Estimación de la orientación múltiple mediante un banco de filtros y su uso en el desarrollo de aplicaciones de procesado de imagen

Mención Europeo / Mención Internacional: Concedido.[SPA] Esta tesis doctoral se presenta bajo la modalidad de compendio de publicaciones. En las últimas décadas, la estimación de orientación se ha convertido en una tarea clave del procesado de imagen, dada su capacidad para extraer características de bajo nivel y su aplicación en el análisis de datos. Existen un gran número de aplicaciones donde la estimación de orientación juega un papel fundamental como son: el análisis de huellas dactilares, extracción de puntos característicos, bifurcaciones, esquinas o intersecciones, filtrado adaptativo o seguimiento de objetos, entre otras. Sin embargo, con el paso del tiempo han aparecido diferentes problemas asociados a la estimación de orientación que pueden complicar este proceso. Los más importantes a destacar son los siguientes: las limitaciones que presentan muchos de los métodos de estimación en estructuras complejas, por ejemplo, estructuras con varias orientaciones asociadas, el incremento de la complejidad computacional de los métodos más modernos o la dependencia de éstos a solo unas determinadas aplicaciones. Resulta en estos momentos, por tanto, una tarea clave conseguir métodos de estimación que sean lo más globales y genéricos posibles, en otras palabras, lo más independientes del tipo de imagen con la que se trabaje y del campo de aplicación. En esta Tesis doctoral, en primer lugar, se aborda una revisión de los conceptos más importantes de la estimación de orientación, como es el concepto de estructura, orientación y sus propiedades principales. También se describen los métodos de estimación de orientaciones más importantes: tensor estructural, bancos de filtros, gradiente al cuadrado promediado, etc. Y las aplicaciones más importantes como la detección de texturas, extracción de características, análisis de huellas dactilares, filtrado variante o seguimiento de objetos, entre otras. Las contribuciones principales a esta Tesis son dos. En primer lugar, la propuesta de un marco de trabajo (de estimación de orientaciones) capaz de sistematizar el proceso de estimación de orientaciones, independientemente del tipo de estructuras o el tipo de aplicación. El marco propuesto está basado en una de las técnicas de estimación de orientación más usadas, los bancos de filtros. Durante este trabajo, éstos han sido probados en multitud de escenarios mientras se consideraban diferentes familias de filtros para su aplicación. En segundo lugar, se abordan casos prácticos de aplicación del marco de trabajo propuesto con el objetivo de mostrar sus excelentes capacidades en aplicaciones muy dispares, mostrando su potencial en multitud de posibilidades. Dado que el método de presentación de la presente Tesis doctoral es mediante un compendio de artículos, la organización de esta memoria constará de un primer capítulo de introducción y estado del arte. Seguidamente se mostrarán, de forma coherente y organizada, los artículos con los resultados obtenidos durante el periodo de investigación de la Tesis, con una introducción para cada uno de los artículos incluidos en este compendio. Finalmente, el capítulo de conclusiones y trabajo futuro cierra la Tesis.[ENG] This doctoral dissertation has been presented in the form of thesis by publication. In the last decades, image orientation estimation has become in a fundamental task of image processing, due to its ability to extract low level features and its application to data analysis. There are a wide number of applications where the image orientation estimation plays and important role, some of these are: fingerprint analysis, feature extractions such as bifurcation, junction and corner, adaptive filtering or tracking applications. However, with the pass of time, different problems related to orientation estimation have appeared and they can complicate this process. The most important problems to highlight are: difficult of a wide number of methods to estimate the orientation of complex object structures, for example, structures with multiple orientations associated, high computational cost of modern methods or dependence on the application framework. Therefore, nowadays, the obtention of global and generics methods, in other words, methods as independent as possible from the image and the