavement eco-compatible design was introduced. The low environmental impact materials such as the Warm Mix Asphalt and the Rubberized Asphalt Concrete were described in detail. In addition the value of a rational asphalt pavement design method was discussed. Chapter II underlines the importance of a deep laboratory characterization based on appropriate materials selection and performance evaluation. In Chapter III, CalME is introduced trough a specific explanation of the different equipped design approaches and specifically explaining the I-R procedure. In Chapter IV, the experimental program is presented with a explanation of test laboratory devices adopted. The Fatigue and Rutting performances of the study mixes are shown respectively in Chapter V and VI. Through these laboratory test data the CalME I-R models parameters for Master Curve, fatigue damage and permanent shear strain were evaluated. Lastly, in Chapter VII, the results of the asphalt pavement structures simulations with different surface layers were reported. For each pavement structure, the total surface cracking, the total rutting, the fatigue damage and the rutting depth in each bound layer were analyzed.

Structural and functional characterization of Group B Streptococcus class C sortases

In Group B Streptococcus (GBS) three structurally distinct types of pili have been discovered as potential virulence factors and vaccine candidates. The pilus-forming proteins are assembled into high-molecular weight polymers via a transpeptidation mechanism mediated by specific class C sortases. Using a multidisciplinary approach including bioinformatics, structural and biochemical studies and in vivo mutagenesis we performed a broad characterization of GBS sortase C. The high resolution X-ray structure of the enzymes revealed that the active site, located into the β-barrel core of the enzyme, is made of the catalytic triad His157-Cys219-Arg228 and covered by a loop, known as the “lid”. We show that the catalytic triad and the predicted N- and C-terminal trans-membrane regions are required for the enzyme activity. Interestingly, by in vivo complementation mutagenesis studies we found that the deletion of the entire lid loop or mutations in specific lid key residues had no effect on catalytic activity of the enzyme. In addition, kinetic characterizations of recombinant enzymes indicate that the lid mutants can still recognize and cleave the substrate-mimicking peptide at least as well as the wild type protein.

Use of E. coli OMVs as delivery system to elicit neutralizing antibodies against Chlamydia infectivity: the HtrA protein example

The obligate intracellular pathogen Chlamydia trachomatis is a gram negative bacterium which infects epithelial cells of the reproductive tract. C. trachomatis is the leading cause of bacterial sexually transmitted disease worldwide and a vaccine against this pathogen is highly needed. Many evidences suggest that both antigen specific-Th1 cells and antibodies may be important to provide protection against Chlamydia infection. In a previous study we have identified eight new Chlamydia antigens inducing CD4-Th1 and/or antibody responses that, when combined properly, can protect mice from Chlamydia infection. However, all selected recombinant antigens, upon immunization in mice, elicited antibodies not able to neutralize Chlamydia infectivity in vitro. With the aim to improve the quality of the immune response by inducing effective neutralizing antibodies, we used a novel delivery system based on the unique capacity of E. coli Outer Membrane Vesicles (OMV) to present membrane proteins in their natural composition and conformation. We have expressed Chlamydia antigens, previously identified as vaccine candidates, in the OMV system. Among all OMV preparations, the one expressing HtrA Chlamydia antigen (OMV-HtrA), showed to be the best in terms of yield and quantity of expressed protein, was used to produce mice immune sera to be tested in neutralization assay in vitro. We observed that OMV-HtrA elicited specific antibodies able to neutralize efficiently Chlamydia infection in vitro, indicating that the presentation of the antigens in their natural conformation is crucial to induce an effective immune response. This is one of the first examples in which antibodies directed against a new Chlamydia antigen, other than MOMP (the only so far known antigen inducing neutralizing antibodies), are able to block the Chlamydia infectivity in vitro. Finally, by performing an epitope mapping study, we investigated the specificity of the antibody response induced by the recombinant HtrA and by OMV-HtrA. In particular, we identified some linear epitopes exclusively recognized by antibodies raised with the OMV-HtrA system, detecting in this manner the antigen regions likely responsible of the neutralizing effect.

