Building Grounded Abstractions for Artificial Intelligence Programming

Most Artificial Intelligence (AI) work can be characterized as either ``high-level'' (e.g., logical, symbolic) or ``low-level'' (e.g., connectionist networks, behavior-based robotics). Each approach suffers from particular drawbacks. High-level AI uses abstractions that often have no relation to the way real, biological brains work. Low-level AI, on the other hand, tends to lack the powerful abstractions that are needed to express complex structures and relationships. I have tried to combine the best features of both approaches, by building a set of programming abstractions defined in terms of simple, biologically plausible components. At the ``ground level'', I define a primitive, perceptron-like computational unit. I then show how more abstract computational units may be implemented in terms of the primitive units, and show the utility of the abstract units in sample networks. The new units make it possible to build networks using concepts such as long-term memories, short-term memories, and frames. As a demonstration of these abstractions, I have implemented a simulator for ``creatures'' controlled by a network of abstract units. The creatures exist in a simple 2D world, and exhibit behaviors such as catching mobile prey and sorting colored blocks into matching boxes. This program demonstrates that it is possible to build systems that can interact effectively with a dynamic physical environment, yet use symbolic representations to control aspects of their behavior.

Fast Object Recognition in Noisy Images Using Simulated Annealing

A fast simulated annealing algorithm is developed for automatic object recognition. The normalized correlation coefficient is used as a measure of the match between a hypothesized object and an image. Templates are generated on-line during the search by transforming model images. Simulated annealing reduces the search time by orders of magnitude with respect to an exhaustive search. The algorithm is applied to the problem of how landmarks, for example, traffic signs, can be recognized by an autonomous vehicle or a navigating robot. The algorithm works well in noisy, real-world images of complicated scenes for model images with high information content.

Perceptually-based Comparison of Image Similarity Metrics

The image comparison operation ??sessing how well one image matches another ??rms a critical component of many image analysis systems and models of human visual processing. Two norms used commonly for this purpose are L1 and L2, which are specific instances of the Minkowski metric. However, there is often not a principled reason for selecting one norm over the other. One way to address this problem is by examining whether one metric better captures the perceptual notion of image similarity than the other. With this goal, we examined perceptual preferences for images retrieved on the basis of the L1 versus the L2 norm. These images were either small fragments without recognizable content, or larger patterns with recognizable content created via vector quantization. In both conditions the subjects showed a consistent preference for images matched using the L1 metric. These results suggest that, in the domain of natural images of the kind we have used, the L1 metric may better capture human notions of image similarity.

Uncertainty Propagation in Model-Based Recognition

Building robust recognition systems requires a careful understanding of the effects of error in sensed features. Error in these image features results in a region of uncertainty in the possible image location of each additional model feature. We present an accurate, analytic approximation for this uncertainty region when model poses are based on matching three image and model points, for both Gaussian and bounded error in the detection of image points, and for both scaled-orthographic and perspective projection models. This result applies to objects that are fully three- dimensional, where past results considered only two-dimensional objects. Further, we introduce a linear programming algorithm to compute the uncertainty region when poses are based on any number of initial matches. Finally, we use these results to extend, from two-dimensional to three- dimensional objects, robust implementations of alignmentt interpretation- tree search, and ransformation clustering.

Geometric Aspects of Visual Object Recognition

This thesis presents there important results in visual object recognition based on shape. (1) A new algorithm (RAST; Recognition by Adaptive Sudivisions of Tranformation space) is presented that has lower average-case complexity than any known recognition algorithm. (2) It is shown, both theoretically and empirically, that representing 3D objects as collections of 2D views (the "View-Based Approximation") is feasible and affects the reliability of 3D recognition systems no more than other commonly made approximations. (3) The problem of recognition in cluttered scenes is considered from a Bayesian perspective; the commonly-used "bounded-error errorsmeasure" is demonstrated to correspond to an independence assumption. It is shown that by modeling the statistical properties of real-scenes better, objects can be recognized more reliably.

“Unmixing” Tissue Gene Expression Signatures from Tumor Biopsies

Emergent molecular measurement methods, such as DNA microarray, qRTPCR, and many others, offer tremendous promise for the personalized treatment of cancer. These technologies measure the amount of specific proteins, RNA, DNA or other molecular targets from tumor specimens with the goal of “fingerprinting” individual cancers. Tumor specimens are heterogeneous; an individual specimen typically contains unknown amounts of multiple tissues types. Thus, the measured molecular concentrations result from an unknown mixture of tissue types, and must be normalized to account for the composition of the mixture. For example, a breast tumor biopsy may contain normal, dysplastic and cancerous epithelial cells, as well as stromal components (fatty and connective tissue) and blood and lymphatic vessels. Our diagnostic interest focuses solely on the dysplastic and cancerous epithelial cells. The remaining tissue components serve to “contaminate” the signal of interest. The proportion of each of the tissue components changes as a function of patient characteristics (e.g., age), and varies spatially across the tumor region. Because each of the tissue components produces a different molecular signature, and the amount of each tissue type is specimen dependent, we must estimate the tissue composition of the specimen, and adjust the molecular signal for this composition. Using the idea of a chemical mass balance, we consider the total measured concentrations to be a weighted sum of the individual tissue signatures, where weights are determined by the relative amounts of the different tissue types. We develop a compositional source apportionment model to estimate the relative amounts of tissue components in a tumor specimen. We then use these estimates to infer the tissuespecific concentrations of key molecular targets for sub-typing individual tumors. We anticipate these specific measurements will greatly improve our ability to discriminate between different classes of tumors, and allow more precise matching of each patient to the appropriate treatment

Influencia de las variables del sujeto y de la tarea en la formación de conceptos.

