4,240 research outputs found

    UMSL Bulletin 2023-2024

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    The 2023-2024 Bulletin and Course Catalog for the University of Missouri St. Louis.https://irl.umsl.edu/bulletin/1088/thumbnail.jp

    Machine learning in solar physics

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    The application of machine learning in solar physics has the potential to greatly enhance our understanding of the complex processes that take place in the atmosphere of the Sun. By using techniques such as deep learning, we are now in the position to analyze large amounts of data from solar observations and identify patterns and trends that may not have been apparent using traditional methods. This can help us improve our understanding of explosive events like solar flares, which can have a strong effect on the Earth environment. Predicting hazardous events on Earth becomes crucial for our technological society. Machine learning can also improve our understanding of the inner workings of the sun itself by allowing us to go deeper into the data and to propose more complex models to explain them. Additionally, the use of machine learning can help to automate the analysis of solar data, reducing the need for manual labor and increasing the efficiency of research in this field.Comment: 100 pages, 13 figures, 286 references, accepted for publication as a Living Review in Solar Physics (LRSP

    A Parent's Autoethnography: Examining My Experiences and Identity as Parent, Educator, and Researcher While Teaching Literacy to My Adolescent Sons Who Have Autism and Use Augmentative and Alternative Communication

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    This autoethnography was completed from my unique perspective as a mother to two adolescent sons with autism spectrum disorder (ASD) who have complex communication needs and use augmentative and alternative communication (AAC) to communicate. Although literacy is a human right (Ontario Human Rights Commission, 2022a), it often has been overlooked in my sons’ self-contained classrooms in high school. As my sons’ parent and educator, I gathered my reflections, observations, descriptions, journals, lesson plans, and artifacts to examine the experiences I encountered in developing their literacy. Initially, I conducted a pilot project based on Erickson and Koppenhaver’s (2007) Children With Disabilities: Reading and Writing the Four Blocks® Way, the results of which guided my planning in teaching literacy with an adaptation of the more recent Comprehensive Literacy for All: Teaching Students With Significant Disabilities to Read and Write (Erickson & Koppenhaver, 2020). I coded by hand each line of the collected data to extract categories and then streamline these into the meaningful themes to respond to my two research questions: (a) What are the experiences of a parent educator who has been teaching literacy awareness and skills to her adolescent sons who both have autism and use AAC devices? (b) Does the experience shape her identity as a parent, educator, and researcher? Thematic findings pertaining to the first question revealed experiences related to planning and questioning and my own transformational learning and mindshift. Thematic findings related to the second question include: Parental concerns; Educator: advocating and imposter syndrome; Researcher: Lesson planning and questioning; and Transformational learning and mindshift. Findings are discussed in light of the literature on experiences of parents as educators of children with exceptionalities. The study also presents implications for theory, practice, and research, as well as limitations and future directions

    Colour technologies for content production and distribution of broadcast content

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    The requirement of colour reproduction has long been a priority driving the development of new colour imaging systems that maximise human perceptual plausibility. This thesis explores machine learning algorithms for colour processing to assist both content production and distribution. First, this research studies colourisation technologies with practical use cases in restoration and processing of archived content. The research targets practical deployable solutions, developing a cost-effective pipeline which integrates the activity of the producer into the processing workflow. In particular, a fully automatic image colourisation paradigm using Conditional GANs is proposed to improve content generalisation and colourfulness of existing baselines. Moreover, a more conservative solution is considered by providing references to guide the system towards more accurate colour predictions. A fast-end-to-end architecture is proposed to improve existing exemplar-based image colourisation methods while decreasing the complexity and runtime. Finally, the proposed image-based methods are integrated into a video colourisation pipeline. A general framework is proposed to reduce the generation of temporal flickering or propagation of errors when such methods are applied frame-to-frame. The proposed model is jointly trained to stabilise the input video and to cluster their frames with the aim of learning scene-specific modes. Second, this research explored colour processing technologies for content distribution with the aim to effectively deliver the processed content to the broad audience. In particular, video compression is tackled by introducing a novel methodology for chroma intra prediction based on attention models. Although the proposed architecture helped to gain control over the reference samples and better understand the prediction process, the complexity of the underlying neural network significantly increased the encoding and decoding time. Therefore, aiming at efficient deployment within the latest video coding standards, this work also focused on the simplification of the proposed architecture to obtain a more compact and explainable model

