El processament d'imatges mèdiques és una important àrea de recerca. El desenvolupament de noves tècniques que assisteixin i millorin la interpretació visual de les imatges de manera ràpida i precisa és fonamental en entorns clínics reals.La majoria de contribucions d'aquesta tesi són basades en Teoria de la Informació. Aquesta teoria tracta de la transmissió, l'emmagatzemament i el processament d'informació i és usada en camps tals com física, informàtica, matemàtica, estadística, biologia, gràfics per computador, etc.En aquesta tesi, es presenten nombroses eines basades en la Teoria de la Informació que milloren els mètodes existents en l'àrea del processament d'imatges, en particular en els camps del registre i la segmentació d'imatges.Finalment es presenten dues aplicacions especialitzades per l'assessorament mèdic que han estat desenvolupades en el marc d'aquesta tesi. / Medical imaging is an important focus of research. The development of new techniques that assist and enhance visual image interpretation in a timely and accurate manner is fundamental in real clinical environments. Most of the contributions of this thesis are based on Information Theory. This theory deals with the transmission, storage and processing of information and it is used in fields such as physics, computer science, mathematics, statistics, economics, biology, computer graphics, etc.In this thesis, several information theoretic tools have been presented in order to improve the existing methods in the image processing area, in particular in the image registration and segmentation fields.Finally, two of the specialized applications for medical assessment which have been developed in the scope of this thesis are presented.

Esta tesis se ha enfocado en el desarrollo y evaluación de un conjunto de técnicas eficientes para generar y procesar mallas triangulares adaptativas obtenidas a partir de imágenes digitales.Tres objetivos diferentes han sido considerados: (1) aproximación de imágenes digitales con mallas triangulares adaptativas, (2) ejecución de operaciones típicas de procesamiento de imagen sobre mallas triangulares adaptativas y (3) obtención de imágenes digitales a partir de mallas triangulares adaptativas.Aproximación de Imágenes Digitales con Mallas Triangulares AdaptativasDos nuevas técnicas para aproximar imágenes digitales con mallas triangulares adaptativas han sido estudiadas y desarrolladas en esta tesis.La primera técnica aproxima una imagen digital dada con una malla triangular adaptativa garantizando un máximo error (tolerancia) con respecto a la imagen original.La segunda técnica aproxima una imagen digital dada con una malla triangular adaptativa conservando las formas y discontinuidades presentes en la imagen, evitando criterios de optimización. Esta segunda técnica puede ser complementada con la primera si un máximo error debe ser garantizado.Operaciones de Procesamiento de Imagen sobre Mallas Triangulares AdaptativasUn conjunto de técnicas para aplicar operaciones de análisis y realzado de imágenes sobre mallas triangulares adaptativas han sido desarrolladas en esta tesis. Estas técnicas permiten la ejecución de operaciones típicas de procesamiento de imagen a mallas triangulares que representan cualquier tipo de información, tales como imágenes de nivel de gris, mapas de profundidad (range images) o superficies de terreno. De este modo, cualquiera de las operaciones típicas de procesamiento de imagen ejecutadas sobre imágenes de nivel de gris pueden también ser aplicadas a mallas triangulares en general.Una ventaja adicional de las técnicas propuestas es que dado que las mallas triangulares procesadas pueden ser representaciones compactas de las imágenes digitales, algunas operaciones de procesamiento de imagen aplicadas en el dominio geométrico a mallas triangulares pueden ser ejecutas más eficientemente que si ellas son aplicadas en el dominio de imagen a las imágenes originales píxel por píxel.Generación de Imágenes Digitales a partir de Mallas Triangulares AdaptativasAdemás de ser capaces de generar mallas triangulares adaptativas desde imágenes digitales, es también necesario proceder por el camino inverso a modo de determinar la exactitud con la cual las mallas obtenidas aproximan las imágenes originales. De este modo, dos técnicas eficientes que permiten la generación de imágenes digitales a partir de mallas triangulares adaptativas han sido propuestas. La primera técnica muestrea cada triángulo de la malla dada uniformemente en tantas posiciones como píxeles aquel triángulo cubre. El resultado es una imagen digital aproximante. La segunda técnica genera una imagen digital a partir de una malla triangular adaptativa dada aplicando funciones de la libreria gráfica OpenGL, las cuales están implementadas tomando ventaja de la aceleración por hardware. En este forma, el estado de generación de imagen llega a ser significativamente más rápido que la anterior técnica de muestreo uniforme geométrico.Aunque los objetivos anteriores deben ser entendidos dentro del campo de procesamiento de imagen, muchas de las técnicas propuestas pueden ser aplicadas a otros campos tales como: visión por computador, robótica, modelado de superficies de terreno o imágenes médicas, por mencionar unos pocos. / This dissertation has focused on the development and evaluation of a set of efficient techniques to generate and to process adaptive triangular meshes obtained from digital images. Three different goals have been considered: (1) approximating digital images with adaptive triangular meshes, (2) performing typical image processing operations upon adaptive triangular meshes and (3) obtaining digital images from adaptive triangular meshes.Approximation of Digital Images with Adaptive