A PCA-based super-resolution algorithm for short image sequences

Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works. C. Miravet, and F. B. Rodríguez, "A PCA-based super-resolution algorithm for short image sequences", 17th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP), Hong Kong, China, 2010, pp. 2025 - 2028In this paper, we present a novel, learning-based, two-step super-resolution (SR) algorithm well suited to solve the specially demanding problem of obtaining SR estimates from short image sequences. The first step, devoted to increase the sampling rate of the incoming images, is performed by fitting linear combinations of functions generated from principal components (PC) to reproduce locally the sparse projected image data, and using these models to estimate image values at nodes of the high-resolution grid. PCs were obtained from local image patches sampled at sub-pixel level, which were generated in turn from a database of high-resolution images by application of a physically realistic observation model. Continuity between local image models is enforced by minimizing an adequate functional in the space of model coefficients. The second step, dealing with restoration, is performed by a linear filter with coefficients learned to restore residual interpolation artifacts in addition to low-resolution blurring, providing an effective coupling between both steps of the method. Results on a demanding five-image scanned sequence of graphics and text are presented, showing the excellent performance of the proposed method compared to several state-of-the-art two-step and Bayesian Maximum a Posteriori SR algorithms.This work was supported by the Spanish Ministry of Education and Science under TIN 2007-65989 and CAM S-SEM-0255- 2006, and by COINCIDENTE project DN8644, RESTAURA

Automatic enhancement of noisy image sequences through local spatio-temporal spectrum analysis

Contiene: 13 ilustraciones, 2 tablas y fórmulasA fully automatic method is proposed to produce an enhanced image from a very noisy sequence consisting of a translating object over a background with different translation motion. The method is based on averaging registered versions of the frames in which the object has been motion compensated. Conventional techniques for displacement estimation are not adequate for these very noise sequences, and thus a new strategy has been used taking advantage of the simple model of the sequences. First, the local spatio-temporal spectrum is estimated through a bank of multidirectional/multiscale third order Gaussian derivative filters, yielding a representation of the sequence that facilitates further processing and analysis tasks. Then, energy-related measurements describing the local texture and motion are easily extracted from this representation. These descriptors are used to segment the sequence based on a local joint measure of motion and texture. Once the object of interest has been segmented, its velocity is estimated applying the gradient constraint to the output of a directional band-pass filter for all pixels belonging to the object. Velocity estimates are then used to compensate the motion prior to the average. The results obtained with real sequences of moving ships taken under very noisy conditions are highly satisfactory, demonstrating the robustness and usefulness of the proposed method.Supported by the Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología of Spain, grant TIC98-0925-C02-01Peer reviewe

Ruta matemática aplicada a recintos universitarios, para alumnos de 4º de la ESO

Uno de los campos que se estudia en el currículo dentro de la asignatura de matemáticas es la geometría. En este artículo vamos a abordar diferentes problemas de geometría con cuerpos reales, que serán diferentes formas y edificaciones de una universidad cualquiera. Con el fin de que los alumnos pongan en práctica, entiendan y se diviertan conociendo una universidad. El objetivo final por tanto de la actividad que proponemos es dar a conocer a los alumnos casos prácticos de resolución de problemas geométricos con fórmulas y metodologías realizadas por los primeros matemáticos y la resolución de los mismos de forma cooperativa entre los alumnos

Superresolution imaging: A survey of current techniques

Cristóbal, G., Gil, E., Šroubek, F., Flusser, J., Miravet, C., Rodríguez, F. B., “Superresolution imaging: A survey of current techniques”, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 7074, 2008. Copyright 2008. Society of Photo Optical Instrumentation Engineers. One print or electronic copy may be made for personal use only. Systematic reproduction and distribution, duplication of any material in this paper for a fee or for commercial purposes, or modification of the content of the paper are prohibited.Imaging plays a key role in many diverse areas of application, such as astronomy, remote sensing, microscopy, and tomography. Owing to imperfections of measuring devices (e.g., optical degradations, limited size of sensors) and instability of the observed scene (e.g., object motion, media turbulence), acquired images can be indistinct, noisy, and may exhibit insufficient spatial and temporal resolution. In particular, several external effects blur images. Techniques for recovering the original image include blind deconvolution (to remove blur) and superresolution (SR). The stability of these methods depends on having more than one image of the same frame. Differences between images are necessary to provide new information, but they can be almost unperceivable. State-of-the-art SR techniques achieve remarkable results in resolution enhancement by estimating the subpixel shifts between images, but they lack any apparatus for calculating the blurs. In this paper, after introducing a review of current SR techniques we describe two recently developed SR methods by the authors. First, we introduce a variational method that minimizes a regularized energy function with respect to the high resolution image and blurs. In this way we establish a unifying way to simultaneously estimate the blurs and the high resolution image. By estimating blurs we automatically estimate shifts with subpixel accuracy, which is inherent for good SR performance. Second, an innovative learning-based algorithm using a neural architecture for SR is described. Comparative experiments on real data illustrate the robustness and utilization of both methods.This research has been partially supported by the following grants: TEC2007-67025/TCM, TEC2006-28009-E, BFI-2003-07276, TIN-2004-04363-C03-03 by the Spanish Ministry of Science and Innovation, and by PROFIT projects FIT-070000-2003-475 and FIT-330100-2004-91. Also, this work has been partially supported by the Czech Ministry of Education under the project No. 1M0572 (Research Center DAR) and by the Czech Science Foundation under the project No. GACR 102/08/1593 and the CSIC-CAS bilateral project 2006CZ002

