Computational Techniques for Spectral Image Analysis

Multispectral images are becoming more common in the field of remote sensing, computer vision, and industrial applications. Due to the high accuracy of the multispectral information, it can be used as an important quality factor in the inspection of industrial products. Recently, the development on multispectral imaging systems and the computational analysis on the multispectral images have been the focus of a growing interest. In this thesis, three areas of multispectral image analysis are considered. First, a method for analyzing multispectral textured images was developed. The method is based on a spectral cooccurrence matrix, which contains information of the joint distribution of spectral classes in a spectral domain. Next, a procedure for estimating the illumination spectrum of the color images was developed. Proposed method can be used, for example, in color constancy, color correction, and in the content based search from color image databases. Finally, color filters for the optical pattern recognition were designed, and a prototype of a spectral vision system was constructed. The spectral vision system can be used to acquire a low dimensional component image set for the two dimensional spectral image reconstruction. The data obtained by the spectral vision system is small and therefore convenient for storing and transmitting a spectral image.

Color ad spectral image assessment using novel quality and fidelity techniques

The ongoing development of the digital media has brought a new set of challenges with it. As images containing more than three wavelength bands, often called spectral images, are becoming a more integral part of everyday life, problems in the quality of the RGB reproduction from the spectral images have turned into an important area of research. The notion of image quality is often thought to comprise two distinctive areas – image quality itself and image fidelity, both dealing with similar questions, image quality being the degree of excellence of the image, and image fidelity the measure of the match of the image under study to the original. In this thesis, both image fidelity and image quality are considered, with an emphasis on the influence of color and spectral image features on both. There are very few works dedicated to the quality and fidelity of spectral images. Several novel image fidelity measures were developed in this study, which include kernel similarity measures and 3D-SSIM (structural similarity index). The kernel measures incorporate the polynomial, Gaussian radial basis function (RBF) and sigmoid kernels. The 3D-SSIM is an extension of a traditional gray-scale SSIM measure developed to incorporate spectral data. The novel image quality model presented in this study is based on the assumption that the statistical parameters of the spectra of an image influence the overall appearance. The spectral image quality model comprises three parameters of quality: colorfulness, vividness and naturalness. The quality prediction is done by modeling the preference function expressed in JNDs (just noticeable difference). Both image fidelity measures and the image quality model have proven to be effective in the respective experiments.

Optimització de la tècnica del miralls màgics a partir de mesures de teoria de la informació

La visualització científica estudia i defineix algorismes i estructures de dades que permeten fer comprensibles conjunts de dades a través d’imatges. En el cas de les aplicacions mèdiques les dades que cal interpretar provenen de diferents dispositius de captació i es representen en un model de vòxels. La utilitat d’aquest model de vòxels depèn de poder-lo veure des del punt de vista ideal, és a dir el que aporti més informació. D’altra banda, existeix la tècnica dels Miralls Màgics que permet veure el model de vòxels des de diferents punts de vista alhora i mostrant diferents valors de propietat a cada mirall. En aquest projecte implementarem un algorisme que permetrà determinar el punt de vista ideal per visualitzar un model de vòxels així com també els punts de vista ideals per als miralls per tal d’aconseguir el màxim d’informació possible del model de vòxels. Aquest algorisme es basa en la teoria de la informació per saber quina és la millor visualització. L’algorisme també permetrà determinar l’assignació de colors òptima per al model de vòxels

A Technique for Digital Color Image Watermarking Using ICA

With the increase of use of digital media the need for the methods of multimedia protection becomes extremely important. The number of the solutions to the problem from encryption to watermarking is large and is growing every year. In this work digital image watermarking is considered, specifically a novel method of digital watermarking of color and spectral images. An overview of existing methods watermarking of color and grayscale images is given in the paper. Methods using independent component analysis (ICA) for detection and the ones using discrete wavelet transform (DWT) and discrete cosine transform (DCT) are considered in more detail. A novel method of watermarking proposed in this paper allows embedding of a color or spectral watermark image into color or spectral image consequently and successful extraction of the watermark out of the resultant watermarked image. A number of experiments have been performed on the quality of extraction depending on the parameters of the embedding procedure. Another set of experiments included the test of the robustness of the algorithm proposed. Three techniques have been chosen for that purpose: median filter, low-pass filter (LPF) and discrete cosine transform (DCT), which are a part of a widely known StirMark - Image Watermarking Robustness Test. The study shows that the proposed watermarking technique is fragile, i.e. watermark is altered by simple image processing operations. Moreover, we have found that the contents of the image to be watermarked do not affect the quality of the extraction. Mixing coefficients, that determine the amount of the key and watermark image in the result, should not exceed 1% of the original. The algorithm proposed has proven to be successful in the task of watermark embedding and extraction.

