A Largest Matching Area Approach to Image Denoising

Given the success of patch-based approaches to image denoising,this paper addresses the ill-posed problem of patch size selection.Large patch sizes improve noise robustness in the presence of good matches, but can also lead to artefacts in textured regions due to the rare patch effect; smaller patch sizes reconstruct details more accurately but risk over-fitting to the noise in uniform regions. We propose to jointly optimize each matching patch’s identity and size for gray scale image denoising, and present several implementations.The new approach effectively selects the largest matching areas, subject to the constraints of the available data and noise level, to improve noise robustness. Experiments on standard test images demonstrate our approach’s ability to improve on fixed-size reconstruction, particularly at high noise levels, on smoother image regions.

Identification of image attributes that are most affected with changes in displayed image size

This paper describes an investigation of changes in image appearance when images are viewed at different image sizes on a high-end LCD device. Two digital image capturing devices of different overall image quality were used for recording identical natural scenes with a variety of pictorial contents. From each capturing device, a total of sixty four captured scenes, including architecture, nature, portraits, still and moving objects and artworks under various illumination conditions and recorded noise level were selected. The test set included some images where camera shake was purposefully introduced. An achromatic version of the image set that contained only lightness information was obtained by processing the captured images in CIELAB space. Rank order experiments were carried out to determine which image attribute(s) were most affected when the displayed image size was altered. These evaluations were carried out for both chromatic and achromatic versions of the stimuli. For the achromatic stimuli, attributes such as contrast, brightness, sharpness and noisiness were rank-ordered by the observers in terms of the degree of change. The same attributes, as well as hue and colourfulness, were investigated for the chromatic versions of the stimuli. Results showed that sharpness and contrast were the two most affected attributes with changes in displayed image size. The ranking of the remaining attributes varied with image content and illumination conditions. Further, experiments were carried out to link original scene content to the attributes that changed mostly with changes in image size.

Apprentissage de représentations sur-complètes par entraînement d’auto-encodeurs

Les avancés dans le domaine de l’intelligence artificielle, permettent à des systèmes informatiques de résoudre des tâches de plus en plus complexes liées par exemple à la vision, à la compréhension de signaux sonores ou au traitement de la langue. Parmi les modèles existants, on retrouve les Réseaux de Neurones Artificiels (RNA), dont la popularité a fait un grand bond en avant avec la découverte de Hinton et al. [22], soit l’utilisation de Machines de Boltzmann Restreintes (RBM) pour un pré-entraînement non-supervisé couche après couche, facilitant grandement l’entraînement supervisé du réseau à plusieurs couches cachées (DBN), entraînement qui s’avérait jusqu’alors très difficile à réussir. Depuis cette découverte, des chercheurs ont étudié l’efficacité de nouvelles stratégies de pré-entraînement, telles que l’empilement d’auto-encodeurs traditionnels(SAE) [5, 38], et l’empilement d’auto-encodeur débruiteur (SDAE) [44]. C’est dans ce contexte qu’a débuté la présente étude. Après un bref passage en revue des notions de base du domaine de l’apprentissage machine et des méthodes de pré-entraînement employées jusqu’à présent avec les modules RBM, AE et DAE, nous avons approfondi notre compréhension du pré-entraînement de type SDAE, exploré ses différentes propriétés et étudié des variantes de SDAE comme stratégie d’initialisation d’architecture profonde. Nous avons ainsi pu, entre autres choses, mettre en lumière l’influence du niveau de bruit, du nombre de couches et du nombre d’unités cachées sur l’erreur de généralisation du SDAE. Nous avons constaté une amélioration de la performance sur la tâche supervisée avec l’utilisation des bruits poivre et sel (PS) et gaussien (GS), bruits s’avérant mieux justifiés que celui utilisé jusqu’à présent, soit le masque à zéro (MN). De plus, nous avons démontré que la performance profitait d’une emphase imposée sur la reconstruction des données corrompues durant l’entraînement des différents DAE. Nos travaux ont aussi permis de révéler que le DAE était en mesure d’apprendre, sur des images naturelles, des filtres semblables à ceux retrouvés dans les cellules V1 du cortex visuel, soit des filtres détecteurs de bordures. Nous aurons par ailleurs pu montrer que les représentations apprises du SDAE, composées des caractéristiques ainsi extraites, s’avéraient fort utiles à l’apprentissage d’une machine à vecteurs de support (SVM) linéaire ou à noyau gaussien, améliorant grandement sa performance de généralisation. Aussi, nous aurons observé que similairement au DBN, et contrairement au SAE, le SDAE possédait une bonne capacité en tant que modèle générateur. Nous avons également ouvert la porte à de nouvelles stratégies de pré-entraînement et découvert le potentiel de l’une d’entre elles, soit l’empilement d’auto-encodeurs rebruiteurs (SRAE).