Influencia del ángulo tarsal en el esparaván del caballo pre de tres años

La osteoartritis (OA) de las articulaciones distales del tarso es un proceso patológico muy frecuente por lo que ha sido objeto de abundantes revisiones y estudios que lo caracterizan. No obstante hay escasos trabajos previos que estudien cómo puede afectar el ángulo tarsal y la conformación de esta región en su aparición, ciñéndose exclusivamente a razas como el caballo Islandés. Tradicionalmente se ha considerado que los animales con bajos ángulos tarsales en vista lateral son propensos a padecer esta enfermedad. Puesto que algunos trabajos parecen indicar que los caballos de Pura Raza Española (PRE) suelen tener ángulos tarsales pequeños se ha diseñado un estudio para poder confirmar o no esta creencia y valorar su posible relación con la presencia de esparaván en ejemplares jóvenes de esta raza. Además, al igual que se ha hecho en otras razas, se pretende caracterizar clínica y radiológicamente esta enfermedad en ese tipo de animales, valorando también algunos aspectos biocinemáticos de su locomoción. Se han seleccionado y estudiado en las propias explotaciones ganaderas, a 25 potros y potras PRE entre 36 y 48 meses de edad con un nivel de ejercicio propio de recién desbravado o iniciación a la doma. A estos animales se les han determinado su ángulo tarsal (al tiempo que se estudiaba su conformación tarsal) mediante procedimientos estáticos (fotogramas con el animal cuadrado) y procedimientos dinámicos (fotogramas en media estancia mediante videocinemática al paso) para aplicar sobre ellos un programa de cálculo de ángulos. A cada animal se le ha realizado un examen subjetivo de locomoción que incluye observación al trote en línea, trote en círculo y resultado a la flexión global de cada extremidad, tras lo cual se procedió a realizar un examen radiológico del tarso. Finalmente se estudiaron los ángulos de protracción, retracción y rango de movimiento articular de sus extremidades posteriores mediante videocinemática en dos dimensiones. En la población estudiada se obtuvo un ángulo tarsal estático de 148,42 ± 2,65° y un ángulo tarsal dinámico de 149,25 ± 2,62°. No se observaron diferencias estadísticamente significativas entre ambos métodos de determinación del ángulo tarsal (p=0,107). La consistencia de la medición del ángulo tarsal dinámico fue alta, con un coeficiente de correlación intraclase alto y significativo (ICC=0,850; p<0,001). El 60% de los animales estudiados presentaron esparaván (signos radiológicos compatibles con OA en alguna de las articulaciones distales del tarso de alguna de sus extremidades). De ellos, el 66,7% presentaban lesión bilateral (40% del total) y un 33,3% (20% del total) solo esparaván unilateral. El 56% de los animales presentaron lesión en la articulación tarsometarsiana (TMT) y el 32% en la articulación centrodistal (CD), mientras que el 28% presentaba lesión en ambas zonas a la vez. La localización de las lesiones se centró en el aspecto dorsolateral (48%) y dorsal (36%) del tarso, solo apareciendo un 16% de lesiones en la cara dorsomedial. La graduación radiológica de los animales con lesión correspondió mayoritariamente, tanto en la TMT (90,9%) como en la CD (90,9%) a la categoría 1, no encontrándose en ningún caso categoría 3. Se observaron en el total de animales un 20% de cojeras al trote en línea recta, un 56% al círculo y un 27,2% a la flexión global de la extremidad posterior, caracterizándose una graduación en cada una de ellas de tipo 1 en el 100%, 81,3% y 50%; y del tipo 2 en el 0%, 18,7% y 50% respectivamente. No se apreciaron cojeras de graduación mayor a tipo 2. En relación a la conformación tarsal en vista lateral, el 60,9% de animales eran quebrados de corvejones, y el 39,1% remetidos de detrás, así como en vista caudal el 30,4% eran normales, el 43,5% cerrados de corvejones y el 26,1% valgus, es decir, ninguno de los animales incluidos en nuestro estudio tenía una conformación perfecta de los corvejones. El 27,3% del total de animales presentaban signos radiológicos y cojera simultáneamente, el 31,8% solo signos radiológicos (sin cojera concomitante) y el 40,9% no presentaron cojera ni signos radiológicos. No se observaron cojeras sin signos radiológicos. Nuestros resultados mostraron que no existían diferencias estadísticamente significativas entre el ángulo dinámico tarsal ni entre las extremidades cojas y sanas, ni entre los animales con y sin esparaván, en ninguna de las tres pruebas clínicas realizadas. Asimismo se observó que no existen diferencias significativas entre el ángulo tarsal dinámico de las extremidades sanas frente a las lesionadas para ninguna de las lesiones radiológicas articulares, determinando que no existe una relación significativa entre el ángulo tarsal y la aparición de lesiones radiológicas. Los resultados determinaron que no existían diferencias significativas en las conformaciones de quebrado y remetido de corvejones en relación a sus ángulos tarsales en vista lateral. No pudimos determinar una mayor presentación de cojeras a la flexión en relación a ninguna conformación o asociación de conformaciones. Los resultados indicaron que a pesar de no existir una relación significativa entre la aparición de signos radiológicos de OA de las articulaciones distales del tarso con la conformación valgus tarsal para cada extremidad, sí que se apreció una tendencia a padecer OA en las extremidades con conformación de valgus, especialmente cuando la conformación lateral era remetida. El método videocinemático de dos dimensiones utilizado en campo para la medición de ángulos de protracción, retracción y rango de movimiento articular de las extremidades posteriores nos ha proporcionado resultados paradójicos y en muchas ocasiones contradictorios, sin poder obtener una tendencia clara que correlacione la presencia de cojera o signos radiológicos con un patrón locomotor concreto. En definitiva podemos decir que en la muestra estudiada de PRE de 3 años sin comenzar el entrenamiento, encontramos unos ángulos tarsales pequeños y malas conformaciones tarsales, así como una alta incidencia de signos radiológicos de OA distal del tarso, estando mayoritariamente localizados en la articulación TMT y en la aspecto dorsolateral del tarso. Estas lesiones fueron mayoritariamente de grado radiológico muy ligero y por lo general los animales presentaron cojeras de leve intensidad. Nuestros datos, sin embargo, no permitieron establecer ninguna asociación entre el ángulo tarsal y las características clínicas o radiológicas del esparaván

