Efficient Approach for OS-CFAR 2D Technique Using Distributive Histograms and Breakdown Point Optimal Concept applied to Acoustic Images

In this work, a new approach to improve the algorithmic efficiency of the Order Statistic-Constant False Alarm Rate (OS-CFAR) applied in two dimensions (2D) is presented. OS-CFAR is widely used in radar technology for detecting moving objects as well as in sonar technology for the relevant areas of segmentation and multi-target detection on the seafloor. OS-CFAR rank orders the samples obtained from a sliding window around a test cell to select a representative sample that is used to calculate an adaptive detection threshold maintaining a false alarm probability. Then, the test cell is evaluated to determine the presence or absence of a target based on the calculated threshold. The rank orders allows that OS-CFAR technique to be more robust in multi-target situations and less sensitive than other methods to the presence of the speckle noise, but requires higher computational effort. This is the bottleneck of the technique. Consequently, the contribution of this work is to improve the OS-CFAR 2D with the distributive histograms and the optimal breakdown point optimal concept, mainly from the standpoint of efficient computation. In this way, the OS-CFAR 2D on-line computation was improved, by means of speeding up the samples sorting problem through the improvement in the calculus of the statistics order. The theoretical algorithm analysis is presented to demonstrate the improvement of this approach. Also, this novel efficient OS-CFAR 2D was contrasted experimentally on acoustic images.Fil: Villar, Sebastian Aldo. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; ArgentinaFil: Menna, Bruno Victorio. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; ArgentinaFil: Torcida, Sebastián. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas. Departamento de Matemática; ArgentinaFil: Acosta, Gerardo Gabriel. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Facultad de Ingeniería Olavarría. Departamento de Electromecánica. Grupo INTELYMEC; Argentina. Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Tandil. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires. - Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigaciones en Física e Ingeniería del Centro de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

A resistant method for landmark-based analysis of individual asymmetry in two dimensions

Background: Symmetry of biological structures can be thought as the repetition of their parts in different positions and orientations. Asymmetry analyses, therefore, focuses on identifying and measuring the location and extent of symmetry departures in such structures. In the context of geometric morphometrics, a key step when studying morphological variation is the estimation of the symmetric shape. The standard procedure uses the least-squares Procrustes superimposition, which by averaging shape differences often underestimates the symmetry departures thus leading to an inaccurate description of the asymmetry pattern. Moreover, the corresponding asymmetry values are neither geometrically intuitive nor visually perceivable. Methods: In this work, a resistant method for landmark-based asymmetry analysis of individual bilateral symmetric structures in 2D is introduced. A geometrical derivation of this new approach is offered, while its advantages in comparison with the standard method are examined and discussed through a few illustrative examples. Results: Experimental tests on both artificial and real data show that asymmetry is more effectively measured by using the resistant method because the underlying symmetric shape is better estimated. Therefore, the most asymmetric (respectively symmetric) landmarks are better determined through their large (respectively small) residuals. The percentage of asymmetry that is accounted for by each landmark is an additional revealing measure the new method offers which agrees with the displayed results while helping in their biological interpretation. Conclusions: The resistant method is a useful exploratory tool for analyzing shape asymmetry in 2D, and it might be the preferable method whenever a non homogeneous deformation of bilateral symmetric structures is possible. By offering a more detailed and rather exhaustive explanation of the asymmetry pattern, this new approach will hopefully contribute to improve the quality of biological or developmental inferences.Facultad de Ciencias Naturales y MuseoInstituto de Genética Veterinari

An Integrated Approach for Landmark-Based Resistant Shape Analysis in 3D

Fil: Torcida, Sebastián. Departamento de Matemática. Facultad de Ciencias Exactas. Campus. Universidad Nacional del Centro de la provincia de Buenos Aires. Tandil; ArgentinaFil: Pérez, Sergio Iván. División Antropología. Facultad de Ciencias Naturales y Museo. Universidad Nacional de La PlataFil: González, Paula Natalia. División Antropología. Facultad de Ciencias Naturales y Museo. Universidad Nacional de La Plata; Argentin

