Visual Saliency Based on Multiscale Deep Features

Visual saliency is a fundamental problem in both cognitive and computational sciences, including computer vision. In this CVPR 2015 paper, we discover that a high-quality visual saliency model can be trained with multiscale features extracted using a popular deep learning architecture, convolutional neural networks (CNNs), which have had many successes in visual recognition tasks. For learning such saliency models, we introduce a neural network architecture, which has fully connected layers on top of CNNs responsible for extracting features at three different scales. We then propose a refinement method to enhance the spatial coherence of our saliency results. Finally, aggregating multiple saliency maps computed for different levels of image segmentation can further boost the performance, yielding saliency maps better than those generated from a single segmentation. To promote further research and evaluation of visual saliency models, we also construct a new large database of 4447 challenging images and their pixelwise saliency annotation. Experimental results demonstrate that our proposed method is capable of achieving state-of-the-art performance on all public benchmarks, improving the F-Measure by 5.0% and 13.2% respectively on the MSRA-B dataset and our new dataset (HKU-IS), and lowering the mean absolute error by 5.7% and 35.1% respectively on these two datasets.Comment: To appear in CVPR 201

Metallicity Distribution Functions of Four Local Group dwarf galaxies

We present stellar metallicities in Leo I, Leo II, IC 1613, and Phoenix dwarf galaxies derived from medium (F390M) and broad (F555W, F814W) band photometry using the Wide Field Camera 3 (WFC3) instrument aboard the Hubble Space Telescope. We measured metallicity distribution functions (MDFs) in two ways, 1) matching stars to isochrones in color-color diagrams, and 2) solving for the best linear combination of synthetic populations to match the observed color-color diagram. The synthetic technique reduces the effect of photometric scatter, and produces MDFs 30-50 % narrower than the MDFs produced from individually matched stars. We fit the synthetic and individual MDFs to analytical chemical evolution models (CEM) to quantify the enrichment and the effect of gas flows within the galaxies. Additionally, we measure stellar metallicity gradients in Leo I and II. For IC 1613 and Phoenix our data do not have the radial extent to confirm a metallicity gradient for either galaxy. We find the MDF of Leo I (dwarf spheroidal) to be very peaked with a steep metal rich cutoff and an extended metal poor tail, while Leo II (dwarf spheroidal), Phoenix (dwarf transition) and IC 1613 (dwarf irregular) have wider, less peaked MDFs than Leo I. A simple CEM is not the best fit for any of our galaxies, therefore we also fit the `Best Accretion Model' of Lynden-Bell 1975. For Leo II, IC 1613 and Phoenix we find similar accretion parameters for the CEM, even though they all have different effective yields, masses, star formation histories and morphologies. We suggest that the dynamical history of a galaxy is reflected in the MDF, where broad MDFs are seen in galaxies that have chemically evolved in relative isolation and narrowly peaked MDFs are seen in galaxies that have experienced more complicated dynamical interactions concurrent with their chemical evolution.Comment: 15 pages, 8 figures, accepted in A

PiCANet: Learning Pixel-wise Contextual Attention for Saliency Detection

Contexts play an important role in the saliency detection task. However, given a context region, not all contextual information is helpful for the final task. In this paper, we propose a novel pixel-wise contextual attention network, i.e., the PiCANet, to learn to selectively attend to informative context locations for each pixel. Specifically, for each pixel, it can generate an attention map in which each attention weight corresponds to the contextual relevance at each context location. An attended contextual feature can then be constructed by selectively aggregating the contextual information. We formulate the proposed PiCANet in both global and local forms to attend to global and local contexts, respectively. Both models are fully differentiable and can be embedded into CNNs for joint training. We also incorporate the proposed models with the U-Net architecture to detect salient objects. Extensive experiments show that the proposed PiCANets can consistently improve saliency detection performance. The global and local PiCANets facilitate learning global contrast and homogeneousness, respectively. As a result, our saliency model can detect salient objects more accurately and uniformly, thus performing favorably against the state-of-the-art methods

