Geração automática de modelos digitais de superfícies utilizando múltiplas imagens

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

Reconstrução de contornos e cumeeiras de telhados de edifícios a partir de imagens aéreas de alta-resolução e poliedros representativos de edifícios extraídos de dados LASER

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

Avaliação de uma técnica para geração de modelos digitais de superfície utilizando múltiplas imagens

The efficient generation of digital surface model (DSM) from optical images has been explored for many years and the results are dependent on the project characteristics (image resolution, size of overlap between images, among others), of the image matching techniques and the computer capabilities for the image processing. The points generated from image matching have a direct impact on the quality of the DSM and, consequently, influence the need for the costly step of edition. This work aims at assessing experimentally a technique for DSM generation by matching of multiple images (two or more) simultaneously using the vertical line locus method (VLL). The experiments were performed with six images of the urban area of Presidente Prudente/SP, with a ground sample distance (GSD) of approximately 7cm. DSMs of a small area with homogeneous texture, repetitive pattern, moving objects including shadows and trees were generated to assess the quality of the developed procedure. This obtained DSM was compared to cloud points acquired by LASER (Light Amplification by Simulated Emission of Radiation) scanning as wells as with a DSM generated by Leica Photogrammetric Suite (LPS) software. The accomplished results showed that the MDS generated by the implemented technique has a geometric quality compatible with the reference models.

Extração de dados de produtos em páginas de comércio eletrônico

Pós-graduação em Ciência da Computação - IBILCE

Utilização de imagens omnidirecionais georreferenciadas como controle de campo para orientação de imagens orbitais

Pós-graduação em Ciências Cartográficas - FCT

Caminhamento fotogramétrico com arranjo triangular de câmaras fotográficas

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Analysis of nonlinear dynamics of vocal folds using high-speed video observation and biomechanical modeling

Primary voice production occurs in the larynx through vibrational movements carried out by vocal folds. However, many problems can affect this complex system resulting in voice disorders. In this context, time-frequency-shape analysis based on embedding phase space plots and nonlinear dynamics methods have been used to evaluate the vocal fold dynamics during phonation. For this purpose, the present work used high-speed video to record the vocal fold movements of three subjects and extract the glottal area time series using an image segmentation algorithm. This signal is used for an optimization method which combines genetic algorithms and a quasi-Newton method to optimize the parameters of a biomechanical model of vocal folds based on lumped elements (masses, springs and dampers). After optimization, this model is capable of simulating the dynamics of recorded vocal folds and their glottal pulse. Bifurcation diagrams and phase space analysis were used to evaluate the behavior of this deterministic system in different circumstances. The results showed that this methodology can be used to extract some physiological parameters of vocal folds and reproduce some complex behaviors of these structures contributing to the scientific and clinical evaluation of voice production. (C) 2010 Elsevier Inc. All rights reserved.