An integrated approach for landmark-based resistant shape analysis in 3D

The study of shape changes in morphology has seen a significant renovation in the last 20 years, particularly as a consequence of the development of geometric morphometric methods based on Cartesian coordinates of points. In order to extract information about shape differences when Cartesian coordinates are used, it is necessary to establish a common reference frame or system for all specimens to be compared. Therefore, a central issue in coordinate-based methods is which criterion should be used to align these configurations of points, since shape differences highly depend on those alignments. This is usually accomplished by aligning the configurations in a way that the sum of squared distances between coordinates of homologous points (landmarks) is minimized: the leastsquares superimposition method. However, it is widely recognized that this method has some limitations when shape differences are not homogeneous across landmarks. Here we present an integrated approach for the resistant shape comparison of 3D landmark sets. It includes a new ordinary resistant Procrustes superimposition and its corresponding generalized resistant Procrustes version. In addition, they are combined with existing resistant multivariate statistical techniques for depicting the results. We demonstrate, by using both simulated and real datasets, that resistant Procrustes better detects and measures localized shape variation whenever present in up to half but one of the landmarks. The resistant Procrustes results are highly concordant with a priori biological information, and might dramatically improve the quality of inferences on patterns of shape variation.Facultad de Ciencias Naturales y Muse

Análisis de la evolución de la tasa de mortalidad infantil en los departamentos de Argentina: 1994-2003

Description of the behavior of Infant Mortality Rate values in a specific period is a complex task, often requiring both geographical and mathematical knowledge. In this work, a statistical method based on a robust linear fit of Infant Mortality Rate values in Argentinean departments between 1994 and 2003 is used to depict both the trend and the speed of changes. The utility of this tool and some of the revealed situations are discussed.El modelado de la evolución de la Tasa de Mortalidad Infantil a lo largo de un cierto período es un problema de interés compartido por distintas disciplinas. En este trabajo se utiliza un método estadístico robusto para modelar los valores de la Tasa de Mortalidad Infantil en los departamentos de Argentina entre 1994 y 2003, y representar cartográficamente dicha evolución. La discusión se centra en la utilidad del método empleado y en algunos de los resultados obtenidos

A resistant method for landmark-based analysis of individual asymmetry in two dimensions

Background: Symmetry of biological structures can be thought as the repetition of their parts in different positions and orientations. Asymmetry analyses, therefore, focuses on identifying and measuring the location and extent of symmetry departures in such structures. In the context of geometric morphometrics, a key step when studying morphological variation is the estimation of the symmetric shape. The standard procedure uses the least-squares Procrustes superimposition, which by averaging shape differences often underestimates the symmetry departures thus leading to an inaccurate description of the asymmetry pattern. Moreover, the corresponding asymmetry values are neither geometrically intuitive nor visually perceivable. Methods: In this work, a resistant method for landmark-based asymmetry analysis of individual bilateral symmetric structures in 2D is introduced. A geometrical derivation of this new approach is offered, while its advantages in comparison with the standard method are examined and discussed through a few illustrative examples. Results: Experimental tests on both artificial and real data show that asymmetry is more effectively measured by using the resistant method because the underlying symmetric shape is better estimated. Therefore, the most asymmetric (respectively symmetric) landmarks are better determined through their large (respectively small) residuals. The percentage of asymmetry that is accounted for by each landmark is an additional revealing measure the new method offers which agrees with the displayed results while helping in their biological interpretation. Conclusions: The resistant method is a useful exploratory tool for analyzing shape asymmetry in 2D, and it might be the preferable method whenever a non homogeneous deformation of bilateral symmetric structures is possible. By offering a more detailed and rather exhaustive explanation of the asymmetry pattern, this new approach will hopefully contribute to improve the quality of biological or developmental inferences.Facultad de Ciencias Naturales y MuseoInstituto de Genética Veterinari

