Efficient topology estimation for large scale optical mapping

Large scale image mosaicing methods are in great demand among scientists who study different aspects of the seabed, and have been fostered by impressive advances in the capabilities of underwater robots in gathering optical data from the seafloor. Cost and weight constraints mean that lowcost Remotely operated vehicles (ROVs) usually have a very limited number of sensors. When a low-cost robot carries out a seafloor survey using a down-looking camera, it usually follows a predetermined trajectory that provides several non time-consecutive overlapping image pairs. Finding these pairs (a process known as topology estimation) is indispensable to obtaining globally consistent mosaics and accurate trajectory estimates, which are necessary for a global view of the surveyed area, especially when optical sensors are the only data source. This thesis presents a set of consistent methods aimed at creating large area image mosaics from optical data obtained during surveys with low-cost underwater vehicles. First, a global alignment method developed within a Feature-based image mosaicing (FIM) framework, where nonlinear minimisation is substituted by two linear steps, is discussed. Then, a simple four-point mosaic rectifying method is proposed to reduce distortions that might occur due to lens distortions, error accumulation and the difficulties of optical imaging in an underwater medium. The topology estimation problem is addressed by means of an augmented state and extended Kalman filter combined framework, aimed at minimising the total number of matching attempts and simultaneously obtaining the best possible trajectory. Potential image pairs are predicted by taking into account the uncertainty in the trajectory. The contribution of matching an image pair is investigated using information theory principles. Lastly, a different solution to the topology estimation problem is proposed in a bundle adjustment framework. Innovative aspects include the use of fast image similarity criterion combined with a Minimum spanning tree (MST) solution, to obtain a tentative topology. This topology is improved by attempting image matching with the pairs for which there is the most overlap evidence. Unlike previous approaches for large-area mosaicing, our framework is able to deal naturally with cases where time-consecutive images cannot be matched successfully, such as completely unordered sets. Finally, the efficiency of the proposed methods is discussed and a comparison made with other state-of-the-art approaches, using a series of challenging datasets in underwater scenarios

Análisis de la aplicabilidad de la técnica Value Stream Mapping en el rediseño de sistemas productivos

Los sistemas productivos de las empresas han de adaptarse a las exigencias de los mercados. El Value Stream Mapping (VSM) es una técnica desarrollada por la Producción Ajustada y orientada al rediseño de dichos sistemas productivos. Si bien existe divulgación teórica sobre la técnica así como publicaciones de casos prácticos exitosos, se detecta la carencia de un análisis que explore en profundidad la aplicabilidad de la técnica en entornos productivos relacionados con las lineas de flujo desconectadas. Así, el objetivo de la tesis es la evaluación de la aplicabilidad del VSM en dichos entornos. El método de investigación adoptado ha consistido en un estudio de casos múltiple sobre seis empresas. Los resultados confirman la validez práctica del VSM para el rediseño de sistemas productivos. No obstante, también se fijan aspectos de mejora y desarrollo para que la técnica pueda convertirse en la referencia base.