Utilizzo metrico di immagini panoramiche satellitari CORONA

CAPITOLO 1 INTRODUZIONE Il lavoro presentato è relativo all’utilizzo a fini metrici di immagini satellitari storiche a geometria panoramica; in particolare sono state elaborate immagini satellitari acquisite dalla piattaforma statunitense CORONA, progettata ed impiegata essenzialmente a scopi militari tra gli anni ’60 e ’70 del secolo scorso, e recentemente soggette ad una declassificazione che ne ha consentito l’accesso anche a scopi ed utenti non militari. Il tema del recupero di immagini aeree e satellitari del passato è di grande interesse per un ampio spettro di applicazioni sul territorio, dall’analisi dello sviluppo urbano o in ambito regionale fino ad indagini specifiche locali relative a siti di interesse archeologico, industriale, ambientale. Esiste infatti un grandissimo patrimonio informativo che potrebbe colmare le lacune della documentazione cartografica, di per sé, per ovvi motivi tecnici ed economici, limitata a rappresentare l’evoluzione territoriale in modo asincrono e sporadico, e con “forzature” e limitazioni nel contenuto informativo legate agli scopi ed alle modalità di rappresentazione delle carte nel corso del tempo e per diversi tipi di applicazioni. L’immagine di tipo fotografico offre una rappresentazione completa, ancorché non soggettiva, dell’esistente e può complementare molto efficacemente il dato cartografico o farne le veci laddove questo non esista. La maggior parte del patrimonio di immagini storiche è certamente legata a voli fotogrammetrici che, a partire dai primi decenni del ‘900, hanno interessato vaste aree dei paesi più avanzati, o regioni di interesse a fini bellici. Accanto a queste, ed ovviamente su periodi più vicini a noi, si collocano le immagini acquisite da piattaforma satellitare, tra le quali rivestono un grande interesse quelle realizzate a scopo di spionaggio militare, essendo ad alta risoluzione geometrica e di ottimo dettaglio. Purtroppo, questo ricco patrimonio è ancora oggi in gran parte inaccessibile, anche se recentemente sono state avviate iniziative per permetterne l’accesso a fini civili, in considerazione anche dell’obsolescenza del dato e della disponibilità di altre e migliori fonti di informazione che il moderno telerilevamento ci propone. L’impiego di immagini storiche, siano esse aeree o satellitari, è nella gran parte dei casi di carattere qualitativo, inteso ad investigare sulla presenza o assenza di oggetti o fenomeni, e di rado assume un carattere metrico ed oggettivo, che richiederebbe tra l’altro la conoscenza di dati tecnici (per esempio il certificato di calibrazione nel caso delle camere aerofotogrammetriche) che sono andati perduti o sono inaccessibili. Va ricordato anche che i mezzi di presa dell’epoca erano spesso soggetti a fenomeni di distorsione ottica o altro tipo di degrado delle immagini che ne rendevano difficile un uso metrico. D’altra parte, un utilizzo metrico di queste immagini consentirebbe di conferire all’analisi del territorio e delle modifiche in esso intercorse anche un significato oggettivo che sarebbe essenziale per diversi scopi: per esempio, per potere effettuare misure su oggetti non più esistenti o per potere confrontare con precisione o co-registrare le immagini storiche con quelle attuali opportunamente georeferenziate. Il caso delle immagini Corona è molto interessante, per una serie di specificità che esse presentano: in primo luogo esse associano ad una alta risoluzione (dimensione del pixel a terra fino a 1.80 metri) una ampia copertura a terra (i fotogrammi di alcune missioni coprono strisce lunghe fino a 250 chilometri). Queste due caratteristiche “derivano” dal principio adottato in fase di acquisizione delle immagini stesse, vale a dire la geometria panoramica scelta appunto perché l’unica che consente di associare le due caratteristiche predette e quindi molto indicata ai fini spionaggio. Inoltre, data la numerosità e la frequenza delle missioni all’interno dell’omonimo programma, le serie storiche di questi fotogrammi permettono una ricostruzione “ricca” e “minuziosa” degli assetti territoriali pregressi, data appunto la maggior quantità di informazioni e l’imparzialità associabili ai prodotti fotografici. Va precisato sin dall’inizio come queste immagini, seppur rappresentino una risorsa “storica” notevole (sono datate fra il 1959 ed il 1972 e coprono regioni moto ampie e di grandissimo interesse per analisi territoriali), siano state molto raramente impiegate a scopi metrici. Ciò è probabilmente imputabile al