Underwater SLAM in a marina environment

This paper describes a navigation system for autonomous underwater vehicles (AUVs) in partially structured environments, such as dams, harbors, marinas or marine platforms. A mechanical scanning imaging sonar is used to obtain information about the location of planar structures present in such environments. A modified version of the Hough transform has been developed to extract line features, together with their uncertainty, from the continuous sonar dataflow. The information obtained is incorporated into a feature-based SLAM algorithm running an Extended Kalman Filter (EKF). Simultaneously, the AUV's position estimate is provided to the feature extraction algorithm to correct the distortions that the vehicle motion produces in the acoustic images. Experiments carried out in a marina located in the Costa Brava (Spain) with the Ictineu AUV show the viability of the proposed approach

An overview of the advantages and constraints of coded pattern projection techniques for autonomous navigation

The absolute necessity of obtaining 3D information of structured and unknown environments in autonomous navigation reduce considerably the set of sensors that can be used. The necessity to know, at each time, the position of the mobile robot with respect to the scene is indispensable. Furthermore, this information must be obtained in the least computing time. Stereo vision is an attractive and widely used method, but, it is rather limited to make fast 3D surface maps, due to the correspondence problem. The spatial and temporal correspondence among images can be alleviated using a method based on structured light. This relationship can be directly found codifying the projected light; then each imaged region of the projected pattern carries the needed information to solve the correspondence problem. We present the most significant techniques, used in recent years, concerning the coded structured light method

Tipificación de las válvulas mitrales normales y con insuficiencia por ecocardiografía tridimensional en adultos

La patología de la válvula mitral tiene gran prevalencia dentro de la enfermedad cardiaca. Con nuevas técnicas diagnósticas se perfecciona la caracterización de la válvula mitral y la ecocardiografía tridimensional tras esofágica, ha permitido obtener mejor información acerca de la patología valvular mitral. Objetivo principal : describir estructural y anatómicamente la válvula mitral, sus medidas y relaciones espaciales tridimensionales, en pacientes catalogados con válvula normal comparándolos con pacientes con insuficiencia mitral; en estudios realizados mediante ecocardiografía tras esofágica tridimensional. Materiales y métodos : estudio descriptivo, prospectivo con una serie de casos de válvulas mitrales normales comparadas con insuficientes : Obtención - Imagen tras esofágica 3D en tiempo real - Análisis y procesamiento de la imagen - Reconstrucción Tridimensional. Obtención de las diferentes medidas anatómicas estructurales que servirán para la tipificación de la válvula mitral en 3D. Análisis descriptivo : se utilizarán distribuciones de frecuencia y distribuciones porcentuales y en las variables de tipo cuantitativo medidas de tendencia central y medidas de variabilidad y dispersión. Resultados : se evaluaron durante el periodo de tiempo comprendido entre junio de 2008 y agosto de 2009 un total de 113 pacientes en total, encontrando claras diferencias en la estructura de las insuficiencias por prolapso. No hubo diferenciación en las cardiopatía isquémica vs dilatada. Conclusión : en el prolapso mitral aporta datos en la identificación etiológica ya sea degenerativa fibroelástica o enfermedad de Barlow. No hay diferencia significativa en la estructura que ayude caracterizar cardiopatía isquémica vs cardiopatía dilatada.

El problema de Alhacén

El presente documento es un estudio detallado del problema conocido bajo el título de Problema de Alhacén. Este problema fue formulado en el siglo X por el filósofo y matemático árabe conocido en occidente bajo el nombre de Alhacén. El documento hace una breve presentación del filósofo y una breve reseña de su trascendental tratado de óptica Kitab al-Manazir. A continuación el documento se detiene a estudiar cuidadosamente los lemas requeridos para enfrentar el problema y se presentan las soluciones para el caso de los espejos esféricos (convexos y cóncavos), cilíndricos y cónicos. También se ofrece una conjetura que habría de explicar la lógica del descubrimiento implícita en la solución que ofreció Alhacén. Tanto los lemas como las soluciones se han modelado en los software de geometría dinámica Cabri II-Plus y Cabri 3-D. El lector interesado en seguir dichas modelaciones debe contar con los programas mencionados para adelantar la lectura de los archivos. En general, estas presentaciones constan de tres partes: (i) formulación del problema (se formula en forma concisa el problema); (ii) esquema general de la construcción (se presentan los pasos esenciales que conducen a la construcción solicitada y las construcciones auxiliares que demanda el problema), esta parte se puede seguir en los archivos de Cabri; y (iii) demostración (se ofrece la justificación detallada de la construcción requerida). Los archivos en Cabri II plus cuentan con botones numerados que pueden activarse haciendo “Click” sobre ellos. La numeración corresponde a la numeración presente en el documento. El lector puede desplazar a su antojo los puntos libres que pueden reconocerse porque ellos se distinguen con la siguiente marca (º). Los puntos restantes no pueden modificarse pues son el resultado de construcciones adelantadas y ajustadas a los protocolos recomendados en el esquema general.