Workflow Patterns for Service Oriented Computing in JOLIE

Il presente lavoro di tesi ha come punto focale la descrizione, la verifica e la dimostrazione della realizzabilità dei Workflow Patterns di Gestione del Flusso(Control-Flow) e Risorse (Resource) definiti da parte della Workflow Pattern Initiative (WPI)in JOLIE, un innovativo linguaggio di programmazione orientato ai servizi nato nell'ambito del Service Oriented Computing. Il Service Oriented Computing (SOC) è un nuovo modo di pensare la programmazione di applicazioni distribuite, i cui concetti fondamentali sono i servizi e la composizione. L’approccio SOC definisce la possibilità di costruire un’applicazione in funzione dei servizi che ne realizzano il comportamento tramite una loro composizione, definita secondo un particolare flusso di lavoro. Allo scopo di fornire la necessaria conoscenza per capire la teoria, le meccaniche e i costrutti di JOLIE utilizzati per la realizzazione dei pattern, il seguente lavoro di tesi è stato diviso in quattro parti, corrispondenti ad altrettanti capitoli. Nel primo capitolo viene riportata una descrizione generale del SOC e della Business Process Automation (BPA), che costituisce l’ambiente in cui il SOC è inserito. Per questo viene fatta una disamina della storia informatica sui sistemi distribuiti, fino ad arrivare ai sistemi odierni, presentando in seguito il contesto del BPA e delle innovazioni derivanti dalle sue macro-componenti, di cui il SOC fa parte. Continuando la descrizione dell’approccio Service Oriented, ne vengono presentati i requisiti (pre-condizioni) e si cerca di dare una definizione precisa del termine “servizio”, fino all'enunciazione dei principi SOC declinati nell’ottica delle Service Oriented Architectures, presentando in ultimo i metodi di composizione dei servizi, tramite orchestrazione e coreografia. L’ultima sezione del capitolo prende in considerazione il SOC in un’ottica prettamente industriale e ne evidenzia i punti strategici. Il secondo capitolo è incentrato sulla descrizione di JOLIE, gli aspetti fondamentali dell’approccio orientato ai servizi, che ne caratterizzano profondamente la definizione concettuale (SOCK), e la teoria della composizione dei servizi. Il capitolo non si pone come una descrizione esaustiva di tutte le funzionalità del linguaggio, ma considera soprattutto i concetti teorici, le strutture di dati, gli operatori e i costrutti di JOLIE utilizzati per la dimostrazione della realizzabilità dei Workflow Pattern del capitolo successivo. Il terzo capitolo, più lungo e centrale rispetto agli altri, riguarda la realizzazione dei workflow pattern in JOLIE. All'inizio del capitolo viene fornita una descrizione delle caratteristiche del WPI e dei Workflow Pattern in generale. In seguito, nelle due macro-sezioni relative ai Control-Flow e Resource pattern vengono esposte alcune nozioni riguardanti le metodologie di definizione dei pattern (e.g. la teoria sulla definizione delle Colored Petri Nets) e le convezioni adottate dal WPI, per passare in seguito al vero e proprio lavoro (sperimentale) di tesi riguardo la descrizione dei pattern, l’analisi sulla loro realizzabilità in JOLIE, insieme ad un codice di esempio che esemplifica quanto affermato dall'analisi. Come sommario delle conclusioni raggiunte sui pattern, alla fine di ognuna delle due sezioni definite in precedenza, è presente una scheda di valutazione che, con lo stesso metodo utilizzato e definito dalla WPI, permette di avere una rappresentazione generale della realizzabilità dei pattern in JOLIE. Il quarto capitolo riguarda gli esiti tratti dal lavoro di tesi, riportando un confronto tra le realizzazioni dei pattern in JOLIE e le valutazioni del WPI rispetto agli altri linguaggi da loro considerati e valutati. Sulla base di quanto ottenuto nel terzo capitolo vengono definite le conclusioni del lavoro portato avanti sui pattern e viene delineato un’eventuale scenario riguardante il proseguimento dell’opera concernente la validazione ed il completamento della studio. In ultimo vengono tratte alcune conclusioni sia riguardo JOLIE, nel contesto evolutivo del linguaggio e soprattutto del progetto open-source che è alla sua base, sia sul SOC, considerato nell’ambito del BPA e del suo attuale ambito di sviluppo dinamico.