fatto che il loro trattamento a fini metrici non è affatto semplice per tutta una serie di motivi che saranno evidenziati nei capitoli successivi. La sperimentazione condotta nell’ambito della tesi ha avuto due obiettivi primari, uno generale ed uno più particolare: da un lato il tentativo di valutare in senso lato le potenzialità dell’enorme patrimonio rappresentato da tali immagini (reperibili ad un costo basso in confronto a prodotti simili) e dall’altro l’opportunità di indagare la situazione territoriale locale per una zona della Turchia sud orientale (intorno al sito archeologico di Tilmen Höyük) sulla quale è attivo un progetto condotto dall’Università di Bologna (responsabile scientifico il Prof. Nicolò Marchetti del Dipartimento di Archeologia), a cui il DISTART collabora attivamente dal 2005. L’attività è condotta in collaborazione con l’Università di Istanbul ed il Museo Archeologico di Gaziantep. Questo lavoro si inserisce, inoltre, in un’ottica più ampia di quelle esposta, dello studio cioè a carattere regionale della zona in cui si trovano gli scavi archeologici di Tilmen Höyük; la disponibilità di immagini multitemporali su un ampio intervallo temporale, nonché di tipo multi sensore, con dati multispettrali, doterebbe questo studio di strumenti di conoscenza di altissimo interesse per la caratterizzazione dei cambiamenti intercorsi. Per quanto riguarda l’aspetto più generale, mettere a punto una procedura per il trattamento metrico delle immagini CORONA può rivelarsi utile all’intera comunità che ruota attorno al “mondo” dei GIS e del telerilevamento; come prima ricordato tali immagini (che coprono una superficie di quasi due milioni di chilometri quadrati) rappresentano un patrimonio storico fotografico immenso che potrebbe (e dovrebbe) essere utilizzato sia a scopi archeologici, sia come supporto per lo studio, in ambiente GIS, delle dinamiche territoriali di sviluppo di quelle zone in cui sono scarse o addirittura assenti immagini satellitari dati cartografici pregressi. Il lavoro è stato suddiviso in 6 capitoli, di cui il presente costituisce il primo. Il secondo capitolo è stato dedicato alla descrizione sommaria del progetto spaziale CORONA (progetto statunitense condotto a scopo di fotoricognizione del territorio dell’ex Unione Sovietica e delle aree Mediorientali politicamente correlate ad essa); in questa fase vengono riportate notizie in merito alla nascita e all’evoluzione di tale programma, vengono descritti piuttosto dettagliatamente gli aspetti concernenti le ottiche impiegate e le modalità di acquisizione delle immagini, vengono riportati tutti i riferimenti (storici e non) utili a chi volesse approfondire la conoscenza di questo straordinario programma spaziale. Nel terzo capitolo viene presentata una breve discussione in merito alle immagini panoramiche in generale, vale a dire le modalità di acquisizione, gli aspetti geometrici e prospettici alla base del principio panoramico, i pregi ed i difetti di questo tipo di immagini. Vengono inoltre presentati i diversi metodi rintracciabili in bibliografia per la correzione delle immagini panoramiche e quelli impiegati dai diversi autori (pochi per la verità) che hanno scelto di conferire un significato metrico (quindi quantitativo e non solo qualitativo come è accaduto per lungo tempo) alle immagini CORONA. Il quarto capitolo rappresenta una breve descrizione del sito archeologico di Tilmen Höyuk; collocazione geografica, cronologia delle varie campagne di studio che l’hanno riguardato, monumenti e suppellettili rinvenute nell’area e che hanno reso possibili una ricostruzione virtuale dell’aspetto originario della città ed una più profonda comprensione della situazione delle capitali del Mediterraneo durante il periodo del Bronzo Medio. Il quinto capitolo è dedicato allo “scopo” principe del lavoro affrontato, vale a dire la generazione dell’ortofotomosaico relativo alla zona di cui sopra. Dopo un’introduzione teorica in merito alla produzione di questo tipo di prodotto (procedure e trasformazioni utilizzabili, metodi di interpolazione dei pixel, qualità del DEM utilizzato), vengono presentati e commentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare le correlazioni fra gli stessi e le problematiche di diversa natura incontrate nella redazione di questo lavoro di tesi. Nel sesto ed ultimo capitolo sono contenute le conclusioni in merito al lavoro in questa sede presentato. Nell’appendice A vengono riportate le tabelle dei punti di controllo utilizzati in fase di orientamento esterno dei fotogrammi.