Triangular MeshesTwo new techniques for approximating digital images with adaptive triangular meshes have been studied and developed in this dissertation. The first technique approximates a given digital image with an adaptive triangular mesh guaranteeing a maximum error (tolerance) with respect to the original image. The second technique approximates a given digital image with an adaptive triangular mesh by preserving the shapes and discontinuities present in the image, avoiding optimization criteria. This second technique can be complemented with the first one if a maximum error is to be guaranteed.Image Processing Operations upon Adaptive Triangular MeshesA set of techniques to perform image analysis and enhancement operations upon adaptive triangular meshes has been developed in this dissertation. These techniques allow the application of typical image processing operations to triangular meshes that represent any type of information, such as gray-level images, range images or terrain surfaces. Hence, many of the typical image processing operations performed upon gray-level images can also be performed to triangular meshes in general.An additional advantage of the proposed techniques is that since the processed triangular meshes can be compact representations of digital images, some image processing operations applied in the geometric domain to triangular meshes can run more efficiently that if they are applied in the image domain to the original images pixel by pixel.Generation of Digital Images from Adaptive Triangular MeshesBesides being able to generate adaptive triangular meshes from digital images, it is also necessary to proceed in the other way round in order to determine the accuracy with which the obtained meshes approximate the original images. Hence, two efficient techniques that allow the generation of digital images from adaptive triangular meshes have been proposed. The first technique samples every triangle of the given mesh uniformly at as many positions as pixels that triangle covers. The result is an approximating digital image. The second technique generates a digital image from a given adaptive triangular mesh by applying functions of the OpenGL graphics library, which are implemented by taking advantage of hardware acceleration. In this way, the image generation stage turns out to be significantly faster than with the previous geometric uniform sampling technique.Although the previous objectives must be understood within the field of image processing, many of the proposed techniques can be applied to other fields such as: computer vision, robotics, terrain surface modeling or medical imaging, to mention a few.

Diferents mètodes han estat utilitzats per calcular el volum del ventricle esquerre. En aquesta tesi s'analitzen alguns d'aquests mètodes. Dins dels mètodes que utilitzen imatges gammagràfiques, la determinació del contorn i del fons tenen una importància fonamental. Hem estudiat el mètode de Hawman i un nou mètode basat en morfologia matemàtica. Hem aplicat els mètodes a dos tipus d'imatges. Imatges d'un model i imatges de pacients que hem obtingut d'un hospital. S'han comparat els resultats obtinguts amb ambdòs mètodes amb els volums coneguts del model per una banda i amb els volums donats per experts en el cas de les imatges de pacients. El mètode basat en la morfologia matemàtica dona bons resultats i és superior al mètode de Hawman. / Diversos métodos han sido utilizados para calcular el volumen del ventrículo izquierdo. En esta tesis se analizan algunos de estos métodos. Dentro de los métodos que utilizan imágenes gammágraficas. La determinación del contorno y del fondo tiene una importancia fundamental. Hemos estudiado el método de Hawman y un nuevo método basado en la morfología matemática. Hemos aplicado los métodos a dos tipos de imágenes. Imágenes de un modelo e imágenes de enfermos que hemos obtenido de un hospital. Se han comparado los resultados obtenidos con ambos métodos con los volúmenes conocidos del modelo por un lado y con los volúmenes dados por expertos en el caso de las imágenes de los pacientes. El método basado en la morfología matemática da buenos resultados y es superior al método de Hawman.

Les malalties cardiovasculars són una de les principals causes de mortalitat als països desenvolupats. La majoria d'elles són degudes a malalties arterials (especialment les coron ries), que vénen causades per l'acumulació de placa. Aquesta patologia estreny el flux sanguini (estenosi) i afecta les propietats elàstiques i bio-mecàniques (arteriosclerosi) de les artèries. En les últimes dècades, l'Ecografia Intra-Coronària (EIC) ha esdevingut una tècnica usual de diagnòstic per la imatge i seguiment de les malalties coronàries. L'EIC està basada en un cateterisme que mostra una seqüència d'imatges corresponents a seccions de l'artèria sota estudi. La inspecció visual de cadascuna d'aquestes imatges proporciona informació sobre el percentatge d'estenosi, mentre que la inspecció de les vistes longitudinals propociona informació sobre les propietats bio-mecàniques, que pot prevenir un desenllaç fatal de la malaltia cardiovascular. Per una banda, la dinàmica arterial (deguda al batec del cor, entre d'altres) és un dels principals artefactes per poder explorar les propietats biomecàniques. Al mateix temps, les mesures manuals d'estenosi requereixen un traçat manual de les vores del vas, tasca feixuga que consumeix molt de temps i que pot patir variabilitat entre observadors.Aquesta tesi proposa vàries eines de processament d'imatge per explorar la dinàmica de les artèries i les seves estructures. Presentem un model físic per extreure, analitzar i corregir la dinàmica rígida transversal dels vasos i per recuperar la fase