194 research outputs found

    Advances and Applications of DSmT for Information Fusion. Collected Works, Volume 5

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    This fifth volume on Advances and Applications of DSmT for Information Fusion collects theoretical and applied contributions of researchers working in different fields of applications and in mathematics, and is available in open-access. The collected contributions of this volume have either been published or presented after disseminating the fourth volume in 2015 in international conferences, seminars, workshops and journals, or they are new. The contributions of each part of this volume are chronologically ordered. First Part of this book presents some theoretical advances on DSmT, dealing mainly with modified Proportional Conflict Redistribution Rules (PCR) of combination with degree of intersection, coarsening techniques, interval calculus for PCR thanks to set inversion via interval analysis (SIVIA), rough set classifiers, canonical decomposition of dichotomous belief functions, fast PCR fusion, fast inter-criteria analysis with PCR, and improved PCR5 and PCR6 rules preserving the (quasi-)neutrality of (quasi-)vacuous belief assignment in the fusion of sources of evidence with their Matlab codes. Because more applications of DSmT have emerged in the past years since the apparition of the fourth book of DSmT in 2015, the second part of this volume is about selected applications of DSmT mainly in building change detection, object recognition, quality of data association in tracking, perception in robotics, risk assessment for torrent protection and multi-criteria decision-making, multi-modal image fusion, coarsening techniques, recommender system, levee characterization and assessment, human heading perception, trust assessment, robotics, biometrics, failure detection, GPS systems, inter-criteria analysis, group decision, human activity recognition, storm prediction, data association for autonomous vehicles, identification of maritime vessels, fusion of support vector machines (SVM), Silx-Furtif RUST code library for information fusion including PCR rules, and network for ship classification. Finally, the third part presents interesting contributions related to belief functions in general published or presented along the years since 2015. These contributions are related with decision-making under uncertainty, belief approximations, probability transformations, new distances between belief functions, non-classical multi-criteria decision-making problems with belief functions, generalization of Bayes theorem, image processing, data association, entropy and cross-entropy measures, fuzzy evidence numbers, negator of belief mass, human activity recognition, information fusion for breast cancer therapy, imbalanced data classification, and hybrid techniques mixing deep learning with belief functions as well

    Evaluation of different segmentation-based approaches for skin disorders from dermoscopic images

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    Treballs Finals de Grau d'Enginyeria Biomèdica. Facultat de Medicina i Ciències de la Salut. Universitat de Barcelona. Curs: 2022-2023. Tutor/Director: Sala Llonch, Roser, Mata Miquel, Christian, Munuera, JosepSkin disorders are the most common type of cancer in the world and the incident has been lately increasing over the past decades. Even with the most complex and advanced technologies, current image acquisition systems do not permit a reliable identification of the skin lesion by visual examination due to the challenging structure of the malignancy. This promotes the need for the implementation of automatic skin lesion segmentation methods in order to assist in physicians’ diagnostic when determining the lesion's region and to serve as a preliminary step for the classification of the skin lesion. Accurate and precise segmentation is crucial for a rigorous screening and monitoring of the disease's progression. For the purpose of the commented concern, the present project aims to accomplish a state-of-the-art review about the most predominant conventional segmentation models for skin lesion segmentation, alongside with a market analysis examination. With the rise of automatic segmentation tools, a wide number of algorithms are currently being used, but many are the drawbacks when employing them for dermatological disorders due to the high-level presence of artefacts in the image acquired. In light of the above, three segmentation techniques have been selected for the completion of the work: level set method, an algorithm combining GrabCut and k-means methods and an intensity automatic algorithm developed by Hospital Sant Joan de Déu de Barcelona research group. In addition, a validation of their performance is conducted for a further implementation of them in clinical training. The proposals, together with the got outcomes, have been accomplished by means of a publicly available skin lesion image database

    Estrategias de visión por computador para la estimación de pose en el contexto de aplicaciones robóticas industriales: avances en el uso de modelos tanto clásicos como de Deep Learning en imágenes 2D