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

Texture recognition under varying imaging geometries

La visió és probablement el nostre sentit més dominant a partir del qual derivem la majoria d'informació del món que ens envolta. A través de la visió podem percebre com són les coses, on són i com es mouen. En les imatges que percebem amb el nostre sistema de visió podem extreure'n característiques com el color, la textura i la forma, i gràcies a aquesta informació som capaços de reconèixer objectes fins i tot quan s'observen sota unes condicions totalment diferents. Per exemple, som capaços de distingir un mateix objecte si l'observem des de diferents punts de vista, distància, condicions d'il·luminació, etc. La Visió per Computador intenta emular el sistema de visió humà mitjançant un sistema de captura d'imatges, un ordinador, i un conjunt de programes. L'objectiu desitjat no és altre que desenvolupar un sistema que pugui entendre una imatge d'una manera similar com ho realitzaria una persona. Aquesta tesi es centra en l'anàlisi de la textura per tal de realitzar el reconeixement de superfícies. La motivació principal és resoldre el problema de la classificació de superfícies texturades quan han estat capturades sota diferents condicions, com ara distància de la càmera o direcció de la il·luminació. D'aquesta forma s'aconsegueix reduir els errors de classificació provocats per aquests canvis en les condicions de captura. En aquest treball es presenta detalladament un sistema de reconeixement de textures que ens permet classificar imatges de diferents superfícies capturades en diferents condicions. El sistema proposat es basa en un model 3D de la superfície (que inclou informació de color i forma) obtingut mitjançant la tècnica coneguda com a 4-Source Colour Photometric Stereo (CPS). Aquesta informació és utilitzada posteriorment per un mètode de predicció de textures amb l'objectiu de generar noves imatges 2D de les textures sota unes noves condicions. Aquestes imatges virtuals que es generen seran la base del nostre sistema de reconeixement, ja que seran utilitzades com a models de referència per al nostre classificador de textures. El sistema de reconeixement proposat combina les Matrius de Co-ocurrència per a l'extracció de característiques de textura, amb la utilització del Classificador del veí més proper. Aquest classificador ens permet al mateix temps aproximar la direcció d'il·luminació present en les imatges que s'utilitzen per testejar el sistema de reconeixement. És a dir, serem capaços de predir l'angle d'il·luminació sota el qual han estat capturades les imatges de test. Els resultats obtinguts en els diferents experiments que s'han realitzat demostren la viabilitat del sistema de predicció de textures, així com del sistema de reconeixement.

VLSI architecture for motion estimation in underwater imaging

El treball desenvolupat en aquesta tesi aprofundeix i aporta solucions innovadores en el camp orientat a tractar el problema de la correspondència en imatges subaquàtiques. En aquests entorns, el que realment complica les tasques de processat és la falta de contorns ben definits per culpa d'imatges esborronades; un fet aquest que es deu fonamentalment a il·luminació deficient o a la manca d'uniformitat dels sistemes d'il·luminació artificials. Els objectius aconseguits en aquesta tesi es poden remarcar en dues grans direccions. Per millorar l'algorisme d'estimació de moviment es va proposar un nou mètode que introdueix paràmetres de textura per rebutjar falses correspondències entre parells d'imatges. Un seguit d'assaigs efectuats en imatges submarines reals han estat portats a terme per seleccionar les estratègies més adients. Amb la finalitat d'aconseguir resultats en temps real, es proposa una innovadora arquitectura VLSI per la implementació d'algunes parts de l'algorisme d'estimació de moviment amb alt cost computacional.

Molecular interactions between the penetration enhancer 1,8-cineole and human skin

Penetration enhancers are chemicals that temporarily and reversibly diminish the barrier function of the outermost layer of skin, the stratum corneum, to facilitate drug delivery to and through the tissue. In the current study, the complex mechanisms by which 1,8-cineole, a potent terpene penetration enhancer, disrupts the stratum corneum barrier is investigated using post-mortem skin samples. In order to validate the use of excised tissue for these and related studies, a fibre optical probe coupled to an FT-Raman spectrometer compared spectroscopic information for human skin recorded from in vivo and in vitro sampling arrangements. Spectra from full-thickness (epidermis and dermis) post-mortem skin samples presented to the spectrometer with minimal sample preparation (cold acetone rinse) were compared with the in vivo system (the forearms of human volunteers). No significant differences in the Raman spectra between the in vivo and in vitro samples were observed, endorsing the use of post-mortem or surgical samples for this investigational work. Treating post-mortem samples with the penetration enhancer revealed some unexpected findings: while evidence for enhancer-induced disruption of the barrier lipid packing in the stratum corneum was detected in some samples, spectra from other samples revealed an increase in lipid order on treatment with the permeation promoter. These findings are consistent with phase-separation of the enhancer within the barrier lipid domains as opposed to homogeneous disruption of the lipid lamellae. Copyright (C) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

Fusing data-mining and knowledge elicitation for the supervisory control of an aluminium plate mill

Knowledge-elicitation is a common technique used to produce rules about the operation of a plant from the knowledge that is available from human expertise. Similarly, data-mining is becoming a popular technique to extract rules from the data available from the operation of a plant. In the work reported here knowledge was required to enable the supervisory control of an aluminium hot strip mill by the determination of mill set-points. A method was developed to fuse knowledge-elicitation and data-mining to incorporate the best aspects of each technique, whilst avoiding known problems. Utilisation of the knowledge was through an expert system, which determined schedules of set-points and provided information to human operators. The results show that the method proposed in this paper was effective in producing rules for the on-line control of a complex industrial process.

