The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

The relationship between early and intermediate level spatial vision during typical development and in autism spectrum disorder

Certaines recherches ont investigué le traitement visuel de bas et de plus hauts niveaux chez des personnes neurotypiques et chez des personnes ayant un trouble du spectre de l’autisme (TSA). Cependant, l’interaction développementale entre chacun de ces niveaux du traitement visuel n’est toujours pas bien comprise. La présente thèse a donc deux objectifs principaux. Le premier objectif (Étude 1) est d’évaluer l’interaction développementale entre l’analyse visuelle de bas niveaux et de niveaux intermédiaires à travers différentes périodes développementales (âge scolaire, adolescence et âge adulte). Le second objectif (Étude 2) est d’évaluer la relation fonctionnelle entre le traitement visuel de bas niveaux et de niveaux intermédiaires chez des adolescents et des adultes ayant un TSA. Ces deux objectifs ont été évalué en utilisant les mêmes stimuli et procédures. Plus précisément, la sensibilité de formes circulaires complexes (Formes de Fréquences Radiales ou FFR), définies par de la luminance ou par de la texture, a été mesurée avec une procédure à choix forcés à deux alternatives. Les résultats de la première étude ont illustré que l’information locale des FFR sous-jacents aux processus visuels de niveaux intermédiaires, affecte différemment la sensibilité à travers des périodes développementales distinctes. Plus précisément, lorsque le contour est défini par de la luminance, la performance des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les FFR sollicitant la perception globale. Lorsque les FFR sont définies par la texture, la sensibilité des enfants est plus faible comparativement à celle des adolescents et des adultes pour les conditions locales et globales. Par conséquent, le type d’information locale, qui définit les éléments locaux de la forme globale, influence la période à laquelle la sensibilité visuelle atteint un niveau développemental similaire à celle identifiée chez les adultes. Il est possible qu’une faible intégration visuelle entre les mécanismes de bas et de niveaux intermédiaires explique la sensibilité réduite des FFR chez les enfants. Ceci peut être attribué à des connexions descendantes et horizontales immatures ainsi qu’au sous-développement de certaines aires cérébrales du système visuel. Les résultats de la deuxième étude ont démontré que la sensibilité visuelle en autisme est influencée par la manipulation de l’information locale. Plus précisément, en présence de luminance, la sensibilité est seulement affectée pour les conditions sollicitant un traitement local chez les personnes avec un TSA. Cependant, en présence de texture, la sensibilité est réduite pour le traitement visuel global et local. Ces résultats suggèrent que la perception de formes en autisme est reliée à l’efficacité à laquelle les éléments locaux (luminance versus texture) sont traités. Les connexions latérales et ascendantes / descendantes des aires visuelles primaires sont possiblement tributaires d’un déséquilibre entre les signaux excitateurs et inhibiteurs, influençant ainsi l’efficacité à laquelle l’information visuelle de luminance et de texture est traitée en autisme. Ces résultats supportent l’hypothèse selon laquelle les altérations de la perception visuelle de bas niveaux (local) sont à l’origine des atypies de plus hauts niveaux chez les personnes avec un TSA.

A Comparison of Hardware Implementations for Low-Level Vision Algorithms

Early and intermediate vision algorithms, such as smoothing and discontinuity detection, are often implemented on general-purpose serial, and more recently, parallel computers. Special-purpose hardware implementations of low-level vision algorithms may be needed to achieve real-time processing. This memo reviews and analyzes some hardware implementations of low-level vision algorithms. Two types of hardware implementations are considered: the digital signal processing chips of Ruetz (and Broderson) and the analog VLSI circuits of Carver Mead. The advantages and disadvantages of these two approaches for producing a general, real-time vision system are considered.

An SIMD machine for low-level vision

This paper presents an SIMD machine which has been tuned to execute low-level vision algorithms employing the relaxation labeling paradigm. Novel features of the design include: 1. (1) a communication scheme capable of window accessing under a single instruction. 2. (2) flexible I/O instructions to load overlapped data segments; and 3. (3) data-conditional instructions which can be nested to an arbitrary degree. A time analysis of the stereo correspondence problem, as implemented on a simulated version of the machine using the probabilistic relaxation technique, shows a speed up of almost N2 for an N × N array of PEs.

Computational modeling and psychophysics in low- and mid-level vision

This thesis addresses a series of topics related to the question of how people find the foreground objects from complex scenes. With both computer vision modeling, as well as psychophysical analyses, we explore the computational principles for low- and mid-level vision.

We first explore the computational methods of generating saliency maps from images and image sequences. We propose an extremely fast algorithm called Image Signature that detects the locations in the image that attract human eye gazes. With a series of experimental validations based on human behavioral data collected from various psychophysical experiments, we conclude that the Image Signature and its spatial-temporal extension, the Phase Discrepancy, are among the most accurate algorithms for saliency detection under various conditions.

In the second part, we bridge the gap between fixation prediction and salient object segmentation with two efforts. First, we propose a new dataset that contains both fixation and object segmentation information. By simultaneously presenting the two types of human data in the same dataset, we are able to analyze their intrinsic connection, as well as understanding the drawbacks of today’s “standard” but inappropriately labeled salient object segmentation dataset. Second, we also propose an algorithm of salient object segmentation. Based on our novel discoveries on the connections of fixation data and salient object segmentation data, our model significantly outperforms all existing models on all 3 datasets with large margins.