Image analysis for assessing broiler breeder behavior response to thermal environment

The research proposes a methodology for assessing broiler breeder response to changes in rearing thermal environment. The continuous video recording of a flock analyzed may offer compelling evidences of thermal comfort, as well as other indications of welfare. An algorithm for classifying specific broiler breeder behavior was developed. Videos were recorded over three boxes where 30 breeders were reared. The boxes were mounted inside an environmental chamber were ambient temperature varied from cold to hot. Digital images were processed based on the number of pixels, according to their light intensity variation and binary contrast allowing a sequence of behaviors related to welfare. The system used the default of x, y coordinates, where x represents the horizontal distance from the top left of the work area to the point P, and y is the vertical distance. The video images were observed, and a grid was developed for identifying the area the birds stayed and the time they spent at that place. The sequence was analyzed frame by frame confronting the data with specific adopted thermal neutral rearing standards. The grid mask overlapped the real bird image. The resulting image allows the visualization of clusters, as birds in flock behave in certain patterns. An algorithm indicating the breeder response to thermal environment was developed.

Partisaanisodasta alueelliseen puolustusjärjestelmään : jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittyminen toisen maailmansodan jälkeen

Väitöskirjan tavoitteena on ollut rakentaa kokonaiskuva aiheesta Jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittyminen toisen maailmansodan jälkeen. Tutkimuksessa ei ole rajoituttu ainoastaan kuvailemaan sotataidollisen ajattelun kehittyminen, vaan on pyritty selvittämään kehittymiseen vaikuttaneet tekijät ja vastaamaan kysymykseen, miksi näin on tapahtunut? Aiemmat länsimaiset tutkimukset ovat tarkastelleet jugoslavialaista sotataitoa tai maanpuolustusta vain jostain tietystä rajallisesta näkökulmasta, kuten esimerkiksi Jugoslavian kansanarmeijaa, asevoimien vaikutusta maan poliittiseen elämään tai sotilaallista doktriinia koskien. Sotataidon kehittymiseen vaikuttavat tekijät huomioivaa kokonaisesitystä ole tehty. Myös jugoslavialainen sotataidollinen ajattelu on jäänyt pääosin pimentoon. Jugoslavialainen maan sotataitoon kohdistunut tutkimus on ollut laajaa ja monipuolista, mutta sen käytettävyyteen osittain vaikuttaa marxilais-leniniläinen materialistis-dialektinen, historialliseen materialismiin perustuva tutkimusmenetelmä. Väitöskirjan päätutkimusaineiston ovat muodostaneet alkuperäislähteet, ensisijaisesti jugoslavialaiset ohjesäännöt, käsikirjat, oppaat ja oppikirjat. Muu lähteistö on koostunut lähinnä arkistoasiakirjoista ja muusta kirjallisuudesta. Tutkimusmenetelmä on ollut historiatieteellinen käsittäen muun muassa ulkoisen ja sisäisen lähdekritiikin harjoittamisen, tietojen varmistamisen mahdollisimman useasta toisistaan riippumattomasta lähteestä sekä pyrkimyksen rekonstruoida ristiriidaton kokonaiskuva tutkimuskohteesta. Eri lähteistä ja lähderyhmistä saatuja tietoja on vertailtu, analysoitu sekä yhdistetty kriittisesti. Lähteiden käytettävyyden, lähdearvon ja luotettavuuden arviointi ovat olleet merkittävässä roolissa, näistä kaikista tärkeimpänä luotettavuuden arviointi. Sisäisen ja ulkoisen lähdekritiikin keinoin on pyritty luomaan oma ristiriidaton tulkinta kokonaisuudesta, jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisestä toisen maailmansodan jälkeen. Tutkimuksessa on pitäydytty niin pitkälle kuin mahdollista jugoslavialaisen sotataidon alkuperäisessä terminologiassa. Jugoslavialaisia termejä ei ole muokattu vastaamaan paremmin esimerkiksi tällä hetkellä länsimaisessa sotataidossa käytettyjä käsitteitä. Väitöskirjan rakenne on temaattinen. Läpi koko tutkittavan ajanjakson jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisessä on tunnistettavissa samat määräävät tekijät: historialliset taustatekijät, sotilaallinen uhka, sotilaallinen doktriini, lakiperusteet, kommunistiliiton ohjaus ja asevoimien sekä yhteiskunnan valmiuden kehittyminen. Jugoslaviassa