Pareto Optimized Large Mask Approach for Efficient and Background Humanoid Shape Removal

The purpose of automated video object removal is to not only detect and remove the object of interest automatically, but also to utilize background context to inpaint the foreground area. Video inpainting requires to fill spatiotemporal gaps in a video with convincing material, necessitating both temporal and spatial consistency; the inpainted part must seamlessly integrate into the background in a variety of scenes, and it must maintain a consistent appearance in subsequent frames even if its surroundings change noticeably. We introduce deep learning-based methodology for removing unwanted human-like shapes in videos. The method uses Pareto-optimized Generative Adversarial Networks (GANs) technology, which is a novel contribution. The system automatically selects the Region of Interest (ROI) for each humanoid shape and uses a skeleton detection module to determine which humanoid shape to retain. The semantic masks of human like shapes are created using a semantic-aware occlusion-robust model that has four primary components: feature extraction, and local, global, and semantic branches. The global branch encodes occlusion-aware information to make the extracted features resistant to occlusion, while the local branch retrieves fine-grained local characteristics. A modified big mask inpainting approach is employed to eliminate a person from the image, leveraging Fast Fourier convolutions and utilizing polygonal chains and rectangles with unpredictable aspect ratios. The inpainter network takes the input image and the mask to create an output image excluding the background humanoid shapes. The generator uses an encoder-decoder structure with included skip connections to recover spatial information and dilated convolution and squeeze and excitation blocks to make the regions behind the humanoid shapes consistent with their surroundings. The discriminator avoids dissimilar structure at the patch scale, and the refiner network catches features around the boundaries of each background humanoid shape. The efficiency was assessed using the Structural Learned Perceptual Image Patch Similarity, Frechet Inception Distance, and Similarity Index Measure metrics and showed promising results in fully automated background person removal task. The method is evaluated on two video object segmentation datasets (DAVIS indicating respective values of 0.02, FID of 5.01 and SSIM of 0.79 and YouTube-VOS, resulting in 0.03, 6.22, 0.78 respectively) as well a database of 66 distinct video sequences of people behind a desk in an office environment (0.02, 4.01, and 0.78 respectively).publishedVersio

SynthSR: A public AI tool to turn heterogeneous clinical brain scans into high-resolution T1-weighted images for 3D morphometry

Every year, millions of brain magnetic resonance imaging (MRI) scans are acquired in hospitals across the world. These have the potential to revolutionize our understanding of many neurological diseases, but their morphometric analysis has not yet been possible due to their anisotropic resolution. We present an artificial intelligence technique, "SynthSR," that takes clinical brain MRI scans with any MR contrast (T1, T2, etc.), orientation (axial/coronal/sagittal), and resolution and turns them into high-resolution T1 scans that are usable by virtually all existing human neuroimaging tools. We present results on segmentation, registration, and atlasing of >10,000 scans of controls and patients with brain tumors, strokes, and Alzheimer's disease. SynthSR yields morphometric results that are very highly correlated with what one would have obtained with high-resolution T1 scans. SynthSR allows sample sizes that have the potential to overcome the power limitations of prospective research studies and shed new light on the healthy and diseased human brain