cardíaca. A més, introduïm un mètode estadístic-determinista per a la detecció automàtica de les vores del vas. En particular, l'enfoquem a segmentar l'adventícia. Un protocol de validació acurat per assegurar una aplicació clínica fiable dels mètodes és un pas crucial en qualsevol proposta d'algorisme. En aquesta tesi tenim especial cura de dissenyar protocols de validació per a cadascuna de les tècniques proposades i contribuïmm a la validació de la dinàmica in vivo amb un indicador objectiu i quantitatiu per mesurar la quantitat de moviment suprimida. / Cardiovascular diseases are a leading cause of death in developed countries. Most of them are caused by arterial (specially coronary) diseases, mainly caused by plaque accumulation. Such pathology narrows blood flow (stenosis) and affects artery bio-mechanical elastic properties (atherosclerosis). In the last decades, IntraVascular UltraSound (IVUS) has become a usual imaging technique for the diagnosis and follow up of arterial diseases. IVUS is a catheter-based imaging technique which shows a sequence of cross sections of the artery under study. Inspection of a single image gives information about the percentage of stenosis. Meanwhile, inspection of longitudinal views provides information about artery bio-mechanical properties, which can prevent a fatal outcome of the cardiovascular disease. On one hand, dynamics of arteries (due to heart pumping among others) is a major artifact for exploring tissue bio-mechanical properties. On the other one, manual stenosis measurements require a manual tracing of vessel borders, which is a time-consuming task and might suffer from inter-observer variations.This PhD thesis proposes several image processing tools for exploring vessel dynamics and structures. We present a physics-based model to extract, analyze and correct vessel in-plane rigid dynamics and to retrieve cardiac phase. Furthermore, we introduce a deterministic-statistical method for automatic vessel borders detection. In particular, we address adventitia layer segmentation. An accurate validation protocol to ensure reliable clinical applicability of the methods is a crucial step in any proposal of an algorithm. In this thesis we take special care in designing a validation protocol for each approach proposed and we contribute to the in vivo dynamics validation with a quantitative and objective score to measure the amount of motion suppressed.

El objetivo de este trabajo es la obtención de imágenes de la distribución de impedancia eléctrica en el subsuelo a partir de medidas realizadas desde la superficie. El estudio se centra en la localización de objetos locales a una profundidad de pocos metros y cuyas dimensiones sean incluso del orden de decenas de centímetros (tuberías, restos arqueológicos, etc.). El trabajo se ha dividido en tres partes principales: problema directo, instrumentación y problema inverso. En el problema directo se estudia el potencial originado en la superficie (anomalías) debido a la presencia de objetos esféricos y cilíndricos inmersos en un suelo homogéneo. Esto permite estimar la influencia de varios parámetros geométricos y físicos del objeto a detectar, como el tamaño, la profundidad y la resistividad. La detectabilidad de los objetos dependerá en gran parte de la anomalía producida y del nivel de ruido presente en las medidas. Se proponen varias configuraciones multielectródicas basadas en las configuraciones electródicas clásicas y se comparan las ventajas e inconvenientes de cada una. Se proponen también nuevas expresiones para determinar la profundidad y el radio de objetos esféricos y cilíndricos cuando los electrodos de inyección están cerca del objeto. Se han implementado varios sistemas de medida automáticos, dos para las medidas realizadas en el laboratorio y uno para las medidas de campo, permitiendo cualquier combinación de electrodos inyectores y detectores sobre una agrupación de 16 electrodos y 8 electrodos respectivamente. La señal inyectada es alterna y la detección es síncrona para evitar los errores provocados por el potencial de electrodo y por la interferencia a 50 Hz y las corrientes telúricas. La frecuencia máxima utilizable viene limitada por la profundidad de penetración y por el acoplamiento electromagnético entre el inyector y el detector. Uno de los sistemas implementados permite obtener la parte real e imaginaria de la impedancia medida. Se proponen nuevas técnicas de medida para evitar los errores originados por los acoplamientos capacitivos e inductivos. Para evitar los problemas de la elevada tensión de modo común la masa del detector es diferente a la del generador. En el problema inverso se han comparado diferentes algoritmos para la obtención de imágenes "reales" 2D y 3D de la distribución de la resistividad eléctrica del subsuelo y se han determinado los más adecuados para la detección de objetos locales. Esta comparación se realiza utilizando datos sintéticos (provenientes de las soluciones analíticas del problema directo). Se ha obtenido que el método de Marquardt-Levenberg es superior a los demás para la detección de objetos locales. Además, el algoritmo utilizado es de un solo paso, lo que reduce su complejidad y el tiempo de cálculo. La detección de objetos locales se valida experimentalmente con medidas de laboratorio sobre un modelo analógico compuesto por una cubeta de plástico (40 cm ´ 35 cm ´ 20 cm) llena de agua en la que se introducen objetos esféricos y cilíndricos. Los objetos se localizan correctamente hasta una profundidad igual a cuatro veces su radio. Las medidas de campo realizadas en un terreno agrícola situado en Santa Eulalia de Ronçana (Barcelona), han permitido detectar una tubería de plástico de 8 cm de radio, 1,06 m de