    Human Gait Analysis using Spatiotemporal Data Obtained from Gait Videos

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    Mit der Entwicklung von Deep-Learning-Techniken sind Deep-acNN-basierte Methoden zum Standard für Bildverarbeitungsaufgaben geworden, wie z. B. die Verfolgung menschlicher Bewegungen und Posenschätzung, die Erkennung menschlicher Aktivitäten und die Erkennung von Gesichtern. Deep-Learning-Techniken haben den Entwurf, die Implementierung und den Einsatz komplexer und vielfältiger Anwendungen verbessert, die nun in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich der Biomedizintechnik, eingesetzt werden. Die Anwendung von Computer-Vision-Techniken auf die medizinische Bild- und Videoanalyse hat zu bemerkenswerten Ergebnissen bei der Erkennung von Ereignissen geführt. Die eingebaute Fähigkeit von convolutional neural network (CNN), Merkmale aus komplexen medizinischen Bildern zu extrahieren, hat in Verbindung mit der Fähigkeit von long short term memory network (LSTM), die zeitlichen Informationen zwischen Ereignissen zu erhalten, viele neue Horizonte für die medizinische Forschung geschaffen. Der Gang ist einer der kritischen physiologischen Bereiche, der viele Störungen im Zusammenhang mit Alterung und Neurodegeneration widerspiegeln kann. Eine umfassende und genaue Ganganalyse kann Einblicke in die physiologischen Bedingungen des Menschen geben. Bestehende Ganganalyseverfahren erfordern eine spezielle Umgebung, komplexe medizinische Geräte und geschultes Personal für die Erfassung der Gangdaten. Im Falle von tragbaren Systemen kann ein solches System die kognitiven Fähigkeiten beeinträchtigen und für die Patienten unangenehm sein. Außerdem wurde berichtet, dass die Patienten in der Regel versuchen, während des Labortests bessere Leistungen zu erbringen, was möglicherweise nicht ihrem tatsächlichen Gang entspricht. Trotz technologischer Fortschritte stoßen wir bei der Messung des menschlichen Gehens in klinischen und Laborumgebungen nach wie vor an Grenzen. Der Einsatz aktueller Ganganalyseverfahren ist nach wie vor teuer und zeitaufwändig und erschwert den Zugang zu Spezialgeräten und Fachwissen. Daher ist es zwingend erforderlich, über Methoden zu verfügen, die langfristige Daten über den Gesundheitszustand des Patienten liefern, ohne doppelte kognitive Aufgaben oder Unannehmlichkeiten bei der Verwendung tragbarer Sensoren. In dieser Arbeit wird daher eine einfache, leicht zu implementierende und kostengünstige Methode zur Erfassung von Gangdaten vorgeschlagen. Diese Methode basiert auf der Aufnahme von Gehvideos mit einer Smartphone-Kamera in einer häuslichen Umgebung unter freien Bedingungen. Deep neural network (NN) verarbeitet dann diese Videos, um die Gangereignisse zu extrahieren. Die erkannten Ereignisse werden dann weiter verwendet, um verschiedene räumlich-zeitliche Parameter des Gangs zu quantifizieren, die für jedes Ganganalysesystem wichtig sind. In dieser Arbeit wurden Gangvideos verwendet, die mit einer Smartphone-Kamera mit geringer Auflösung außerhalb der Laborumgebung aufgenommen wurden. Viele Deep- Learning-basierte NNs wurden implementiert, um die grundlegenden Gangereignisse wie die Fußposition in Bezug auf den Boden aus diesen Videos zu erkennen. In der ersten Studie wurde die Architektur von AlexNet verwendet, um