Deep Learning for 3D Visual Perception

La percepción visual 3D se refiere al conjunto de problemas que engloban la reunión de información a través de un sensor visual y la estimación la posición tridimensional y estructura de los objetos y formaciones al rededor del sensor. Algunas funcionalidades como la estimación de la ego moción o construcción de mapas are esenciales para otras tareas de más alto nivel como conducción autónoma o realidad aumentada. En esta tesis se han atacado varios desafíos en la percepción 3D, todos ellos útiles desde la perspectiva de SLAM (Localización y Mapeo Simultáneos) que en si es un problema de percepción 3D.Localización y Mapeo Simultáneos –SLAM– busca realizar el seguimiento de la posición de un dispositivo (por ejemplo de un robot, un teléfono o unas gafas de realidad virtual) con respecto al mapa que está construyendo simultáneamente mientras la plataforma explora el entorno. SLAM es una tecnología muy relevante en distintas aplicaciones como realidad virtual, realidad aumentada o conducción autónoma. SLAM Visual es el termino utilizado para referirse al problema de SLAM resuelto utilizando unicamente sensores visuales. Muchas de las piezas del sistema ideal de SLAM son, hoy en día, bien conocidas, maduras y en muchos casos presentes en aplicaciones. Sin embargo, hay otras piezas que todavía presentan desafíos de investigación significantes. En particular, en los que hemos trabajado en esta tesis son la estimación de la estructura 3D al rededor de una cámara a partir de una sola imagen, reconocimiento de lugares ya visitados bajo cambios de apariencia drásticos, reconstrucción de alto nivel o SLAM en entornos dinámicos; todos ellos utilizando redes neuronales profundas.Estimación de profundidad monocular is la tarea de percibir la distancia a la cámara de cada uno de los pixeles en la imagen, utilizando solo la información que obtenemos de una única imagen. Este es un problema mal condicionado, y por lo tanto es muy difícil de inferir la profundidad exacta de los puntos en una sola imagen. Requiere conocimiento de lo que se ve y del sensor que utilizamos. Por ejemplo, si podemos saber que un modelo de coche tiene cierta altura y también sabemos el tipo de cámara que hemos utilizado (distancia focal, tamaño de pixel...); podemos decir que si ese coche tiene cierta altura en la imagen, por ejemplo 50 pixeles, esta a cierta distancia de la cámara. Para ello nosotros presentamos el primer trabajo capaz de estimar profundidad a partir de una sola vista que es capaz de obtener un funcionamiento razonable con múltiples tipos de cámara; como un teléfono o una cámara de video.También presentamos como estimar, utilizando una sola imagen, la estructura de una habitación o el plan de la habitación. Para este segundo trabajo, aprovechamos imágenes esféricas tomadas por una cámara panorámica utilizando una representación equirectangular. Utilizando estas imágenes recuperamos el plan de la habitación, nuestro objetivo es reconocer las pistas en la imagen que definen la estructura de una habitación. Nos centramos en recuperar la versión más simple, que son las lineas que separan suelo, paredes y techo.Localización y mapeo a largo plazo requiere dar solución a los cambios de apariencia en el entorno; el efecto que puede tener en una imagen tomarla en invierno o verano puede ser muy grande. Introducimos un modelo multivista invariante a cambios de apariencia que resuelve el problema de reconocimiento de lugares de forma robusta. El reconocimiento de lugares visual trata de identificar un lugar que ya hemos visitado asociando pistas visuales que se ven en las imágenes; la tomada en el pasado y la tomada en el presente. Lo preferible es ser invariante a cambios en punto de vista, iluminación, objetos dinámicos y cambios de apariencia a largo plazo como el día y la noche, las estaciones o el clima.Para tener funcionalidad a largo plazo también presentamos DynaSLAM, un sistema de SLAM que distingue las partes estáticas y dinámicas de la escena. Se asegura de estimar su posición unicamente basándose en las partes estáticas y solo reconstruye el mapa de las partes estáticas. De forma que si visitamos una escena de nuevo, nuestro mapa no se ve afectado por la presencia de nuevos objetos dinámicos o la desaparición de los anteriores.En resumen, en esta tesis contribuimos a diferentes problemas de percepción 3D; todos ellos resuelven problemas del SLAM Visual.<br /

Anisotropy Across Fields and Scales

This open access book focuses on processing, modeling, and visualization of anisotropy information, which are often addressed by employing sophisticated mathematical constructs such as tensors and other higher-order descriptors. It also discusses adaptations of such constructs to problems encountered in seemingly dissimilar areas of medical imaging, physical sciences, and engineering. Featuring original research contributions as well as insightful reviews for scientists interested in handling anisotropy information, it covers topics such as pertinent geometric and algebraic properties of tensors and tensor fields, challenges faced in processing and visualizing different types of data, statistical techniques for data processing, and specific applications like mapping white-matter fiber tracts in the brain. The book helps readers grasp the current challenges in the field and provides information on the techniques devised to address them. Further, it facilitates the transfer of knowledge between different disciplines in order to advance the research frontiers in these areas. This multidisciplinary book presents, in part, the outcomes of the seventh in a series of Dagstuhl seminars devoted to visualization and processing of tensor fields and higher-order descriptors, which was held in Dagstuhl, Germany, on October 28–November 2, 2018

Advances in Transmission Electron Microscopy for the Study of Soft and Hard Matter

This book provides readers with some examples of advanced applications of electron microscopy on organic and inorganic specimens, highlighting out how new original approaches could provide a deeper understanding of the properties of matter and how a transmission electron microscope is not only a microscope but also a flexible tool for tailoring experiments, properly suited, to the issue of interest