application, has become in a important task. In this Thesis, firstly, a review of main concepts of image orientation have been carried out, such as the concept of structure, orientation and their main properties. The most important methods have been described, as e.g., structural tensor, bank of filters, average square gradient, etc. And the most important applications based on image orientation estimation as texture analysis, feature extraction, fingerprint analysis, object tracking and space variant filtering, among others. The main contributions to this Thesis are two. First one is the proposal of a new framework for image orientation estimation, which can systematize this process, making it independent of image type and application. The proposed framework is based on one of the most used estimation orientation techniques, the bank of filters. Throughout this work, it have been tested in a wide variety of scenarios, considering different families of filters for their application. Secondly, the proposed framework has been evaluated in practical applications to show its ability and potential. This Thesis has been carried out by the method of compendium of publications, it has been organized as follows. Chapter one shows an introduction and a review of the state of art. Chapter two shows the journal papers and other contributions done during the research period of this Thesis. Finally, Chapter three shows the conclusion and future work.El trabajo de esta Tesis ha estado financiado parcialmente por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (Proyecto PI17/00771) y la Universidad Politécnica de Valencia - Instituto Interuniversitario de Investigación en Bioingeniería y Tecnología Orientada al Ser Humano. Labhuman- conjuntamente con la Universidad Politécnica de Cartagena (Proyectos 4106/15TIC y 3626/13TIC).Los artículos y capítulos de libros que forman la tesis son los siguientes: Artículo 1: A.G. Legaz-Aparicio, R. Verdú-Monedero, J. Angulo, “Multiscale Estimation of Multiple Orientations based on Morphological Directional Openings”, Signal, Image and Video Processing, 2018, Accepted, (doi:10.1007/s11760-018-1276-y). ISI-JCR(2017): 1.643, Posición 163 de 260 (T2, Q3), cat ENGINEERING, ELECTRICAL & ELECTRONIC. Artículo 2: Álvar-Ginés Legaz-Aparicio, Rafael Verdú-Monedero, Juan Morales-Sanchez, Jorge Larrey- Ruiz, Jesús Angulo, “Detection of Retinal Vessel Bifurcation by Means of Multiple Orientation Estimation Based on Regularized Morphological Openings”. XIII Medierranean Confe-rence on Medical and Biological Engineering and Computing, Sevilla, 2013. Artículo 3: S. Morales, Á. Legaz-Aparicio, V. Naranjo, R. Verdú-Monedero, “Determination of Bifurcation Angles of the Retinal Vascular Tree through Multiple Orientation Estimation ba-sed on Regularized Morphological Openings”, International Conference on Bio-inspired Systems and Signal Processing (BIOSIGNALS 2015), Lisbon (Portugal), January 2015. Artículo 4: S. Morales, V. Naranjo, J. Angulo, A.G. Legaz-Aparicio, R. Verdú-Monedero, “Retinal network characterization through fundus image processing: signicant point identication on vessel centerline”, Signal Processing: Image Communication, Vol. 59, pp. 50-64, November 2017. ISI-JCR(2017): 2.073, Posición 118 de 260 (T2, Q2), cat ENGINEERING, ELECTRICAL & ELEC-TRONIC. Artículo 5: A.G. Legaz-Aparicio, R. Verdú-Monedero, K. Engan, “Noise Robust and Ro-tation Invariant Framework for Texture Analysis and Classification”, Applied Mathematics and Computation, Volume 335, pp. 124 a 132, October 2018. ISI-JCR(2017): 2.300, Posición 21 de 252 (T1, Q1), cat MATHEMATICS, APPLIED. Artículo 6: Álvar-Ginés Legaz-Aparicio, Rafael Verdú-Monedero, Jesús Angulo, “Adaptive spatially variant morphological filters based on a multiple orientation vector field”, Mathematical modelling in Engineering & Human Behaviour 2016. Artículo 7: A.G. Legaz-Aparicio, R. Verdú-Monedero, J. Angulo, “Adaptive morphological filters based on a multiple orientation vector field dependent on image local features”, Journal of Computational and Applied Mathematics, Vol. 330, pp. 965-981, March 2018. ISI-JCR(2017): 1.632, Posición 49 de 252 (T1, Q1), cat MATHEMATICS, APPLIED.Escuela Internacional de Doctorado de la Universidad Politécnica de CartagenaUniversidad Politécnica de CartagenaPrograma de Doctorado en Tecnologías de la Información y las Comunicaciones por la Universidad Politécnica de Cartagen