das Modell anhand von Gehvideos und öffentlich verfügbaren Datensätzen von Grund auf zu trainieren. Mit diesem Modell wurde eine Gesamtgenauigkeit von 74% erreicht. Im nächsten Schritt wurde jedoch die LSTM-Schicht in dieselbe Architektur integriert. Die eingebaute Fähigkeit von LSTM in Bezug auf die zeitliche Information führte zu einer verbesserten Vorhersage der Etiketten für die Fußposition, und es wurde eine Genauigkeit von 91% erreicht. Allerdings gibt es Schwierigkeiten bei der Vorhersage der richtigen Bezeichnungen in der letzten Phase des Schwungs und der Standphase jedes Fußes. Im nächsten Schritt wird das Transfer-Lernen eingesetzt, um die Vorteile von bereits trainierten tiefen NNs zu nutzen, indem vortrainierte Gewichte verwendet werden. Zwei bekannte Modelle, inceptionresnetv2 (IRNV-2) und densenet201 (DN-201), wurden mit ihren gelernten Gewichten für das erneute Training des NN auf neuen Daten verwendet. Das auf Transfer-Lernen basierende vortrainierte NN verbesserte die Vorhersage von Kennzeichnungen für verschiedene Fußpositionen. Es reduzierte insbesondere die Schwankungen in den Vorhersagen in der letzten Phase des Gangschwungs und der Standphase. Bei der Vorhersage der Klassenbezeichnungen der Testdaten wurde eine Genauigkeit von 94% erreicht. Da die Abweichung bei der Vorhersage des wahren Labels hauptsächlich ein Bild betrug, konnte sie bei einer Bildrate von 30 Bildern pro Sekunde ignoriert werden. Die vorhergesagten Markierungen wurden verwendet, um verschiedene räumlich-zeitliche Parameter des Gangs zu extrahieren, die für jedes Ganganalysesystem entscheidend sind. Insgesamt wurden 12 Gangparameter quantifiziert und mit der durch Beobachtungsmethoden gewonnenen Grundwahrheit verglichen. Die NN-basierten räumlich-zeitlichen Parameter zeigten eine hohe Korrelation mit der Grundwahrheit, und in einigen Fällen wurde eine sehr hohe Korrelation erzielt. Die Ergebnisse belegen die Nützlichkeit der vorgeschlagenen Methode. DerWert des Parameters über die Zeit ergab eine Zeitreihe, eine langfristige Darstellung des Ganges. Diese Zeitreihe konnte mit verschiedenen mathematischen Methoden weiter analysiert werden. Als dritter Beitrag in dieser Dissertation wurden Verbesserungen an den bestehenden mathematischen Methoden der Zeitreihenanalyse von zeitlichen Gangdaten vorgeschlagen. Zu diesem Zweck werden zwei Verfeinerungen bestehender entropiebasierter Methoden zur Analyse von Schrittintervall-Zeitreihen vorgeschlagen. Diese Verfeinerungen wurden an Schrittintervall-Zeitseriendaten von normalen und neurodegenerativen Erkrankungen validiert, die aus der öffentlich zugänglichen Datenbank PhysioNet heruntergeladen wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass die von uns vorgeschlagene Methode eine klare Trennung zwischen gesunden und kranken Gruppen ermöglicht. In Zukunft könnten fortschrittliche medizinische Unterstützungssysteme, die künstliche Intelligenz nutzen und von den hier vorgestellten Methoden abgeleitet sind, Ärzte bei der Diagnose und langfristigen Überwachung des Gangs von Patienten unterstützen und so die klinische Arbeitsbelastung verringern und die Patientensicherheit verbessern

    Application of deep learning methods in materials microscopy for the quality assessment of lithium-ion batteries and sintered NdFeB magnets

