A Framework for Fast Image Deconvolution with Incomplete Observations

In image deconvolution problems, the diagonalization of the underlying operators by means of the FFT usually yields very large speedups. When there are incomplete observations (e.g., in the case of unknown boundaries), standard deconvolution techniques normally involve non-diagonalizable operators, resulting in rather slow methods, or, otherwise, use inexact convolution models, resulting in the occurrence of artifacts in the enhanced images. In this paper, we propose a new deconvolution framework for images with incomplete observations that allows us to work with diagonalized convolution operators, and therefore is very fast. We iteratively alternate the estimation of the unknown pixels and of the deconvolved image, using, e.g., an FFT-based deconvolution method. This framework is an efficient, high-quality alternative to existing methods of dealing with the image boundaries, such as edge tapering. It can be used with any fast deconvolution method. We give an example in which a state-of-the-art method that assumes periodic boundary conditions is extended, through the use of this framework, to unknown boundary conditions. Furthermore, we propose a specific implementation of this framework, based on the alternating direction method of multipliers (ADMM). We provide a proof of convergence for the resulting algorithm, which can be seen as a "partial" ADMM, in which not all variables are dualized. We report experimental comparisons with other primal-dual methods, where the proposed one performed at the level of the state of the art. Four different kinds of applications were tested in the experiments: deconvolution, deconvolution with inpainting, superresolution, and demosaicing, all with unknown boundaries.Comment: IEEE Trans. Image Process., to be published. 15 pages, 11 figures. MATLAB code available at https://github.com/alfaiate/DeconvolutionIncompleteOb

A convex formulation for hyperspectral image superresolution via subspace-based regularization

Hyperspectral remote sensing images (HSIs) usually have high spectral resolution and low spatial resolution. Conversely, multispectral images (MSIs) usually have low spectral and high spatial resolutions. The problem of inferring images which combine the high spectral and high spatial resolutions of HSIs and MSIs, respectively, is a data fusion problem that has been the focus of recent active research due to the increasing availability of HSIs and MSIs retrieved from the same geographical area. We formulate this problem as the minimization of a convex objective function containing two quadratic data-fitting terms and an edge-preserving regularizer. The data-fitting terms account for blur, different resolutions, and additive noise. The regularizer, a form of vector Total Variation, promotes piecewise-smooth solutions with discontinuities aligned across the hyperspectral bands. The downsampling operator accounting for the different spatial resolutions, the non-quadratic and non-smooth nature of the regularizer, and the very large size of the HSI to be estimated lead to a hard optimization problem. We deal with these difficulties by exploiting the fact that HSIs generally "live" in a low-dimensional subspace and by tailoring the Split Augmented Lagrangian Shrinkage Algorithm (SALSA), which is an instance of the Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM), to this optimization problem, by means of a convenient variable splitting. The spatial blur and the spectral linear operators linked, respectively, with the HSI and MSI acquisition processes are also estimated, and we obtain an effective algorithm that outperforms the state-of-the-art, as illustrated in a series of experiments with simulated and real-life data.Comment: IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., to be publishe

Four reflections on the new global mental health priorities

The discussion of the achievements and limitations of the strategies prioritised in global mental health that has taken place in recent years contributed to a unified vision for action that addresses the gaps still existing on prevention, treatment, quality of care and human rights protection. This editorial presents four reflections on the impact of this vision on the definition of future priorities, particularly in the areas of policy implementation, services reconfiguration and organisation, human rights and research. It concludes that further debate is needed to redefine the balance between priorities and strategies that can better promote an effective response to the needs of low and middle income countries, and to ensure an efficient coordination of efforts in the future.publishersversionpublishe

Trace metals in the Sado estuary and their implications on the environmental quality