Exposition au bruit dans une installation gazière

L'étude vise à évaluer l'exposition professionnelle au bruit des travailleurs d'une plateforme gazière en Algérie et à mettre en évidence des déterminants influençant cette exposition. Des groupes d'exposition homogène (GEH) ont été constitués sur la base de ressemblances quant à l'exposition au bruit, aux titres d'emploi et aux lieux de travail. Deux stratégies d'échantillonnage ont été suivies, la première selon la norme internationale ISO 9612 : 2009 et la seconde selon la stratégie aléatoire de l'AIHA. Pour les deux approches, les niveaux de bruit (Lex, 8h, niveaux d'exposition au bruit pondéré (A) ajustés à une journée de travail de 8 heures) des opérateurs et des superviseurs étaient généralement > 85 dB(A) alors que pour les techniciens-tableau, les niveaux de bruit (Lex, 8h) étaient en tout temps < 85 dB(A). Pour les trois GEH du titre d'emploi des maintenanciers, il y a eu régulièrement des dépassements de la valeur de référence. Plusieurs travailleurs oeuvrant sur les plateformes gazières sont exposés à des niveaux importants de bruit et sont à risque de développer des problèmes auditifs.

Alignement de phrases parallèles dans des corpus bruités

La traduction statistique requiert des corpus parallèles en grande quantité. L’obtention de tels corpus passe par l’alignement automatique au niveau des phrases. L’alignement des corpus parallèles a reçu beaucoup d’attention dans les années quatre vingt et cette étape est considérée comme résolue par la communauté. Nous montrons dans notre mémoire que ce n’est pas le cas et proposons un nouvel aligneur que nous comparons à des algorithmes à l’état de l’art. Notre aligneur est simple, rapide et permet d’aligner une très grande quantité de données. Il produit des résultats souvent meilleurs que ceux produits par les aligneurs les plus élaborés. Nous analysons la robustesse de notre aligneur en fonction du genre des textes à aligner et du bruit qu’ils contiennent. Pour cela, nos expériences se décomposent en deux grandes parties. Dans la première partie, nous travaillons sur le corpus BAF où nous mesurons la qualité d’alignement produit en fonction du bruit qui atteint les 60%. Dans la deuxième partie, nous travaillons sur le corpus EuroParl où nous revisitons la procédure d’alignement avec laquelle le corpus Europarl a été préparé et montrons que de meilleures performances au niveau des systèmes de traduction statistique peuvent être obtenues en utilisant notre aligneur.