Modelling stereoscopic vision systems for robotic applications

Aquesta tesi s'emmarca dins del projecte CICYT TAP 1999-0443-C05-01. L'objectiu d'aquest projecte és el disseny, implementació i avaluació de robots mòbils, amb un sistema de control distribuït, sistemes de sensorització i xarxa de comunicacions per realitzar tasques de vigilància. Els robots han de poder-se moure per un entorn reconeixent la posició i orientació dels diferents objectes que l'envolten. Aquesta informació ha de permetre al robot localitzar-se dins de l'entorn on es troba per poder-se moure evitant els possibles obstacles i dur a terme la tasca encomanada. El robot ha de generar un mapa dinàmic de l'entorn que serà utilitzat per localitzar la seva posició. L'objectiu principal d'aquest projecte és aconseguir que un robot explori i construeixi un mapa de l'entorn sense la necessitat de modificar el propi entorn. Aquesta tesi està enfocada en l'estudi de la geometria dels sistemes de visió estereoscòpics formats per dues càmeres amb l'objectiu d'obtenir informació geomètrica 3D de l'entorn d'un vehicle. Aquest objectiu tracta de l'estudi del modelatge i la calibració de càmeres i en la comprensió de la geometria epipolar. Aquesta geometria està continguda en el que s'anomena emph{matriu fonamental}. Cal realitzar un estudi del càlcul de la matriu fonamental d'un sistema estereoscòpic amb la finalitat de reduir el problema de la correspondència entre dos plans imatge. Un altre objectiu és estudiar els mètodes d'estimació del moviment basats en la geometria epipolar diferencial per tal de percebre el moviment del robot i obtenir-ne la posició. Els estudis de la geometria que envolta els sistemes de visió estereoscòpics ens permeten presentar un sistema de visió per computador muntat en un robot mòbil que navega en un entorn desconegut. El sistema fa que el robot sigui capaç de generar un mapa dinàmic de l'entorn a mesura que es desplaça i determinar quin ha estat el moviment del robot per tal de emph{localitzar-se} dins del mapa. La tesi presenta un estudi comparatiu dels mètodes de calibració de càmeres més utilitzats en les últimes dècades. Aquestes tècniques cobreixen un gran ventall dels mètodes de calibració clàssics. Aquest mètodes permeten estimar els paràmetres de la càmera a partir d'un conjunt de punts 3D i de les seves corresponents projeccions 2D en una imatge. Per tant, aquest estudi descriu un total de cinc tècniques de calibració diferents que inclouen la calibració implicita respecte l'explicita i calibració lineal respecte no lineal. Cal remarcar que s'ha fet un gran esforç en utilitzar la mateixa nomenclatura i s'ha estandaritzat la notació en totes les tècniques presentades. Aquesta és una de les dificultats principals a l'hora de poder comparar les tècniques de calibració ja què cada autor defineix diferents sistemes de coordenades i diferents conjunts de paràmetres. El lector és introduït a la calibració de càmeres amb la tècnica lineal i implícita proposada per Hall i amb la tècnica lineal i explicita proposada per Faugeras-Toscani. A continuació es passa a descriure el mètode a de Faugeras incloent el modelatge de la distorsió de les lents de forma radial. Seguidament es descriu el conegut mètode proposat per Tsai, i finalment es realitza una descripció detallada del mètode de calibració proposat per Weng. Tots els mètodes són comparats tant des del punt de vista de model de càmera utilitzat com de la precisió de la calibració. S'han implementat tots aquests mètodes i s'ha analitzat la precisió presentant resultats obtinguts tant utilitzant dades sintètiques com càmeres reals. Calibrant cada una de les càmeres del sistema estereoscòpic es poden establir un conjunt de restriccions geomètri ques entre les dues imatges. Aquestes relacions són el que s'anomena geometria epipolar i estan contingudes en la matriu fonamental. Coneixent la geometria epipolar es pot: simplificar el problema de la correspondència reduint l'espai de cerca a llarg d'una línia epipolar; estimar el moviment d'una càmera quan aquesta està muntada sobre un robot mòbil per realitzar tasques de seguiment o de navegació; reconstruir una escena per aplicacions d'inspecció, propotipatge o generació de motlles. La matriu fonamental s'estima a partir d'un conjunt de punts en una imatges i les seves correspondències