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    184 p.La visión por computador es una tecnología habilitadora que permite a los robots y sistemas autónomos percibir su entorno. Dentro del contexto de la industria 4.0 y 5.0, la visión por ordenador es esencial para la automatización de procesos industriales. Entre las técnicas de visión por computador, la detección de objetos y la estimación de la pose 6D son dos de las más importantes para la automatización de procesos industriales. Para dar respuesta a estos retos, existen dos enfoques principales: los métodos clásicos y los métodos de aprendizaje profundo. Los métodos clásicos son robustos y precisos, pero requieren de una gran cantidad de conocimiento experto para su desarrollo. Por otro lado, los métodos de aprendizaje profundo son fáciles de desarrollar, pero requieren de una gran cantidad de datos para su entrenamiento.En la presente memoria de tesis se presenta una revisión de la literatura sobre técnicas de visión por computador para la detección de objetos y la estimación de la pose 6D. Además se ha dado respuesta a los siguientes retos: (1) estimación de pose mediante técnicas de visión clásicas, (2) transferencia de aprendizaje de modelos 2D a 3D, (3) la utilización de datos sintéticos para entrenar modelos de aprendizaje profundo y (4) la combinación de técnicas clásicas y de aprendizaje profundo. Para ello, se han realizado contribuciones en revistas de alto impacto que dan respuesta a los anteriores retos

    Feature Extraction Methods by Various Concepts using SOM

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    Image retrieval systems gained traction with the increased use of visual and media data. It is critical to understand and manage big data, lot of analysis done in image retrieval applications. Given the considerable difficulty involved in handling big data using a traditional approach, there is a demand for its efficient management, particularly regarding accuracy and robustness. To solve these issues, we employ content-based image retrieval (CBIR) methods within both supervised , unsupervised pictures. Self-Organizing Maps (SOM), a competitive unsupervised learning aggregation technique, are applied in our innovative multilevel fusion methodology to extract features that are categorised. The proposed methodology beat state-of-the-art algorithms with 90.3% precision, approximate retrieval precision (ARP) of 0.91, and approximate retrieval recall (ARR) of 0.82 when tested on several benchmark datasets

    Advances in Binary and Multiclass Audio Segmentation with Deep Learning Techniques