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray

Digitales stochastisches Magnetfeld-Sensorarray Stefan Rohrer Im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes, gefördert von der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG), wurden am Institut für Mikroelektronik (IPM) der Universität Kassel digitale Magnetfeldsensoren mit einer Breite bis zu 1 µm entwickelt. Die vorliegende Dissertation stellt ein aus diesem Forschungsprojekt entstandenes Magnetfeld-Sensorarray vor, das speziell dazu entworfen wurde, um digitale Magnetfelder schnell und auf minimaler Fläche mit einer guten räumlichen und zeitlichen Auflösung zu detektieren. Der noch in einem 1,0µm-CMOS-Prozess gefertigte Test-Chip arbeitet bis zu einer Taktfrequenz von 27 MHz bei einem Sensorabstand von 6,75 µm. Damit ist er das derzeit kleinste und schnellste digitale Magnetfeld-Sensorarray in einem Standard-CMOS-Prozess. Konvertiert auf eine 0,09µm-Technologie können Frequenzen bis 1 GHz erreicht werden bei einem Sensorabstand von unter 1 µm. In der Dissertation werden die wichtigsten Ergebnisse des Projekts detailliert beschrieben. Basis des Sensors ist eine rückgekoppelte Inverter-Anordnung. Als magnetfeldsensitives Element dient ein auf dem Hall-Effekt basierender Doppel-Drain-MAGFET, der das Verhalten der Kippschaltung beeinflusst. Aus den digitalen Ausgangsdaten kann die Stärke und die Polarität des Magnetfelds bestimmt werden. Die Gesamtanordnung bildet einen stochastischen Magnetfeld-Sensor. In der Arbeit wird ein Modell für das Kippverhalten der rückgekoppelten Inverter präsentiert. Die Rauscheinflüsse des Sensors werden analysiert und in einem stochastischen Differentialgleichungssystem modelliert. Die Lösung der stochastischen Differentialgleichung zeigt die Entwicklung der Wahrscheinlichkeitsverteilung des Ausgangssignals über die Zeit und welche Einflussfaktoren die Fehlerwahrscheinlichkeit des Sensors beeinflussen. Sie gibt Hinweise darauf, welche Parameter für das Design und Layout eines stochastischen Sensors zu einem optimalen Ergebnis führen. Die auf den theoretischen Berechnungen basierenden Schaltungen und Layout-Komponenten eines digitalen stochastischen Sensors werden in der Arbeit vorgestellt. Aufgrund der technologisch bedingten Prozesstoleranzen ist für jeden Detektor eine eigene kompensierende Kalibrierung erforderlich. Unterschiedliche Realisierungen dafür werden präsentiert und bewertet. Zur genaueren Modellierung wird ein SPICE-Modell aufgestellt und damit für das Kippverhalten des Sensors eine stochastische Differentialgleichung mit SPICE-bestimmten Koeffizienten hergeleitet. Gegenüber den Standard-Magnetfeldsensoren bietet die stochastische digitale Auswertung den Vorteil einer flexiblen Messung. Man kann wählen zwischen schnellen Messungen bei reduzierter Genauigkeit und einer hohen lokalen Auflösung oder einer hohen Genauigkeit bei der Auswertung langsam veränderlicher Magnetfelder im Bereich von unter 1 mT. Die Arbeit präsentiert die Messergebnisse des Testchips. Die gemessene Empfindlichkeit und die Fehlerwahrscheinlichkeit sowie die optimalen Arbeitspunkte und die Kennliniencharakteristik werden dargestellt. Die relative Empfindlichkeit der MAGFETs beträgt 0,0075/T. Die damit erzielbaren Fehlerwahrscheinlichkeiten werden in der Arbeit aufgelistet. Verglichen mit dem theoretischen Modell zeigt das gemessene Kippverhalten der stochastischen Sensoren eine gute Übereinstimmung. Verschiedene Messungen von analogen und digitalen Magnetfeldern bestätigen die Anwendbarkeit des Sensors für schnelle Magnetfeldmessungen bis 27 MHz auch bei kleinen Magnetfeldern unter 1 mT. Die Messungen der Sensorcharakteristik in Abhängigkeit von der Temperatur zeigen, dass die Empfindlichkeit bei sehr tiefen Temperaturen deutlich steigt aufgrund der Abnahme des Rauschens. Eine Zusammenfassung und ein ausführliches Literaturverzeichnis geben einen Überblick über den Stand der Technik.

Desenvolupament de mètodes de predicció de soroll i anàlisi de l'impacte acústic produït pel trànsit viari i el ferrocarril en la ciutat de Girona

