Thesis (MScEng (Electrical and Electronic Engineering))--University of Stellenbosch, 2009. / ENGLISH ABSTRACT: Sonars are used extensively for underwater sensing and recent advances in forward-looking imaging sonar have made this type of sonar an appropriate choice for use on Autonomous Underwater Vehicles. The images received from these sonar do however, tend to be noisy and when used in shallow water contain strong bottom reflections that obscure returns from actual targets. The focus of this work was the investigation and development of post-processing techniques to enable the successful use of the sonar images for automated navigation. The use of standard image processing techniques for noise reduction and background estimation, were evaluated on sonar images with varying amounts of noise, as well as on a set of images taken from an AUV in a harbour. The use of multiple background removal and noise reduction techniques on a single image was also investigated. To this end a performance measure was developed, based on the dynamic range found in the image and the uniformity of returned targets. This provided a means to quantitatively compare sets of post-processing techniques and identify the “optimal” processing. The resultant images showed great improvement in the visibility of target areas and the proposed techniques can significantly improve the chances of correct target extraction. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Sonars word algemeen gebruik as onderwater sensors. Onlangse ontwikkelings in vooruit-kykende sonars, maak hierdie tipe sonar ’n goeie keuse vir die gebruik op ’n Outomatiese Onderwater Voertuig. Die beelde wat ontvang word vanaf hierdie sonar neig om egter raserig te wees, en wanneer dit in vlak water gebruik word toon dit sterk bodemrefleksies, wat die weerkaatsings van regte teikens verduister. Die fokus van die werk was die ondersoek en ontwikkeling van naverwerkings tegnieke, wat die sonar beelde bruikbaar maak vir outomatiese navigasie. Die gebruik van standaard beeldverwerkingstegnieke vir ruis-onderdrukking en agtergrond beraming, is geëvalueer aan die hand van sonar beelde met verskillende hoeveelhede ruis, asook aan die hand van ’n stel beelde wat in ’n hawe geneem is. Verdere ondersoek is ingestel na die gebruik van meer as een agtergrond beramings en ruis onderdrukking tegniek op ’n enkele beeld. Hierdie het gelei tot die ontwikkeling van ’n maatstaf vir werkverrigting van toegepaste tegnieke. Hierdie maatstaf gee ’n kwantitatiewe waardering van die verbetering op die oorspronklike beeld, en is gebaseer op die verbetering in dinamiese bereik in die beeld en die uniformiteit van die teiken se weerkaatsing. Hierdie maatstaf is gebruik vir die vergelyking van verskeie tegnieke, en identifisering van die “optimale” verwerking. Die verwerkte beelde het ’n groot verbetering getoon in die sigbaarheid van teikens, en die voorgestelde tegnieke kan ’n betekenisvolle bedrae lewer tot die suksesvolle identifisering van obstruksies.

Compressed images are used very frequently in interactive applications in digital video broadcasting. New methods increasing efficiency of the image transmission in digital video broadcasting networks are proposed. Adaptive spatial filtering methods have been proposed for enhancement of the visual perception of the compressed images. New optimalization method is based on application of the filtering algorithms on more compressed images (data size are reduced). Visual quality enhancement is processed in interactive application. Further, new compression methods JPEG2000 and H.264 for image compression have been analysed. Novel compound image compression method for standard and high spatial television resolution is proposed in the thesis.