Methodologies for visual correspondence

Visual correspondence is a key computer vision task that aims at identifying projections of the same 3D point into images taken either from different viewpoints or at different time instances. This task has been the subject of intense research activities in the last years in scenarios such as object recognition, motion detection, stereo vision, pattern matching, image registration. The approaches proposed in literature typically aim at improving the state of the art by increasing the reliability, the accuracy or the computational efficiency of visual correspondence algorithms. The research work carried out during the Ph.D. course and presented in this dissertation deals with three specific visual correspondence problems: fast pattern matching, stereo correspondence and robust image matching. The dissertation presents original contributions to the theory of visual correspondence, as well as applications dealing with 3D reconstruction and multi-view video surveillance.

Inverse problems in classical and quantum physics

The subject of this thesis is in the area of Applied Mathematics known as Inverse Problems. Inverse problems are those where a set of measured data is analysed in order to get as much information as possible on a model which is assumed to represent a system in the real world. We study two inverse problems in the fields of classical and quantum physics: QCD condensates from tau-decay data and the inverse conductivity problem. Despite a concentrated effort by physicists extending over many years, an understanding of QCD from first principles continues to be elusive. Fortunately, data continues to appear which provide a rather direct probe of the inner workings of the strong interactions. We use a functional method which allows us to extract within rather general assumptions phenomenological parameters of QCD (the condensates) from a comparison of the time-like experimental data with asymptotic space-like results from theory. The price to be paid for the generality of assumptions is relatively large errors in the values of the extracted parameters. Although we do not claim that our method is superior to other approaches, we hope that our results lend additional confidence to the numerical results obtained with the help of methods based on QCD sum rules. EIT is a technology developed to image the electrical conductivity distribution of a conductive medium. The technique works by performing simultaneous measurements of direct or alternating electric currents and voltages on the boundary of an object. These are the data used by an image reconstruction algorithm to determine the electrical conductivity distribution within the object. In this thesis, two approaches of EIT image reconstruction are proposed. The first is based on reformulating the inverse problem in terms of integral equations. This method uses only a single set of measurements for the reconstruction. The second approach is an algorithm based on linearisation which uses more then one set of measurements. A promising result is that one can qualitatively reconstruct the conductivity inside the cross-section of a human chest. Even though the human volunteer is neither two-dimensional nor circular, such reconstructions can be useful in medical applications: monitoring for lung problems such as accumulating fluid or a collapsed lung and noninvasive monitoring of heart function and blood flow.

Long-term effect of intra-arterial thrombolysis in stroke

BACKGROUND AND PURPOSE: Thrombolysis has been shown to improve the 3-month outcome of patients with ischemic stroke, but knowledge of the long-term effect of thrombolysis is limited. METHODS: The present study compares the long-term outcome of stroke patients who were treated with intra-arterial thrombolysis (IAT) using urokinase with the outcome of patients treated with aspirin. The modified Rankin Scale (mRS) was used to assess the outcome; 173 patients treated with IAT and 261 patients treated with aspirin from the Bernese Stroke Data Bank were eligible for the study. A matching algorithm taking into account patient age and stroke severity on admission (as measured by the National Institute of Health Stroke Scale [NIHSS]) was used to assemble an IAT and an aspirin group. RESULTS: One hundred and forty-four patients treated with IAT and 147 patients treated with aspirin could be matched and included in the comparative analysis. The median NIHSS score was 14 in each group. At 2 years, 56% of the patients treated with IAT and 42% of the patients treated with aspirin achieved functional independence (mRS, 0 to 2; P=0.037). Clinical outcome was excellent (mRS, 0 to 1) in 40% of the IAT and in 24% of the aspirin patients (P=0.008). Mortality was 23% and 24%, respectively. CONCLUSIONS: The present study provides evidence for a sustained effect of IAT when assessed 2 years after the stroke.

