Vision Science and Technology at NASA: Results of a Workshop

A broad review is given of vision science and technology within NASA. The subject is defined and its applications in both NASA and the nation at large are noted. A survey of current NASA efforts is given, noting strengths and weaknesses of the NASA program

NASA Tech Briefs, May 1991

Topics: New Product Ideas; NASA TU Services; Electronic Components and Circuits; Electronic Systems; Physical Sciences; Materials; Computer Programs; Mechanics; Machinery; Fabrication Technology; Mathematics and Information Sciences; Life Sciences

Multimodal Image Fusion and Its Applications.

Image fusion integrates different modality images to provide comprehensive information of the image content, increasing interpretation capabilities and producing more reliable results. There are several advantages of combining multi-modal images, including improving geometric corrections, complementing data for improved classification, and enhancing features for analysis...etc. This thesis develops the image fusion idea in the context of two domains: material microscopy and biomedical imaging. The proposed methods include image modeling, image indexing, image segmentation, and image registration. The common theme behind all proposed methods is the use of complementary information from multi-modal images to achieve better registration, feature extraction, and detection performances. In material microscopy, we propose an anomaly-driven image fusion framework to perform the task of material microscopy image analysis and anomaly detection. This framework is based on a probabilistic model that enables us to index, process and characterize the data with systematic and well-developed statistical tools. In biomedical imaging, we focus on the multi-modal registration problem for functional MRI (fMRI) brain images which improves the performance of brain activation detection.PhDElectrical Engineering: SystemsUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/120701/1/yuhuic_1.pd

Spatial-temporal reasoning applications of computational intelligence in the game of Go and computer networks

Spatial-temporal reasoning is the ability to reason with spatial images or information about space over time. In this dissertation, computational intelligence techniques are applied to computer Go and computer network applications. Among four experiments, the first three are related to the game of Go, and the last one concerns the routing problem in computer networks. The first experiment represents the first training of a modified cellular simultaneous recurrent network (CSRN) trained with cellular particle swarm optimization (PSO). Another contribution is the development of a comprehensive theoretical study of a 2x2 Go research platform with a certified 5 dan Go expert. The proposed architecture successfully trains a 2x2 game tree. The contribution of the second experiment is the development of a computational intelligence algorithm calledcollective cooperative learning (CCL). CCL learns the group size of Go stones on a Go board with zero knowledge by communicating only with the immediate neighbors. An analysis determines the lower bound of a design parameter that guarantees a solution. The contribution of the third experiment is the proposal of a unified system architecture for a Go robot. A prototype Go robot is implemented for the first time in the literature. The last experiment tackles a disruption-tolerant routing problem for a network suffering from link disruption. This experiment represents the first time that the disruption-tolerant routing problem has been formulated with a Markov Decision Process. In addition, the packet delivery rate has been improved under a range of link disruption levels via a reinforcement learning approach --Abstract, page iv

Environmental Technologies

This book on Environmental Technology takes a look at issues such as air, soil and noise pollution problems, environmental quality assessment, monitoring, modelling and risk as- sessment, environmental health impact assessment, environmental management and envi- ronmental technology development. It represents institutional arrangements, financial mechanisms and some sustainable technologies. The user can always count on finding both introductory material and more specific material based on national interests and problems. The user will also find ample references at the end of each chapter, if additional information is required. For additional questions or comments the user is encouraged to contact the author

Learning cognitive maps: Finding useful structure in an uncertain world

In this chapter we will describe the central mechanisms that influence how people learn about large-scale space. We will focus particularly on how these mechanisms enable people to effectively cope with both the uncertainty inherent in a constantly changing world and also with the high information content of natural environments. The major lessons are that humans get by with a less is more approach to building structure, and that they are able to quickly adapt to environmental changes thanks to a range of general purpose mechanisms. By looking at abstract principles, instead of concrete implementation details, it is shown that the study of human learning can provide valuable lessons for robotics. Finally, these issues are discussed in the context of an implementation on a mobile robot. © 2007 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

An evolutionary approach to optimising neural network predictors for passive sonar target tracking

Object tracking is important in autonomous robotics, military applications, financial time-series forecasting, and mobile systems. In order to correctly track through clutter, algorithms which predict the next value in a time series are essential. The competence of standard machine learning techniques to create bearing prediction estimates was examined. The results show that the classification based algorithms produce more accurate estimates than the state-of-the-art statistical models. Artificial Neural Networks (ANNs) and K-Nearest Neighbour were used, demonstrating that this technique is not specific to a single classifier. [Continues.

