Classifying Head Movements to Separate Head-Gaze and Head Gestures as Distinct Modes of Input

Head movement is widely used as a uniform type of input for human-computer interaction. However, there are fundamental differences between head movements coupled with gaze in support of our visual system, and head movements performed as gestural expression. Both Head-Gaze and Head Gestures are of utility for interaction but differ in their affordances. To facilitate the treatment of Head-Gaze and Head Gestures as separate types of input, we developed HeadBoost as a novel classifier, achieving high accuracy in classifying gaze-driven versus gestural head movement (F1-Score: 0.89). We demonstrate the utility of the classifier with three applications: gestural input while avoiding unintentional input by Head-Gaze; target selection with Head-Gaze while avoiding Midas Touch by head gestures; and switching of cursor control between Head-Gaze for fast positioning and Head Gesture for refinement. The classification of Head-Gaze and Head Gesture allows for seamless head-based interaction while avoiding false activation

2016-2017 Boise State University Undergraduate Catalog

This catalog is primarily for students, but can serve many audiences. In this catalog you will find an overview of Boise State University and information on admission, registration, grades, tuition and fees, financial aid, housing, student services, and other important policies and procedures. However, most of this catalog is devoted to describing the various programs and courses offered at Boise State

Diagnosis of Neurodegenerative Diseases using Deep Learning

Automated disease classification systems can assist radiologists by reducing workload while initiating therapy to slow disease progression and improve patients’ quality of life. With significant advances in machine learning (ML) and medical scanning over the last decade, medical image analysis has experienced a paradigm change. Deep learning (DL) employing magnetic resonance imaging (MRI) has become a prominent method for computer-assisted systems because of its ability to extract high-level features via local connection, weight sharing, and spatial invariance. Nonetheless, there are several important research challenges when advancing toward clinical application, and these problems inspire the contributions presented throughout this thesis. This research develops a framework for the classification of neurodegenerative diseases using DL techniques and MRI. The presented thesis involves three evolution stages. The first stage is the development of a robust and reproducible 2D classification system with high generalisation performance for Alzheimer’s disease (AD), mild cognitive impairment (MCI), and Parkinson’s disease (PD) using deep convolutional neural networks (CNN). The next phase of the first stage extends this framework and demonstrates its use on different datasets while quantifying the effect of a highly observed phenomenon called data leakage in the literature. Key contributions of the thesis presented in this stage are a thorough analysis of the literature, a discussion on the potential flaws of the selected studies, and the development of an open-source evaluation system for neurodegenerative disease classification using structural MRI. The second stage aims to overcome the problems stem from investigating 3D data with 2D models. With this goal, a 3D CNN-based diagnostic framework is developed for classifying AD and PD patients from healthy controls using T1-weighted brain MRI data. The last stage includes two phases with a focus on AD and MCI diagnosis. The first phase proposes a new autoencoder-based deep neural network structure by integrating supervised prediction and unsupervised representation. The second phase introduces the final contribution of the thesis which is a novel ensemble approach that may also be used to predict diseases other than neurodegenerative ones (e.g., tuberculosis (TB)) using a modality apart from MRI