Consumo problemático de series de TV y afectividad: ¿existe una relación?

introducción: El consumo de series de televisión (tv) es común y está ampliamente generalizado. Sin embargo, en algunas personas se puede tornar disfuncional. Ca- bría explorar si la relación identificada en la literatura entre diferentes consumos pro- blemáticos y la necesidad de regular las emociones se puede extrapolar a esta con- ducta. Así, se pretende explorar la asociación entre el consumo problemático de series de tv y la afectividad. Se hipotetizó que una mayor intensidad afectiva se vin- cularía con un consumo problemático. método: 113 personas (52,21% mujeres) con una edad promedio de 24,57 años (dt=5,71) cumplimentaron las adaptaciones espa- ñolas del Binge-Whatching Engagement and Symptoms Questionnaire (Bwesq) y del Positive and Negative Affect Schedule (PaNas) voluntaria y anónimamente. resulta- dos: El 46,1% de la muestra reportó que, semanalmente, consumía varios episodios de series de tv en una misma sesión, siendo que el 8,1% lo hacía diariamente. Ade- más, el 37% manifestó que este consumo había tenido impacto negativo en su vida. Por un lado, se observó una asociación positiva y significativa entre el afecto negativo y las dimensiones «Dependencia» (r=,330; p=,000) y «Pérdida de control» (r=,198; p=,036), mientras que la asociación fue negativa entre el afecto positivo y las dimen- siones «Pérdida de control» (r=-,345; p=.000), «Atracón» (r=-,320; p=.001) y «Depen- dencia» (r=-,264; p=.005). Conclusiones: Así pues, el afecto, como en otros consu- mos problemáticos, es un factor influyente en el consumo problemático de series de tv. Tanto la experiencia de emociones desagradables como la ausencia de emocio- nes agradables y positivas se relacionan con este patrón de consumo.introduction: The consumption of tv series is common and is increasingly wi- despread. Nevertheless, in some people this consumption can become dys- functional. It could be explored whether the identified link in the literature bet- ween different problematic consumptions and the need of emotional regulation can be extrapolated to this behavior. Therefore, our aim is to explore the asso- ciation between problematic tv series consumption and affectivity. It was hypo- thesized that a higher affective intensity will be linked to problematic consump- tion. method: 113 persons (52.21% women) with an average age of 24.57 years (sd=5.71) completed the Spanish adaptations of the Binge-Watching Engage- ment and Symptoms Questionnaire (Bwesq) and the Positive and Negative Affect Schedule (PaNas) voluntarily and anonymously. results: 46.1% of the sample reports that, weekly, consumed several episodes of tv series in the same ses- sion, while 8.1% did so daily. In addition, 37% expressed that this consumption had had some negative impact on their lives. On the one hand, a positive and significant association was observed between negative affect and the dimen- sions «Dependence» (r=.330; p=.000) and «Loss of control» (r=.198; p=.036), while, on the other hand, the association was negative between positive affect and the dimensions «Loss of control» (r=-.345; p=.000), «Binge eating» (r=-.320; p=.001) and «Dependence» (r=-.264; p=.005). Conclusions: Thus, affection, as in other problematic behaviors, was an influencing factor in problematic con- sumption of tv series. Both the experience of unpleasant emotions and the ab- sence of pleasant and positive emotions are related to this consumption pattern