Medidas paramétrics en transistores de nitruro de galio para aplicaciones de sistemas de comunicación en alta frecuencia

El proyecto consta de tres partes que describen el trabajo realizado en el marco de los transmisores de alta frecuencia y de alta potencia. La primera parte es un estudio es un estudio de las tecnologías de GaN, observando la capacidad de ésta para el diseño de amplificadores de alta potencia. La segunda parte será la caracterización estática y dinámica de un transmisor de tecnología GaN de alta potencia y alta frecuencia. La tercera parte consistirá en el diseño de una amplificación de microondas para la frecuencia de 2.1 GHz.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de TelecomunicaciónUniversidad Politécnica de Cartagen

Estimación de la orientación múltiple en imágenes mediante morfología matemática y técnicas de regularización

El presente trabajo describe un novedoso método de estimación de orientaciones múltiples para imágenes. Este método combina la estimación de las orientaciones múltiples de las estructuras de los objetos de la imagen con la difusión de la información de las orientaciones, de esta forma se consigue obtener las orientaciones múltiples en todos los píxeles de la imagen. Para evaluación de las prestaciones se emplean imágenes tanto sintéticas como reales con diversos tipos de escenarios. Por último se presentan las conclusiones y se describen las líneas futuras.Escuela Técnica Superior de Ingeniería de TelecomunicaciónUniversidad Politécnica de Cartagen

Adaptive morphological filters based on a multiple orientation vector field dependent on image local features

This paper addresses the formulation of adaptive morphological filters based on spatially-variant structuring elements. The adaptivity of these filters is achieved by modifying the shape and orientation of the structuring elements according to a multiple orientation vector field. This vector field is provided by means of a bank of directional openings which can take into account the possible multiple orientations of the contours in the image. After reviewing and formalizing the definition of the spatially-variant dilation, erosion, opening and closing, the proposed structuring elements are described. These spatially-variant structuring elements are based on ellipses which vary over the image domain adapting locally their orientation according to the multiple orientation vector field and their shape (the eccentricity of the ellipses) according to the distance to relevant contours of the objects. The proposed adaptive morphological filters are used on gray-level images and are compared with spatially-invariant filters, with spatially-variant filters based on a single orientation vector field, and with adaptive morphological bilateral filters. Results show that the morphological filters based on a multiple orientation vector field are more adept at enhancing and preserving structures which contains more than one orientation

Determination of bifurcation angles of the retinal vascular tree through multiple orientation estimation based on regularized morphological openings

This paper describes a new approach to compute bifurcation angles in retinal images. This approach is based on the estimation of multiple orientations at each pixel of a gray retinal image. The main orientations are provided by directional openings whose outputs are regularized in order to extend the orientation information to the whole image. The detection of vessel bifurcations is based on the coexistence of two or more than two different main orientations at the same pixel. Once the bifurcations and crossovers has been identified, bifurcation angles are calculated. The proposed procedure of computing bifurcation angles by means of orientation estimation at all pixels of the gray level image is much more stable than those methods which are based on the skeleton of the vascular tree, since a slight variation of a pixel of the skeleton can produce a significant change in the angle valueThis work was supported by Ministerio de Economía y Competitividad of Spain,Project ACRIMA (TIN2013-46751-R)

Efficient Variational Approach to Multimodal Registration of Anatomical and Functional Intra-Patient Tumorous Brain Data

This paper addresses the functional localization of intra-patient images of the brain. Functional images of the brain (fMRI and PET) provide information about brain function and metabolism whereas anatomical images (MRI and CT) supply the localization of structures with high spatial resolution. The goal is to find the geometric correspondence between functional and anatomical images in order to complement and fuse the information provided by each imaging modality. The proposed approach is based on a variational formulation of the image registration problem in the frequency domain. It has been implemented as a C/C++ library which is invoked from a GUI. This interface is routinely used in the clinical setting by physicians for research purposes (Inscanner, Alicante, Spain), and may be used as well for diagnosis and surgical planning. The registration of anatomic and functional intra-patient images of the brain makes it possible to obtain a geometric correspondence which allows for the localization of the functional processes that occur in the brain. Through 18 clinical experiments, it has been demonstrated how the proposed approach outperforms popular state-of-the-art registration methods in terms of efficiency, information theory-based measures (such as mutual information) and actual registration error (distance in space of corresponding landmarks)Legaz-Aparicio, A.; Verdú-Monedero, R.; Larrey-Ruiz, J.; Morales-Sánchez, J.; López-Mir, F.; Naranjo Ornedo, V.; Bernabéu, Á. (2017). Efficient Variational Approach to Multimodal Registration of Anatomical and Functional Intra-Patient Tumorous Brain Data. International Journal of Neural Systems. 27(6):1750014-1-1750014-11. doi:10.1142/S0129065717500149S1750014-11750014-1127