Riconoscimento di gesti: estensione a movimenti fini su spazi limitati. Teoria e implementazione

Riconoscere un gesto, tracciarlo ed identificarlo è una operazione complessa ed articolata. Negli ultimi anni, con l’avvento massivo di interfacce interattive sempre più sofisticate, si sono ampliati gli approcci nell’interazione tra uomo e macchina. L’obiettivo comune, è quello di avere una comunicazione “trasparente” tra l’utente e il computer, il quale, deve interpretare gesti umani tramite algoritmi matematici. Il riconoscimento di gesti è un modo per iniziare a comprendere il linguaggio del corpo umano da parte della macchina. Questa disciplina, studia nuovi modi di interazione tra questi due elementi e si compone di due macro obiettivi : (a) tracciare i movimenti di un particolare arto; (b) riconoscere tale tracciato come un gesto identificativo. Ognuno di questi due punti, racchiude in sé moltissimi ambiti di ricerca perché moltissimi sono gli approcci proposti negli anni. Non si tratta di semplice cattura dell’immagine, è necessario creare un supporto, a volte molto articolato, nel quale i dati grezzi provenienti dalla fotocamera, necessitano di filtraggi avanzati e trattamenti algoritmici, in modo tale da trasformare informazioni grezze, in dati utilizzabili ed affidabili. La tecnologia riguardo la gesture recognition è rilevante come l’introduzione delle interfacce tattili sui telefoni intelligenti. L’industria oggi ha iniziato a produrre dispositivi in grado di offrire una nuova esperienza, la più naturale possibile, agli utenti. Dal videogioco, all’esperienza televisiva gestita con dei piccoli gesti, all’ambito biomedicale, si sta introducendo una nuova generazione di dispositivi i cui impieghi sono innumerevoli e, per ogni ambito applicativo, è necessario studiare al meglio le peculiarità, in modo tale da produrre un qualcosa di nuovo ed efficace. Questo lavoro di tesi ha l’obiettivo di apportare un contributo a questa disciplina. Ad oggi, moltissime applicazioni e dispositivi associati, si pongono l’obiettivo di catturare movimenti ampi: il gesto viene eseguito con la maggior parte del corpo e occupa una posizione spaziale rilevante. Questa tesi vuole proporre invece un approccio, nel quale i movimenti da seguire e riconoscere sono fatti “nel piccolo”. Si avrà a che fare con gesti classificati fini, dove i movimenti delle mani sono compiuti davanti al corpo, nella zona del torace, ad esempio. Gli ambiti applicativi sono molti, in questo lavoro si è scelto ed adottato l’ambito artigianale.

