Implementação Java do filtro de Marr e Hildreth para detecção de bordas.

O objetivo desta publicação é apresentar a implementação Java do algoritmo de Marr e Hildreth (Marr & Hildreth, 1980) para a detecção de bordas. O objetivo maior das implementações é a construção de uma biblioteca de processamento de imagens em Java, como software livre, sob a licença GPL (General Public License) conforme publicada pela Free Software Foundation.

Replicación Activa en NodeJS con 0MQ

Mi trabajo final de grado se centra en el aprendizaje, desarrollo y divulgación del entorno de programación NodeJS, un entorno orientado a eventos que está basado en el lenguaje de programación JavaScript en el lado del servidor. El enfoque de NodeJS es el desarrollo de aplicaciones de red altamente escalables. La escalabilidad se proporciona por la eficiencia obtenida a lo largo de los años en la optimización de código en los motores de JavaScript por la delegación asíncrona a tareas propias del sistema operativo. Aprovechando estas cualidades, desarrollo la implementación de un algoritmo basado en el modelo de replicación activa consistente en mantener copias de objetos de datos en distintos almacenes de datos. Con este modelo se constituye un sistema distribuido tolerante a fallos y de alta disponibilidad. Para los protocolos de comunicación se utilizan de los socket 0MQ y se desarrollan algunos ejemplos del uso de cada tipo de ellos.

EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF LINEAR BUBBLE DYNAMICS IN A VISCOELASTIC XANTHAN GEL

Oceanic bubble plumes caused by ship wakes or breaking waves disrupt sonar communi- cation because of the dramatic change in sound speed and attenuation in the bubbly fluid. Experiments in bubbly fluids have suffered from the inability to quantitatively characterize the fluid because of continuous air bubble motion. Conversely, single bubble experiments, where the bubble is trapped by a pressure field or stabilizing object, are limited in usable frequency range, apparatus complexity, or the invasive nature of the stabilizing object (wire, plate, etc.). Suspension of a bubble in a viscoelastic Xanthan gel allows acoustically forced oscilla- tions with negligible translation over a broad frequency band. Assuming only linear, radial motion, laser scattering from a bubble oscillating below, through, and above its resonance is measured. As the bubble dissolves in the gel, different bubble sizes are measured in the range 240 – 470 μm radius, corresponding to the frequency range 6 – 14 kHz. Equalization of the cell response in the raw data isolates the frequency response of the bubble. Compari- son to theory for a bubble in water shows good agreement between the predicted resonance frequency and damping, such that the bubble behaves as if it were oscillating in water.

Inferencia bayesiana sobre los parámetros de dispersión genéticos y ambientales en modelos animales con efectos maternos

Los modelos 'modelos animales con efectos maternos' (MAM) son modelos lineales mixtos que se utilizan para ajustar registros de caracteres bajo la influencia de efectos maternos. Uno de los desafíos más importantes en el marco de los MAM es la estimación de los parámetros de dispersión o 'componentes de (co) varianza' (CVC). En esta tesis se introducen desde una perspectiva bayesiana contribuciones teóricas y metodológicas con relación a la estimación de CVC para MAM sujetos a estructuras de covarianza novedosas. En primer lugar, se describe una implementación del análisis bayesiano jerárquico vía el algoritmo del muestreo de Gibbs. Luego, se considera una especificación conjugada diferente para la distribución a priori de la matriz de covarianza genética, basada en la distribución Wishart invertida generalizada, y se presenta una estrategia para determinar los correspondientes hiperparámetros. Esta estrategia fue comparada contra otras especificaciones a priori mediante un estudio de simulación estocástica, y produjo estimaciones precisas de los parámetros genéticos, con menores errores estándares y mejor tasa de convergencia. En segundo lugar, se presenta una formulación alternativa del MAM que incluye un parámetro de correlación ambiental entre pares de observaciones madre-progenie, y se desarrolla un procedimiento de estimación basado en un algoritmo de muestreo por grilla. El procedimiento fue programado y ejecutado exitosamente, y se obtuvo la primera estimación del parámetro de correlación con datos de campo para peso al destete en bovinos de carne. Por último, se considera el problema de la estimación de CVC en una población multirracial, donde en general es necesario especificar una estructura de covarianza heterogénea para los valores de cría. En particular, se demuestra que el modelo basado en la descomposición de la matriz de covarianza genética es equivalente al que deriva de la teoría genética cuantitativa. Además, se extiende el modelo para incluir efectos maternos y se describe la implementación de un análisis bayesiano jerárquico con el objetivo de estimar los CVC. El procedimiento fue implementado con éxito en datos experimentales de peso al destete y se obtuvieron por primera vez estimaciones para el conjunto completo de CVC.