Tese de Mestrado, Ciências do Mar, 2022, Universidade de Lisboa, Faculdade de CiênciasAo longo do tempo, os estuários têm sido áreas de eleição para o estabelecimento de comunidades humanas, nomeadamente devido à proximidade do oceano, essencial para o comércio, abastecimento de água potável do rio, de alimentação, e uma certa estabilidade do clima ao longo do ano. Com o desenvolvimento da agricultura e da indústria, a poluição destes ambientes tem sido uma preocupação nas últimas décadas, levando à implementação de programas de monitorização da qualidade das várias matrizes (água, sedimento, biota) dos estuários e zonas costeiras. Um dos contaminantes estudados são os metais e semimetais, que estão presentes naturalmente no meio ambiente, como parte de ciclos biogeoquímicos. No entanto, as atividades antropogénicas têm vindo a introduzir metais no meio ambiente, alterando as suas concentrações naturais. Além disso, podem acumular-se nos sedimentos, bioacumular na biota ou ser transportados para o oceano através das correntes. Na segunda metade do século XX começou a surgir a necessidade de prevenir e controlar as ameaças ambientais, através da aprovação de legislação relativa a programas de monitorização, padrões de qualidade e programas de medidas. Em relação ao continente europeu, a Diretiva Quadro da Água tornou-se o primeiro enquadramento legal sobre a qualidade da água nas regiões hidrográficas dos estados membros. Foram definidos Padrões de Qualidade Ambiental por entidades europeias e nacionais no contexto da Diretiva, para proteger as águas recetoras dos efeitos nocivos de contaminantes. No caso dos metais, o cádmio, o mercúrio, o chumbo e o níquel foram considerados substâncias prioritárias, sendo os dois primeiros considerados perigosos. Além do aspeto legislativo, também foram desenvolvidos índices de poluição para auxiliar na avaliação da qualidade ambiental dos diversos contaminantes. Existem várias abordagens para metais, desde as diretas, comparando as concentrações com os padrões de qualidade ambiental, até às mais complexas, nas quais as concentrações de metais são normalizadas através de concentrações de fundo ou agentes normalizadores, a fim de melhor entender os possíveis enriquecimentos ou contaminações. O estuário do Sado localiza-se a cerca de 40 km a sul do estuário do Tejo, pertencendo à Bacia Hidrográfica do Sado. O estuário tem uma área total de cerca de 23560 ha, uma área alagada de cerca de 150 km2 , e uma profundidade média de 10 m. O canal de Alcácer, apesar de ser a principal entrada de água doce no sistema, apresenta um caudal baixo e sazonalmente variável, resultando num estuário predominantemente influenciado pela maré. O estuário pode ser classificado como um estuário bem misturado, com muito pouca estratificação e uma homogeneidade vertical relativamente alta, e com circulação nos canais Norte e Sul. O fundo do estuário é dominado por areias, que tendem a ser transportadas para a foz do estuário, resultando na necessidade de dragagens constantes para manter uma profundidade adequada ao tráfego de navios. O estuário pode caracterizar-se pela convergência de várias pressões, desde urbanas, industriais, agrícolas e de lazer, dragagens recorrentes devido ao acesso ao porto, bem como interesses naturais, culturais e científicos. Para equilibrar esses componentes, o estuário foi considerado como Reserva Natural em 1980. Decorreram campanhas de amostragem entre 2018 e 2020, com recolha de amostras de água e sedimentos em 7 estações na bacia central e nos canais do estuário. Foram realizadas um total de treze campanhas para as amostras de água e três campanhas para as amostras de sedimentos. Uma quarta campanha foi feita em 2018 para amostrar sedimentos em 35 estações ao longo do estuário e a montante de ambos os canais, a fim de ter uma perspetiva espacial mais ampla. As concentrações de metais dissolvidos foram analisadas para todas as amostras. Além disso, o teor de matéria orgânica e a granulometria foram analisados em certas amostras de sedimentos. Os resultados mostraram que os valores médios anuais e máximos admissíveis da maioria dos metais nas amostras de água não superaram os padrões de qualidade ambiental definidos, com exceção de algumas concentrações mais altas de cádmio, e o valor médio anual de zinco, que superou regularmente o valor médio anual de referência. Em termos espaciais, há uma diminuição das concentrações das estações internas para as externas. Em relação às amostras de sedimentos, de 2018 a 2019 houve aumento nas concentrações de arsénio, cobre, chumbo e zinco, principalmente numa das estações internas e noutra próxima da área industrial. No ano de 2019 também houve uma percentagem elevada incomum de sedimentos mais finos (silte e argila) nas duas estações mencionadas. Na campanha com as 35 estações, as amostras localizadas a jusante do canal de Alcácer e a montante do canal da Marateca apresentaram as maiores percentagens de matéria orgânica e sedimentos mais finos, enquanto as da bacia do estuário apresentaram as menores percentagens. Houve concordância entre as estações com maiores percentagens de matéria orgânica e sedimentos mais finos e com as maiores concentrações de metais. Para avaliar a variação de longo prazo, os dados de 2018 a 2020 foram comparados com um conjunto de dados históricos, recolhidos entre 1986 e 2010 pelo Instituto Hidrográfico. A maioria das concentrações de metais na água diminuiu em comparação com os últimos anos do conjunto de dados históricos (na década de 2000-2010), principalmente os de ferro, mercúrio e chumbo, à exceção do arsénio, que se manteve estável durante o período de amostragem. Houve também uma maior proximidade entre as concentrações das várias estações nos dados recentes em comparação com os dados históricos. Em relação aos sedimentos, as concentrações no período 2018-2020 estabilizaram no mesmo intervalo de valores dos últimos anos do conjunto de dados históricos, com exceção dos valores mais elevados em 2019 mencionados anteriormente. A partir da análise entre as concentrações de metais nos sedimentos, a granulometria e o conteúdo orgânico, obteve-se uma correlação forte das concentrações de alguns dos metais com os sedimentos mais finos, nomeadamente para as estações do canal de Alcácer e próximas da zona industrial. Os índices de poluição aplicados aos resultados demonstraram que os sedimentos da estação em frente à área industrial tiveram o pior desempenho em termos de enriquecimento e contaminação, enquanto a estação próxima da foz do estuário e a mais abrigada no canal da Marateca tiveram um melhor desempenho. Relativamente à campanha de 35 estações, obteve-se uma correlação positiva elevada entre as concentrações da maioria dos metais e as percentagens de sedimentos mais finos e matéria orgânica, com as estações a jusante do canal de Alcácer e a montante do canal da Marateca a apresentarem os maiores enriquecimentos e contaminações. Estes locais foram estudados previamente quanto às suas condições para aquacultura, leitos naturais e para criação de embriões e juvenis, tendo já sido registadas algumas preocupações com o aumento das pressões antropogénicas e focos de contaminação que afetam a fauna e a flora que habitam o estuário. Para além da contaminação industrial e histórica da exploração mineira na Bacia Hidrográfica do Sado, foi também considerado o contributo de uma ponte no canal de Alcácer, uma vez que a campanha de 35 estações mostra uma diferença nas concentrações de metais antes e depois da ponte. O presente estudo permitiu caracterizar as concentrações de metais no estuário do Sado e nos seus dois canais principais, com várias campanhas num período de três anos. A comparação com o conjunto de dados históricos põe em perspetiva os valores obtidos e a sua variação ao longo do tempo, num período em que novas legislações e programas de monitorização foram implementados, visando melhorar ou manter a qualidade do estuário e da fauna e flora que o habitam.The importance of estuaries in the settlement of communities has contributed to the increase in pollution in these systems and to the potential degradation of their state over time. Within the scope of the AQUASADO project, 13 campaigns were carried out to collect samples from the water column and 4 campaigns to collect sediments from the Sado estuary between 2018 and 2020, with the objective of analyzing the concentrations of metals and semimetal and evaluating the environmental quality of the estuary. The results were compared with national and European legislation, quality indices and enrichment factors, taking into consideration the sediments granulometry and organic content. The stations around the Marateca industrial zone had the highest concentrations of metals and semimetal in water and sediments, as well as in the sediments downstream of the Alcácer channel. In the year of 2019 there was an increase of some metals and semimetal, particularly in front of the industrial area, that could be considered as contaminated and highly contaminated according to national legislation. Comparing with historical data (1986–2010), there has been no deterioration in environmental quality between the last years of the historic dataseries and the current data, with the range of metals and semimetal showing a relative stability. However, some hotspots in front of the industrial area and in the channels could represent a threat for the living organisms that inhabit and breed in the estuary