puhuttiin aseelliseen kamppailuun vaikuttavista sodankäynnin faktoreista, joita olivat yhteiskunnalliset tekijät, materiaalis-tekniset tekijät ja sotilaalliset tekijät. Kaikista tärkeimpänä tekijänä pidettiin kuitenkin ihmistä itseään, vaikka ihmisen merkitys välillä tuntuikin hukkuvan ”moraalis-poliittiset tekijät”-sanahirviön alle. Tutkimuskysymyksiin on vastattu sotataitoon vaikuttaneiden edellä mainittujen tekijöiden kautta. Kuhunkin muutostekijään liittyvä kehitys on kuvattu kronologisena esityksenä. Kansan vapautussodassa vuosina 1941–1945 perustettujen partisaaniyksiköiden muodostamisessa sekä niiden toimintamenetelmissä on havaittavissa runsaasti yhtymäkohtia 1700- ja 1800-luvun hajdukkijoukkojen sekä 1800-luvun lopun ja 1900-luvun alun četnikkijoukkojen vastaaviin periaatteisiin. Samankaltaisuuksia ilmenee 1950-luvulta alkaen alueellisen puolustuksen joukkojen ja partisaaniyksiköiden toimintamenetelmien yhteydessä väliaikaisesti menetetyllä alueella toimittaessa. Kansan tukeen, karismaattisiin johtajiin ja yllätyselementtiin perustuva sissitoiminta on perinteistä eteläslaavilaista sotataitoa. Sodanjälkeinen jugoslavialainen sotataito oli jatkumoa eteläslaavien vuosisatoja vanhalle sotataidolliselle perinteelle, vaikka sitä ei julkisesti Jugoslaviassa muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta myönnettykään. Jugoslavian sotilaallinen doktriini oli luotu kaikista suunnista kohdistuvia hyökkäyksiä vastaan, mutta sotilaallisen uhkan painotukset vaihtelivat usein, jopa vain muutaman vuoden välein. Tämä ei johtunut päättämättömyydestä eikä pelkästään koetun uhkan suunnan vaihtumisesta. Painottamalla sisäisen ja ulkoisen uhkan jatkuvuutta sekä uhkan suunnan vaihtelua pyrittiin pitämään maanpuolustuspiirit valppaina ja kansalaiset aktiivisina. Tällä tavalla myös perusteltiin maanpuolustuksen korkeita kustannuksia ja ennen kaikkea pyrittiin lisäämään maan sisäistä veljeyttä ja yhtenäisyyttä. On ilmeistä, että sekä lännestä että idästä kohdistui Jugoslavian suuntaan suurta poliittista ja sotilaallista intressiä kylmän sodan vuosina 1945–1990, mutta suoran sotilaallisen uhkan aukoton todistaminen olisi kuitenkin hankalaa. Oleellista onkin jugoslavialaisten oma käsitys maataan vastaan kohdistuneesta sotilaallisesta uhkasta. Sisäisen uhkan vaikutus alkoi kasvaa 1970-luvun alkupuolelta lähtien ja se johti lopulta 1980-luvulla alueellisen puolustuksen joukkojen esikuntien lakkauttamiseen ja taisteluvälineiden hajavarastointijärjestelmän purkamiseen. Yhteiskunnallisista tekijöistä merkittävimpinä sotataitoon ja sotataidolliseen ajatteluun vaikuttaneina osina olivat lait ja Jugoslavian kommunistiliitto. Perustuslakiin ja lakiin kansallisesta puolustuksesta sekä kommunistiliiton päätöslauselmiin sisällytetyt vaatimukset sotataidon kehittymiselle kuitenkin vain toistivat sotilaallisessa doktriinissa määritettyjä suuntaviivoja sekä määräyksiä. Maanpuolustukseen liittyneiden määräysten ja ohjeiden hyväksymiselle laillisen järjestyksen mukaisesti annettiin kuitenkin erittäin suuri arvo. Niiden toimeenpanon leviäminen maanlaajuisesti varmistettiin puolueen päätöksillä velvoittamalla muun muassa kommunistiliiton paikallisorganisaatiot, puoluesolut asevoimien sisällä sekä kaikki liittovaltion hallintotasot tekemään kaikkensa yleisen kansanpuolustuksen ja sitä ilmentävän sotataidon toteutumisen eteen. Materiaalis-teknisen tekijän kokonaisuus sisälsi aseet ja varusteet sekä niihin liittyviä muita seikkoja, kuten yhteiskunnan teollisuuden kehittymisen asteen sekä kyvyn suojautua vihollisen taisteluvälineitä vastaan ja luoda vihollisen aseita vastaan tehokkaampi vasta-ase. Siihen luettiin myös yksilöiden, taktisten ja yhdistettyjen taktisten yksiköiden sekä koko kansan koulutus aseiden ja varusteiden tarkoituksenmukaiseen käyttöön. Vaikka jugoslavialainen aseteollisuus kehittyi tutkimusperiodin aikana voimakkaasti, joutui maa taloudellisten resurssiensa rajallisuuden ja mahdollisen vihollishyökkäyksen ylivoimaisuuden havaittuaan toteamaan, että maanpuolustuksen ongelmia ei voida ratkaista materiaalin ja tekniikan määrällä tai laadulla. Ratkaisun oli löydyttävä sotilaallisista tekijöistä ja varsinkin sotataidosta. Sotilaalliset tekijät ja prosessit olivat jugoslavialaisen