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    Die Qualitätskontrolle konzentriert sich auf die Erkennung von Produktfehlern und die Überwachung von Aktivitäten, um zu überprüfen, ob die Produkte den gewünschten Qualitätsstandard erfüllen. Viele Ansätze für die Qualitätskontrolle verwenden spezialisierte Bildverarbeitungssoftware, die auf manuell entwickelten Merkmalen basiert, die von Fachleuten entwickelt wurden, um Objekte zu erkennen und Bilder zu analysieren. Diese Modelle sind jedoch mühsam, kostspielig in der Entwicklung und schwer zu pflegen, während die erstellte Lösung oft spröde ist und für leicht unterschiedliche Anwendungsfälle erhebliche Anpassungen erfordert. Aus diesen Gründen wird die Qualitätskontrolle in der Industrie immer noch häufig manuell durchgeführt, was zeitaufwändig und fehleranfällig ist. Daher schlagen wir einen allgemeineren datengesteuerten Ansatz vor, der auf den jüngsten Fortschritten in der Computer-Vision-Technologie basiert und Faltungsneuronale Netze verwendet, um repräsentative Merkmale direkt aus den Daten zu lernen. Während herkömmliche Methoden handgefertigte Merkmale verwenden, um einzelne Objekte zu erkennen, lernen Deep-Learning-Ansätze verallgemeinerbare Merkmale direkt aus den Trainingsproben, um verschiedene Objekte zu erkennen. In dieser Dissertation werden Modelle und Techniken für die automatisierte Erkennung von Defekten in lichtmikroskopischen Bildern von materialografisch präparierten Schnitten entwickelt. Wir entwickeln Modelle zur Defekterkennung, die sich grob in überwachte und unüberwachte Deep-Learning-Techniken einteilen lassen. Insbesondere werden verschiedene überwachte Deep-Learning-Modelle zur Erkennung von Defekten in der Mikrostruktur von Lithium-Ionen-Batterien entwickelt, von binären Klassifizierungsmodellen, die auf einem Sliding-Window-Ansatz mit begrenzten Trainingsdaten basieren, bis hin zu komplexen Defekterkennungs- und Lokalisierungsmodellen, die auf ein- und zweistufigen Detektoren basieren. Unser endgültiges Modell kann mehrere Klassen von Defekten in großen Mikroskopiebildern mit hoher Genauigkeit und nahezu in Echtzeit erkennen und lokalisieren. Das erfolgreiche Trainieren von überwachten Deep-Learning-Modellen erfordert jedoch in der Regel eine ausreichend große Menge an markierten Trainingsbeispielen, die oft nicht ohne weiteres verfügbar sind und deren Beschaffung sehr kostspielig sein kann. Daher schlagen wir zwei Ansätze vor, die auf unbeaufsichtigtem Deep Learning zur Erkennung von Anomalien in der Mikrostruktur von gesinterten NdFeB-Magneten basieren, ohne dass markierte Trainingsdaten benötigt werden. Die Modelle sind in der Lage, Defekte zu erkennen, indem sie aus den Trainingsdaten indikative Merkmale von nur "normalen" Mikrostrukturmustern lernen. Wir zeigen experimentelle Ergebnisse der vorgeschlagenen Fehlererkennungssysteme, indem wir eine Qualitätsbewertung an kommerziellen Proben von Lithium-Ionen-Batterien und gesinterten NdFeB-Magneten durchführen

    建築物の特徴の違いが美的・快適価値判断に及ぼす影響に関する研究

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    Architectural design used to be a job that relied heavily on the aesthetics of the architect, but nowadays architecture increasingly needs to take into account the feelings of the user. Architectural designers can use psychology, brain science, and behavioral science to understand the subjective aesthetics of the general public, we can understand how differences in certain architectural features can affect the emotional and aesthetic judgments of users. We are not sure whether the differences in aesthetic judgments of architectural features are related to the aesthetic education received. Therefore, in addition to comparing the results of experiments in Chinese populations with the results of Western aesthetic judgments of architectural features, we also try to understand whether age causes differences in aesthetic judgments. Therefore, this paper hopes to investigate the effects of ceiling height, openness and silhouette on different populations under various conditions through a series of instruments.北九州市立大
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