Machine learning-based automated segmentation with a feedback loop for 3D synchrotron micro-CT

Die Entwicklung von Synchrotronlichtquellen der dritten Generation hat die Grundlage für die Untersuchung der 3D-Struktur opaker Proben mit einer Auflösung im Mikrometerbereich und höher geschaffen. Dies führte zur Entwicklung der Röntgen-Synchrotron-Mikro-Computertomographie, welche die Schaffung von Bildgebungseinrichtungen zur Untersuchung von Proben verschiedenster Art förderte, z.B. von Modellorganismen, um die Physiologie komplexer lebender Systeme besser zu verstehen. Die Entwicklung moderner Steuerungssysteme und Robotik ermöglichte die vollständige Automatisierung der Röntgenbildgebungsexperimente und die Kalibrierung der Parameter des Versuchsaufbaus während des Betriebs. Die Weiterentwicklung der digitalen Detektorsysteme führte zu Verbesserungen der Auflösung, des Dynamikbereichs, der Empfindlichkeit und anderer wesentlicher Eigenschaften. Diese Verbesserungen führten zu einer beträchtlichen Steigerung des Durchsatzes des Bildgebungsprozesses, aber auf der anderen Seite begannen die Experimente eine wesentlich größere Datenmenge von bis zu Dutzenden von Terabyte zu generieren, welche anschließend manuell verarbeitet wurden. Somit ebneten diese technischen Fortschritte den Weg für die Durchführung effizienterer Hochdurchsatzexperimente zur Untersuchung einer großen Anzahl von Proben, welche Datensätze von besserer Qualität produzierten. In der wissenschaftlichen Gemeinschaft besteht daher ein hoher Bedarf an einem effizienten, automatisierten Workflow für die Röntgendatenanalyse, welcher eine solche Datenlast bewältigen und wertvolle Erkenntnisse für die Fachexperten liefern kann. Die bestehenden Lösungen für einen solchen Workflow sind nicht direkt auf Hochdurchsatzexperimente anwendbar, da sie für Ad-hoc-Szenarien im Bereich der medizinischen Bildgebung entwickelt wurden. Daher sind sie nicht für Hochdurchsatzdatenströme optimiert und auch nicht in der Lage, die hierarchische Beschaffenheit von Proben zu nutzen. Die wichtigsten Beiträge der vorliegenden Arbeit sind ein neuer automatisierter Analyse-Workflow, der für die effiziente Verarbeitung heterogener Röntgendatensätze hierarchischer Natur geeignet ist. Der entwickelte Workflow basiert auf verbesserten Methoden zur Datenvorverarbeitung, Registrierung, Lokalisierung und Segmentierung. Jede Phase eines Arbeitsablaufs, die eine Trainingsphase beinhaltet, kann automatisch feinabgestimmt werden, um die besten Hyperparameter für den spezifischen Datensatz zu finden. Für die Analyse von Faserstrukturen in Proben wurde eine neue, hochgradig parallelisierbare 3D-Orientierungsanalysemethode entwickelt, die auf einem neuartigen Konzept der emittierenden Strahlen basiert und eine präzisere morphologische Analyse ermöglicht. Alle entwickelten Methoden wurden gründlich an synthetischen Datensätzen validiert, um ihre Anwendbarkeit unter verschiedenen Abbildungsbedingungen quantitativ zu bewerten. Es wurde gezeigt, dass der Workflow in der Lage ist, eine Reihe von Datensätzen ähnlicher Art zu verarbeiten. Darüber hinaus werden die effizienten CPU/GPU-Implementierungen des entwickelten Workflows und der Methoden vorgestellt und der Gemeinschaft als Module für die Sprache Python zur Verfügung gestellt. Der entwickelte automatisierte Analyse-Workflow wurde erfolgreich für Mikro-CT-Datensätze angewandt, die in Hochdurchsatzröntgenexperimenten im Bereich der Entwicklungsbiologie und Materialwissenschaft gewonnen wurden. Insbesondere wurde dieser Arbeitsablauf für die Analyse der Medaka-Fisch-Datensätze angewandt, was eine automatisierte Segmentierung und anschließende morphologische Analyse von Gehirn, Leber, Kopfnephronen und Herz ermöglichte. Darüber hinaus wurde die entwickelte Methode der 3D-Orientierungsanalyse bei der morphologischen Analyse von Polymergerüst-Datensätzen eingesetzt, um einen Herstellungsprozess in Richtung wünschenswerter Eigenschaften zu lenken