en una segona imatge. La tesi presenta un estat de l'art de les tècniques d'estimació de la matriu fonamental. Comença pels mètode lineals com el dels set punts o el mètode dels vuit punts, passa pels mètodes iteratius com el mètode basat en el gradient o el CFNS, fins arribar las mètodes robustos com el M-Estimators, el LMedS o el RANSAC. En aquest treball es descriuen fins a 15 mètodes amb 19 implementacions diferents. Aquestes tècniques són comparades tant des del punt de vista algorísmic com des del punt de vista de la precisió que obtenen. Es presenten el resultats obtinguts tant amb imatges reals com amb imatges sintètiques amb diferents nivells de soroll i amb diferent quantitat de falses correspondències. Tradicionalment, l'estimació del moviment d'una càmera està basada en l'aplicació de la geometria epipolar entre cada dues imatges consecutives. No obstant el cas tradicional de la geometria epipolar té algunes limitacions en el cas d'una càmera situada en un robot mòbil. Les diferencies entre dues imatges consecutives són molt petites cosa que provoca inexactituds en el càlcul de matriu fonamental. A més cal resoldre el problema de la correspondència, aquest procés és molt costós en quant a temps de computació i no és gaire efectiu per aplicacions de temps real. En aquestes circumstàncies les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera solen basar-se en el flux òptic i en la geometria epipolar diferencial. En la tesi es realitza un recull de totes aquestes tècniques degudament classificades. Aquests mètodes són descrits unificant la notació emprada i es remarquen les semblances i les diferencies entre el cas discret i el cas diferencial de la geometria epipolar. Per tal de poder aplicar aquests mètodes a l'estimació de moviment d'un robot mòbil, aquest mètodes generals que estimen el moviment d'una càmera amb sis graus de llibertat, han estat adaptats al cas d'un robot mòbil que es desplaça en una superfície plana. Es presenten els resultats obtinguts tant amb el mètodes generals de sis graus de llibertat com amb els adaptats a un robot mòbil utilitzant dades sintètiques i seqüències d'imatges reals. Aquest tesi finalitza amb una proposta de sistema de localització i de construcció d'un mapa fent servir un sistema estereoscòpic situat en un robot mòbil. Diverses aplicacions de robòtica mòbil requereixen d'un sistema de localització amb l'objectiu de facilitar la navegació del vehicle i l'execució del les trajectòries planificades. La localització es sempre relativa al mapa de l'entorn on el robot s'està movent. La construcció de mapes en un entorn desconegut és una tasca important a realitzar per les futures generacions de robots mòbils. El sistema que es presenta realitza la localització i construeix el mapa de l'entorn de forma simultània. A la tesi es descriu el robot mòbil GRILL, que ha estat la plataforma de treball emprada per aquesta aplicació, amb el sistema de visió estereoscòpic que s'ha dissenyat i s'ha muntat en el robot. També es descriu tots el processos que intervenen en el sistema de localització i construcció del mapa. La implementació d'aquest processos ha estat possible gràcies als estudis realitzats i presentats prèviament (calibració de càmeres, estimació de la matriu fonamental, i estimació del moviment) sense els quals no s'hauria pogut plantejar aquest sistema. Finalment es presenten els mapes en diverses trajectòries realitzades pel robot GRILL en el laboratori. Les principals contribucions d'aquest treball són: ·Un estat de l'art sobre mètodes de calibració de càmeres. El mètodes són comparats tan des del punt de vista del model de càmera utilitzat com de la precisió dels mètodes. ·Un estudi dels mètodes d'estimació de la matriu fonamental. Totes les tècniques estudiades són classificades i descrites des d'un punt de vista algorísmic. ·Un recull de les tècniques d'estimació del moviment d'una càmera centrat en el mètodes basat en la geometria epipolar diferencial. Aquestes tècniques han estat adaptades per tal d'estimar el moviment d'un robot mòbil. ·Una aplicació de robòtica mòbil per tal de construir un mapa dinàmic de l'entorn i localitzar-se per mitja d'un sistema estereoscòpic. L'aplicació presentada es descriu tant des del punt de vista del maquinari com del programari que s'ha dissenyat i implementat.