The protein cost of metabolic fluxes: prediction from enzymatic rate laws and cost minimization

Bacterial growth depends crucially on metabolic fluxes, which are limited by the cell's capacity to maintain metabolic enzymes. The necessary enzyme amount per unit flux is a major determinant of metabolic strategies both in evolution and bioengineering. It depends on enzyme parameters (such as kcat and KM constants), but also on metabolite concentrations. Moreover, similar amounts of different enzymes might incur different costs for the cell, depending on enzyme-specific properties such as protein size and half-life. Here, we developed enzyme cost minimization (ECM), a scalable method for computing enzyme amounts that support a given metabolic flux at a minimal protein cost. The complex interplay of enzyme and metabolite concentrations, e.g. through thermodynamic driving forces and enzyme saturation, would make it hard to solve this optimization problem directly. By treating enzyme cost as a function of metabolite levels, we formulated ECM as a numerically tractable, convex optimization problem. Its tiered approach allows for building models at different levels of detail, depending on the amount of available data. Validating our method with measured metabolite and protein levels in E. coli central metabolism, we found typical prediction fold errors of 3.8 and 2.7, respectively, for the two kinds of data. ECM can be used to predict enzyme levels and protein cost in natural and engineered pathways, establishes a direct connection between protein cost and thermodynamics, and provides a physically plausible and computationally tractable way to include enzyme kinetics into constraint-based metabolic models, where kinetics have usually been ignored or oversimplified

Flexural Properties, Internal Bond Strength, and Dimensional Stability of Medium Density Fiberboard Panels Made from Hybrid Poplar Clones

Flexural properties, internal bond strength, and dimensional stability of medium density fiberboard (MDF) panels made from three hybrid poplar (Populus spp.) clones with codes 915303, 915311, and 915313 were studied. Analysis of variance (ANOVA) and analysis of covariance (ANCOVA) were both performed in this study to test the differences in modulus of rupture (MOR) and modulus of elasticity (MOE) of MDF panels made from the three poplar hybrids. Results indicate that MOR of MDF panels made from clone 915311 was significantly higher than those of panels made from clones 915303 or 915313; however, there was no significant difference in MOR between panels made from clones 915303 or 915313. MOE of MDF panels made from clone 915311 was the highest value, which was significantly different from those of panels made from either clones 915303 or 915313; MOE of panels made from clone 915303 was the smallest and significantly lower than those of panels from clone 915313. MDF panels made from both clones 915303 and 915311 were superior to those panels made from clone 915313 in internal bond (IB) strength; but there was no significant difference in IB between panels made from clones 915303 or 915311. Dimensional stability of MDF panels was evaluated by linear expansion (LE), thickness swell (TS), and water absorption, and no significant differences were found among the three types of panels. This study shows a significant effect of hybrid poplar clonal variation on flexural properties and internal bond strength. This suggests that improvements in MDF panel flexural properties and internal bond strength may be made through tree breeding. Additionally, panel density was a factor influencing MDF panel MOR and MOE considerably; as significant linear relationships between MOR, MOE and panel density were determined

La relation entre les propriétés des panneaux de fibres de densité moyenne et les caractéristiques du bois