largo, previamente enterrada a una profundidad de 24 cm. Tanto en las medidas de laboratorio como en las medidas de campo se ha de utilizar una medida de referencia para eliminar los efectos no debidos al objeto que se quiere detectar (inexactitud en la posición de electrodos, presencia de capas y paredes laterales, etc.). / The aim of this work is to obtain 2-D and 3-D subsurface electrical impedance images to locate small local objects (tens of centimeter). An analytical solution for a spherical object embedded in a homogeneous medium yields synthetic data. A 16-electrode surface linear array yields 104 independent measurements. Shifting the electrode array parallel to it-self permits us to obtain 3-D images. Because the sensitivity matrix is ill-conditioned, so we have to use regularization techniques. We use a single-step Marquardt-Levenberg method where a regularization parameter is calculated automatically by the L-curve method. Experimental measurements involving spherical and cylindrical objects immersed in a water tank validate the proposed algorithm. We have implemented an automated electrical impedance-measuring system in order to speed the measurement and interpretation processes. The PROGEO system permits to choose any electrode pair for injection and detection from a 16-electrode array and obtains the real and imaginary parts of the soil impedance. We use dipole-dipole and Schlumberger-based electrode arrays. Images deteriorate for deeper targets. Taking a reference measurement before immersing the objects into the water tank reduces errors in the reconstructed image because of the uncertainty in electrode positioning and the finite dimensions of the tank. A field survey carried out on a farm field has permitted us to detect a 1 m plastic tube 8 cm in radius, buried at a 24 cm depth. A custom-built detector reduces the effect of capacitive and inductive coupling between the injecting and detecting wires by synchronously sampling square waveforms. The reconstruction algorithm is fast because it is non-iterative and takes only a few seconds to image the subsurface on a portable personal computer

Aquesta Tesi que pretén proporcionar un conjunt de tècniques per enfrontar-se al problema que suposa la variació del color en les imatges preses des d'una plataforma mòbil per causa del canvi en les condicions d'il·luminació entre diverses vistes d'una certa escena preses en diferents instants i posicions. També tracta el problema de la segmentació de imatges de color per a poder-les utilitzar en tasques associades a les capacitats d'un robot mòbil, com ara la identificació d'objectes o la recuperació d'imatges d'una gran base de dades.Per dur a terme aquests objectius, primerament s'estableix matemàticament la transformació entre colors degut a variacions d'il·luminació. Així es proposa un model continu per la generació del senyal de color com a generalització natural d'altres propostes anteriors. D'aquesta manera es pot estudiar matemàticament i amb generalitat les condicions per l'existència, unicitat i bon comportament de les solucions, i expressar qualsevol tipus d'aplicació entre colors, independentment del tipus de discretització. Així, queda palès la relació íntima entre el problema de la invariància de color i el de la recuperació espectral, que també es planteja a la pràctica. El model desenvolupat es contrasta numèricament amb els de regressió lineal, en termes d'errors de predicció.Un cop establert el model general, s'opta per un model lineal simplificat a l'hora de realitzar els càlculs pràctics i permet alleugerir el nombre dels mateixos. En particular, el mètode proposat es basa en trobar la transformació més probable entre dues imatges a partir del càlcul d'un conjunt de transformacions possibles i de l'estimació de la freqüència i grau d'efectivitat de cadascuna d'elles. Posteriorment, es selecciona el millor candidat d'acord amb la seva versemblança. L'aplicació resultant serveix per transformar els colors de la imatge tal i com es veuria sota les condicions d'il·luminació canòniques.Una vegada el color de les imatges d'una mateixa escena es manté constant, cal procedir a la seva segmentació per extreure'n la informació corresponent a les regions amb color homogeni. En aquesta Tesi es suggereix un algorisme basat en la partició de l'arbre d'expansió mínima d'una imatge mitjançant una mesura local de la probabilitat de les unions entre components. La idea és arribar a una segmentació coherent amb les regions reals, compromís entre particions amb moltes components (sobresegmentades) i amb molt poques (subsegmentades). Un altre objectiu és que l'algorisme sigui prou ràpid com per ser útil en aplicacions de robòtica mòbil. Aquesta característica s'assoleix amb un plantejament local del creixement de regions, tot i que el resultat presenti caràcters globals (color). La possible sobresegmentació es suavitza gràcies al factor probabilístic introduït.L'algorisme de segmentació també hauria de generar segmentacions estables en el temps. Així, l'algorisme referit s'ha ampliat incloent-hi un pas intermedi entre segmentacions que permet de relacionar regions semblants en imatges diferents i propagar cap endavant els reagrupaments de regions fets en anteriors imatges, així si en una imatge unes regions s'agrupen formant-ne una de sola, les regions corresponents en la imatge següent també s'han d'agrupar juntes. D'aquesta manera, dues segmentacions correlatives s'assemblen i es pot mantenir estable la segmentació d'una seqüència.Finalment, es planteja el problema de comparar imatges a partir del seu contingut. Aquesta Tesi es concentra només en la informació de color i, a més de investigar la millor distància entre segmentacions, es busca també mostrar com la