sotataidon ja sotataidollisen ajattelun kehittymisen kannalta tärkein muutostekijä. Sotilaallisten tekijöiden ytimen muodosti sotataito, joka Jugoslaviassa koostui teoriasta ja käytännöstä. Tämä jako koski sotataidon kolmea tasoa: strategiaa, operatiikkaa ja taktiikkaa. Sotataitoon kuuluvina osina pidettiin muun muassa taisteluvalmiutta, liikekannallepanovalmiutta, yhteiskunnallis-poliittisten yhteisöjen aseetonta vastarintaa, aseellisen kamppailun operatiivista ja taktista tasoa, materiaalista ja teknistä varustamista, sotatalouden valmistelujen organisointia sekä yhteiskunnallisia palveluja poikkeusoloissa. Osa näistä kuului edellä mainittuihin yhteiskunnallisiin tai materiaalis-teknisiin tekijöihin. Jugoslavialainen sotataito onkin nähtävä matriisinomaisena kokonaisuutena, jossa sotataidon kolmeen toiminnalliseen tasoon, strategiaan, operatiikkaan ja taktiikkaan vaikuttivat historialliset taustatekijät, sotilaallinen uhka, yhteiskunnalliset tekijät ja materiaalis-tekniset tekijät. Jugoslavialaisen sotataidon kokonaisuuteen kuului myös se, että mainitut muutostekijät vaikuttivat vielä toisiinsa. Lopputuloksena näin kokonaisvaltaisesta näkemyksestä sotataitoon ja sotataidolliseen ajatteluun Jugoslavia kykeni luomaan poikkeuksellisen tehokkaana pidetyn puolustusratkaisun, jossa koko yhteiskunnan kaikki resurssit pystyttiin suuntaamaan hyökkäyksen torjumiseen ja maahan tunkeutuneiden pois ajamiseen. Aiempi tutkimus on nähnyt jugoslavialaisen sotataidon kehittymisen keskeisimpänä vaikuttimena ja murroskohtana Varsovan liiton joukkojen toimeenpaneman Tšekkoslovakian miehityksen ja siitä seuranneen koetun uhkan merkittävän voimistumisen. Yleisen kansanpuolustuksen doktriiniin liittyvä taustatutkimus, teorianmuodostus ja doktriinin käyttöönotto tapahtuivat kuitenkin jo 1950-luvulla. Tšekkoslovakian miehitys toimi vain muutoksen toimeenpanoa vauhdittavana tekijänä. Jugoslavialaiset korostivat, että jugoslavialaisessa yhteiskunnassa keskeisessä asemassa ollut yhteisjohtoisuuden periaate ulottui myös maanpuolustukseen ja sotataitoon. Tutkimusaineistoon perehtyminen kuitenkin osoitti, että yleisen kansanpuolustuksen kokonaisuutta kuvaavat oppikirjat, laeissa asetetut määräykset ja Jugoslavian kommunistiliiton julkaisemat vaatimukset eivät olleet jalkautuneet sotataidon teoriaan tai käytäntöön operatiivisella tai taktisella tasolla. Strategisella tasolla yhteisjohtoisuus esiintyi näkyvämmin vain sotilaallisen konseptin ja strategian yhteydessä. Sotilaallisen doktriinin osalta yhteisjohtoisuus ilmeni lähinnä kahdessa asiassa. Alueellisen puolustuksen yksiköiden varustamisvelvoite oli asetettu siviilihallinnon eri tasojen vastuulle. Alueellisen puolustuksen esikunnat ja komentajat olivat vastuussa yleisen kansanpuolustuksen ja yhteiskunnallisen itsesuojelun komiteoille. Siviilihallinnon organisaatioiden kyky varustaa alueellisen puolustuksen yksiköt osoittautui kuitenkin heikoksi. Alueellisen puolustuksen esikunnatkin toimivat upseereiden johtamina sotilaallisina johtoportaina, ja yleisen kansanpuolustuksen ja yhteiskunnallisen itsesuojelun komiteoiden toiminta komentajien ja esikuntien suuntaan rajoittui vain nimelliseen ohjaukseen. Yhteisjohtoisuus osoittautuikin tutkimuksen kuluessa piirteeksi, joka julkisesta retoriikasta huolimatta ei toteutunut jugoslavialaisessa sotataidon praktiikassa. Jugoslavialaisen sotataidollisen ajattelun kehittymisen kaari käynnistyi partisaanisodasta ja päätyi alueelliseen puolustusjärjestelmään. Kansakunta ja sen useat eri kansallisuudet onnistuivat luomaan tieteelliseen ja tutkittuun tietoon perustuvan välineen, sotataidon teorian ja käytännön, joka suojeli maata yli puolen vuosisadan ajan. Yleinen kansanpuolustus sekä jugoslavialainen sotataito ovat toisiensa synonyymejä, seurauksia ja synnyttäjiä. Puolustusratkaisu lähti omista kansallisista lähtökohdista, siihen sulautettiin valikoiden ja jalostettuna hyviksi sekä menestyksekkäiksi koettuja ulkomaisia elementtejä sekä vaikutteita. Sitä perusteltiin monipuolisilla poliittisilla, ideologisilla, teoreettisilla, historiallisilla sekä nykyaikaisilla sotataidollisilla argumenteilla, mutta kaikesta tästä huolimatta sen ydin oli omintakeinen jugoslavialainen sotataidollinen ajattelu.