Riconoscimento di gesti: estensione a più punti del corpo e ad attori multipli

Negli ultimi anni si è assistito ad una radicale rivoluzione nell’ambito dei dispositivi di interazione uomo-macchina. Da dispositivi tradizionali come il mouse o la tastiera si è passati allo sviluppo di nuovi sistemi capaci di riconoscere i movimenti compiuti dall’utente (interfacce basate sulla visione o sull’uso di accelerometri) o rilevare il contatto (interfacce di tipo touch). Questi sistemi sono nati con lo scopo di fornire maggiore naturalezza alla comunicazione uomo-macchina. Le nuove interfacce sono molto più espressive di quelle tradizionali poiché sfruttano le capacità di comunicazione naturali degli utenti, su tutte il linguaggio gestuale. Essere in grado di riconoscere gli esseri umani, in termini delle azioni che stanno svolgendo o delle posture che stanno assumendo, apre le porte a una serie vastissima di interessanti applicazioni. Ad oggi sistemi di riconoscimento delle parti del corpo umano e dei gesti sono ampiamente utilizzati in diversi ambiti, come l’interpretazione del linguaggio dei segni, in robotica per l’assistenza sociale, per indica- re direzioni attraverso il puntamento, nel riconoscimento di gesti facciali [1], interfacce naturali per computer (valida alternativa a mouse e tastiera), ampliare e rendere unica l’esperienza dei videogiochi (ad esempio Microsoft 1 Introduzione Kinect© e Nintendo Wii©), nell’affective computing1 . Mostre pubbliche e musei non fanno eccezione, assumendo un ruolo cen- trale nel coadiuvare una tecnologia prettamente volta all’intrattenimento con la cultura (e l’istruzione). In questo scenario, un sistema HCI deve cercare di coinvolgere un pubblico molto eterogeneo, composto, anche, da chi non ha a che fare ogni giorno con interfacce di questo tipo (o semplicemente con un computer), ma curioso e desideroso di beneficiare del sistema. Inoltre, si deve tenere conto che un ambiente museale presenta dei requisiti e alcune caratteristiche distintive che non possono essere ignorati. La tecnologia immersa in un contesto tale deve rispettare determinati vincoli, come: - non può essere invasiva; - deve essere coinvolgente, senza mettere in secondo piano gli artefatti; - deve essere flessibile; - richiedere il minor uso (o meglio, la totale assenza) di dispositivi hardware. In questa tesi, considerando le premesse sopracitate, si presenta una sistema che può essere utilizzato efficacemente in un contesto museale, o in un ambiente che richieda soluzioni non invasive. Il metodo proposto, utilizzando solo una webcam e nessun altro dispositivo personalizzato o specifico, permette di implementare i servizi di: (a) rilevamento e (b) monitoraggio dei visitatori, (c) riconoscimento delle azioni.

Algorithms for on-line image registration from multiple views

Images of a scene, static or dynamic, are generally acquired at different epochs from different viewpoints. They potentially gather information about the whole scene and its relative motion with respect to the acquisition device. Data from different (in the spatial or temporal domain) visual sources can be fused together to provide a unique consistent representation of the whole scene, even recovering the third dimension, permitting a more complete understanding of the scene content. Moreover, the pose of the acquisition device can be achieved by estimating the relative motion parameters linking different views, thus providing localization information for automatic guidance purposes. Image registration is based on the use of pattern recognition techniques to match among corresponding parts of different views of the acquired scene. Depending on hypotheses or prior information about the sensor model, the motion model and/or the scene model, this information can be used to estimate global or local geometrical mapping functions between different images or different parts of them. These mapping functions contain relative motion parameters between the scene and the sensor(s) and can be used to integrate accordingly informations coming from the different sources to build a wider or even augmented representation of the scene. Accordingly, for their scene reconstruction and pose estimation capabilities, nowadays image registration techniques from multiple views are increasingly stirring up the interest of the scientific and industrial community. Depending on the applicative domain, accuracy, robustness, and computational payload of the algorithms represent important issues to be addressed and generally a trade-off among them has to be reached. Moreover, on-line performance is desirable in order to guarantee the direct interaction of the vision device with human actors or control systems. This thesis follows a general research approach to cope with these issues, almost independently from the scene content, under the constraint of rigid motions. This approach has been motivated by the portability to very different domains as a very desirable property to achieve. A general image registration approach suitable for on-line applications has been devised and assessed through two challenging case studies in different applicative domains. The first case study regards scene reconstruction through on-line mosaicing of optical microscopy cell images acquired with non automated equipment, while moving manually the microscope holder. By registering the images the field of view of the microscope can be widened, preserving the resolution while reconstructing the whole cell culture and permitting the microscopist to interactively explore the cell culture. In the second case study, the registration of terrestrial satellite images acquired by a camera integral with the satellite is utilized to estimate its three-dimensional orientation from visual data, for automatic guidance purposes. Critical aspects of these applications are emphasized and the choices adopted are motivated accordingly. Results are discussed in view of promising future developments.