invariància de color afecta les segmentacions.Els resultats obtinguts per cada objectiu proposat en aquesta Tesi avalen els punts de vista defensats, i mostren la utilitat dels algorismes, així com el model de color tant per la recuperació espectral com pel càlcul explícit de les transformacions entre colors. / This Thesis endeavors providing a set of techniques for facing the problem of color variation in images taken from a mobile platform and caused by the change in the conditions of lighting among several views of a certain scene taken at different instants and positions. It also treats the problem of segmenting color images in order to use them in tasks associated with the capacities of a mobile robot, such as object identification or image retrieval from a large database.In order to carry out these goals, first transformation among colors due to light variations is mathematically established. Thus, a continuous model for the generation of color is proposed as a natural generalization of other former models. In this way, conditions for the existence, uniqueness, and good behavior of the solutions can be mathematically studied with a great generality, and any type of applications among colors can be expressed independently of the discretization scheme applied. Thus, the intimate relation among the problem of color invariance and that of spectral recovery is made evident and studied in practice too. The developed model is numerically contrasted with those of a least squares linear regression in terms of prediction errors.Once the general model is established, a simplified linear version is chosen instead for carrying out the practical calculations while lightening the number of them. In particular, the proposed method is based on finding the likeliest transformation between two images from the calculation of a set of feasible transformations and the estimation of the frequency and the effectiveness degree of each of them. Later, the best candidate is selected in accordance with its likelihood. The resulting application is then able to transform the image colors as they would be seen under the canonical light.After keeping the image colors from a scene constant, it is necessary to proceed to their segmentation to extract information corresponding to regions with homogeneous colors. In this Thesis, an algorithm based on the partition of the minimum spanning tree of an image through a local measure of the likelihood of the unions among components is suggested. The idea is to arrive at a segmentation coherent with the real regions, a trade-off between partitions with many component (oversegmented) and those with fewer components (subsegmented).Another goal is that of obtaining an algorithm fast enough to be useful in applications of mobile robotics. This characteristic is attained by a local approach to region growing, even though the result still shows global feature (color). The possible oversegmentation is softened thanks to a probabilistic factor.The segmentation algorithm should also generate stable segmentations through time. Thus, the aforementioned algorithm has been widened by including an intermediate step that allows to relate similar regions in different images and to propagate forwards the regrouping of regions made in previous images. This way, if in some image some regions are grouped forming only one bigger region, the corresponding regions in the following image will also be grouped together. In this way, two correlatives segmentations resemble each other, keeping the whole segmented sequence stabler.Finally, the problem of comparing images via their content is also studied in this Thesis, focusing on the color information and, besides investigating which is for our aims the best distance between segmentation, also showing how color constancy affects segmentations. The results obtained in each of the goals proposed in this Thesis guarantee the exposed points of view, and show the utility of the algorithms suggested, as well as the color model for the spectral recovery and the explicit calculation of the transformations among colors.

En el panorama actual dels processadors d'imatges basats en la correlació òptica, es pot dir que s'ha avançat molt per aconseguir un augment de la capacitat discriminativa del sistema de reconeixement que permeti diferenciar el patró buscat de qualsevol altre objecte que presenti algun tipus de diferència. En una altra línia de desenvolupament, trobem els sistemes que emmagatzemen informació del patró en diferents situacions, o atorguen al sistema la capacitat de reconeixement invariant a distorsions, com ara rotacions, canvis d'escala, d'il·luminació, etc. En aquesta situació de diversitat de mètodes i sistemes , un canvi d'objectiu o de tasca de reconeixement, implica, inevitablement, un canvi important del procediment a seguir i, tal vegada, del dispositiu òptic a emprar.En aquest treball, hem proposat un sistema de reconeixement basat en la correlació òptica que té, com a característica més destacada, la capacitat de discriminació variable en funció dels requeriments del problema plantejat. Sense necessitat de modificar el dispositiu optoelectrònic i variant de manera senzilla els valors d'uns paràmetres inclosos en el processament digital intermedi, s'aconsegueixen reproduir diferents mètodes de correlació, lineals i no-lineals convencionals, d'altres intermedis, i també permet, dins el mateix model, nous processaments de la informació. D'aquesta manera, s'obté un sistema molt versàtil, en què és possible controlar graus de tolerància diferents en funció de vàries característiques dels objectes. Per a l'obtenció del sistema de reconeixement òptic amb capacitat de discriminació variable, hem emprat la correlació