Machine vision methods for process measurements in pulping

The papermaking industry has been continuously developing intelligent solutions to characterize the raw materials it uses, to control the manufacturing process in a robust way, and to guarantee the desired quality of the end product. Based on the much improved imaging techniques and image-based analysis methods, it has become possible to look inside the manufacturing pipeline and propose more effective alternatives to human expertise. This study is focused on the development of image analyses methods for the pulping process of papermaking. Pulping starts with wood disintegration and forming the fiber suspension that is subsequently bleached, mixed with additives and chemicals, and finally dried and shipped to the papermaking mills. At each stage of the process it is important to analyze the properties of the raw material to guarantee the product quality. In order to evaluate properties of fibers, the main component of the pulp suspension, a framework for fiber characterization based on microscopic images is proposed in this thesis as the first contribution. The framework allows computation of fiber length and curl index correlating well with the ground truth values. The bubble detection method, the second contribution, was developed in order to estimate the gas volume at the delignification stage of the pulping process based on high-resolution in-line imaging. The gas volume was estimated accurately and the solution enabled just-in-time process termination whereas the accurate estimation of bubble size categories still remained challenging. As the third contribution of the study, optical flow computation was studied and the methods were successfully applied to pulp flow velocity estimation based on double-exposed images. Finally, a framework for classifying dirt particles in dried pulp sheets, including the semisynthetic ground truth generation, feature selection, and performance comparison of the state-of-the-art classification techniques, was proposed as the fourth contribution. The framework was successfully tested on the semisynthetic and real-world pulp sheet images. These four contributions assist in developing an integrated factory-level vision-based process control.