La feina feta en aquest treball de tesis s'ha desenvolupat a partir de tres objectius vertebradors, que fonamentalment són: ·El primer dels objectius d'aquest treball de tesis és presentar un recull dels factors que intervenen en l'acústica urbanística: soroll produït pels diferents vehicles, fórmules de predicció de soroll, geometria dels edificis... , tot estudiant els seus efectes en la ciutat de Girona. ·Un altre objectiu ha estat desenvolupar uns mètodes numèrics propis, contrastats experimentalment i extrapolables a qualsevol entorn urbanístic, que permetin predir els valors de les pertorbacions acústiques produïdes pels diferents vehicles en diferents situacions, entre els que es destaquen: -Fórmula de predicció del soroll en un entorn urbà i la seva aplicació a Girona. -Càlcul de l'increment de soroll en un carrer provocat per les reflexions de les ones sonores en les façanes dels edificis. -Estudi del nivell de soroll en la boca de la cavitat d'un túnel produït pel pas del ferrocarril. -Determinació del soroll provocat pel pas d'un tren sobre un viaducte. -Mètode de distribució i planificació del trànsit urbà per disminuir l'impacte acústic sobre la zona. ·El darrer objectiu consisteix en fer una descripció analítica de les principals fonts de soroll que afecten a la ciutat: el trànsit viari i el ferrocarril. Per realitzar aquests objectius s'ha disposat d'un banc de dades amb més de 2.000 mesures sonores de Girona (nivells equivalents de 10 minuts de durada). La metodologia seguida i els principis en que es fonamenta es detallen a l'inici de cada apartat. La finalitat de tots aquests estudis, no és altre que millorar el confort acústic, i la qualitat de vida, de les ciutats. Gairebé tots els grans nuclis de població del planeta es veuen afectats per una gravíssima problemàtica mediambiental, doncs a l'anomenada contaminació acústica cal afegir uns alts índexs de pol·lució atmosfèrica (altes concentracions de biòxid de carboni, generació d'illes de calor...). Aquesta situació, generalitzada arreu del planeta, ha propiciat l'aparició de mesures dràstiques consistents fonamentalment en restringir l'accés dels vehicles motoritzats als nuclis i zones centrals de les àrees urbanes. Precisament aquesta opció s'ha proposat per les zones interiors de Girona on l'elevada densitat de les edificacions deixa un escàs marge per plantejar la construcció de noves rutes o vies alternatives. Cal esmentar que tots els càlculs i teories que es desenvolupen en aquest treball de tesis reflecteixen la realitat acústica actual provocada pels diferents mitjans de transport. Molt possiblement, en un futur no massa llunyà, els nivells de soroll (dB) enregistrats en situacions de tràfic similar seran força menors. Són molts els factors que poden contribuir a aquesta disminució de la intensitat de les emissions sonores: reducció del fregament mecànic, augment del coeficient aerodinàmic, nous materials pels pneumàtics i l'asfalt ... Sense cap mena de dubte, però, una millora transcendental, i no només pel que fa al confort acústic sinó per l'ecosistema en general, seria potenciar la construcció de motors elèctrics o d'hidrogen. Aquests últims per exemple, a diferència dels motors de combustió, funcionen mitjançant piles de combustible que converteixen, amb molta netedat, el gas hidrogen en electricitat i possibiliten l'existència de vehicles no contaminants propulsats per motors elèctrics menys sorollosos. Així, al haver-hi menys fregament entre les parts mòbils del motor (no hi ha pistons ni cilindres) el soroll generat es reduiria considerablement.

Fine wire resistance thermometer amplifier for atmospheric measurements

An improved amplifier for atmospheric fine wire resistance thermometry is described. The amplifier uses a low excitation current (50 mu A). This is shown to ensure negligible self-heating of the low mass fine wire resistance sensor, compared with measured nocturnal surface air temperature fluctuations. The system provides sufficient amplification for a +/- 50 degrees C span using a +/- 5 V dynamic range analog-to-digital converter, with a noise level of less than 0.01 degrees C. A Kelvin four-wire connection cancels the effect of long lead resistances: a 50 m length of screened cable connecting the Reading design of fine wire thermometer to the amplifier produced no measurable temperature change at 12 bit resolution.