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    Los avances tecnológicos acaecidos en la última década han cambiado completamente la forma en la que la población interactúa con el contenido multimedia. Esto ha propiciado un aumento significativo tanto en la generación como el consumo de dicho contenido. El análisis y la anotación manual de toda esta información no son factibles dado el gran volumen actual, lo que releva la necesidad de herramientas automáticas que ayuden en la transición hacia flujos de trabajo asistidos o parcialmente automáticos. En los últimos años, la mayoría de estas herramientas están basadas en el uso de redes neuronales y deep learning. En este contexto, el trabajo que se describe en esta tesis se centra en el ámbito de la extracción de información a partir de señales de audio. Particularmente, se estudia la tarea de segmentación de audio, cuyo principal objetivo es obtener una secuencia de etiquetas que aíslen diferentes regiones en una señal de entrada de acuerdo con una serie de características descritas en un conjunto predefinido de clases, como por ejemplo voz, música o ruido.La primera parte de esta memoria esta centrada en la tarea de detección de actividad de voz. Recientemente, diferentes campañas de evaluación internacionales han propuesto esta tarea como uno de sus retos. Entre ellas se encuentra el reto Fearless steps, que trabaja con audios de las grabaciones de las misiones Apollo de la NASA. Para este reto, se propone una solución basada en aprendizaje supervisado usando una red convolucional recurrente como clasificador. La principal contribución es un método que combina información de filtros de 1D y 2D en la etapa convolucional para que sea procesada posteriormente por la etapa recurrente. Motivado por la introducción de los datos del reto Fearless steps, se plantea una evaluación de diferentes técnicas de adaptación de dominio, con el objetivo de comprobar las prestaciones de un sistema entrenado con datos de dominios habituales y evaluado en este nuevo dominio presentado en el reto. Los métodos descritos no requieren de etiquetas en el dominio objetivo, lo que facilita su uso en aplicaciones prácticas. En términos generales, se observa que los métodos que buscan minimizar el cambio en las distribuciones estadísticas entre los dominios fuente y objetivo obtienen los resultados mas prometedores. Los avances recientes en técnicas de representación obtenidas mediante aprendizaje auto-supervisado han demostrado grandes mejoras en prestaciones en varias tareas relacionadas con el procesado de voz. Siguiendo esta línea, se plantea la incorporación de dichas representaciones en la tarea de detección de actividad de voz. Las ediciones más recientes del reto Fearless steps modificaron su propósito, buscando ahora evaluar las capacidades de generalización de los sistemas. El objetivo entonces con las técnicas introducidas es poder beneficiarse de grandes cantidades de datos no etiquetados para mejorar la robustez del sistema. Los resultados experimentales sugieren que el aprendizaje auto-supervisado de representaciones permite obtener sistemas que son mucho menos sensibles al cambio de dominio.En la segunda parte de este documento se analiza una tarea de segmentación de audio más genérica que busca clasificar de manera simultanea una señal de audio como voz, música, ruido o una combinación de estas. En el contexto de los datos propuesto para el reto de segmentación de audio Albayzín 2010, se presenta un enfoque basado en el uso de redes neuronales recurrentes como clasificador principal, y un modelo de postprocesado integrado por modelos ocultos de Markov. Se introduce un nuevo bloque en la arquitectura neuronal con el objetivo de eliminar la información temporal redundante, mejorando las prestaciones y reduciendo el numero de operaciones por segundo al mismo tiempo. Esta propuesta obtuvo mejores prestaciones que soluciones presentadas anteriormenteen la literatura, y que aproximaciones similares basadas en redes neuronales profundas. Mientras que los resultados con aprendizaje auto-supervisado de representaciones eran prometedores en tareas de segmentación binaria, si se aplican en tareas de segmentación multiclase surgen una serie de cuestiones. Las técnicas habituales de aumento de datos que se aplican en el entrenamiento fuerzan al modelo a compensar el ruido de fondo o la música. En estas condiciones las características obtenidas podrían no representar de manera precisa aquellas clases generadas de manera similar a las versiones aumentadas vistas en el entrenamiento. Este hecho limita la mejora global de prestaciones observada al aplicar estas técnicas en tareas como la propuesta en la evaluación Albayzín 2010.La última parte de este trabajo ha investigado la aplicación de nuevas funciones de coste en la tarea de segmentación de audio, con el principal objetivo de mitigar los problemas que se derivan de utilizar un conjunto de datos de entrenamiento limitado. Se ha demostrado que nuevas técnicas de optimización basadas en las métricas AUC y AUC parcial pueden mejorar objetivos de entrenamiento tradicionales como la entropía cruzada en varias tareas de detección. Con esta idea en mente, en esta tesis se introducen dichas técnicas en la tarea de detección de música. Considerando que la cantidad de datos etiquetados para esta tarea es limitada comparado con otras tareas, las funciones de coste basadas en la métrica AUC se aplican con el objetivo de mejorar las prestaciones cuando el conjunto de datos de entrenamiento es relativamente pequeño. La mayoría de los sistemas que utilizan las técnicas de optimización basadas en métricas AUC se limitan a tareas binarias ya que ese el ámbito de aplicación habitual de la métrica AUC. Además, el etiquetado de audios con taxonomías más detalladas en las que hay múltiples opciones posibles es más complejo, por lo que la cantidad de audio etiquetada en algunas tareas de segmentación multiclase es limitada. Como una extensión natural, se propone una generalización de las técnicas de optimización basadas en la métrica AUC binaria, de tal manera que se puedan aplicar con un número arbitrario de clases. Dos funciones de coste distintas se introducen, usando como base para su formulación las variaciones multiclase de la métrica AUC propuestas en la literatura: una basada en un enfoque uno contra uno, y otra basada en un enfoque uno contra el resto.<br /

    Computer vision based classification of fruits and vegetables for self-checkout at supermarkets