no-lineal dual (DNC) com a mètode de processament base del nostre sistema. Les operacions lineals i no-lineals aplicades independentment sobre l'escena a analitzar i l'objecte de referència, poden ser modificades de manera contínua variant uns paràmetres reals, L i M, inclosos en un processament digital intermedi. També s'ha introduït una funció que delimita, en el domini de freqüències, la regió de suport sobre la qual s'aplica la no-linealitat. L'arquitectura sobre la que es realitza la DNC, és el correlador de transformades conjuntes (JTC), que presenta l'avantatge de no requerir filtres adaptats a l'objecte a reconèixer. S'han proposat simplificacions en quant al dispositiu i a l'algorisme que faciliten la realització experimental de la DNC i en redueixen el temps de computació. S'han estudiat els efectes d'algunes limitacions experimentals del sistema. S'ha estudiat el control de la capacitat de discriminació variable del sistema DNC davant de modificacions en la forma, en la intensitat, en la textura i en el color dels objectes. S'ha portat a terme experimentalment el sistema de reconeixement DNC i s'han obtingut resultats que demostren la possibilitat d'obtenir realment una capacitat de discriminació variable del sistema davant de canvis de forma i d'intensitat dels objectes.En la línia d'adaptar la capacitat de discriminació a les necessitats del problema de reconeixement plantejat, incloem el cas on la discriminació dels objectes requereix diferenciar colors similars, pertanyents a una mateixa gamma de tonalitat. En aquest sentit, hem proposat un mètode de descomposició multicanal de la informació cromàtica de l'escena a analitzar i de l'objecte a reconèixer, que cal aplicar prèviament a la correlació òptica. La descomposició multicanal es fa mitjançant una selecció de canals quasimonocromàtics que s'adapta la gamma de tonalitat dels colors implicats. S'ha realitzat experimentalment la descomposició cromàtica proposada, i mitjançant un correlador convergent s'ha implementat experimentalment un correlador multicanal amb una capacitat de discriminació alta davant d'objectes en color de tonalitat propera dins una mateixa gamma. Els resultats experimentals demostren la millora en quant a discriminació de la descomposició adaptada en canals quasimonocromàtics, davant l'ús de la descomposició convencional RGB.Ambdues propostes, la descomposició cromàtica multicanal en canals quasimonocromàtics seleccionats i la DNC, s'han estudiat separadament. No obstant això, també s'ha proposat la seva aplicació conjunta en els casos on els requeriments de discriminació cromàtica són elevats i, a l'hora, es permet un cert grau de tolerància respecte a un altre aspecte de l'objecte, com per exemple, la seva forma.Els resultats de la tesi, que hem presentat de manera resumida, poden tenir un major impacte o aplicació en els sistemes automàtics de visió artificial i en robòtica. Pel fet de tractar-se d'un sistema amb capacitat de discriminació variable segons diferents característiques de l'objecte a detectar (forma, intensitat, textura, color, ...), les propostes d'aquest treball es dirigeixen als sistemes de detecció i inspecció que requereixen una capacitat de discriminació variable de manera controlada en els diferents aspectes comentats. La introducció de la informació del color, i més concretament la proposta de la descomposició adaptada de la informació cromàtica en canals quasimonocromàtics, va especialment dirigida als sistemes de detecció i inspecció que requereixin una capacitat de discriminació en color elevada, i unida a la capacitat de discriminació respecte a la forma.

El uso de los ordenadores en Medicina Nuclear ha permitido la cuantificación de exploraciones, sobre todo las dinámicas. Debido a la gran cantidad de información presente en estos estudios es preciso efectuar una compresión de estos datos, de forma que hagan más fácil su interpretación. Una de las formas de reducción consiste en la obtención de imágenes paramétricas. El objetivo de este trabajo se centra en analizar la utilidad de estas imágenes paramétricas para la cuantificación de estudios dinámicos en tres aplicaciones. La primera aplicación es en los estudios de perfusión miocárdica que se utilizan para evaluar la irrigación del miocardio cuando se sospecha la existencia de enfermedad coronaria. En estos estudios se registran imágenes de esfuerzo y de redistribución, e interesa cuantificar la diferencia entre ambas. Nuestro objetivo fue cuantificar las diferencias entre las imágenes de esfuerzo y reposo por medio de una imagen paramétrica de “washout”, para lo cual es necesario eliminar la actividad extracardíaca y superponer ambas imágenes. Para comprobar la eficacia de diferentes métodos utilizables, se diseñó un modelo simulado por computador que incluía miocardio, fondo y posibles artefactos, a los que se les añadió un ruido. Se simularon imágenes de esfuerzo y reposo con cambios controlados en su distribución. Para efectuar la estimación del fondo se probaron diversos métodos de interpolación. Las pruebas realizadas demuestran que el método de Watson modificado es el que tiene el mejor comportamiento. Para alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución de forma automática, probamos diversos algoritmos basados en la correlación. La correlación bidimensional restringida a la zona de mayor captación del miocardio, utilizando pixels alternos, se muestra como un método capaz de alinear las imágenes de esfuerzo y redistribución con suficiente precisión. Una vez efectuado el alineamiento de las imágenes se calculé la imagen paramétrica de “washout”. La cuantificación por medio de los valores medios en los diversos sectores estudiados, da resultados acordes con los teóricos. El método