1. Estudiar el desempeño de los sujetos en tareas de formación de conceptos cuando éstas se presentan con diferente tipo de materia -abstracto o figurativo-, número de dimensiones -3 ó 5-, y esfuerzo requerido a la memoria, proporcionar ayuda o no al respecto. 2. Ver si la actuación de los niños es afectada por su nivel de desarrollo intelectual -medido por su CI- y por su estilo cognitivo -reflexividad-impulsividad y dependencia-independencia de campo-. 48 alumnos y 48 alumnas de tercero de EGB de un centro público de Sevilla. Pase de los distintos instrumentos para posteriormente realizar el cálculo estadístico. Prueba de formación de conceptos, en cuatro modalidades: material abstracto o figurativo, con o sin ayuda a la memoria; test de factor 'G' de Cattell y Cattell; Matching Familiar Figures test; Embedded Figures test. Técnicas estadísticas, BMDP. Comparando los sujetos de cursos distintos entrevistados con el mismo material, se observa que los estímulos figurativos los niños de sexto resuelven más problemas que los de tercero con un número de hipótesis nuevas por debajo del valor esperado bajo consistencia local. Lo mismo se manifiesta en el material abstracto, pero mucho más acentuado. En la eficacia con que los niños resuelven la tarea de formación de conceptos se manifiesta una interacción entre el curso y el tipo de material con que se les pone a prueba, resultando menos sofisticada la forma en que se enfrentan el material abstracto, especialmente en tercero. Las diferencias observadas no están en relación ni con el número de dimensiones del problema, ni con déficit en la memoria sino con las capacidades cognitivas de que disponen los niños.

Generación de hipótesis, desarrollo operatorio y estilos cognitivos : un estudio evolutivo.

1. Estudiar evolutivamente las estrategias cognitivas utilizadas por los niños para resolver situaciones de incertidumbre cognitiva. 2. Analizar la relación que existe entre el tipo de estrategias utilizadas y su evolución, por una parte, y el desarrollo intelectual y los estilos cognitivos por otro. 105 alumnos de EGB de Sevilla de centro privado. Test de fotografías fragmentadas; test de las 20 preguntas; Matching Familiar Figures; Embedded Figures test; factor 'G' de Cattell. Técnicas estadísticas. No se encuentra relación significativa entre el curso y DIC. Hay una disminución progresiva altamente significativa en las respuestas fragmentarias y un aumento simétrico progresivo también altamente significativo en las hipótesis globales, que son opuestas a las fragmentarias. 1. En situaciones de incertidumbre en las que la información aparece poco a poco, cuanto más desarrollados los niños, tanta más facilidad tendrán para conectar fragmentos de información y para generar hipótesis globales. 2. En situaciones de incertidumbre en las que toda la información aparece de una vez y la tarea consiste en detectar el elemento relevante del conjunto, cuanto más desarrollado sean los niños, tanta más facilidad tendrán para utilizar estrategias reductoras de incertidumbre adecuadas.

Positioning an underwater vehicle through image mosaicking

Mosaics have been commonly used as visual maps for undersea exploration and navigation. The position and orientation of an underwater vehicle can be calculated by integrating the apparent motion of the images which form the mosaic. A feature-based mosaicking method is proposed in this paper. The creation of the mosaic is accomplished in four stages: feature selection and matching, detection of points describing the dominant motion, homography computation and mosaic construction. In this work we demonstrate that the use of color and textures as discriminative properties of the image can improve, to a large extent, the accuracy of the constructed mosaic. The system is able to provide 3D metric information concerning the vehicle motion using the knowledge of the intrinsic parameters of the camera while integrating the measurements of an ultrasonic sensor. The experimental results of real images have been tested on the GARBI underwater vehicle

Detection of matchings in a sequence of underwater images through texture analysis

This paper presents an approach to ameliorate the reliability of the correspondence points relating two consecutive images of a sequence. The images are especially difficult to handle, since they have been acquired by a camera looking at the sea floor while carried by an underwater robot. Underwater images are usually difficult to process due to light absorption, changing image radiance and lack of well-defined features. A new approach based on gray-level region matching and selective texture analysis significantly improves the matching reliability

VLSI architecture for an Underwater Robot Vision System

It is well known that image processing requires a huge amount of computation, mainly at low level processing where the algorithms are dealing with a great number of data-pixel. One of the solutions to estimate motions involves detection of the correspondences between two images. For normalised correlation criteria, previous experiments shown that the result is not altered in presence of nonuniform illumination. Usually, hardware for motion estimation has been limited to simple correlation criteria. The main goal of this paper is to propose a VLSI architecture for motion estimation using a matching criteria more complex than Sum of Absolute Differences (SAD) criteria. Today hardware devices provide many facilities for the integration of more and more complex designs as well as the possibility to easily communicate with general purpose processors

Retinoscopía estática: variabilidad interobservadores entre docentes y estudiantes de optometría en una institución universitaria de Bogotá D.C.