Anti-predator adaptations in aquatic environments

Predation is an important selective force that has led to the evolution of a variety of fascinating anti-predator adaptations, such as many types of protective coloration and prey behaviours. Because the evolution of life has begun in the aquatic environment and many anti-predator adaptations are found already in relative primitive taxa, it is likely that many of these adaptations evolved initially in the aquatic environment. Yet, there has been surprisingly little research on the mechanisms and function of antipredator adaptations in aquatic systems. To understand the function of anti-predator adaptations and natural selection imposed on prey appearance and behaviour, I have investigated how protective coloration can be used, either as such or together with behavioural adaptations, to manipulate predator behaviour and decrease predation risk. To this end I conducted a series of behaviour ecological laboratory experiments in which I manipulated the visual appearance of artificial backgrounds and prey items. In paper I of this thesis, I investigated background choice as an anti-predator strategy, by observing the habitat choice of the least killifish (Heterandria formosa) between pairs of artificial backgrounds, both in the presence and absence of predation threat. It has been suggested that prey could decrease their risk of being detected by predators either by preferring backgrounds into which they blend or by preferring visually complex backgrounds. The least killifish preferred a background that matched their patterning to a background that mismatched it, showing that they are able to respond to cues of visual similarity between their colour pattern and the surrounding environment. Interestingly however, in female least killifish visual complexity of the background was a more important cue for habitat safety and may override or act together with background matching when searching for a safe habitat. It is possible that in females, preference for visually complex backgrounds is associated with lower opportunity costs than preference for matching backgrounds would be. Generally, the least killifish showed stronger preference while under predation threat, indicating that their background choice behaviour is an antipredator adaptation. Many aquatic prey species have eyespots, which are colour patterns that consist of roughly concentric rings and have received their name because they for humans often resemble the vertebrate eye. I investigated the anti-predator function of eyespots against predation by fish in papers II, III and IV. Some eyespots have been suggested to benefit prey by diverting the strikes of predators away from vital parts of the prey body or towards a direction that facilitates prey escape. Although proposed over a century ago, the divertive effect of eyespots has proven to be difficult to show experimentally. In papers II and III, I tested for divertive effect of eyespots towards attacking fish by presenting artificial prey with eyespots to laboratory reared three-spined sticklebacks (Gasterosteus aculeatus). I found that eyespots strongly influenced the behaviour of attacking sticklebacks and effectively drew their strikes towards the eyespots. To further investigate this divertive effect and whether the specific shape of eyespots is important for it, I tested in paper III the response of fish also to other markings than eyespots. I found that eyespots were generally more effective in diverting the first strikes of attacking fish compared to other prey markings. My findings suggest that the common occurrence of eyespots in aquatic prey species can at least partly be explained by the divertive effect of the eyespot shape, possibly together with the relative simple developmental mechanisms underlying circular colour patterns. An eyebar is a stripe that runs through the eye, and this pattern has been suggested to obscure the real eyes of the prey by visually blending parts of the eyes and head of the prey and by creating false edges. In paper III, I show that an eyebar effectively disrupts an eyelike shape. This suggests that eyebars provide an effective way to conceal the eyes and consequently obstruct detection and recognition of prey. This experiment also demonstrates that through concealment of the eyes, eyebars could be used to enhance the divertive effect of eyespots, which can explain the common occurrence of eyebars in many species of fish that have eyespots. Larger eyespots have been shown to intimidate some terrestrial predators, such as passerine birds, either because they resemble the eyes of the predator’s own enemy or because highly salient features may have an intimidating effect. In papers II and IV, I investigated whether the occurrence of eyespots in some aquatic prey could be explained by their intimidating effect predatory fish. In paper IV, I also investigated the reason for the intimidating effect of eyelike prey marks. In paper II, I found no clear intimidating effect of eyespots, whereas in paper IV, using a different approach, I found that sticklebacks hesitated to attack towards eyelike but not towards non-eyelike marks. Importantly, paper IV therefore presents the first rigorous evidence for the idea that eye mimicry, and not merely conspicuousness, underlies the intimidating effect. It also showed that the hesitation shown by fish towards eyelike marks is partly an innate response that is reinforced by encounters with predators. Collectively, this thesis shows that prey colour pattern and the visual appearance of the habitat influence the behaviour of fish. The results demonstrate that protective coloration provides numerous distinctive ways for aquatic prey to escape predation. Thus, visual perception and behaviour of fish are important factors shaping the appearance and behaviours of aquatic prey.