Thermopile radiometer signal conditioning for surface atmospheric radiation measurements

A highly stable microvolt amplifier for use with atmospheric broadband thermopile radiometers is described. The amplifier has a nominal gain of 500, for bipolar input signals in the range +/- 10 mV from a floating source. The noise level at the input is less than 5 mu V (at 100 k Omega input impedance), permitting instantaneous diffuse solar radiation measurements to 0.5 W m(-2) resolution with 12 bit analog to digital conversion. The temperature stability of gain is better than 5 ppm/degrees C (-4 to 20 degrees C). Averaged over a decade of use, the long term drift of the amplifier gain is less than similar to 0.02%/yr. As well as radiometers measuring solar and terrestrial radiations, the amplifier has also been successfully used with low level signals from thermocouples and ground heat flux plates.

Bahrain's Formula-1 racing circuit: energy and environmental considerations

The Bahrain International Circuit (BIC) and complex, at latitude 26.00N and longitude 51.54E, was built in 483 days and cost 150 million US$. The circuit consists of six different individual tracks with a 3.66 km outer track (involving 10 turns) and a 2.55 km inner track (having six turns). The complex has been designed to host a variety of other sporting activities. Fifty thousand spectators, including 10,500 in the main grandstand, can be accommodated simultaneously. State-of-the art on-site media and broadcast facilities are available. The noise level emitted from vehicles on the circuit during the Formula-1 event, on April 4th 2004, was acceptable and caused no physical disturbance to the fans in the VIP lounges or to scholars studying at the University of Bahrain's Shakeir Campus, which is only 1.5 km away from the circuit. The sound-intensity level (SIL) recorded on the balcony of the VIP lounge was 128 dB(A) and was 80 dB(A) inside the lounge. The calculated SIL immediately outside the lecture halls of the University of Bahrain was 70 dB(A) and 65 dB(A) within them. Thus racing at BIC can proceed without significantly disturbing the academic-learning process. The purchased electricity demand by the BIC complex peaked (at 4.5 MW) during the first Formula-1 event on April 4th 2004. The reverse-osmosis (RO) plant at the BIC provides 1000 m(3) of desalinated water per day for landscape irrigation. Renewable-energy inputs, (i.e., via solar and wind power), at the BIC could be harnessed to generate electricity for water desalination, air conditioning, lighting as well as for irrigation. If the covering of the BIC complex was covered by adhesively fixed modern photovoltaic cells, then similar to 1.2 MW of solar electricity could be generated. If two horizontal-axis, at 150 m height above the ground, three 75m bladed, wind turbines were to be installed at the BIC, then the output could reach 4 MW. Furthermore, if 10,000 Jojoba trees (a species renowned for having a low demand for water, needing only five irrigations per year in Bahrain and which remain green throughout the year) are planted near the circuit, then the local micro-climate would be improved with respect to human comfort as well as the local environment becoming cleaner.

Classification of lactose and mandelic acid THz spectra using subspace and wavelet-packet algorithms

This work compares classification results of lactose, mandelic acid and dl-mandelic acid, obtained on the basis of their respective THz transients. The performance of three different pre-processing algorithms applied to the time-domain signatures obtained using a THz-transient spectrometer are contrasted by evaluating the classifier performance. A range of amplitudes of zero-mean white Gaussian noise are used to artificially degrade the signal-to-noise ratio of the time-domain signatures to generate the data sets that are presented to the classifier for both learning and validation purposes. This gradual degradation of interferograms by increasing the noise level is equivalent to performing measurements assuming a reduced integration time. Three signal processing algorithms were adopted for the evaluation of the complex insertion loss function of the samples under study; a) standard evaluation by ratioing the sample with the background spectra, b) a subspace identification algorithm and c) a novel wavelet-packet identification procedure. Within class and between class dispersion metrics are adopted for the three data sets. A discrimination metric evaluates how well the three classes can be distinguished within the frequency range 0. 1 - 1.0 THz using the above algorithms.

Emission: a simple new technique to correct rainfall estimates from attenuation due to both the radome and heavy rainfall

We present a new technique for correcting errors in radar estimates of rainfall due to attenuation which is based on the fact that any attenuating target will itself emit, and that this emission can be detected by the increased noise level in the radar receiver. The technique is being installed on the UK operational network, and for the first time, allows radome attenuation to be monitored using the increased noise at the higher beam elevations. This attenuation has a large azimuthal dependence but for an old radome can be up to 4 dB for rainfall rates of just 2–4 mm/h. This effect has been neglected in the past, but may be responsible for significant errors in rainfall estimates and in radar calibrations using gauges. The extra noise at low radar elevations provides an estimate of the total path integrated attenuation of nearby storms; this total attenuation can then be used as a constraint for gate-by-gate or polarimetric correction algorithms.