se aplicó sobre casos reales, obteniendo resultados concordantes con la patología. De esta parte se concluye que el método formado por la sustracción de fondo, la alineación de las imágenes y la construcción de la imagen paramétrica de “washout” es factible para la cuantificación de estudios planares de perfusión miocárdica. La segunda aplicación es sobre la ventriculografía isotópica en equilibrio, que es una exploración que permite estudiar el contenido de las cavidades ventriculares a lo largo del ciclo cardiaco, permitiendo estudiar el funcionalismo ventricular. Ha sido muy difundida la utilización de imágenes paramétricas de amplitud y fase del primer armónico del desarrollo de Fourier, que proporcionan información sobre la contractilidad y el sincronismo cardiaco. En este trabajo proponemos la utilización de dos armónicos para obtener nuevas imágenes paramétricas que reflejen las distintas fases del ciclo cardiaco. Estas corresponden a los parámetros: amplitud, tiempo de telesistole, fracción de eyección, máximas velocidades de vaciado y llenado y tiempos en los que se producen, además de una cuantificación utilizando el valor medio y desviación estándar de los valores de los parámetros en cada ventrículo. Los objetivos planteados fueron implementar el método compararlo con el estándar de un armónico. Se ha aplicado el método a un grupo formado por 13 voluntarios sanos, 10 hombres y 3 mujeres, lo que nos ha permitido estimar el rango de normalidad de los distintos parámetros en cada ventrículo. Los valores medios y desviaciones estándar de estos parámetros son distintos en los dos ventrículos. También se ha encontrando que los valores de tiempo de telesistole obtenidos con uno y dos arménicos son significativamente distintos siendo más altos y más dispersos, los obtenidos con un armónico. Las imágenes paramétricas calculadas mediante dos armónicos son más uniformes, existiendo diferencias significativas con los valores obtenidos mediante un armónico. El método también fue aplicado en varios sujetos con patología. En conjunto, puede concluirse que el método propuesto utilizando dos armónicos obtiene unos parámetros capaces de discriminar diversas patologías, siendo de utilidad para el estudio del funcionalismo cardíaco. La última aplicación es en los estudios de motilidad ciliar los cuales sirven para estudiar el comportamiento de los cilios de las mucosas que recubren las vías respiratorias. Su misión es transportar las partículas que se hayan depositado sobre ellos, hacia el exterior, a través de la boca. La velocidad con que estos cilios transportan estas partículas es importante ya que se ha observado que los enfermos con afección de las vías respiratorias presentan una disminución de esta capacidad protectora. Se ha desarrollado un método que permite cuantificar la velocidad de transporte en cualquier parte de la trayectoria. El método puede aplicarse los dos epitelios ciliadas que se encuentran en el organismo humano, corno son la mucosa nasal y la bronquial. Un conjunto de 14 sujetos normales voluntarios fue estudiado por esta técnica. El promedio de la velocidad media, en este grupo fue de S.3±1.4 mm/min. También se estudió un grupo de 16 laringectomizados, obteniendo un valor de 3.6±1.2 mm/min. La diferencia significativa hallada (p<0,005) demuestra que, en las personas laringectomizadas, se produce una alteración en la función de transporte probablemente l por atrofia de la mucosa nasal. El método implementado permite cuantificar con precisión la velocidad de transporte incluso en las diferentes partes del trayecto, pudiendo detectar zonas con motilidad ciliar anómalas por lo que puede ser de utilidad en el diagnóstico. / The aim of this work is to analyze the usefulness of the parametric images in the quantification of dynamic studies. To this purpose, they have been applied in three different situations. First, in myocardial perfusion this thesis studies to quantify the difference between the stress and redistribution images. In this case, a parametric image of washout was used. Methods of background substraction to eliminate non-cardiac activity and of superimposition of both stress and redistribution images were studied and their efficacy checked by means of a computer-simulated model. The results of the quantification method were in agreement with the theoretical ones. It was also applied to real images and the results were in agreement with the patient's pathology. The second application is on equilibrium radionuclide angiocardiography, in which the utilization of two harmonics is proposed in order to calculate parametric images of amplitude, time to end-systole, ejection fraction, peak ejection and peak tilling rates, and time-to-peak ejection and time-to-peak filling rates. The quantification of these images was made by using the mean and standard deviation of the values of these functional parameters for each ventricle. The method has been applied to the studies of 13 healthy volunteers, which has allowed us to determine the range of normal values for each parameter. It was also applied to subjects with cardiac pathology. The last application is studies of ciliary motility. A method has been developed which allows to quantity the velocity of transportation in any part of the trajectory of a drop of radiopharmaceutical placed on the nasal cilia. This technique was applied to 14 normal subjects and to 16 laringectomized patients. It was found that the velocity was lesser in the pathological group (3.6±1.2 mm/min) than in normals (5.3±1.4 mm/min), being the difference statistically significant (p<0,005). This demonstrates that in laringectomized patients an alteration of the transportation function occurs, probably for atrophy of nasal mucosa.