In the third part of the thesis, we discuss topics around the human factors of boundary analysis. Closely related to salient object segmentation, boundary analysis focuses on delimiting the local contours of an object. We identify the potential pitfalls of algorithm evaluation for the problem of boundary detection. Our analysis indicates that today’s popular boundary detection datasets contain significant level of noise, which may severely influence the benchmarking results. To give further insights on the labeling process, we propose a model to characterize the principles of the human factors during the labeling process.

The analyses reported in this thesis offer new perspectives to a series of interrelating issues in low- and mid-level vision. It gives warning signs to some of today’s “standard” procedures, while proposing new directions to encourage future research.

Development of low-pH cements for immobilisation of intermediate level radioactive waste: Achievements and challenges

Although cementation is a widely recognized solidification/ stabilization process for immobilisation of Intermediate Level Radioactive Waste (ILRW), the low resistance to hyperalkaline pore waters compromises the effectiveness of the process when Portland Cement (PC) is employed. Moreover the manufacture of PC is responsible for significant CO2 emissions. In this context, low pH cements are environmentally more suitable and have emerged as a potential alternative for obtaining secure waste forms. This paper summarises the achievements on development of low-pH cements and the challenges of using these new materials for the ILRW immobilisation. The performance of waste forms is also discussed in terms of radionuclides release. Reactive magnesium oxide and magnesium phosphate cements are emphasised as they feature important advantages such as consumption of available constituents for controlling acid-base reactions, reduced permeability and higher density. Additionally, in order to identify new opportunities for study, the long-term modelling approach is also briefly discussed. Copyright © 2013 by ASME.

Mid-Level Vision and Recognition of Non-Rigid Objects

We address mid-level vision for the recognition of non-rigid objects. We align model and image using frame curves - which are object or "figure/ground" skeletons. Frame curves are computed, without discontinuities, using Curved Inertia Frames, a provably global scheme implemented on the Connection Machine, based on: non-cartisean networks; a definition of curved axis of inertia; and a ridge detector. I present evidence against frame alignment in human perception. This suggests: frame curves have a role in figure/ground segregation and in fuzzy boundaries; their outside/near/top/ incoming regions are more salient; and that perception begins by setting a reference frame (prior to early vision), and proceeds by processing convex structures.

Collision deformation classification training program: intermediate level - training/reference module.

National Highway Traffic Safety Administration, Washington, D.C.

Collision deformation classification training program : intermediate level /

Mode of access: Internet.

Cognitive neuroscience and (very) high level vision

THE PURPOSE OF THIS ARTICLE is two-fold, first to provide a general overview of two of the main cognitive neuroscientific techniques available, specifically functional magnetic resonance imaging (fMRI) and transcranial magnetic stimulation (TMS); and secondly to apply these techniques to elaborate a discussion of an aspect of higher level vision, namely implied motion, that is the perception of movement from a static image.

Training deep convolutional architectures for vision

Les tâches de vision artificielle telles que la reconnaissance d’objets demeurent irrésolues à ce jour. Les algorithmes d’apprentissage tels que les Réseaux de Neurones Artificiels (RNA), représentent une approche prometteuse permettant d’apprendre des caractéristiques utiles pour ces tâches. Ce processus d’optimisation est néanmoins difficile. Les réseaux profonds à base de Machine de Boltzmann Restreintes (RBM) ont récemment été proposés afin de guider l’extraction de représentations intermédiaires, grâce à un algorithme d’apprentissage non-supervisé. Ce mémoire présente, par l’entremise de trois articles, des contributions à ce domaine de recherche. Le premier article traite de la RBM convolutionelle. L’usage de champs réceptifs locaux ainsi que le regroupement d’unités cachées en couches partageant les même paramètres, réduit considérablement le nombre de paramètres à apprendre et engendre des détecteurs de caractéristiques locaux et équivariant aux translations. Ceci mène à des modèles ayant une meilleure vraisemblance, comparativement aux RBMs entraînées sur des segments d’images. Le deuxième article est motivé par des découvertes récentes en neurosciences. Il analyse l’impact d’unités quadratiques sur des tâches de classification visuelles, ainsi que celui d’une nouvelle fonction d’activation. Nous observons que les RNAs à base d’unités quadratiques utilisant la fonction softsign, donnent de meilleures performances de généralisation. Le dernière article quand à lui, offre une vision critique des algorithmes populaires d’entraînement de RBMs. Nous montrons que l’algorithme de Divergence Contrastive (CD) et la CD Persistente ne sont pas robustes : tous deux nécessitent une surface d’énergie relativement plate afin que leur chaîne négative puisse mixer. La PCD à "poids rapides" contourne ce problème en perturbant légèrement le modèle, cependant, ceci génère des échantillons bruités. L’usage de chaînes tempérées dans la phase négative est une façon robuste d’adresser ces problèmes et mène à de meilleurs modèles génératifs.

Computational Vision: A Critical Review

We review the progress made in computational vision, as represented by Marr's approach, in the last fifteen years. First, we briefly outline computational theories developed for low, middle and high-level vision. We then discuss in more detail solutions proposed to three representative problems in vision, each dealing with a different level of visual processing. Finally, we discuss modifications to the currently established computational paradigm that appear to be dictated by the recent developments in vision.

A territorial perspective: towards the consolidation of human settlements in Latin America and the Caribbean

Includes bibliography