Introducción: el gold estándar para el error refractivo es la retinoscopía. Los docentes de optometría al evaluar estudiantes, aceptan una diferencia de ±0,50D en la refracción pero no se ha evaluado estadísticamente si es adecuado para ametropías bajas y altas. El objetivo fue cuantificar el grado de concordancia interobservadores en retinoscopía estática entre docentes y estudiantes, para ametropías altas y bajas. Metodología: estudio de concordancia entre 4 observadores en 40 ojos, 20 con ametropías altas y 20 con bajas; muestreo no probabilístico por conveniencia. Análisis estadístico con coeficiente de correlación intraclase, confiabilidad 95%, poder 90%, y con método gráfico de límites de acuerdo al 95%. Resultados: concordancia para el equivalente esférico entre docentes 0,96 y entre estudiantes 0,56. En estudiantes concordancia de 0,89 para defectos refractivos bajos y docentes 0,96 para defectos altos. Concordancia entre cuatro examinadores 0,78, defectos bajos 0,86 y para altos 0,67. Margen de error entre docentes ±0,87D y estudiantes ±3,15D. En defectos bajos ±0,61D para docentes y ±0,80D para estudiantes y en defectos altos ±1,10D y ±4,22D respectivamente. Discusión: hubo mayor confiabilidad en retinoscopía entre profesionales experimentados. Se comparó la concordancia entre docentes y estudiantes, por eso puede haberse encontrado menor concordancia que la descrita por otros estudios que compararon entre profesionales a pesar haber sido elegidos por sus buenas calificaciones. Se deben formular estrategias de enseñanza que permitan reducir los márgenes de error obtenidos y mejorar la concordancia entre docentes y estudiantes.

Effects of In-Kind transfers on female labor supply: evidence from the food supply program comedores comunitarios

En la literatura se argumenta que las transferencias en especie podrían tener efectos positivos sobre la oferta laboral. En este trabajo utilizamos el programa de nutrición de la ciudad de Bogotá, Comedores Comunitarios, para esclarecer dicho punto. El programa otorga un almuerzo diario a las personas pobres que son vecinas de los comedores. Utilizando la técnica de emparejamiento con la Encuesta de Calidad de Vida 2007, una encuesta de corte transversal, se encuentra tanto efectos significativos positivos como negativos en la oferta laboral femenina para diferentes grupos de mujeres (con diferencias en edad, composición del hogar y acceso a redes sociales). Estos resultados son relevantes para entender los incentivos al trabajo heterogéneos generados cuando se aplica esta clase de programas.

Comparación de la severidad y extensión de la enfermedad coronaria multivaso por Syntax Score en una poblaciòn de las Antillas Holandesas vs controles nacionales

En la Enfermedad Coronaria (EC) existen factores genéticos, socioculturales, medioambientales y raciales adicionales a los factores de riesgo cardiovascular mayores que podrían influir en su presentación. Se desconoce el impacto de la raza en la severidad de la enfermedad coronaria en los pacientes extranjeros que son enviados a nuestro Servicio. Objetivos: Comparar la severidad de la EC multivaso en una población de pacientes de las Antillas y Nacionales, pareados por la escala Framingham. Metodología: Realizamos un estudio de corte transversal, comparando pacientes colombianos contra pacientes provenientes de las Antillas holandesas con similares factores de riesgo según escala de Framingham, catalogándolos por grupos de riesgo bajo, intermedio, alto y muy alto. Todos con EC severa multivaso documentada por angiografía coronaria desde enero del 2009 hasta Junio de 2011. Se excluyeron pacientes con antecedentes de intervención percutánea o quirúrgica previa. Resultados: Ingresaron 115 pacientes internacionales y 115 pacientes nacionales. La relación hombres/mujeres 3:1. La proporción de grupos de riesgo fue de bajo riesgo 2.5%, intermedio 15%, alto 19.3%, y muy alto 63.4%. El Syntax Score en pacientes nacionales fue 14.3+/-7.4 y en internacionales 22.2+/-10.5 p: 0.002. Conclusiones: En pacientes provenientes de las Antillas Holandesas, valorados en nuestra institución, se observó una mayor severidad de la enfermedad coronaria comparada con una población nacional con factores de riesgo similares. Estos hallazgos sugieren la influencia de la raza y factores genéticos en la severidad y extensión de la EC

COMP6049 Surveys Lecture and Tutorial

set of slides and matching notes for lecture and subsequent linked tutorial introducing an overview of designing and implementing surveys