Public and Private Regulation: Mapping the Labyrinth. CEPS Working Document No. 370, October 2012

Private governance is currently being evoked as a viable solution to many public policy goals. However, in some circumstances it has shown to produce more harm than good, and even disastrous consequences as in the case of the financial crisis that is raging in most advanced economies. Although the current track record of private regulatory schemes is mixed, policy guidance documents around the world still require that policy-makers give priority to self- and co-regulation, with little or no additional guidance being given to policymakers to devise when, and under what circumstances, these solutions can prove viable from a public policy perspective. With an array of examples from several policy fields, this paper approaches regulation as a public-private collaborative form and attempts to identify possible policy tools to be applied by public policy-makers to efficiently and effectively approach private governance as a solution, rather than a problem. We propose a six-step theoretical framework and argue that IA techniques should: i) define an integrated framework including both the possibility that private regulation can be used as an alternative or as a complement to public legislation; ii) involve private parties in public IAs in order to define the best strategy or strategies that would ensure achievement of the regulatory objectives; and iii) contemplate the deployment of indicators related to governance and activities of the regulators and their ability to coordinate and solve disputes with other regulators.

Modeling and Mapping Golden-winged Warbler Abundance to Improve Regional Conservation Strategies

Conservation planning requires identifying pertinent habitat factors and locating geographic locations where land management may improve habitat conditions for high priority species. I derived habitat models and mapped predicted abundance for the Golden-winged Warbler (Vermivora chrysoptera), a species of high conservation concern, using bird counts, environmental variables, and hierarchical models applied at multiple spatial scales. My aim was to understand habitat associations at multiple spatial scales and create a predictive abundance map for purposes of conservation planning for the Golden-winged Warbler. My models indicated a substantial influence of landscape conditions, including strong positive associations with total forest composition within the landscape. However, many of the associations I observed were counter to reported associations at finer spatial extents; for instance, I found Golden-winged Warblers negatively associated with several measures of edge habitat. No single spatial scale dominated, indicating that this species is responding to factors at multiple spatial scales. I found Golden-winged Warbler abundance was negatively related with Blue-winged Warbler (Vermivora cyanoptera) abundance. I also observed a north-south spatial trend suggestive of a regional climate effect that was not previously noted for this species. The map of predicted abundance indicated a large area of concentrated abundance in west-central Wisconsin, with smaller areas of high abundance along the northern periphery of the Prairie Hardwood Transition. This map of predicted abundance compared favorably with independent evaluation data sets and can thus be used to inform regional planning efforts devoted to conserving this species.

Why we need new spectacles: Mapping the experiential dimension in prehistoric Cretan landscapes

The Bronze to Iron Age transition in Crete, a period of state collapse and insecurity, saw the island's rugged, high-contrast topography used in striking new ways. The visual drama of many of the new site locations has stimulated significant research over the last hundred years, with explanation of the change as the main focus. The new sites are not monumental in character: the vast majority are settlements, and much of the information about them comes from survey. Perhaps as a result, the new site map has not been much studied from phenomenological perspectives. A focus on the visual and experiential aspects of the new landscape can offer valuable insights into social structures at this period, and illuminate social developments prefiguring the emergence of polis states in Crete by c. 700 BC. To develop, share and evaluate this type of integrated study, digital reconstructive techniques are still under-used in this region. I highlight their potential value in addressing a regularly-identified shortcoming of phenomenological approaches-their necessarily subjective emphasis.

Geochemical mapping of carbonate sediments in the Makgadikgadi basin, Botswana using moderate resolution remote sensing data

This paper maps the carbonate geochemistry of the Makgadikgadi Pans region of northern Botswana from moderate resolution (500 m pixels) remotely sensed data, to assess the impact of various geomorphological processes on surficial carbonate distribution. Previous palaeo-environmental studies have demonstrated that the pans have experienced several highstands during the Quaternary, forming calcretes around shoreline embayments. The pans are also a significant regional source of dust, and some workers have suggested that surficial carbonate distributions may be controlled, in part, by wind regime. Field studies of carbonate deposits in the region have also highlighted the importance of fluvial and groundwater processes in calcrete formation. However, due to the large area involved and problems of accessibility, the carbonate distribution across the entire Makgadikgadi basin remains poorly understood. The MODIS instrument permits mapping of carbonate distribution over large areas; comparison with estimates from Landsat Thematic Mapper data show reasonable agreement, and there is good agreement with estimates from laboratory analysis of field samples. The results suggest that palaeo-lake highstands, reconstructed here using the SRTM 3 arc-second digital elevation model, have left behind surficial carbonate deposits, which can be mapped by the MODIS instrument. Copyright (c) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Mapping the spatial distribution of geomorphological processes in the Okstindan area of northern Norway, using Geomorphic Process Units as derived from remote sensing and ground survey

The delineation of Geomorphic Process Units (GPUs) aims to quantify past, current and future geomorphological processes and the sediment flux associated with them. Five GPUs have been identified for the Okstindan area of northern Norway and these were derived from the combination of Landsat satellite imagery (TM and ETM+) with stereo aerial photographs (used to construct a Digital Elevation Model) and ground survey. The Okstindan study area is sub-arctic and mountainous and is dominated by glacial and periglacial processes. The GPUs exclude the glacial system (some 37% of the study area) and hence they are focussed upon periglacial and colluvial processes. The identified GPUs are: 1. solifluction and rill erosion; 2. talus creep, slope wash and rill erosion; 3. accumulation of debris by rock and boulder fall; 4. rockwalls; and 5. stable ground with dissolved transport. The GPUs have been applied to a ‘test site’ within the study area in order to illustrate their potential for mapping the spatial distribution of geomorphological processes. The test site within the study area is a catchment which is representative of the range of geomorphological processes identified.