Potential of TROPOMI for understanding spatio-temporal variations in surface NO2 and their dependencies upon land use over the Iberian Peninsula

In orbit since late 2017, the Tropospheric Monitoring Instrument (TROPOMI) is offering new outstanding opportunities for better understanding the emission and fate of nitrogen dioxide (NO2) pollution in the troposphere. In this study, we provide a comprehensive analysis of the spatio-temporal variability of TROPOMI NO2 tropospheric columns (TrC-NO2) over the Iberian Peninsula during 2018–2021, considering the recently developed Product Algorithm Laboratory (PAL) product. We complement our analysis with estimates of NOx anthropogenic and natural soil emissions. Closely related to cloud cover, the data availability of TROPOMI observations ranges from 30 %–45 % during April and November to 70 %–80 % during summertime, with strong variations between northern and southern Spain. Strongest TrC-NO2 hotspots are located over Madrid and Barcelona, while TrC-NO2 enhancements are also observed along international maritime routes close the strait of Gibraltar, and to a lesser extent along specific major highways. TROPOMI TrC-NO2 appear reasonably well correlated with collocated surface NO2 mixing ratios, with correlations around 0.7–0.8 depending on the averaging time. We investigate the changes of weekly and monthly variability of TROPOMI TrC-NO2 depending on the urban cover fraction. Weekly profiles show a reduction of TrC-NO2 during the weekend ranging from −10 % to −40 % from least to most urbanized areas, in reasonable agreement with surface NO2. In the largest agglomerations like Madrid or Barcelona, this weekend effect peaks not in the city center but in specific suburban areas/cities, suggesting a larger relative contribution of commuting to total NOx anthropogenic emissions. The TROPOMI TrC-NO2 monthly variability also strongly varies with the level of urbanization, with monthly differences relative to annual mean ranging from −40 % in summer to +60 % in winter in the most urbanized areas, and from −10 % to +20 % in the least urbanized areas. When focusing on agricultural areas, TROPOMI observations depict an enhancement in June–July that could come from natural soil NO emissions. Some specific analysis of surface NO2 observations in Madrid show that the relatively sharp NO2 minimum used to occur in August (drop of road transport during holidays) has now evolved into a much broader minimum partly de-coupled from the observed local road traffic counting; this change started in 2018, thus before the COVID-19 outbreak. Over 2019–2021, a reasonable consistency of the inter-annual variability of NO2 is also found between both datasets. Our study illustrates the strong potential of TROPOMI TrC-NO2 observations for complementing the existing surface NO2 monitoring stations, especially in the poorly covered rural and maritime areas where NOx can play a key role, notably for the production of tropospheric O3.We acknowledge the RES (AECT-2022-1- 0008, AECT-2022-2-0003) for awarding us access to the MareNostrum supercomputer in the Barcelona Supercomputing Center, and we also acknowledge the support from the Red Temática ACTRIS España (CGL2017-90884-REDT) and the H2020 ACTRIS IMP (no. 871115). SC acknowledges support from BELSPO through BRAIN-BE 2.0 project LEGO-BEL-AQ (contract B2/191/P1/LEGO-BEL-AQ). This research has received fund- ing from the Ramon y Cajal grant (RYC2021-034511-I, MCIN/AEI/10.13039/501100011033 and European Union NextGenerationEU/PRTR), the MITIGATE (PID2020- 16324RA695 I00/AEI/10.13039/501100011033) and VITALISE (PID2019-108086RA-I00 MCIN/AEI/10.13039/501100011033) projects from the Agencia Estatal de Investigación (AEI), the European Union’s Horizon 2020 research and innovation program under grant agreement no. 870301 (AQ-WATCH H2020 project), and the AXA Research Fund.Peer ReviewedPostprint (published version