Hacia el modelado 3d de tumores cerebrales mediante endoneurosonografía y redes neuronales

Las cirugías mínimamente invasivas se han vuelto populares debido a que implican menos riesgos con respecto a las intervenciones tradicionales. En neurocirugía, las tendencias recientes sugieren el uso conjunto de la endoscopia y el ultrasonido, técnica llamada endoneurosonografía (ENS), para la virtualización 3D de las estructuras del cerebro en tiempo real. La información ENS se puede utilizar para generar modelos 3D de los tumores del cerebro durante la cirugía. En este trabajo, presentamos una metodología para el modelado 3D de tumores cerebrales con ENS y redes neuronales. Específicamente, se estudió el uso de mapas auto-organizados (SOM) y de redes neuronales tipo gas (NGN). En comparación con otras técnicas, el modelado 3D usando redes neuronales ofrece ventajas debido a que la morfología del tumor se codifica directamente sobre los pesos sinápticos de la red, no requiere ningún conocimiento a priori y la representación puede ser desarrollada en dos etapas: entrenamiento fuera de línea y adaptación en línea. Se realizan pruebas experimentales con maniquíes médicos de tumores cerebrales. Al final del documento, se presentan los resultados del modelado 3D a partir de una base de datos ENS.Minimally invasive surgeries have become popular because they reduce the typical risks of traditional interventions. In neurosurgery, recent trends suggest the combined use of endoscopy and ultrasound (endoneurosonography or ENS) for 3D virtualization of brain structures in real time. The ENS information can be used to generate 3D models of brain tumors during a surgery. This paper introduces a methodology for 3D modeling of brain tumors using ENS and unsupervised neural networks. The use of self-organizing maps (SOM) and neural gas networks (NGN) is particularly studied. Compared to other techniques, 3D modeling using neural networks offers advantages, since tumor morphology is directly encoded in synaptic weights of the network, no a priori knowledge is required, and the representation can be developed in two stages: off-line training and on-line adaptation. Experimental tests were performed using virtualized phantom brain tumors. At the end of the paper, the results of 3D modeling from an ENS database are presented

Extracción de puntos característicos del rostro para medidas antropométricas

En este documento se propone una técnica para la extracción de 22 puntos característicos del rostro, orientada a aplicaciones de antropometría. La técnica se fundamenta en la transformada wavelets-Gabor y el uso del algoritmo EBGM (del término en inglés: Elastic Bunch Graph Matching). Este último algoritmo fue modificado para que los puntos extraídos correspondan a puntos característicos del rostro, los cuales se utilizan comúnmente en medidas antropométricas faciales. Las modificaciones consisten en un conjunto de restricciones geométricas para ajustar inicialmente la ubicación de los centros de búsqueda, y posteriormente para la definición de la región de esta búsqueda. Los resultados mostraron que los puntos centrales del rostro presentan errores de ubicación inferiores al milímetro, lo cual es consistente con las medidas en antropometría facial directa

Reduction of speckle noise by using an adaptive window

Speckle noise is a multiplicative noise that results from random fluctuations of signals when they are reflected on a surface. This research article proposes a techniqueto reduce speckle noise by using classic statistical filters and a size-adaptivewindow. The advantage of using the mentioned window is that such filters show adequate performance at reducing noise and preserving edges. In fact, the resultss how that the measurement of absolute performance that can be obtained with thiswindow is better than the best results when the window is not used. Such better performance is expressed in terms of the signal / noise ratio, the edge improvement index and the mean square error

Reduction of speckle noise by using an adaptive window

Speckle noise is a multiplicative noise that results from random fluctuations of signals when they are reflected on a surface. This research article proposes a techniqueto reduce speckle noise by using classic statistical filters and a size-adaptivewindow. The advantage of using the mentioned window is that such filters show adequate performance at reducing noise and preserving edges. In fact, the resultss how that the measurement of absolute performance that can be obtained with thiswindow is better than the best results when the window is not used. Such better performance is expressed in terms of the signal / noise ratio, the edge improvement index and the mean square error