Inferencia bayesiana sobre los parámetros de dispersión genéticos y ambientales en modelos animales con efectos maternos

Los modelos 'modelos animales con efectos maternos' (MAM)son modelos lineales mixtos que se utilizan para ajustar registros de caracteres bajo la influencia de efectos maternos. Uno de los desafíos más importantes en el marco de los MAM es la estimación de los parámetros de dispersión o 'componentes de (co)varianza' (CVC). En esta tesis se introducen desde una perspectiva bayesiana contribuciones teóricas y metodológicas con relación a la estimación de CVC para MAM sujetos a estructuras de covarianza novedosas. En primer lugar, se describe una implementación del análisis bayesiano jerárquico vía el algoritmo del muestreo de Gibbs. Luego, se considera una especificación conjugada diferente para la distribución a priori de la matriz de covarianza genética, basada en la distribución Wishart invertida generalizada, y se presenta una estrategia para determinar los correspondientes hiperparámetros. Esta estrategia fue comparada contra otras especificaciones a priori mediante un estudio de simulación estocástica, y produjo estimaciones precisas de los parámetros genéticos, con menores errores estándares y mejor tasa de convergencia. En segundo lugar, se presenta una formulación alternativa del MAM que incluye un parámetro de correlación ambiental entre pares de observaciones madre-progenie, y se desarrolla un procedimiento de estimación basado en un algoritmo de muestreo por grilla. El procedimiento fue programado y ejecutado exitosamente, y se obtuvo la primera estimación del parámetro de correlación con datos de campo para peso al destete en bovinos de carne. Por último, se considera el problema de la estimación de CVC en una población multirracial, donde en general es necesario especificar una estructura de covarianza heterogénea para los valores de cría. En particular, se demuestra que el modelo basado en la descomposición de la matriz de covarianza genética es equivalente al que deriva de la teoría genética cuantitativa. Además, se extiende el modelo para incluir efectos maternos y se describe la implementación de un análisis bayesiano jerárquico con el objetivo de estimar los CVC. El procedimiento fue implementado con éxito en datos experimentales de peso al destete y se obtuvieron por primera vez estimaciones para el conjunto completo de CVC.

Una aproximación operativa al diagnóstico y la evaluación de la comprensión del conocimiento matemático

La comprensión del conocimiento matemático constituye un objeto de investigación de interés creciente en Educación Matemática. No obstante, su elevada complejidad hace que los avances más recientes aún resulten insuficientes y reclama la necesidad de ir adoptando enfoques más operativos y menos preocupados por el estudio directo de sus aspectos internos. En tal sentido, se presentan aquí las bases de una aproximación centrada en los efectos observables de la comprensión, que utiliza el análisis de comportamientos y respuestas adaptadas a situaciones expresamente planificadas derivadas del análisis fenómeno-epistemológico del conocimiento matemático. La operatividad de la propuesta se ilustra con el estudio realizado sobre el algoritmo estándar escrito para la multiplicación de números naturales.

Incursión en el ámbito de las dos variables: optimización usando argumentos gráficos

Cuando enseñamos a los alumnos a resolver problemas, solemos abusar de la utilización de algoritmos encaminados a encontrar la solución óptima, evitando las dificultades que puede suponer la introducción de reglas más o menos complejas en el diseño de dicho algoritmo. Pero resolver un problema es mucho más que aplicar un algoritmo de forma mecánica, supone encontrar una respuesta coherente a una serie de datos relacionados dentro de un contexto. Es por esto que presentamos esta práctica, donde la utilización de un algoritmo para resolver un problema nos lleva a encontrar soluciones que descartaremos como útiles.

Algoritmos genéticos: la evolución como modelo matemático

Durante millones de años los seres vivos se han encontrado con numerosas situaciones adversas, es decir, con una enorme cantidad de problemas que han tenido que ir solucionando poco a poco mediante sucesivas adaptaciones. El éxito de la vida en innumerables entornos no es sino el reflejo de que los seres vivos han encontrado soluciones para los distintos problemas con los que se han enfrentado. Son varias las cuestiones que podemos plantearnos en relación a esta cuestión: ¿cuál es el mecanismo que ha permitido la supervivencia de los seres vivos en ambientes tan distintos?, ¿existe algún algoritmo matemático que subyazca en el mismo?, en este caso, ¿podría ser aplicable a otras situaciones y problemas? Los algoritmos genéticos son una de las herramientas que han nacido para responder a estas cuestiones.

Clasificación jerárquica ascendente con Mathematica

Hemos desarrollado el algoritmo usual de clasificación jerárquica ascendente en el sistema Mathematica. El usuario escoge la disimilitud según el tipo de datos que deba analizar: cuantitativos, cualitativos o binarios, así como el índice de agregación a utilizar. Se dispone de varias opciones para cada escogencia. Además, se ha implementado un gran número de manipulaciones sobre el árbol binario de clasificación, como el corte del árbol, la rotaciones, la dimensionalidad, el etiquetado, los colores, etc.