A reprocessing for climate of sea surface temperature from the Along-Track Scanning Radiometers: a new retrieval scheme

We present a new coefficient-based retrieval scheme for estimation of sea surface temperature (SST) from the Along Track Scanning Radiometer (ATSR) instruments. The new coefficients are banded by total column water vapour (TCWV), obtained from numerical weather prediction analyses. TCWV banding reduces simulated regional retrieval biases to < 0.1 K compared to biases ~ 0.2 K for global coefficients. Further, detailed treatment of the instrumental viewing geometry reduces simulated view-angle related biases from ~ 0.1 K down to < 0.005 K for dual-view retrievals using channels at 11 and 12 μm. A novel analysis of trade-offs related to the assumed noise level when defining coefficients is undertaken, and we conclude that adding a small nominal level of noise (0.01 K) is optimal for our purposes. When applied to ATSR observations, some inter-algorithm biases appear as TCWV-related differences in SSTs estimated from different channel combinations. The final step in coefficient determination is to adjust the offset coefficient in each TCWV band to match results from a reference algorithm. This reference uses the dual-view observations of 3.7 and 11 μm. The adjustment is independent of in situ measurements, preserving independence of the retrievals. The choice of reference is partly motivated by uncertainty in the calibration of the 12 μm of Advanced ATSR. Lastly, we model the sensitivities of the new retrievals to changes to TCWV and changes in true SST, confirming that dual-view SSTs are most appropriate for climatological applications

Improved voice activity detection algorithm using wavelet and support vector machine

This paper proposes an improved voice activity detection (VAD) algorithm using wavelet and support vector machine (SVM) for European Telecommunication Standards Institution (ETS1) adaptive multi-rate (AMR) narrow-band (NB) and wide-band (WB) speech codecs. First, based on the wavelet transform, the original IIR filter bank and pitch/tone detector are implemented, respectively, via the wavelet filter bank and the wavelet-based pitch/tone detection algorithm. The wavelet filter bank can divide input speech signal into several frequency bands so that the signal power level at each sub-band can be calculated. In addition, the background noise level can be estimated in each sub-band by using the wavelet de-noising method. The wavelet filter bank is also derived to detect correlated complex signals like music. Then the proposed algorithm can apply SVM to train an optimized non-linear VAD decision rule involving the sub-band power, noise level, pitch period, tone flag, and complex signals warning flag of input speech signals. By the use of the trained SVM, the proposed VAD algorithm can produce more accurate detection results. Various experimental results carried out from the Aurora speech database with different noise conditions show that the proposed algorithm gives considerable VAD performances superior to the AMR-NB VAD Options 1 and 2, and AMR-WB VAD. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Induktiv provning av ferritiskt rostfritt stå

The report examines the factors which may be a contributing cause to the problems that are present when ferritic stainless steel are eddy current tested in a warm condition. The work is carried out at Fagersta Stainless AB in Fagersta which manufactures stainless steel wire. In the rolling mill there is an eddy current equipment for detection of surface defects on the wire. The ferritic stainless steels cause a noise when testing and this noise complicates the detection of defects.Because of this, a study was made of how the noise related to factors such as steel grade, temperature, size and velocity. By observing the signal and with the possibilities to change the equipment settings the capability to let a signal filter reduce the noise level were evaluated. Theories about the material's physical properties have also been included, mainly the magnetic properties, electrical conductivity and the material's tendency to oxidize.Results from the tests show that a number of factors do not affect the inductive test significantly and to use a filter to reduce the noise level does not seem to be a viable option. The level of noise does not relate to the presence of superficial particles in form of oxides.The ferritic stainless steels showed some difference in noise level. Which noise level there was did match well with the steels probability for a precipitation of a second phase, and precipitation of austenite may in this case contribute to noise when using an eddy current instrument.The noise is probably due to some physical material property that varies within the thread.