Stars in their eyes: what eye-tracking reveal about multimedia perceptual quality

Perceptual multimedia quality is of paramount importance to the continued take-up and proliferation of multimedia applications: users will not use and pay for applications if they are perceived to be of low quality. Whilst traditionally distributed multimedia quality has been characterised by Quality of Service (QoS) parameters, these neglect the user perspective of the issue of quality. In order to redress this shortcoming, we characterise the user multimedia perspective using the Quality of Perception (QoP) metric, which encompasses not only a user’s satisfaction with the quality of a multimedia presentation, but also his/her ability to analyse, synthesise and assimilate informational content of multimedia. In recognition of the fact that monitoring eye movements offers insights into visual perception, as well as the associated attention mechanisms and cognitive processes, this paper reports on the results of a study investigating the impact of differing multimedia presentation frame rates on user QoP and eye path data. Our results show that provision of higher frame rates, usually assumed to provide better multimedia presentation quality, do not significantly impact upon the median coordinate value of eye path data. Moreover, higher frame rates do not significantly increase level of participant information assimilation, although they do significantly improve overall user enjoyment and quality perception of the multimedia content being shown.

Verbs in space: axis and direction of motion norms for 299 English verbs

A strong body of work has explored the interaction between visual perception and language comprehension; for example, recent studies exploring predictions from embodied cognition have focused particularly on the common representation of sensory—motor and semantic information. Motivated by this background, we provide a set of norms for the axis and direction of motion implied in 299 English verbs, collected from approximately 100 native speakers of British English. Until now, there have been no freely available norms of this kind for a large set of verbs that can be used in any area of language research investigating the semantic representation of motion. We have used these norms to investigate the interaction between language comprehension and low-level visual processes involved in motion perception, validating the norming procedure’s ability to capture the motion content of individual verbs. Supplemental materials for this study may be downloaded from brm.psychonomic-journals.org/content/supplemental.

Mapping low- and high-density clouds in astrophysical nebulae by imaging forbidden line emission

Emission line ratios have been essential for determining physical parameters such as gas temperature and density in astrophysical gaseous nebulae. With the advent of panoramic spectroscopic devices, images of regions with emission lines related to these physical parameters can, in principle, also be produced. We show that, with observations from modern instruments, it is possible to transform images taken from density-sensitive forbidden lines into images of emission from high- and low-density clouds by applying a transformation matrix. In order to achieve this, images of the pairs of density-sensitive lines as well as the adjacent continuum have to be observed and combined. We have computed the critical densities for a series of pairs of lines in the infrared, optical, ultraviolet and X-rays bands, and calculated the pair line intensity ratios in the high- and low-density limit using a four- and five-level atom approximation. In order to illustrate the method, we applied it to Gemini Multi-Object Spectrograph (GMOS) Integral Field Unit (GMOS-IFU) data of two galactic nuclei. We conclude that this method provides new information of astrophysical interest, especially for mapping low- and high-density clouds; for this reason, we call it `the ld/hd imaging method`.

Topological triangle characterization with application to object detection from images

A novel mathematical framework inspired on Morse Theory for topological triangle characterization in 2D meshes is introduced that is useful for applications involving the creation of mesh models of objects whose geometry is not known a priori. The framework guarantees a precise control of topological changes introduced as a result of triangle insertion/removal operations and enables the definition of intuitive high-level operators for managing the mesh while keeping its topological integrity. An application is described in the implementation of an innovative approach for the detection of 2D objects from images that integrates the topological control enabled by geometric modeling with traditional image processing techniques. (C) 2008 Published by Elsevier B.V.

Design of associative memories using cellular neural networks

Cellular neural networks (CNNs) have locally connected neurons. This characteristic makes CNNs adequate for hardware implementation and, consequently, for their employment on a variety of applications as real-time image processing and construction of efficient associative memories. Adjustments of CNN parameters is a complex problem involved in the configuration of CNN for associative memories. This paper reviews methods of associative memory design based on CNNs, and provides comparative performance analysis of these approaches.

Fractal dimension applied to plant identification

This article discusses methods to identify plants by analysing leaf complexity based on estimating their fractal dimension. Leaves were analyzed according to the complexity of their internal and external shapes. A computational program was developed to process, analyze and extract the features of leaf images, thereby allowing for automatic plant identification. Results are presented from two experiments, the first to identify plant species from the Brazilian Atlantic forest and Brazilian Cerrado scrublands, using fifty leaf samples from ten different species, and the second to identify four different species from genus Passiflora, using twenty leaf samples for each class. A comparison is made of two methods to estimate fractal dimension (box-counting and multiscale Minkowski). The results are discussed to determine the best approach to analyze shape complexity based on the performance of the technique, when estimating fractal dimension and identifying plants. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.