L'effect des matériaux de base sur la fabrication des panneaux de fibres de densité moyenne à été étudié. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) faits à partir d'épinette noire ( Picea mariana (mill.) BSP.) d'âge de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans ont été étudiées. Une analyse de la covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner les différences de module de la rupture (MOR), de module d'élasticité (MOE), et de gonflement en épaisseur (TS) pour les trois types de panneaux, alors que la densité des panneaux était traitée comme une covariante afin dαajuster les valeurs moyennes qui ont été en partie attribuées à la densité des panneaux.Les résultats indiquent que les MOR, la cohésion interne (IB), et l'absorption d'eau des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans, donc contenant 100 % de bois juvénile, étaient sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans alors que lαexpansion linéaire (LE) des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans était sensiblement plus grande que celle des panneaux provenant du bois des deux autres classes dαâge. Les différences dans les MOR, IB, lαabsorption dαeau, et lαexpansion linéaire entre les panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans nαétaient pas significatives. Les comparaisons de MOE et TS des panneaux dépendent relativement de la densité des panneaux et cela est dû à lαexistence dαinteractions avec les trois catégories dαâge.Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des MDF faits à partir de billes du haut, de mi-hauteur, et du bas de troncs dαépinettes noires ont été étudiées. Une analyse de covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner lαeffet de la position du tronçon dans lαarbre sur les MOR et MOE employant la densité de panneaux équilibrée à 22 [degré]C et 65 % comme covariante. Les résultats indiquent que MOE et IB des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de tronçons du haut et à la mi-hauteur sont sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir du tronçons du bas; cependant, il nαy avait aucune différence significative entre les MOE et IB des panneaux faits à partir des billes du haut et à la mi-hauteur. Lαabsorption dαeau des panneaux faits à partir de tronçons du haut et mi-hauteur est sensiblement inférieure à celle des panneaux faits à partir de billes du bas, et la différence dans lαabsorption dαeau entre les panneaux faits à partir de billes du haut et à la mi-hauteur nαétait pas significative.Le TS des panneaux faits à partir des tronçons du haut était la plus basse parmi celle des trois types des panneaux et était sensiblement différente de celles des panneaux faits à partir de tronçons à la mi-hauteur et du bas. Les panneaux faits à partir de billes du bas ont donné les plus hauts TS, qui étaient sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir des billes du haut et de mi-hauteur. Les différences dans le LE parmi les panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas nαétaient pas significatives. La comparaison des MOR des panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas dépendait de la densité de panneau dû à lαexistence dαinteractions avec les trois groupes. La densité des panneaux a un effet considérable sur leur MOR et MOE, cependant, son impact sur IB, LE, TS et lαabsorption de lαeau nαétait pas significatif dans cette étude. Des relations linéaires entre MOR, MOE et la densité des panneaux ont été trouvées et des équations décrivant ces relations ont été développées.Les propriétés en flexion, de cohésion interne, et stabilité dimensionnelle des panneaux MDF faits à partir des trois clones du peuplier ( Populus . spp.) avec le code 915303, 915311, et 915313 ont été étudiés. Lαanalyse de variance et lαanalyse de covariance ont été exécutées dans cette étude pour examiner les différences dans les MOR et MOE des panneaux MDF faits à partir des trois hybrides de peuplier. Les résultats indiquent que les MOR des panneaux fabriqués à partir du clone 915311 étaient sensiblement plus élevés que ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; cependant, il nαy avait aucune différence significative dans les MOR entre les panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313. Les MOE des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir du clone 915311 ont été les plus élevés, et sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; Les MOE des panneaux faits à partir du clone 915303 étaient les plus bas et sensiblement inférieurs à ceux des panneaux du clone 915313.Les panneaux MDF faits à partir des deux clones 915303 et 915311 étaient supérieurs aux panneaux faits à partir du clone 915313 en ce qui concerne la cohésion interne; mais il nαy avait aucune différence significative dans la cohésion interne entre les panneaux faits à partir du clones 915303 ou 915311. La stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne a été évaluée par LE, TS, et lαabsorption dαeau, et aucune différence significative nαa été trouvée parmi les trois types de panneaux. Cette étude montre un effet significatif de variation clonale du peuplier hybride sur les propriétés en flexion et le lien interne des panneaux de MDF, et suggère que des améliorations des panneaux MDF dans les propriétés en flexion et de cohésion interne peuvent être faites en choisissant un ou plusieurs hybrides. De plus, la densité des panneaux était un facteur considérable influençant les MOR et MOE des panneaux MDF et des relations linéaires significatives entre les MOR, MOE et la densité des panneaux ont été obtenues.La possibilité dαemployer le bois de mélèze comme matériau de base pour la fabrication des panneaux MDF a été étudiée. Des panneaux de fibres de densité moyenne ont été fabriqués en laboratoire à partir de fibres produites du bois de mélèze, et des panneaux faits à partir des fibres tirées dαépinette, pin, et sapin (S-P-F) ont été étudiés comme contrôle. Dix pourcent de résine dαurée-formaldehyde (UF) et 0,5 % de cire ont été mélangés avec les fibres produites à partir du mélèze et du bois de S-P-F. Les programmes de pression et de température utilisés pour le pressage des panneaux ont été maintenus identiques pour les deux types de panneaux.Selon le standard américain national standard ANSI A 208.2-2002 pour lαévaluation des panneaux MDF pour application intérieure, les MOR, MOE, et IB des panneaux faits avec du bois de S-P-F satisfont aux conditions de la catégorie 120. Les MOR et MOE des panneaux faits à partir du bois de mélèze étaient inférieurs à ceux des panneaux faits à partir de S-P-F. Cependant, cette différence peut être compensée en optimisant les paramètres de pressage afin dαacquérir un profil de densité optimisé dans les panneaux. De plus, les propriétés des panneaux faits à partir du bois de mélèze ont pu être améliorées par manipulation des paramètres de raffinage pour réduire la proportion de fines dans la fibre. On peut conclure que le mélèze est utilisable comme matériau de base pour la fabrication de panneaux MDF.La relation entre les propriétés de panneaux MDF et les caractéristiques du bois et des fibres a été étudiée dans ce travail. Les panneaux MDF ont été manufacturés en laboratoire à partir de différentes espèces et types de bois, qui étaient du bois dαépinettes noires agées de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans, ainsi que les billes du haut, de la mi-hauteur, et du bas dαarbres dαépinettes noires, de trois clones de peuplier, de mélèze, et dαun mélange dαépinette, pin, et sapin. Les propriétés mécaniques des panneaux évaluées ont été le module de rupture (MOR), le module dαélasticité (MOE) en flexion, et la cohésion interne (IB), ainsi que la stabilité dimensionnelle évaluée par lαexpansion linéaire (LE), le gonflement en épaisseur (TS), et lαabsorption dαeau (WA), qui ont été analysées comme variables de réponse dans lαétude. Diverses caractéristiques du bois et de la fibre, telles que la densité du bois, son pH et sa capacité tampon basique, le pH de la fibre et sa capacité tampon basique, la longueur moyenne arithmétique des fibres, leur largeur, le pourcentage de fines des fibres, le pourcentage de fibres réparties dans les tamis de taille >3,240 mm2, 0,828 mm2, 0,281 mm2, 0,017 mm2, et sur le tamis 0,017 mm2, ont été mesurées, et ont été utilisées comme variables prédictrices.Lαanalyse de régression linéaire multiple a été utilisée afin de mettre en évidence les rapports fonctionnels entre les propriétés des panneaux et les caractéristiques des bois et de la fibre. Les résultats indiquent que le module de rupture est négativement lié au pourcentage arithmétique moyen de fibres fines. Le module dαélasticité est affecté négativement par le pourcentage de petites particules (< taille 0,017 mm2) dans la pâte, et également lié au pH du bois et à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées et analysées. La cohésion interne dépend négativement du pourcentage arithmétique moyen de fibres fines, mais est amélioré par un contenu croissant de petites particules (< taille 0,017 mm2). Le pH de la fibre a eu un effet négatif sur le test de tension perpendiculaire. Les résultats indiquent également que la cohésion interne est liée à dαautres caractéristiques inconnues du bois et des fibres qui nαont pas été incluses dans lαanalyse. Lαexpansion linéaire du panneau sαest avérée être négativement liée à la densité du bois, et reliée à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées. Le gonflement en épaisseur a été négativement affecté par la longueur arithmétique moyenne des fibres. La largeur arithmétique moyenne des fibres a un effet négatif sur lαabsorption dαeau des panneaux. Les valeurs des MOR, MOE et IB sont liées au contenu de fibres fines indiquant un rôle significatif du processus de raffinag