Semantic Segmentation of Ambiguous Images

Medizinische Bilder können schwer zu interpretieren sein. Nicht nur weil das Erkennen von Strukturen und möglichen Veränderungen Erfahrung und jahrelanges Training bedarf, sondern auch weil die dargestellten Messungen oft im Kern mehrdeutig sind. Fundamental ist dies eine Konsequenz dessen, dass medizinische Bild-Modalitäten, wie bespielsweise MRT oder CT, nur indirekte Messungen der zu Grunde liegenden molekularen Identitäten bereithalten. Die semantische Bedeutung eines Bildes kann deshalb im Allgemeinen nur gegeben einem größeren Bild-Kontext erfasst werden, welcher es oft allerdings nur unzureichend erlaubt eine eindeutige Interpretation in Form einer einzelnen Hypothese vorzunehmen. Ähnliche Szenarien existieren in natürlichen Bildern, in welchen die Kontextinformation, die es braucht um Mehrdeutigkeiten aufzulösen, limitiert sein kann, beispielsweise aufgrund von Verdeckungen oder Rauschen in der Aufnahme. Zusätzlich können überlappende oder vage Klassen-Definitionen zu schlecht gestellten oder diversen Lösungsräumen führen. Die Präsenz solcher Mehrdeutigkeiten kann auch das Training und die Leistung von maschinellen Lernverfahren beeinträchtigen. Darüber hinaus sind aktuelle Modelle ueberwiegend unfähig komplex strukturierte und diverse Vorhersagen bereitzustellen und stattdessen dazu gezwungen sich auf sub-optimale, einzelne Lösungen oder ununterscheidbare Mixturen zu beschränken. Dies kann besonders problematisch sein wenn Klassifikationsverfahren zu pixel-weisen Vorhersagen wie in der semantischen Segmentierung skaliert werden. Die semantische Segmentierung befasst sich damit jedem Pixel in einem Bild eine Klassen-Kategorie zuzuweisen. Diese Art des detailierten Bild-Verständnisses spielt auch eine wichtige Rolle in der Diagnose und der Behandlung von Krankheiten wie Krebs: Tumore werden häufig in MRT oder CT Bildern entdeckt und deren präzise Lokalisierung und Segmentierung ist von grosser Bedeutung in deren Bewertung, der Vorbereitung möglicher Biopsien oder der Planung von Fokal-Therapien. Diese klinischen Bildverarbeitungen, aber auch die optische Wahrnehmung unserer Umgebung im Rahmen von täglichen Aufgaben wie dem Autofahren, werden momentan von Menschen durchgeführt. Als Teil des zunehmenden Einbindens von maschinellen Lernverfahren in unsere Entscheidungsfindungsprozesse, ist es wichtig diese Aufgaben adequat zu modellieren. Dies schliesst Unsicherheitsabschätzungen der Modellvorhersagen mit ein, mitunter solche Unsicherheiten die den Bild-Mehrdeutigkeiten zugeschrieben werden können. Die vorliegende Thesis schlägt mehrere Art und Weisen vor mit denen mit einer mehrdeutigen Bild-Evidenz umgegangen werden kann. Zunächst untersuchen wir den momentanen klinischen Standard der im Falle von Prostata Läsionen darin besteht, die MRT-sichtbaren Läsionen subjektiv auf ihre Aggressivität hin zu bewerten, was mit einer hohen Variabilität zwischen Bewertern einhergeht. Unseren Studien zufolge können bereits einfache machinelle Lernverfahren und sogar simple quantitative MRT-basierte Parameter besser abschneiden als ein individueller, subjektiver Experte, was ein vielversprechendes Potential der Quantifizerung des Prozesses nahelegt. Desweiteren stellen wir die derzeit erfolgreichste Segmentierungsarchitektur auf einem stark mehrdeutigen Datensatz zur Probe der während klinischer Routine erhoben und annotiert wurde. Unsere Experimente zeigen, dass die standard Segmentierungsverlustfuntion in Szenarien mit starkem Annotationsrauschen sub-optimal sein kann. Als eine Alternative erproben wir die Möglichkeit ein Modell der Verlustunktion zu lernen mit dem Ziel die Koexistenz von plausiblen Lösungen während des Trainings zuzulassen. Wir beobachten gesteigerte Performanz unter Verwendung dieser Trainingsmethode für ansonsten unveränderte neuronale Netzarchitekturen und finden weiter gesteigerte relative Verbesserungen im Limit weniger Daten. Mangel an Daten und Annotationen, hohe Maße an Bild- und Annotationsrauschen sowie mehrdeutige Bild-Evidenz finden sich besonders häufig in Datensätzen medizinischer Bilder wieder. Dieser Teil der Thesis exponiert daher einige der Schwächen die standard Techniken des maschinellen Lernens im Lichte dieser Besonderheiten aufweisen können. Derzeitige Segmentierungsmodelle, wie die zuvor Herangezogenen, sind dahingehend eingeschränkt, dass sie nur eine einzige Vorhersage abgeben können. Dies kontrastiert die Beobachtung dass eine Gruppe von Annotierern, gegeben mehrdeutiger Bilddaten, typischer Weise eine Menge an diverser aber plausibler Annotationen produziert. Um die vorgenannte Modell-Einschränkung zu beheben und die angemessen probabilistische Behandlung der Aufgabe zu ermöglichen, entwickeln wir zwei Modelle, die eine Verteilung über plausible Annotationen vorhersagen statt nur einer einzigen, deterministischen Annotation. Das erste der beiden Modelle kombiniert ein `encoder-decoder\u27 Modell mit dem Verfahren der `variational inference\u27 und verwendet einen globalen `latent vector\u27, der den Raum der möglichen Annotationen für ein gegebenes Bild kodiert. Wir zeigen, dass dieses Modell deutlich besser als die Referenzmethoden abschneidet und gut kalibrierte Unsicherheiten aufweist. Das zweite Modell verbessert diesen Ansatz indem es eine flexiblere und hierarchische Formulierung verwendet, die es erlaubt die Variabilität der Segmentierungen auf verschiedenden Skalen zu erfassen. Dies erhöht die Granularität der Segmentierungsdetails die das Modell produzieren kann und erlaubt es unabhängig variierende Bildregionen und Skalen zu modellieren. Beide dieser neuartigen generativen Segmentierungs-Modelle ermöglichen es, falls angebracht, diverse und kohärente Bild Segmentierungen zu erstellen, was im Kontrast zu früheren Arbeiten steht, welche entweder deterministisch sind, die Modellunsicherheiten auf der Pixelebene modellieren oder darunter leiden eine unangemessen geringe Diversität abzubilden. Im Ergebnis befasst sich die vorliegende Thesis mit der Anwendung von maschinellem Lernen für die Interpretation medizinischer Bilder: Wir zeigen die Möglichkeit auf den klinischen Standard mit Hilfe einer quantitativen Verwendung von Bildparametern, die momentan nur subjektiv in Diagnosen einfliessen, zu verbessern, wir zeigen den möglichen Nutzen eines neuen Trainingsverfahrens um die scheinbare Verletzlichkeit der standard Segmentierungsverlustfunktion gegenüber starkem Annotationsrauschen abzumildern und wir schlagen zwei neue probabilistische Segmentierungsmodelle vor, die die Verteilung über angemessene Annotationen akkurat erlernen können. Diese Beiträge können als Schritte hin zu einer quantitativeren, verstärkt Prinzipien-gestützten und unsicherheitsbewussten Analyse von medizinischen Bildern gesehen werden -ein wichtiges Ziel mit Blick auf die fortschreitende Integration von lernbasierten Systemen in klinischen Arbeitsabläufen

