Segmentation of nerve bundles and ganglia in spine MRI using particle filters

14th International Conference, Toronto, Canada, September 18-22, 2011, Proceedings, Part IIIAutomatic segmentation of spinal nerve bundles that originate within the dural sac and exit the spinal canal is important for diagnosis and surgical planning. The variability in intensity, contrast, shape and direction of nerves seen in high resolution myelographic MR images makes segmentation a challenging task. In this paper, we present an automatic tracking method for nerve segmentation based on particle filters. We develop a novel approach to particle representation and dynamics, based on Bézier splines. Moreover, we introduce a robust image likelihood model that enables delineation of nerve bundles and ganglia from the surrounding anatomical structures. We demonstrate accurate and fast nerve tracking and compare it to expert manual segmentation.National Institutes of Health (U.S.) (NAMIC award U54-EB005149)National Science Foundation (U.S.) (CAREER grant 0642971

An interactive geometry modeling and parametric design platform for isogeometric analysis

In this paper an interactive parametric design-through-analysis platform is proposed to help design engineers and analysts make more effective use of Isogeometric Analysis (IGA) to improve their product design and performance. We develop several Rhinoceros (Rhino) plug-ins to take input design parameters through a user-friendly interface, generate appropriate surface and/or volumetric models, perform mechanical analysis, and visualize the solution fields, all within the same Computer-Aided Design (CAD) program. As part of this effort we propose and implement graphical generative algorithms for IGA model creation and visualization based on Grasshopper, a visual programming interface to Rhino. The developed platform is demonstrated on two structural mechanics examples—an actual wind turbine blade and a model of an integrally bladed rotor (IBR). In the latter example we demonstrate how the Rhino functionality may be utilized to create conforming volumetric models for IGA

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

Design and validation of decision and control systems in automated driving

xxvi, 148 p.En la última década ha surgido una tendencia creciente hacia la automatización de los vehículos, generando un cambio significativo en la movilidad, que afectará profundamente el modo de vida de las personas, la logística de mercancías y otros sectores dependientes del transporte. En el desarrollo de la conducción automatizada en entornos estructurados, la seguridad y el confort, como parte de las nuevas funcionalidades de la conducción, aún no se describen de forma estandarizada. Dado que los métodos de prueba utilizan cada vez más las técnicas de simulación, los desarrollos existentes deben adaptarse a este proceso. Por ejemplo, dado que las tecnologías de seguimiento de trayectorias son habilitadores esenciales, se deben aplicar verificaciones exhaustivas en aplicaciones relacionadas como el control de movimiento del vehículo y la estimación de parámetros. Además, las tecnologías en el vehículo deben ser lo suficientemente robustas para cumplir con los requisitos de seguridad, mejorando la redundancia y respaldar una operación a prueba de fallos. Considerando las premisas mencionadas, esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño y la implementación de un marco para lograr Sistemas de Conducción Automatizados (ADS) considerando aspectos cruciales, como la ejecución en tiempo real, la robustez, el rango operativo y el ajuste sencillo de parámetros. Para desarrollar las aportaciones relacionadas con este trabajo, se lleva a cabo un estudio del estado del arte actual en tecnologías de alta automatización de conducción. Luego, se propone un método de dos pasos que aborda la validación de ambos modelos de vehículos de simulación y ADS. Se introducen nuevas formulaciones predictivas basadas en modelos para mejorar la seguridad y el confort en el proceso de seguimiento de trayectorias. Por último, se evalúan escenarios de mal funcionamiento para mejorar la seguridad en entornos urbanos, proponiendo una estrategia alternativa de estimación de posicionamiento para minimizar las condiciones de riesgo

Towards a High Quality Real-Time Graphics Pipeline

Modern graphics hardware pipelines create photorealistic images with high geometric complexity in real time. The quality is constantly improving and advanced techniques from feature film visual effects, such as high dynamic range images and support for higher-order surface primitives, have recently been adopted. Visual effect techniques have large computational costs and significant memory bandwidth usage. In this thesis, we identify three problem areas and propose new algorithms that increase the performance of a set of computer graphics techniques. Our main focus is on efficient algorithms for the real-time graphics pipeline, but parts of our research are equally applicable to offline rendering. Our first focus is texture compression, which is a technique to reduce the memory bandwidth usage. The core idea is to store images in small compressed blocks which are sent over the memory bus and are decompressed on-the-fly when accessed. We present compression algorithms for two types of texture formats. High dynamic range images capture environment lighting with luminance differences over a wide intensity range. Normal maps store perturbation vectors for local surface normals, and give the illusion of high geometric surface detail. Our compression formats are tailored to these texture types and have compression ratios of 6:1, high visual fidelity, and low-cost decompression logic. Our second focus is tessellation culling. Culling is a commonly used technique in computer graphics for removing work that does not contribute to the final image, such as completely hidden geometry. By discarding rendering primitives from further processing, substantial arithmetic computations and memory bandwidth can be saved. Modern graphics processing units include flexible tessellation stages, where rendering primitives are subdivided for increased geometric detail. Images with highly detailed models can be synthesized, but the incurred cost is significant. We have devised a simple remapping technique that allowsfor better tessellation distribution in screen space. Furthermore, we present programmable tessellation culling, where bounding volumes for displaced geometry are computed and used to conservatively test if a primitive can be discarded before tessellation. We introduce a general tessellation culling framework, and an optimized algorithm for rendering of displaced Bézier patches, which is expected to be a common use case for graphics hardware tessellation. Our third and final focus is forward-looking, and relates to efficient algorithms for stochastic rasterization, a rendering technique where camera effects such as depth of field and motion blur can be faithfully simulated. We extend a graphics pipeline with stochastic rasterization in spatio-temporal space and show that stochastic motion blur can be rendered with rather modest pipeline modifications. Furthermore, backface culling algorithms for motion blur and depth of field rendering are presented, which are directly applicable to stochastic rasterization. Hopefully, our work in this field brings us closer to high quality real-time stochastic rendering

Conceptual design of a concrete staircase based on topology optimization : A feasibility study on the development and application of topology optimization on a concrete staircase

Master's thesis in Civil and structural engineering (BYG508