Steganografia ja kuvien digitaalinen vesileimaus

Steganografian tarkoituksena on salaisen viestin piilottaminen muun informaation sekaan. Tutkielmassa perehdytään kirjallisuuden pohjalta steganografiaan ja kuvien digitaaliseen vesileimaamiseen. Tutkielmaan kuuluu myös kokeellinen osuus. Siinä esitellään vesileimattujen kuvien tunnistamiseen kehitetty testausjärjestelmä ja testiajojen tulokset. Testiajoissa kuvasarjoja on vesileimattu valituilla vesileimausmenetelmillä parametreja vaihdellen. Tunnistettaville kuville tehdään piirreirrotus. Erotellut piirteet annetaan parametreina luokittimelle, joka tekee lopullisen tunnistamispäätöksen. Tutkimuksessa saatiin toteutettua toimiva ohjelmisto vesileiman lisäämiseen ja vesileimattujen kuvien tunnistamiseen kuvajoukosta. Tulosten perusteella, sopivalla piirreirrottimella ja tukivektorikoneluokittimella päästään yli 95 prosentin tunnistamistarkkuuteen.

Automatic image-based identification of Saimaa ringed seals

The Saimaa ringed seal is one of the most endangered seals in the world. It is a symbol of Lake Saimaa and a lot of effort have been applied to save it. Traditional methods of seal monitoring include capturing the animals and installing sensors on their bodies. These invasive methods for identifying can be painful and affect the behavior of the animals. Automatic identification of seals using computer vision provides a more humane method for the monitoring. This Master's thesis focuses on automatic image-based identification of the Saimaa ringed seals. This consists of detection and segmentation of a seal in an image, analysis of its ring patterns, and identification of the detected seal based on the features of the ring patterns. The proposed algorithm is evaluated with a dataset of 131 individual seals. Based on the experiments with 363 images, 81\% of the images were successfully segmented automatically. Furthermore, a new approach for interactive identification of Saimaa ringed seals is proposed. The results of this research are a starting point for future research in the topic of seal photo-identification.

Acute effect of alcohol intake on sine-wave Cartesian and polar contrast sensitivity functions

The aim of this study was to assess contrast sensitivity for angular frequency stimuli as well as for sine-wave gratings in adults under the effect of acute ingestion of alcohol. We measured the contrast sensitivity function (CSF) for gratings of 0.25, 1.25, 2.5, 4, 10, and 20 cycles per degree of visual angle (cpd) as well as for angular frequency stimuli of 1, 2, 4, 24, 48, and 96 cycles/360°. Twenty adults free of ocular diseases, with normal or corrected-to-normal visual acuity, and no history of alcoholism were enrolled in two experimental groups: 1) no alcohol intake (control group) and 2) alcohol ingestion (experimental group). The average concentration of alcohol in the experimental group was set to about 0.08%. We used a paradigm involving a forced-choice method. Maximum sensitivity to contrast for sine-wave gratings in the two groups occurred at 4 cpd sine-wave gratings and at 24 and 48 cycles/360° for angular frequency stimuli. Significant changes in contrast sensitivity were observed after alcohol intake compared with the control condition at spatial frequency of 4 cpd and 1, 24, and 48 cycles/360° for angular frequency stimuli. Alcohol intake seems to affect the processing of sine-wave gratings at maximum sensitivity and at the low and high frequency ends for angular frequency stimuli, both under photopic luminance conditions.

Control of Bubbling Fluidized Bed Conditions

The objectives of this master’s thesis were to understand the importance of bubbling fluidized bed (BFB) conditions and to find out how digital image processing and acoustic emission technology can help in monitoring the bed quality. An acoustic emission (AE) measurement system and a bottom ash camera system were evaluated in acquiring information about the bed conditions. The theory part of the study describes the fundamentals of BFB boiler and evaluates the characteristics of bubbling bed. Causes and effects of bed material coarsening are explained. The ways and methods to monitor the behaviour of BFB are determined. The study introduces the operating principles of AE technology and digital image processing. The empirical part of the study describes an experimental arrangement and results of a case study at an industrial BFB boiler. Sand consumption of the boiler was reduced by optimization of bottom ash handling and sand feeding. Furthermore, data from the AE measurement system and the bottom ash camera system was collected. The feasibility of these two systems was evaluated. The particle size of bottom ash and the changes in particle size distribution were monitored during the test period. Neither of the systems evaluated was ready to serve in bed quality control accurately or fast enough. Particle size distributions according to the bottom ash camera did not correspond to the results of manual sieving. Comprehensive interpretation of the collected AE data requires much experience. Both technologies do have potential and with more research and development they may enable acquiring reliable and real-time information about the bed conditions. This information could help to maintain disturbance-free combustion process and to optimize bottom ash handling system.