Die Lebendspende von Leberlappen wird in der Zukunft gerade vor dem Hintergrund des stets weiter steigenden Bedarfs und des sich dazu diskrepant entwickelnden Mangels an Leichenorganen zur Transplantation eine zunehmend wichtige Rolle einnehmen, um Patienten im Endstadium einer Lebererkrankung kurativ zu versorgen. Umso mehr spielen Überlegungen zur Gewährleistung insbesondere der Sicherheit für einen gesunden Lebendspender eine Rolle, ohne Risiken für ihn eliminieren zu können. In diese Überlegungen gehen Weiterentwicklungen der Möglichkeiten für die spezielle Evaluation der Leber eines potenziellen Spenders anhand bildgebender Verfahren ein. Hier nehmen Methoden zur präoperativen Abschätzung der Gewichts- und Volumenverhältnisse einer potenziellen Spenderleber und ihrer Lappen einen besonderen Stellenwert ein, da bei entsprechend ungünstigen Voraussetzungen ein gesunder Mensch aus Gründen der Sicherheit für eine Lebendspende nicht in Frage kommt. Die vorliegende Arbeit zeigt anhand einer prospektiven Studie unterschiedliche Methoden der präoperativen CT-gestützten Volumetrie zur Evaluation von Lebern und ihrer beiden Lappen von potenziellen Lebendspendern auf. Dabei wurde ein neu entwickeltes Volumetrieverfahren klinisch erprobt und mit einem etablierten Verfahren verglichen. Als Referenzgrößen wurden erstmalig gleichermaßen intraoperativ gemessene Gewichte und Volumina der transplantieren rechten Leberlappen herangezogen. Hinsichtlich der auf CT-gestützter Volumetrie basierenden, präoperativen Abschätzung von intraoperativ zu erwartendem Gewicht und Volumen von rechten Leberlappen im Rahmen einer Lebendspende erwies sich das etablierte Verfahren bezüglich des Gewichts dem neu entwickelten Verfahren geringgradig überlegen, während das neu entwickelte Verfahren bezüglich des Volumens gegenüber dem etablierten Verfahren geringgradig besser abschnitt. Darüber hinaus resultierte aus den intraoperativ erhobenen Daten die Erkenntnis, dass die physikalische Dichte von gesundem Lebergewebe bei einer relativ hohen interindividuellen Streuung im Mittel um knapp 12% höher liegt als zumeist angenommen. In Zukunft werden Fortschritte technischer Verfahren sehr genaue virtuelle Trennungen von Lebern in ihre beiden Lappen ermöglichen. Gleichzeitig werden chirurgische Resektionstechniken verfeinert. Sowohl der virtuelle als auch der reale Ansatz haben den Anspruch, die avaskuläre und somit ideale Resektionsfläche zwischen beiden Leberlappen aufzusuchen, um gleichzeitig präoperativ exakte Gewichts- und Volumenabschätzungen zu ermöglichen und intraoperativ Risiken zu minimieren. Welchem dieser beiden Ansätze die stärkste Annäherung an diesen Anspruch oder dessen Vollendung zuerst gelingt, wird sich als Referenzmethode behaupten, an der sich der unterlegene Ansatz wird messen lassen müssen. / The increasing need of cadaveric liver grafts and the scarcity of living related liver transplants (LRLT) will play a critical role in the future treatment of patients suffering from end stage liver disease. Various considerations, including especially a safe outcome for the donor, are essential. However, risks can not be eliminated. These considerations can be influenced in the evaluation of a potential living donor. Accurate methods, including imaging modalities, for the preoperative estimation of the potential donor liver’s weight and volume are essential as an adverse condition would preclude a living donation for safety reasons. This thesis presents different methods of preoperative CT-based volumetric analyses for the evaluation the liver and both its lobes in potential living donors. A newly developed method of volumetric analysis was clinically tested and compared with an established method. Intraoperatively measured weights and volumes of transplanted right hepatic lobes were used as reference values. With regards to the weight, the established method proved to be mildly superior, while the newer method was slightly more accurate for volume. Additionally, it was discovered that the mean density of healthy liver tissue is approximately 12 percent higher than generally assumed but with a relatively high individual variation. Progress in technical methods will render possible very exact virtual divisions of the liver in both of its lobes. Both the virtual and surgical approach have a claim for finding the appropriate avascular and consequently ideal resection plane in order to minimize risks intraoperatively.