Análisis de Procrustes y el estudio de la variación morfológica

El estudio de la variación morfológica ha ocupado un lugar central en la antropología, así como en el resto de las ciencias naturales, a partir de su surgimiento en el siglo XVIII. Desde un punto de vista cuantitativo, el estudio de la variación morfológica busca obtener información acerca del tamaño y la forma de una estructura. Tradicionalmente, estas propiedades han sido estudiadas a través de variables lineales tales como “ancho”, “longitud”, “altura” y empleando métodos estadísticos multivariados. En las décadas del 1980 y 1990 las técnicas cuantitativas de análisis de la variación morfológica fueron revolucionadas por el desarrollo y la aplicación de un método para estudiar coordenadas cartesianas de puntos anatómicos: el Análisis de Procrustes. Desde entonces, este método ha ganado relevancia en el campo de la antropología biológica. El objetivo de este artículo es revisar los principios del Análisis de Procrustes aplicado a coordenadas de puntos anatómicos y discutir el empleo de diferentes versiones del mismo en bioantropología. El texto está ordenado como sigue: en primer lugar revisamos diversas nociones básicas involucradas en los estudios morfométricos; entre ellos, los conceptos de tamaño y forma. En segundo lugar discutimos los principios del Análisis de Procrustes y señalamos las diferencias entre sus dos versiones más importantes: la superposición por cuadrados mínimos y la superposición robusta por medianas repetidas. Finalmente, mostramos y discutimos algunos ejemplos de la aplicación de estos métodos en el campo de la antropología biológica

Análisis de Procrustes y el estudio de la variación morfológica/ Procrustes analysis and the study of morphological variation

RESUMEN El estudio de la variación morfológica ha ocupado un lugar central en la antropología, así como en el resto de las ciencias naturales, a partir de su surgimiento en el siglo XVIII. Desde un punto de vista cuantitativo, el estudio de la variación morfológica busca obtener información acerca del tamaño y la forma de una estructura. Tradicionalmente, estas propiedades han sido estudiadas a través de variables lineales tales como "ancho", "longitud", "altura" y empleando métodos estadísticos multivariados. En las décadas del 1980 y 1990 las técnicas cuantitativas de análisis de la variación morfológica fueron revolucionadas por el desarrollo y la aplicación de un método para estudiar coordenadas cartesianas de puntos anatómicos: el análisis de Procrustes. Desde entonces, este método ha ganado relevancia en el campo de la antropología biológica. El objetivo de este artículo es revisar los principios del análisis de Procrustes aplicado a coordenadas de puntos anatómicos y discutir el empleo de diferentes versiones del mismo en bioantropología. El texto está ordenado como sigue: en primer lugar revisamos diversas nociones básicas involucradas en los estudios morfométricos; entre ellos, los conceptos de tamaño y forma. En segundo lugar discutimos los principios del análisis de Procrustes y señalamos las diferencias entre sus dos versiones más importantes: la superposición por cuadrados mínimos y la superposición robusta por medianas repetidas. Finalmente, mostramos y discutimos algunos ejemplos de la aplicación de estos métodos en el campo de la antropología biológica. ABSTRACT The study of morphological variation has occupied a central place in anthropology, as well as the rest of the natural sciences, from its emergence in the eighteenth century. From a quantitative point of view, the study of morphological variation search for information about the size and shape of a structure. Traditionally, these properties have been studied using linear variables such as "width", "length", "height" and using multivariate statistical methods. In the decades of 1980 and 1990 quantitative techniques for analyzing morphological variation were revolutionized by the development and implementation of a method to study the cartesian coordinates of anatomical landmarks, Procrustes analysis. Since then, this method has gained prominence in the field of biological anthropology. The aim of this paper is to review the principles of Procrustes analysis applied to coordinates of anatomical landmarks and discuss the use of its different versions in bioanthropology. The text is organized as follows: first review several basic concepts involved in the morphometric studies, among them the concepts of size and shape. Secondly we review the principles of Procrustes analysis, and point out the differences between their two major versions: the least-squares fit and the repeated-medians robust fit. Finally, we show and discuss some examples of the application of these methods in the field of biological anthropology. Publicado on-line: 25/08/201