Repeated mapping of reefs constructed by Sabellaria spinulosa Leuckart 1849 at an offshore wind farm site

Sabellaria spinulosa reefs are considered to be sensitive and of high conservation status. This article evaluates the feasibility of using remote sensing technology to delineate S. spinulosa reefs. S. spinulosa reef habitats associated with the Thanet Offshore Windfarm site were mapped using high resolution sidescan sonar (410 kHz) and multibeam echo sounder (<1 m2) data in 2005 (baseline), 2007 (pre-construction baseline) and 2012 (post-construction). The S. spinulosa reefs were identified in the acoustic data as areas of distinct irregular texturing. Maps created using acoustic data were validated using quantitative measures of reef quality, namely tube density (as a proxy for the density of live S. spinulosa), percentage cover of S. spinulosa structures (both living and dead) and associated macrofauna derived from seabed images taken across the development site. Statistically significant differences were observed in all physical measures of S. spinulosa as well the number (S) and diversity (H׳) of associated species, derived from seabed images classified according to the presence or absence of reef, validating the use of high resolution sidescan sonar to map these important biogenic habitats. High precision mapping in the early stages allowed for the micro-siting of wind turbines in a way that caused minimal damage to S. spinulosa reefs during construction. These habitats have since recovered and expanded in extent. The surveys undertaken at the Thanet Offshore Windfarm site demonstrate the importance of repeat mapping for this emerging industry, allowing habitat enhancement to be attributed to the development whilst preventing background habitat degradation from being wrongly attributed to the development.

Multidimensional DSP Core Synthesis for FPGA

This paper, chosen as a best paper from the 2004 SAMOS Workshop on Computer Systems: describes a novel, efficient methodology for automatically creating embedded DSP computer systems. The novelty arises since now embedded electronic signal processing systems, such as radar or sonar, can be designed by anyone from the algorithm level, i.e. no low level system design experience is required, whilst still achieving low controllable implementation overheads and high real time performance. In the chosen design example, a bank of Normalised Lattice Filter (NLF) components is created which a four-fold reduction in the required processing resource with no performance decrease.

Rapid Implementation and Optimisation of DSP Systems on FPGA-Centric Hetrogeneous Platforms

This paper, chosen as a best paper from the 2005 SAMOS Workshop on Computer Systems: describes the for the first time the major Abhainn project for automated system level design of embedded signal processing systems. In particular, this describes four key novelties: novel algorithm modelling techniques for DSP systems, automated implementation realisation, algorithm transformation for system optimisation and automated inter-processor communication. This is applied to two complex systems: a radar and sonar system. In both cases technology which allows non-experts to automatically create low-overhead, high performance embedded signal processing systems is exhibited.

Assessing the Impact of Shipping Vessel Noise on Humpback Whales

The ocean is a hub of noise. Bioacoustic noise, noise from precipitation and wind, and noise from oceanic shelf slides and other geologic processes have occurred consistently as marine species have evolved over time. However, with the discovery of oceanic oil and gas reserves, submarine systems, ship propulsion and the emergence of global trade, anthropogenic sources of sound have added significant quantities of sound to the oceanic system. Shipping has been found to be the largest input of low-frequency anthropogenic noise and Humpback Whales (Megaptera novaengliae), known to be the most vocal marine species, have an auditory sensitivity that falls within the range of frequencies emitted by shipping vessels. As Humpback Whales are heavily dependent on vocalizations, for reasons relatively unconfirmed, a better understanding of why they sing and how their communication is being impacted by vessel noise is critical. Evaluating existing literature both on Humpback behavior and communication, the mechanics of their communication, sound emissions from modern ships, oceanic sound transmission, and studies regarding Humpback's exposure to other sources of low-frequency anthropogenic noise, it is clear that more research is needed to draw any causational conclusions between vessel noise and detrimental impacts on Humpback Whales. With a projected increase in global consumption and vessel traffic, there is an urgent need for further research exploring shipping noise impacts and behavioural alterations of Humpbacks. Existing research has shown changes in Humpback communication when exposed to low-frequency sonar noise, however few studies have been conducted on their communication when in close proximity to shipping vessels. In order for the impacts to be properly assessed, preliminary understanding of humpback communication, their auditory thresholds and more studies between vessel noise exposure and Humpback Whale behavior must be conducted.

Echolocation signal structure in the Megachiropteran bat Rousettus aegyptiacus Geoffroy 1810

Rousettus aegyptiacus Geoffroy 1810 is a member of the only genus of Megachiropteran bats to use vocal echolocation, but the structure of its brief, click-like signal is poorly described. Although thought to have a simple echolocation system compared to that of Microchiroptera, R. aegyptiacus is capable of good obstacle avoidance using its impulse sonar. The energy content of the signal was at least an order of magnitude smaller than in Microchiropteran bats and dolphins (approximately 4 X 10(-8) J m(-2)). Measurement of the duration, amplitude and peak frequency demonstrate that the signals of this animal are broadly similar in structure and duration to those of dolphins. Gabor functions were used to model signals and to estimate signal parameters, and the quality of the Gabor function fit to the early part of the signal demonstrates that the echolocation signals of R. aegyptiacus match the minimum spectral spread for their duration and amplitude and are thus well matched to its best hearing sensitivity. However, the low energy content of the signals and short duration should make returning echoes difficult to detect. The performance of R. aegyptincus in obstacle avoidance experiments using echolocation therefore remains something of a conundrum.