Este trabajo se inscribe en el ámbito del reconocimiento óptico de objetos o, en un marco más amplio, del procesado óptico de la información. El objetivo es, dado un cierto motivo a detectar, determinar su presencia y posición dentro de una escena compleja que pueda contenerlo. Un procedimiento que resulta sencillo de implementar con montajes ópticos se basa en el cálculo del producto de correlación entre la escena y el motivo (o referencia), operación que da una idea del grado de similitud entre ambas.Existen dos arquitecturas con las que es posible obtener la correlación ópticamente: el correlador de VanderLugt y el correlador de transformadas conjuntas (JTC). La incorporación a estos montajes de los denominados moduladores espaciales de luz, que permiten controlar de manera dinámica y precisa la amplitud y la fase de la luz, acompañada de la disponibilidad de otros dispositivos optoelectrónicos como los detectores de intensidad, permite diseñar correladores versátiles, fiables y operando a velocidades muy altas, que vienen limitadas únicamente por el tiempo de respuesta de los elementos optoelectrónicos. Las aplicaciones de estos dispositivos son múltiples, y se dan principalmente en campos como la robótica o visión artificial, la tecnología industrial en controles de calidad e inspección automática en cadenas de producción, la seguridad, la medicina, el reconocimiento de caracteres y la detección de blancos. En este trabajo se presenta el diseño e implementación de un correlador óptico de transformadas conjuntas que incorpora una pantalla de cristal líquido para modular la luz y una cámara CCD para registrar la intensidad. El objetivo es estudiar y caracterizar los diferentes elementos y material de que se dispone y construir un sistema de reconocimiento de objetos que sea operativo, flexible y fiable. La metodología que resulte de este trabajo debe ser útil para aplicarla en el futuro, en el que la evolución de la tecnología aportará dispositivos de mejores prestaciones y permitirá el diseño de correladores más compactos, veloces y versátiles.El trabajo se divide en dos bloques: el de caracterización de los dispositivos y diseño del correlador y el de aplicaciones, es decir, utilización del sistema para casos prácticos y obtención de resultados experimentales.En lo que se refiere a la caracterización, se desarrolla en primer lugar un modelo teórico que demuestra las propiedades de modulación de los dispositivos de cristal líquido, controlados eléctricamente, como la pantalla de cristal líquido de que se dispone. El modelo se basa en el cálculo de las matrices de Jones del sistema, que describen cómo éste afecta al estado de polarización de la luz. A continuación, se describe el sistema optoelectrónico empleado para introducir las imágenes en dicha LCD, que incluye las especificaciones de la pantalla y su caracterización como modulador de la amplitud y de la fase de la luz. Asimismo, se presenta un nuevo método de medida de dicha fase, basado en el análisis de las franjas de interferencia obtenidas mediante un interferómetro de Mach-Zehnder. Por último, se ajustan las curvas de modulación experimentales con el modelo teórico descrito anteriormente.Una vez caracterizada la pantalla, es posible diseñar y analizar las condiciones óptimas de funcionamiento de un correlador de transformadas conjuntas que opera con un solo brazo difractor, teniendo en cuenta las especificaciones de los diferentes elementos, que incluyen, aparte de la LCD, una cámara CCD para registrar intensidades. Al utilizar el correlador diseñado para aplicaciones prácticas, es necesario que su capacidad de discriminación sea elevada, de manera que los resultados que se obtengan sean fiables. Ello requiere la introducción de efectos no lineales sobre el sistema, que puede realizarse de diversas formas. En este trabajo se estudian y comparan los resultados obtenidos con diferentes técnicas, donde se ve cómo la detección es, en todos los casos, satisfactoria. Aún más, aprovechando la capacidad de modulación de la fase de la LCD, es posible diseñar el denominado JTC sólo de fase, que mejora la eficiencia óptica del sistema.Por último, se adapta el correlador para un caso real en el que las escenas empleadas sufran dos tipos de degradación: un movimiento relativo o un desenfoque. Se analizan los problemas asociados y posibles soluciones. / A joint transform correlator (JTC) for object recognition practical applications is designed and implemented. The correlator gives real-time resu1ts by using a liquid crystal display to modu1ate the light beam in a controlled and accurate way, and a CCD camera that registers the intensity light distributions.The goal is to study and characterise the different e1ements and piece of equipment available, in order to build a flexible and reliable pattern recognition system.The methodology and experience derived from this work will be used in the future, when the technology development will bring better devices and will make possible that faster, more compact and versatile corre1ators are designed, with lots of applications.The characterisation consists mainly on obtaining the liquid crystal display complex modulation curves, which describe how the device modu1ates the amplitude and the phase of light. A new method to measure the phase modulation has been developed and presented.A correlator has been designed and used in pattern recognition applications. Specifically, a non-linear joint transform correlator has been implemented, in order to improve the system performance and discrimination capability. Moreover, the correlator has been adapted to realistic situations in which the scenes used suffered from two kinds of degradation: a relative movement and a blurring.

En aquest treball s'ha desenvolupat un protocol de classificació supervisada (també anomenat reconeixement de patrons: Pattern Recognition) d'imatges segmentades basat en l'extracció de característiques invariants a les transformacions geomètriques no deformatives i la utilització de mètodes multi variants de classificació, optimitzant el temps de càlcul. Per tant, com que les característiques calculades són invariants, s'ha aconseguit classificar les imatges independentment de la mida d'aquestes i posició i l'orientació d'aquestes dintre de l'escena. També s'ha aconseguit una taxa d'encerts de classificació propera al 100 % en els casos pràctics duta a terme.