Procrustes analysis and the study of morphological variation

El estudio de la variación morfológica ha ocupado un lugar central en la antropología, así como en el resto de las ciencias naturales, a partir de su surgimiento en el siglo XVIII. Desde un punto de vista cuantitativo, el estudio de la variación morfológica busca obtener información acerca del tamaño y la forma de una estructura. Tradicionalmente, estas propiedades han sido estudiadas a través de variables lineales tales como "ancho", "longitud", "altura" y empleando métodos estadísticos multivariados. En las décadas del 1980 y 1990 las técnicas cuantitativas de análisis de la variación morfológica fueron revolucionadas por el desarrollo y la aplicación de un método para estudiar coordenadas cartesianas de puntos anatómicos: el análisis de Procrustes. Desde entonces, este método ha ganado relevancia en el campo de la antropología biológica. El objetivo de este artículo es revisar los principios del análisis de Procrustes aplicado a coordenadas de puntos anatómicos y discutir el empleo de diferentes versiones del mismo en bioantropología. El texto está ordenado como sigue: en primer lugar revisamos diversas nociones básicas involucradas en los estudios morfométricos; entre ellos, los conceptos de tamaño y forma. En segundo lugar discutimos los principios del análisis de Procrustes y señalamos las diferencias entre sus dos versiones más importantes: la superposición por cuadrados mínimos y la superposición robusta por medianas repetidas. Finalmente, mostramos y discutimos algunos ejemplos de la aplicación de estos métodos en el campo de la antropología biológica.The study of morphological variation has occupied a central place in anthropology, as well as the rest of the natural sciences, from its emergence in the eighteenth century. From a quantitative point of view, the study of morphological variation search for information about the size and shape of a structure. Traditionally, these properties have been studied using linear variables such as "width", "length", "height" and using multivariate statistical methods. In the decades of 1980 and 1990 quantitative techniques for analyzing morphological variation were revolutionized by the development and implementation of a method to study the cartesian coordinates of anatomical landmarks, Procrustes analysis. Since then, this method has gained prominence in the field of biological anthropology. The aim of this paper is to review the principles of Procrustes analysis applied to coordinates of anatomical landmarks and discuss the use of its different versions in bioanthropology. The text is organized as follows: first review several basic concepts involved in the morphometric studies, among them the concepts of size and shape. Secondly we review the principles of Procrustes analysis, and point out the differences between their two major versions: the least-squares fit and the repeated-medians robust fit. Finally, we show and discuss some examples of the application of these methods in the field of biological anthropology.Asociación de Antropología Biológica de la República Argentina (AABRA

Análisis de Procrustes y el estudio de la variación morfológica/ Procrustes analysis and the study of morphological variation

RESUMEN El estudio de la variación morfológica ha ocupado un lugar central en la antropología, así como en el resto de las ciencias naturales, a partir de su surgimiento en el siglo XVIII. Desde un punto de vista cuantitativo, el estudio de la variación morfológica busca obtener información acerca del tamaño y la forma de una estructura. Tradicionalmente, estas propiedades han sido estudiadas a través de variables lineales tales como "ancho", "longitud", "altura" y empleando métodos estadísticos multivariados. En las décadas del 1980 y 1990 las técnicas cuantitativas de análisis de la variación morfológica fueron revolucionadas por el desarrollo y la aplicación de un método para estudiar coordenadas cartesianas de puntos anatómicos: el análisis de Procrustes. Desde entonces, este método ha ganado relevancia en el campo de la antropología biológica. El objetivo de este artículo es revisar los principios del análisis de Procrustes aplicado a coordenadas de puntos anatómicos y discutir el empleo de diferentes versiones del mismo en bioantropología. El texto está ordenado como sigue: en primer lugar revisamos diversas nociones básicas involucradas en los estudios morfométricos; entre ellos, los conceptos de tamaño y forma. En segundo lugar discutimos los principios del análisis de Procrustes y señalamos las diferencias entre sus dos versiones más importantes: la superposición por cuadrados mínimos y la superposición robusta por medianas repetidas. Finalmente, mostramos y discutimos algunos ejemplos de la aplicación de estos métodos en el campo de la antropología biológica. ABSTRACT The study of morphological variation has occupied a central place in anthropology, as well as the rest of the natural sciences, from its emergence in the eighteenth century. From a quantitative point of view, the study of morphological variation search for information about the size and shape of a structure. Traditionally, these properties have been studied using linear variables such as "width", "length", "height" and using multivariate statistical methods. In the decades of 1980 and 1990 quantitative techniques for analyzing morphological variation were revolutionized by the development and implementation of a method to study the cartesian coordinates of anatomical landmarks, Procrustes analysis. Since then, this method has gained prominence in the field of biological anthropology. The aim of this paper is to review the principles of Procrustes analysis applied to coordinates of anatomical landmarks and discuss the use of its different versions in bioanthropology. The text is organized as follows: first review several basic concepts involved in the morphometric studies, among them the concepts of size and shape. Secondly we review the principles of Procrustes analysis, and point out the differences between their two major versions: the least-squares fit and the repeated-medians robust fit. Finally, we show and discuss some examples of the application of these methods in the field of biological anthropology. Publicado on-line: 25/08/201