Behavioural and neural correlates of emotion recognition as a function of psychopathic personality traits

Psychopathy is associated with well-known characteristics such as a lack of empathy and impulsive behaviour, but it has also been associated with impaired recognition of emotional facial expressions. The use of event-related potentials (ERPs) to examine this phenomenon could shed light on the specific time course and neural activation associated with emotion recognition processes as they relate to psychopathic traits. In the current study we examined the PI , N170, and vertex positive potential (VPP) ERP components and behavioural performance with respect to scores on the Self-Report Psychopathy (SRP-III) questionnaire. Thirty undergraduates completed two tasks, the first of which required the recognition and categorization of affective face stimuli under varying presentation conditions. Happy, angry or fearful faces were presented under with attention directed to the mouth, nose or eye region and varied stimulus exposure duration (30, 75, or 150 ms). We found that behavioural performance to be unrelated to psychopathic personality traits in all conditions, but there was a trend for the Nl70 to peak later in response to fearful and happy facial expressions for individuals high in psychopathic traits. However, the amplitude of the VPP was significantly negatively associated with psychopathic traits, but only in response to stimuli presented under a nose-level fixation. Finally, psychopathic traits were found to be associated with longer N170 latencies in response to stimuli presented under the 30 ms exposure duration. In the second task, participants were required to inhibit processing of irrelevant affective and scrambled face distractors while categorizing unrelated word stimuli as living or nonliving. Psychopathic traits were hypothesized to be positively associated with behavioural performance, as it was proposed that individuals high in psychopathic traits would be less likely to automatically attend to task-irrelevant affective distractors, facilitating word categorization. Thus, decreased interference would be reflected in smaller N170 components, indicating less neural activity associated with processing of distractor faces. We found that overall performance decreased in the presence of angry and fearful distractor faces as psychopathic traits increased. In addition, the amplitude of the N170 decreased and the latency increased in response to affective distractor faces for individuals with higher levels of psychopathic traits. Although we failed to find the predicted behavioural deficit in emotion recognition in Task 1 and facilitation effect in Task 2, the findings of increased N170 and VPP latencies in response to emotional faces are consistent wi th the proposition that abnormal emotion recognition processes may in fact be inherent to psychopathy as a continuous personality trait.

Formalizing affordances in situation

The representation of a perceptual scene by a computer is usually limited to numbers representing dimensions and colours. The theory of affordances attempted to provide a new way of representing an environment, with respect to a particular agent. The view was introduced as part of an entire field of psychology labeled as 'ecological,' which has since branched into computer science through the field of robotics, and formal methods. This thesis will describe the concept of affordances, review several existing formalizations, and take a brief look at applications to robotics. The formalizations put forth in the last 20 years have no agreed upon structure, only that both the agent and the environment must be taken in relation to one another. Situation theory has also been evolving since its inception in 1983 by Barwise & Perry. The theory provided a formal way to represent any arbitrary piece of information in terms of relations. This thesis will take a toy version of situation theory published in CSLI lecture notes no. 22, and add to the given ontologies. This thesis extends the given ontologies to include specialized affordance types, and individual object types. This allows for the definition of semantic objects called environments, which support a situation and a set of affordances, and niches which refer to a set of actions for an individual. Finally, a possible way for an environment to change into a new environment is suggested via the activation of an affordance.

The Legal Framing of Computerized Processing of Health Data : A European and Canadian Perspective

The use of information and communication technologies in the health and social service sectors, and the development of multi-centred and international research networks present many benefits for society: for example, better follow-up on an individual’s states of health, better quality of care, better control of expenses, and better communication between healthcare professionals. However, this approach raises issues relative to the protection of privacy: more specifically, to the processing of individual health information.