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    The field of machine learning, and, in particular, methods to improve the capability of machines to perform a wider variety of generalised tasks are among the most rapidly growing research areas in today’s world. The current applications of machine learning and artificial intelligence can be divided into many significant fields namely computer vision, data sciences, real time analytics and Natural Language Processing (NLP). All these applications are being used to help computer based systems to operate more usefully in everyday contexts. Computer vision research is currently active in a wide range of areas such as the development of autonomous vehicles, object recognition, Content Based Image Retrieval (CBIR), image segmentation and terrestrial analysis from space (i.e. crop estimation). Despite significant prior research, the area of object recognition still has many topics to be explored. This PhD thesis focuses on using advanced machine learning approaches to enable the automated recognition of fresh produce (i.e. fruits and vegetables) at supermarket self-checkouts. This type of complex classification task is one of the most recently emerging applications of advanced computer vision approaches and is a productive research topic in this field due to the limited means of representing the features and machine learning techniques for classification. Fruits and vegetables offer significant inter and intra class variance in weight, shape, size, colour and texture which makes the classification challenging. The applications of effective fruit and vegetable classification have significant importance in daily life e.g. crop estimation, fruit classification, robotic harvesting, fruit quality assessment, etc. One potential application for this fruit and vegetable classification capability is for supermarket self-checkouts. Increasingly, supermarkets are introducing self-checkouts in stores to make the checkout process easier and faster. However, there are a number of challenges with this as all goods cannot readily be sold with packaging and barcodes, for instance loose fresh items (e.g. fruits and vegetables). Adding barcodes to these types of items individually is impractical and pre-packaging limits the freedom of choice when selecting fruits and vegetables and creates additional waste, hence reducing customer satisfaction. The current situation, which relies on customers correctly identifying produce themselves leaves open the potential for incorrect billing either due to inadvertent error, or due to intentional fraudulent misclassification resulting in financial losses for the store. To address this identified problem, the main goals of this PhD work are: (a) exploring the types of visual and non-visual sensors that could be incorporated into a self-checkout system for classification of fruits and vegetables, (b) determining a suitable feature representation method for fresh produce items available at supermarkets, (c) identifying optimal machine learning techniques for classification within this context and (d) evaluating our work relative to the state-of-the-art object classification results presented in the literature. An in-depth analysis of related computer vision literature and techniques is performed to identify and implement the possible solutions. A progressive process distribution approach is used for this project where the task of computer vision based fruit and vegetables classification is divided into pre-processing and classification techniques. Different classification techniques have been implemented and evaluated as possible solution for this problem. Both visual and non-visual features of fruit and vegetables are exploited to perform the classification. Novel classification techniques have been carefully developed to deal with the complex and highly variant physical features of fruit and vegetables while taking advantages of both visual and non-visual features. The capability of classification techniques is tested in individual and ensemble manner to achieved the higher effectiveness. Significant results have been obtained where it can be concluded that the fruit and vegetables classification is complex task with many challenges involved. It is also observed that a larger dataset can better comprehend the complex variant features of fruit and vegetables. Complex multidimensional features can be extracted from the larger datasets to generalise on higher number of classes. However, development of a larger multiclass dataset is an expensive and time consuming process. The effectiveness of classification techniques can be significantly improved by subtracting the background occlusions and complexities. It is also worth mentioning that ensemble of simple and less complicated classification techniques can achieve effective results even if applied to less number of features for smaller number of classes. The combination of visual and nonvisual features can reduce the struggle of a classification technique to deal with higher number of classes with similar physical features. Classification of fruit and vegetables with similar physical features (i.e. colour and texture) needs careful estimation and hyper-dimensional embedding of visual features. Implementing rigorous classification penalties as loss function can achieve this goal at the cost of time and computational requirements. There is a significant need to develop larger datasets for different fruit and vegetables related computer vision applications. Considering more sophisticated loss function penalties and discriminative hyper-dimensional features embedding techniques can significantly improve the effectiveness of the classification techniques for the fruit and vegetables applications