Bluetooth hotspots for smart spaces interaction

We may find in the market many smart space applications and projects which are using Bluetooth services as mechanism for user-interaction. However, their ad-hoc implementation come as a limitation to their deployment in a global interactive model. This survey focuses on the requirements of such applications, systematizing their interaction models and presents the main key design of a middleware component for Bluetooth interaction-based pervasive applications, running on Linux routers

A comparison between the soft X-ray and [O III] morphologies of active galactic nuclei

Several studies of nearby active galactic nuclei (AGN) have shown that the soft X-ray emission presents a size and morphology that resembles that of the narrow-line region (NLR) traced by [O III]. Since the NLR is mainly constituted by gas photoionised by the AGN, it seems logical to assume that this is also the primary source of the soft X-ray emission. However, these results are based on individual sources or small samples, particularly focused on type-2 Seyfert galaxies. Very little has been said concerning other types of AGN. The purpose of this work is to compare the circumnuclear morphologies of soft X-ray and [O III] images to test whether they match in different optical classes of AGN. Our sample is composed of 27 AGN: nine type-1 Seyferts, 10 type-2 Seyferts, and eight low ionisation nuclear emission-line regions (LINERs). We find a good match in 100% of the type-2 Seyferts in our sample. This correspondence is less frequent in type-1 Seyferts (22%) and it is not seen in LINERs. The good resemblance in type-2 Seyferts constitutes an evidence for a common physical origin. We argue that the lack of correspondence in type-1 Seyferts might be due to the line of sight perpendicular to the accretion disk. Based on the morphologies of the eight LINERs in our sample, we discard a common origin for the soft X-ray and [O III] emissions in these objects. Regarding the X-ray properties, both high column density and hard X-ray luminosity are associated with matched morphologies.Comment: Accepted by MNRAS. 20 pages, 9 figure