GuavaNet: A deep neural network architecture for automatic sensory evaluation to predict degree of acceptability for Guava by a consumer

This thesis is divided into two parts:Part I: Analysis of Fruits, Vegetables, Cheese and Fish based on Image Processing using Computer Vision and Deep Learning: A Review. It consists of a comprehensive review of image processing, computer vision and deep learning techniques applied to carry out analysis of fruits, vegetables, cheese and fish.This part also serves as a literature review for Part II.Part II: GuavaNet: A deep neural network architecture for automatic sensory evaluation to predict degree of acceptability for Guava by a consumer. This part introduces to an end-to-end deep neural network architecture that can predict the degree of acceptability by the consumer for a guava based on sensory evaluation

Survey of Surveys (SoS) ‐ Mapping The Landscape of Survey Papers in Information Visualization

Information visualization as a field is growing rapidly in popularity since the first information visualization conference in 1995.However, as a consequence of its growth, it is increasingly difficult to follow the growing body of literature within the field.Survey papers and literature reviews are valuable tools for managing the great volume of previously published research papers,and the quantity of survey papers in visualization has reached a critical mass. To this end, this survey paper takes a quantumstep forward by surveying and classifying literature survey papers in order to help researchers understand the current landscapeof Information Visualization. It is, to our knowledge, the first survey of survey papers (SoS) in Information Visualization. Thispaper classifies survey papers into natural topic clusters which enables readers to find relevant literature and develops thefirst classification of classifications. The paper also enables researchers to identify both mature and less developed researchdirections as well as identify future directions. It is a valuable resource for both newcomers and experienced researchers in andoutside the field of Information Visualization and Visual Analytic