    Advanced Techniques for Ground Penetrating Radar Imaging

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    Ground penetrating radar (GPR) has become one of the key technologies in subsurface sensing and, in general, in non-destructive testing (NDT), since it is able to detect both metallic and nonmetallic targets. GPR for NDT has been successfully introduced in a wide range of sectors, such as mining and geology, glaciology, civil engineering and civil works, archaeology, and security and defense. In recent decades, improvements in georeferencing and positioning systems have enabled the introduction of synthetic aperture radar (SAR) techniques in GPR systems, yielding GPR–SAR systems capable of providing high-resolution microwave images. In parallel, the radiofrequency front-end of GPR systems has been optimized in terms of compactness (e.g., smaller Tx/Rx antennas) and cost. These advances, combined with improvements in autonomous platforms, such as unmanned terrestrial and aerial vehicles, have fostered new fields of application for GPR, where fast and reliable detection capabilities are demanded. In addition, processing techniques have been improved, taking advantage of the research conducted in related fields like inverse scattering and imaging. As a result, novel and robust algorithms have been developed for clutter reduction, automatic target recognition, and efficient processing of large sets of measurements to enable real-time imaging, among others. This Special Issue provides an overview of the state of the art in GPR imaging, focusing on the latest advances from both hardware and software perspectives

    Fundamental and Harmonic Ultrasound Image Joint Restoration

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    L'imagerie ultrasonore conserve sa place parmi les principales modalités d'imagerie en raison de ses capacités à révéler l'anatomie et à inspecter le mouvement des organes et le flux sanguin en temps réel, d'un manière non invasive et non ionisante, avec un faible coût, une facilité d'utilisation et une grande vitesse de reconstruction des images. Néanmoins, l'imagerie ultrasonore présente des limites intrinsèques en termes de résolution spatiale. L'amélioration de la résolution spatiale des images ultrasonores est un défi actuel et de nombreux travaux ont longtemps porté sur l'optimisation du dispositif d'acquisition. L'imagerie ultrasonore à haute résolution atteint cet objectif grâce à l'utilisation de sondes spécialisées, mais se confronte aujourd'hui à des limites physiques et technologiques. L'imagerie harmonique est la solution intuitive des spécialistes pour augmenter la résolution lors de l'acquisition. Cependant, elle souffre d'une atténuation en profondeur. Une solution alternative pour améliorer la résolution est de développer des techniques de post-traitement comme la restauration d'images ultrasonores. L'objectif de cette thèse est d'étudier la non-linéarité des échos ultrasonores dans le processus de restauration et de présenter l'intérêt d'incorporer des images US harmoniques dans ce processus. Par conséquent, nous présentons une nouvelle méthode de restauration d'images US qui utilise les composantes fondamentales et harmoniques de l'image observée. La plupart des méthodes existantes sont basées sur un modèle linéaire de formation d'image. Sous l'approximation de Born du premier ordre, l'image RF est supposée être une convolution 2D entre la fonction de réflectivité et la réponse impulsionelle du système. Par conséquent, un problème inverse résultant est formé et résolu en utilisant un algorithme de type ADMM. Plus précisément, nous proposons de récupérer la fonction de reflectivité inconnue en minimisant une fonction composée de deux termes de fidélité des données correspondant aux composantes linéaires (fondamentale) et non linéaires (première harmonique) de l'image observée, et d'un terme de régularisation basé sur la parcimonie afin de stabiliser la solution. Pour tenir compte de l'atténuation en profondeur des images harmoniques, un terme d'atténuation dans le modèle direct de l'image harmonique est proposé sur la base d'une analyse spectrale effectuée sur les signaux RF observés. La méthode proposée a d'abord été appliquée en deux étapes, en estimant d'abord la réponse impulsionelle, suivi par la fonction de réflectivité. Dans un deuxième temps, une solution pour estimer simultanément le réponse impulsionelle et la fonction de réflectivité est proposée, et une autre solution pour prendre en compte la variabilité spatiale du la réponse impulsionelle est présentée. L'intérêt de la méthode proposée est démontré par des résultats synthétiques et in vivo et comparé aux méthodes de restauration conventionnelles
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