Utilización de algoritmos morfológicos sobre FPGAs: un casos sobre FPGAs: un caso práctico

Actualmente los algoritmos de visión artificial continúan estando en pleno auge. Métodos para el reconocimiento facial, conteo de productos, retoque de imagen, etc. son ampliamente utilizados tanto a nivel investigador como a nivel industrial. En aplicaciones reales, la base de este tipo de técnicas consiste en un conjunto de operaciones de filtrado básicas, muchas veces basadas en operaciones morfológicas. Este trabajo presenta el uso de estas operaciones de morfología matemática para el procesado de imagen. En concreto se emplea un método para la eliminación de ruido en imágenes binarias de huella digital por medio de aperturas y cierres. Su implementación se realiza en una FPGA con el programa Matlab y la herramienta Simulink con System Generator. De los resultados obtenidos, se observa la potencia de las operaciones morfológicas y cómo la plataforma empleada es una herramienta de diseño fácil e intuitiva que permite diseños HDL complejos en poco tiempo de forma eficiente.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

Análisis en bloques de imagen para la estimación de orientaciones multiples usando aperturas direccionales y B-splines

La estimación local de la orientación puede ser crucial en el proceso de imágenes. Este artículo presenta un enfoque multiescala para estimar las orientaciones locales múltiples. Para estimar correctamente la llamada, firma direccional para diferentes escalas, se realizan aperturas direccionales multiescala con los elementos estructurantes de longitud variable. Posteriormente se aplica una detección de los múltiples picos de la firma direccional para realizar una interpolación por medio de B-splines y así extraer las direcciones principales. Los resultados experimentales muestran una detección precisa de las orientaciones locales en múltiples texturas de imágenes a diferentes escalas, junto con la estimación adecuada de las orientaciones locales en presencia de curvas.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferro

Aprendizaje máquina aplicado a la evaluación automática del grosor intima-media carotídeo en imágenes de ultrasonido

Un diagnóstico precoz de la arterosclerosis junto con el seguimiento y tratamiento de esta patología resultan cruciales en la evaluación del riesgo cardiovascular y la prevención de enfermedades más graves, como infartos o apoplejías. El grosor íntima-media de la arteria carótida común es un indicador precoz de la aterosclerosis. La técnica de diagnóstico utilizada para evaluar el grosor íntima-media carotídeo es el ultrasonido, mediante ecografías de alta resolución en modo-B. Es común medir este parámetro de forma manual, con lo que se le asocia el error propio de la subjetividad del observador. En este trabajo proponemos, como ayuda al diagnóstico precoz de la aterosclerosis, un método de segmentación de imagen completamente automático basado en técnicas de Aprendizaje Máquina para la evaluación del grosor-íntima media de la arteria carótida común.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr

VIII Anuario de jóvenes investigadores

Pensamos que esta revista de publicación anual es una buena oportunidad para que los jóvenes investigadores puedan difundir sus actividades, aportando a la comunidad universitaria una panorámica de la investigación que se realiza en la UPCT. Las contribuciones deben ajustarse al formato típico de artículos originales, artículos de revisión, casos de estudio y/o del estado del arte. Deberán ser redactadas en español, con una longitud total de 3 páginas. Las instrucciones de estilo y formato pueden descargarse como plantilla de Word en el enlace situado en la página web de la AJICT (http://www.upct.es/~ajict/index.php). Los documentos que no se adecúen a la temática de la revista y/o a las instrucciones de la plantilla serán desestimados. Todas las contribuciones se someterán a un proceso de revisión por pares, la cual indicará si el artículo continúa su proceso de publicación o si los autores deben hacer pequeños o grandes cambios de cara a su publicación final. Para que un artículo sea aceptado los autores deberán ajustarse a los comentarios de los revisores anónimos. Agradecemos el esfuerzo del comité científico que está haciendo un esfuerzo en dotar a esta publicación de calidad con el objetivo de ser indexada y alcanzar un buen nivel de clasificación y de citas. También damos las gracias a todos los centros e instituciones enumeradas en la editorial sobre la asociación por que con su financiación hacen posible la materialización del presente anuario. Comité Científico Editor: José María Carrillo Sánchez Editor asociado: José Horacio García Marí Revisores (por disciplinas académicas) Ingeniería Agronómica Miriam Cristina Díaz García José Miguel Molina Martínez Manuel Munuera Giner César Petri Serrano Economía, Empresa y Turísmo Mª del Mar Andreu Martí Juan Patricio Castro Valdivia Antonio García Sánchez Inocencia Martínez-León Soledad María Martínez María-Dolores Isabel Olmedo Cifuentes Begoña Soler Huertas Eva Tomaseti Solano Ingeniería Industrial José Luis Aguirre Martínez Francisco Cavas Martínez Francisco Mateo Ramírez José Alberto Murillo Hernández Javier Padilla Martínez Ingeniería de Caminos, Cy P y en Ingeniería de Minas Francisco Alhama López Antonio Vigueras-Rodríguez Defensa. Ejército del Aire Inmaculada de Jesús Arboleda Guirao Alejandro López Belchí Ingeniería en Telecomunicaciones Juan Francisco Inglés Romero Mª Teresa Martínez Inglés Alejandro Javier Martínez Ros Juan Pascual García Francisca Rosique Contreras Juan Suardíaz Muro Arquitectura y Edificación Jaume Blancafort Sansó José Calvo López Pedro García Martínez Pedro Miguel Jimenez Vicario José María López Martínez Maria Mestre Martí Isabel Miñano Belmonte Manuel A. Ródenas López Marcos Ros Sempere Volúmenes anteriores disponibles en Internet: http://repositorio.bib.upct.es/dspace/handle/10317/1004Desde su creación en 2007, la Asociación de Jóvenes Investigadores de Cartagena (AJICT), asociación universitaria defensora de este colectivo en la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), siempre ha mantenido dos objetivos prioritarios: (i) la lucha por los derechos del personal investigador en formación y la lucha por la estabilización de la carrera investigadora; y (ii) el fomento de la vocación científica y la promoción de la cultura científica y tecnológica dentro de nuestra Universidad. En relación a la situación de los jóvenes investigadores, con la entrada en vigor de la Ley de la Ciencia, en cuya elaboración participó activamente la AJICT a través de la Federación de Jóvenes Investigadores (FJI), la única figura legal tanto predoctoral como postdoctoral es la contratación, evitando que investigadores que desarrollan el mismo tipo de trabajo lo hagan bajo condiciones laborales diferentes, u otras situaciones de precariedad laboral. No obstante, esta mejoría en derechos queda en papel mojado si no viene acompañada de una fuerte inversión económica. En este sentido, desde 2009 se viene acumulando un recorte presupuestario del 40% en cuanto a inversión pública en I+D+i, con el consiguiente desgaste de grupos y centros de investigación. La reactivación de programas de ayudas pre y postdoctorales, como por ejemplo los de la Fundación Séneca, ayudan a pensar en una salida a la crisis que lleva padeciendo la ciencia en España en los últimos años. En cualquier caso, la AJICT sigue trabajando para conseguir que aquellos de nuestros titulados que posean auténtica vocación investigadora puedan dedicarse a la investigación como una carrera profesional. De esta manera, por octavo año consecutivo la AJICT ha organizado las VIII Jornadas de Introducción a la Investigación de la UPCT. Como en cada edición, el propósito de estas jornadas donde se exponesn trabájos científicos y técnicos de jóvenes investigadores para dar a conocer sus trabajos y obtener opiniones de la comunidad científica que mejoré la calidad de dichos trabajos. Gracias al gran esfuerzo y dedicación personal de los miembros del comité organizador, otro año más se consiguió confeccionar un ambicioso programa durante el cual los jóvenes investigadores de la UPCT han presentado sus trabajos en sesiones paralelas.Centro Universitario de la Defensa. Escuela de Turismo de Cartagena. Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial UPCT. Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación (ETSIT). Escuela de Ingeniería de Caminos y Minas (EICM). Escuela de Arquitectura e Ingeniería de Edificación (ARQ&IDE). Parque Tecnológico de Fuente Álamo. Navantia. Campus Mare Nostrum. Estación Experimental Agroalimentaria Tomás Ferr