Curvature-based remeshing methodology oriented to human face 3D models

Remeshing techniques seek to modify a mesh in order to adapt it to an specific application. This work proposes a remeshing methodology specialized in the human face, whose purpose is to reduce the number of faces and vertices that requires the mesh, keeping the characteristics of the human anatomy. Curvature information that highlights the intrinsic anisotropy of natural geometry or geometry of human origin is used to accomplish this. Results were polygonal anisotropic meshes, composed mainly of quadrilaterals, with less than 50% of the points and faces of the initial mesh, that maintain the anatomical features for models of the face in a neutral expression, or expressions of happiness, disgust, fear, angry, surprise, and sadness. The methodology was validated with models from the BU-3DFE database, and the quality of the obtained results were evaluated against the remeshing achieved when a technique of simplification based on quadric error metrics is used.Las técnicas de remallado buscan modificar la malla de entrada para adaptarla a la aplicación específica. En este trabajo se propone una metodología de remallado especializada en el rostro humano, cuyo propósito es reducir el número de caras y vértices que requiere la malla, manteniendo las características propias de la anatomía humana. Para lograr esto se utiliza la información de curvatura, la cual destaca la anisotropía intrínseca en la geometría natural o en la geometría de origen humano. Como resultado se obtuvieron mallas anisotrópicas poligonales, compuestas principalmente por cuadriláteros, con menos del 50% de los puntos y caras de la malla inicial, que mantienen las características anatómicas para modelos del rostro en expresión neutra, o con expresiones de alegría, enojo, repugnancia, miedo, sorpresa y tristeza. La metodología se validó con los modelos presentes en la base de datos BU-3DFE, y se comparó la calidad de los resultados obtenidos contra el remallado que se logra con la técnica de simplificación basada en quadric error metrics

Vision-Based Path Finding Strategy of Unmanned Aerial Vehicles for Electrical Infrastructure Purpose

In this chapter we present the development of automated visual inspection systems for electrical infrastructure. The inspection is performed using images acquired with an unmanned aerial vehicle (UAV). Through automated inspection routes, the state of the infrastructure can be evaluated and then the appropriate correcting measures be taken. The monitoring of power lines can be done using passive sensors such as cameras or active sensors such as light detection and ranging (LIDAR) cameras, image processing techniques, computer vision and control systems can then be used. Additionally, a three-dimensional (3D) reconstruction process is possible using images either offline or during the monitoring. An UAV with an onboard embedded computer is used to execute the computer vision and path planning algorithms. The work done shows that the proposed strategy aids in the automation of power line inspection

Seguimiento del contorno externo de la boca en imágenes de vídeo

El seguimiento preciso de la boca de una persona, cuando está hablando, es un desafío importante en varias aplicaciones, como la identificación de la cara o la interacción con el computador. La complejidad de forma, textura y color de la boca, y los cambios de iluminación y fondos de los posibles escenarios hacen que este sea aún un problema abierto. En este artículo se propone un algoritmo para el seguimiento del contorno externo de la boca, sin utilizar marcadores o alguna clase de maquillaje para resaltar los labios, basado en apariencia y en restricciones morfológicas definidas en el estándar MPEG-4. El algoritmo es robusto ante la presencia de barba, tono de piel y calidad de la imagen

Diseño e implementación de una base de datos de imágenes de rango con decimación para la visualización en web

Las bases de datos son una herramienta para administrar y almacenar la información, mientras mejor esté distribuida, más fácil y eficiente será el acceso a esta. En la actualidad, y gracias al desarrollo tecnológico de campos como la informática y la electrónica, la mayoría de las bases de datos tienen formato electrónico, ya que ofrece un amplio rango de soluciones al problema de almacenar datos. En este artículo, presentamos el diseño de una base de datos para imágenes de rango, basada en el modelo relacional y una metodología de diseño consistente en tres pasos: diseño conceptual, diseño lógico y diseño físico. Dicha base de datos cuenta con acceso vía Web. Un algoritmo de multirresolución fue desarrollado e implementado para mejorar el costo computacional en visualización y renderización, utilizando parámetros de decimación basados en curvatura. Se desarrolló una plataforma Web para el acceso de forma amigable a la base de datos para que se puedan ingresar, actualizar y eliminar modelos, de forma confiable y sencilla. Actualmente, la base de datos cuenta con 40 modelos divididos en 3 categorías: rostros (22), museo (4) y objetos de forma libre (14). El algoritmo de multirresolución usado, arrojó resultados de ahorro en costo computacional hasta del 96%

Incremental learning of skills in a task-parameterized Gaussian Mixture Model

The final publication is available at link.springer.comProgramming by demonstration techniques facilitate the programming of robots. Some of them allow the generalization of tasks through parameters, although they require new training when trajectories different from the ones used to estimate the model need to be added. One of the ways to re-train a robot is by incremental learning, which supplies additional information of the task and does not require teaching the whole task again. The present study proposes three techniques to add trajectories to a previously estimated task-parameterized Gaussian mixture model. The first technique estimates a new model by accumulating the new trajectory and the set of trajectories generated using the previous model. The second technique permits adding to the parameters of the existent model those obtained for the new trajectories. The third one updates the model parameters by running a modified version of the Expectation-Maximization algorithm, with the information of the new trajectories. The techniques were evaluated in a simulated task and a real one, and they showed better performance than that of the existent model.Peer ReviewedPostprint (author's final draft