[A-mode ultrasonic pointer for navigated pelvic surgery]

Surgical navigation has proven to be a minimally invasive procedure that enables precise surgical interventions with reduced exposure to irradiation for patient and personnel. Fluoroscopy-based modules have prevailed on the market. For certain operations of the pelvis computed tomography is necessary with its high imaging quality and considerably larger scan volume. To enable navigation in these cases, matching of the CT data set and the patient's real pelvic bone is essential. The common pair point-matching algorithm is complemented by the surface-matching algorithm to achieve an even higher overall precision of the system. For conventional surface matching with a solid pointer, the bone has to be exposed from soft tissue quite extensively, using a solid pointer. This conflicts with the claim of computer-assisted surgery to be minimally invasive. We integrated an A-mode ultrasonic pointer with the intention to perform extended surface matching on the pelvic bone noninvasively. Related to the conventional method, comparable and to some extent even improved precision conditions could be established.

Validation of a new method for determination of cup orientation in THA

Our goal was to validate accuracy, consistency, and reproducibility/reliability of a new method for determining cup orientation in total hip arthroplasty (THA). This method allows matching the 3D-model from CT images or slices with the projected pelvis on an anteroposterior pelvic radiograph using a fully automated registration procedure. Cup orientation (inclination and anteversion) is calculated relative to the anterior pelvic plane, corrected for individual malposition of the pelvis during radiograph acquisition. Measurements on blinded and randomized radiographs of 80 cadaver and 327 patient hips were investigated. The method showed a mean accuracy of 0.7 +/- 1.7 degrees (-3.7 degrees to 4.0 degrees) for inclination and 1.2 +/- 2.4 degrees (-5.3 degrees to 5.6 degrees) for anteversion in the cadaver trials and 1.7 +/- 1.7 degrees (-4.6 degrees to 5.5 degrees) for inclination and 0.9 +/- 2.8 degrees (-5.2 degrees to 5.7 degrees) for anteversion in the clinical data when compared to CT-based measurements. No systematic errors in accuracy were detected with the Bland-Altman analysis. The software consistency and the reproducibility/reliability were very good. This software is an accurate, consistent, reliable, and reproducible method to measure cup orientation in THA using a sophisticated 2D/3D-matching technique. Its robust and accurate matching algorithm can be expanded to statistical models.

Integration von 3D-Kamerasystemen am Gabelstapler

Dieser Beitrag beschreibt die Integration von laufzeitmessenden 3D Kamerasystemen in die Gabelzinkenspitzen eines Flurförderzeugs. Mit Hilfe der integrierten Kameras und deren ausgewerteter Aufnahmen wurde ein Assistenzsystem für die Handhabung von Ladungsträgern realisiert, das dem Fahrer des Flurförderzeugs Verfahrempfehlungen für die Optimierung der Relativposition zwischen Gabelzinken und Ladungsträger bzw. Lagerplatz ausgibt. Neben der Vorstellung der verwendeten Kamera-Hardware und der Integration am Fahrzeug wird auch der Ablauf der Bildverarbeitung beschrieben.

Symmetric inverse consistent nonlinear registration driven by mutual information.

A nonlinear viscoelastic image registration algorithm based on the demons paradigm and incorporating inverse consistent constraint (ICC) is implemented. An inverse consistent and symmetric cost function using mutual information (MI) as a similarity measure is employed. The cost function also includes regularization of transformation and inverse consistent error (ICE). The uncertainties in balancing various terms in the cost function are avoided by alternatively minimizing the similarity measure, the regularization of the transformation, and the ICE terms. The diffeomorphism of registration for preventing folding and/or tearing in the deformation is achieved by the composition scheme. The quality of image registration is first demonstrated by constructing brain atlas from 20 adult brains (age range 30-60). It is shown that with this registration technique: (1) the Jacobian determinant is positive for all voxels and (2) the average ICE is around 0.004 voxels with a maximum value below 0.1 voxels. Further, the deformation-based segmentation on Internet Brain Segmentation Repository, a publicly available dataset, has yielded high Dice similarity index (DSI) of 94.7% for the cerebellum and 74.7% for the hippocampus, attesting to the quality of our registration method.